JPH07113353B2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents
内燃機関の点火時期制御装置Info
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- JPH07113353B2 JPH07113353B2 JP62109329A JP10932987A JPH07113353B2 JP H07113353 B2 JPH07113353 B2 JP H07113353B2 JP 62109329 A JP62109329 A JP 62109329A JP 10932987 A JP10932987 A JP 10932987A JP H07113353 B2 JPH07113353 B2 JP H07113353B2
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
- F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
- F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
- F02P5/15—Digital data processing
- F02P5/152—Digital data processing dependent on pinking
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
- G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
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- Testing Of Engines (AREA)
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抑制する内燃機関
の点火時期制御装置に関するものである。
の点火時期制御装置に関するものである。
第９図は従来の内燃機関の点火時期制御装置を示すブロ
ック図である。
ック図である。
この第９図の１は機関に取り付けられた機関の振動加速
度を検出する加速度センサ、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である。
度を検出する加速度センサ、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である。
このアナログゲート３はゲートタイミング制御器４によ
り開閉指示がされるようになっている。この開閉指示時
期は妨害ノイズ発生時期に対応している。
り開閉指示がされるようになっている。この開閉指示時
期は妨害ノイズ発生時期に対応している。
アナログゲート３を通過した周波数フィルタ２の出力信
号はノイズレベル検出器５と比較器６に加えるようにし
ており、比較器６にはノイズレベル検出器５の出力も加
えられている。
号はノイズレベル検出器５と比較器６に加えるようにし
ており、比較器６にはノイズレベル検出器５の出力も加
えられている。
ノイズレベル検出器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ものである。
動ノイズのレベルを検出するものである。
比較器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
生して積分器７に加えられるようになっている。
検出器５の出力電圧とを比較し、ノック検出パルスを発
生して積分器７に加えられるようになっている。
この積分器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して移相器８に加える
ようにしている。
ング強度に応じた積分電圧を発生して移相器８に加える
ようにしている。
この移相器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ものである。
号の位置を変位させるものである。
一方、回転信号発生器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し、波形整形回路10に出力
するようになっている。
特性に応じた点火信号を発生し、波形整形回路10に出力
するようになっている。
波形整形回路10はこの回転信号発生器９から出力される
点火信号を波形整形し、同時に点火コイル12の通電の閉
路角制御を行うものである。
点火信号を波形整形し、同時に点火コイル12の通電の閉
路角制御を行うものである。
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
続するスイッチング回路である。
続するスイッチング回路である。
第10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10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。
す。この第10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
ングに伴ない発生される信号）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10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。
ングに伴ない発生される信号）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10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。
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（中心周波
数f0の帯域成分）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。
数f0の帯域成分）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11図，第12図は第９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11図は機関のノ
ッキングが発生していないモードを、第12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。
符号は同一部分の波形を示すもので、第11図は機関のノ
ッキングが発生していないモードを、第12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９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。
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11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。
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11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
11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大なため周波数フィ
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。
11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大なため周波数フィ
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11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11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。
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11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11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や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11図（ｄ）の（ロ））。
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11図（ｄ）の（ロ））。
したがって、第11図（ｄ）に示すようなアナログゲート
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11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。
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11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11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11図）
（ｇ），（ｈ）の移相差）も零となる。
零のままで移相器８による移相角（入出力（第11図）
（ｇ），（ｈ）の移相差）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。
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12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12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。
力には、第12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12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12図（ｄ）のイ，ロ
となるので、比較器６の出力には第12図（ｅ）のように
パルスが発生する。
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12図（ｄ）のイ，ロ
となるので、比較器６の出力には第12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12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12図
（ｇ）（基準点火信号））を時間的に遅れ側に移相する
ため、位相器８の出力の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12図（ｈ）に示す位相でス
イッチング回路11を駆動する。
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12図
（ｇ）（基準点火信号））を時間的に遅れ側に移相する
ため、位相器８の出力の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12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11図，第12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。
態となる。結局、これら第11図，第12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。
従来、10KHz以下の周波数でノッキングの有無により加
速度センサ１の出力信号の分布に明確な差があったの
で、第10図に示したf0（つまり、周波数フィルタ２の中
心周波数）は６〜9KHzに設定されていた。
速度センサ１の出力信号の分布に明確な差があったの
で、第10図に示したf0（つまり、周波数フィルタ２の中
心周波数）は６〜9KHzに設定されていた。
しかし、機関により上記６〜9KHzに機関の機械的ノイズ
あるいはノッキング以外の異常燃焼によるノイズが現
れ、検出のノック信号に重畳してこれらノイズが現れる
ので、周波数フィルタ２の出力では、ノッキングの有無
において上記ノイズに対し十分な電圧差をもつノック信
号が得られないという問題があった。
あるいはノッキング以外の異常燃焼によるノイズが現
れ、検出のノック信号に重畳してこれらノイズが現れる
ので、周波数フィルタ２の出力では、ノッキングの有無
において上記ノイズに対し十分な電圧差をもつノック信
号が得られないという問題があった。
第13図に加速度センサ１の検出信号を周波数分析器で分
析したデータの一例を示す。第13図（Ａ）は機関にノッ
キングがないとき、第13図（Ｂ）はノッキングがあると
きであり、また第13図（Ａ）では上記ノイズが顕著に発
生しており、第13図（Ｂ）では上記ノイズが低レベルで
発生のときの各データである。
析したデータの一例を示す。第13図（Ａ）は機関にノッ
キングがないとき、第13図（Ｂ）はノッキングがあると
きであり、また第13図（Ａ）では上記ノイズが顕著に発
生しており、第13図（Ｂ）では上記ノイズが低レベルで
発生のときの各データである。
第13図（Ａ）において、上記ノイズは5.5〜8.5KHzに分
布していることがわかり、10KHz以上でそれがなく、ノ
イズのないことがわかる。
布していることがわかり、10KHz以上でそれがなく、ノ
イズのないことがわかる。
一方、第13図（Ｂ）において、ノック信号は上記ノイズ
が存在する６〜8KHz、または10KHz以上の11〜13KHzおよ
び15〜17KHzに存在している。
が存在する６〜8KHz、または10KHz以上の11〜13KHzおよ
び15〜17KHzに存在している。
すなわち、10KHz以下ではノック信号とノイズが同一周
波数に存在するためノック検出に適さないが、10KHz以
上ではノイズがなく、ノック信号のみ存在しノッキング
の有無による差が顕著であり、ノック検出に適してい
る。
波数に存在するためノック検出に適さないが、10KHz以
上ではノイズがなく、ノック信号のみ存在しノッキング
の有無による差が顕著であり、ノック検出に適してい
る。
ところで、上記のような10KHz以上のノック信号を忠実
に検出するには、従来の加速度センサは基本的に特性が
確保できないもの、あるいは製作が非常に難しいもので
あった。
に検出するには、従来の加速度センサは基本的に特性が
確保できないもの、あるいは製作が非常に難しいもので
あった。
第14図（Ａ）に示すのは機関に装着するためのねじがメ
ートルねじ（以下Ｍねじと記す）で形成された共振型の
加速度センサ20である。これはそのＭねじ21を機関に設
けられたＭねじ（メス）に締め込み、その締付座面22を
機関の面に密着させるように装着するものである。
ートルねじ（以下Ｍねじと記す）で形成された共振型の
加速度センサ20である。これはそのＭねじ21を機関に設
けられたＭねじ（メス）に締め込み、その締付座面22を
機関の面に密着させるように装着するものである。
この加速度センサ20の特性を第15図に示す。
第15図（Ａ）は周波数特性、第15図（Ｂ）は加速度に対
する共振周波数frの変化、第15図（ｃ）は加速度に対す
る帯域幅fBWの変化を各々示す。
する共振周波数frの変化、第15図（ｃ）は加速度に対す
る帯域幅fBWの変化を各々示す。
第15図（Ａ）は加速度一定状態で加振周波数を変えた場
合の加速度センサ20の発生電圧を示すもので、発生電圧
が最大の周波数を共振周波数frといい、共振周波数frで
の発生電圧に対し、3db低い発生電圧となる周波数の間
隔を帯域幅fBWという。
合の加速度センサ20の発生電圧を示すもので、発生電圧
が最大の周波数を共振周波数frといい、共振周波数frで
の発生電圧に対し、3db低い発生電圧となる周波数の間
隔を帯域幅fBWという。
この共振型の加速度センサ20では検出部（共振部）を、
たとえば圧電素子を片持ち梁状に形成して構成してい
て、共振周波数frの調整が難しいもので、特に10KHz以
上では一層微妙な構成、調整が必要になるという問題が
ある。
たとえば圧電素子を片持ち梁状に形成して構成してい
て、共振周波数frの調整が難しいもので、特に10KHz以
上では一層微妙な構成、調整が必要になるという問題が
ある。
たとえば、部品が小さくなり、加工および取扱いが難し
くなる。（実際には機関毎にノック信号の周波数が異な
るので、これに共振周波数を合わせることも作業工数は
多く必要である。） また、上記帯域幅fBWが狭いため、Ｑ（Ｑ＝fr/fBW）が
高く、ノック信号に対し過度の共振性で応答するため、
忠実にノック信号を検出できず、特に機関が高回転にお
いては影響が大きく、制御性の低下が無視できなくなる
という問題がある。
くなる。（実際には機関毎にノック信号の周波数が異な
るので、これに共振周波数を合わせることも作業工数は
多く必要である。） また、上記帯域幅fBWが狭いため、Ｑ（Ｑ＝fr/fBW）が
高く、ノック信号に対し過度の共振性で応答するため、
忠実にノック信号を検出できず、特に機関が高回転にお
いては影響が大きく、制御性の低下が無視できなくなる
という問題がある。
実機での確認によれば、Ｑは約10位より小さいのがよい
が、従来のこの共振型センサではＱは15以上あり問題で
ある。
が、従来のこの共振型センサではＱは15以上あり問題で
ある。
第14図（Ｂ）は上記片持ち梁のモデル図を示し、第14図
（Ｃ）はその動作原理を示す。第14図（Ｂ）の23は圧電
素子で形成された振動検出素子である梁24の一端を支え
る固定台である。
（Ｃ）はその動作原理を示す。第14図（Ｂ）の23は圧電
素子で形成された振動検出素子である梁24の一端を支え
る固定台である。
振動検出素子である梁24は、第14図（Ｃ）に示すように
厚さ方向（長さはｌ方向）に分極された２枚の圧電素子
24を同極を接して貼り合わせ、その一端を固定した片持
ち梁構造にしたものである。
厚さ方向（長さはｌ方向）に分極された２枚の圧電素子
24を同極を接して貼り合わせ、その一端を固定した片持
ち梁構造にしたものである。
第14図（Ｃ）に示すように固定台23を下に振動させた場
合は振動子は上向きにそり、第14図（Ｃ）において上側
の圧電素子24は圧縮され、負の電荷を発生し、下側の圧
電素子24は引っ張られて正の電荷を発生する。
合は振動子は上向きにそり、第14図（Ｃ）において上側
の圧電素子24は圧縮され、負の電荷を発生し、下側の圧
電素子24は引っ張られて正の電荷を発生する。
固定台23が第14図（Ｃ）において、上側に振らせると、
上記の２枚の圧電素子24は各々上記と反対の引っ張り、
圧縮を受け、発生電荷も各々上記と反対となる。
上記の２枚の圧電素子24は各々上記と反対の引っ張り、
圧縮を受け、発生電荷も各々上記と反対となる。
この基本原理により、圧電素子24を周波数frにて共振さ
せ、共振周波数frの振動に対し、応答し、電荷を発生す
るようにしたものである。
せ、共振周波数frの振動に対し、応答し、電荷を発生す
るようにしたものである。
第15図（Ｂ）は加振周波数一定状態で、加速度を変えた
場合の上記共振周波数frの変化を示すもので、加速度に
より共振周波数frが変化し、ノック信号の検出性に影響
する。
場合の上記共振周波数frの変化を示すもので、加速度に
より共振周波数frが変化し、ノック信号の検出性に影響
する。
第15図（Ｃ）は第15図（Ｂ）と同じく共振周波数一定状
態で加速度を変えた場合の上記帯域幅fBWの変化を示す
もので、加速度により帯域幅が変化し、ノック信号の検
出性に影響する。
態で加速度を変えた場合の上記帯域幅fBWの変化を示す
もので、加速度により帯域幅が変化し、ノック信号の検
出性に影響する。
第16図には機関に装着するためのねじがテーパ状のねじ
で形成された非共振型の加速度センサ25を示す。これは
テーパ状のねじ26を機関のねじに締め込み、ねじ26の中
間部の締付位置27で固定し、センサ本体部を機関から浮
かして装着するものである。
で形成された非共振型の加速度センサ25を示す。これは
テーパ状のねじ26を機関のねじに締め込み、ねじ26の中
間部の締付位置27で固定し、センサ本体部を機関から浮
かして装着するものである。
たとえば、実開昭58−13673号公報に示されているもの
である。
である。
この加速度センサ25の特性を第17図に示す。第17図は加
速度一定状態で、加振周波数を変えた場合の出力信号を
示すもので、加振周波数に対して出力信号の変化がない
非共振型の検出部構造ではあるものの、この特性図のよ
うに、周波数が高くなるにしたがい出力信号が大きくな
り、約10KHzが限界であり、10KHz以上では実際上使用で
きない程度になるという問題がある。
速度一定状態で、加振周波数を変えた場合の出力信号を
示すもので、加振周波数に対して出力信号の変化がない
非共振型の検出部構造ではあるものの、この特性図のよ
うに、周波数が高くなるにしたがい出力信号が大きくな
り、約10KHzが限界であり、10KHz以上では実際上使用で
きない程度になるという問題がある。
これはねじ26の中間部の締付位置27で加速度センサ25を
固定し、浮かして装着するため高周波数なる程に共振性
が強まるためである。
固定し、浮かして装着するため高周波数なる程に共振性
が強まるためである。
この発明は、かかる問題点を解消するためになされたも
ので、10KHz以下のノック信号でも忠実に検出し、ノッ
ク制御できる内燃機関の点火時期制御装置を得ることを
目的とする。
ので、10KHz以下のノック信号でも忠実に検出し、ノッ
ク制御できる内燃機関の点火時期制御装置を得ることを
目的とする。
この発明に係る点火時期制御装置は、10K〜20KHzの高周
波数においても、10KHz以下と同等に出力信号が平坦な
特性の加速度センサと、10K〜20KHzにその中心周波数を
設定した周波数フィルタとを設けたものである。
波数においても、10KHz以下と同等に出力信号が平坦な
特性の加速度センサと、10K〜20KHzにその中心周波数を
設定した周波数フィルタとを設けたものである。
この発明においては、加速度センサは10K〜20KHzの高周
波数に対しても平坦な検出特性であるので、10K〜20KHz
のノック信号を確実に検出し、これを周波数フィルタに
加え、周波数フィルタは機関毎に適宜その中心周波数が
10K〜20KHzに設定され、加速度センサの出力から有効な
ノック信号成分を選択的に出力する。
波数に対しても平坦な検出特性であるので、10K〜20KHz
のノック信号を確実に検出し、これを周波数フィルタに
加え、周波数フィルタは機関毎に適宜その中心周波数が
10K〜20KHzに設定され、加速度センサの出力から有効な
ノック信号成分を選択的に出力する。
以下、この発明の内燃機関の点火時期制御装置の実施例
について図面に基づき説明する。第１図はその一実施例
のブロック図である。この第１図において、31は加速度
センサで、その取付ねじがＭねじで形成された非共振型
（周波数に対し出力電圧が平坦な特性のもの）で、10KH
z〜20KHzの高周波においても十分に非共振型センサとし
ての特性が確保されたものである。
について図面に基づき説明する。第１図はその一実施例
のブロック図である。この第１図において、31は加速度
センサで、その取付ねじがＭねじで形成された非共振型
（周波数に対し出力電圧が平坦な特性のもの）で、10KH
z〜20KHzの高周波においても十分に非共振型センサとし
ての特性が確保されたものである。
また、32はバンドパス型の周波数フィルタで、たとえば
演算増幅器と抵抗とコンデンサを用いて回路を形成した
アクティブフィルタと呼ばれるものである。
演算増幅器と抵抗とコンデンサを用いて回路を形成した
アクティブフィルタと呼ばれるものである。
アナログゲート３〜点火コイル12は前述の第９図の同一
符号を付した部分と同等であるので、各々の説明は省略
するが、ここでは例えばアナログゲート３〜積分器７に
よりノック判別手段を、また移相器８〜波形整形回路10
により点火時期制御手段を構成している。
符号を付した部分と同等であるので、各々の説明は省略
するが、ここでは例えばアナログゲート３〜積分器７に
よりノック判別手段を、また移相器８〜波形整形回路10
により点火時期制御手段を構成している。
次に、加速度センサ31について第２図の断面図により詳
細に説明する。第２図において、41は機関に装着するた
めのＭねじで形成されたねじ部42と締付座面48をその一
部にもち、センサ構成部品を収納するようになされたケ
ース、43は振動を電圧に変換するたとえば円環状の圧電
素子である。
細に説明する。第２図において、41は機関に装着するた
めのＭねじで形成されたねじ部42と締付座面48をその一
部にもち、センサ構成部品を収納するようになされたケ
ース、43は振動を電圧に変換するたとえば円環状の圧電
素子である。
この２枚の電圧素子43の間に電極44が挿入されており、
この電極44により圧電素子43に発生した発生電圧を導出
するようにしている。この電極44にて導出された発生電
圧はリード線45によりセンサ外部に伝達するようになっ
ている。
この電極44により圧電素子43に発生した発生電圧を導出
するようにしている。この電極44にて導出された発生電
圧はリード線45によりセンサ外部に伝達するようになっ
ている。
また、圧電素子43にウエイト46により慣性力を印加する
ようになっており、このウエイト46,圧電素子43,電極44
はねじ47でケース41に固定されている。
ようになっており、このウエイト46,圧電素子43,電極44
はねじ47でケース41に固定されている。
ねじ部42で機関に装着され、ケース41がその装着部の振
動に応じて加振される。このとき、ウエイト46の慣性力
が圧電素子43に加わり、圧電素子43は受けた慣性力に応
じた電圧を発生する。この電圧は電極44にて導出され、
リード線45を介してセンサ外部に伝達される。
動に応じて加振される。このとき、ウエイト46の慣性力
が圧電素子43に加わり、圧電素子43は受けた慣性力に応
じた電圧を発生する。この電圧は電極44にて導出され、
リード線45を介してセンサ外部に伝達される。
ところで、このように構成された非共振型の加速度セン
サ31において、その検出特性を10K〜20KHzの高周波にお
いても平坦にするには、ケース41の締付座面48を第３図
のように形成することが重要である。
サ31において、その検出特性を10K〜20KHzの高周波にお
いても平坦にするには、ケース41の締付座面48を第３図
のように形成することが重要である。
第３図において、51はケース41のねじ部42の中心線に対
し直角に交わる基準線、52はこの基準線51とケース41の
締付座面48の最外周端との交点である。
し直角に交わる基準線、52はこの基準線51とケース41の
締付座面48の最外周端との交点である。
このように締付座面48が形成されているので、機関側の
加速度センサ31の締付座面は基準線51に相当し、ねじ部
42にり締め付けられた場合に機関の締付座面に接する加
速度センサ31の締付座面48は、その最外周端の交点52に
なる。
加速度センサ31の締付座面は基準線51に相当し、ねじ部
42にり締め付けられた場合に機関の締付座面に接する加
速度センサ31の締付座面48は、その最外周端の交点52に
なる。
機関側の締付座面が加速度センサ31の締付座面48より小
さい場合は、締付座面48の最外周端でなく、内径側の点
53で機関の示付座面と接触するが、同等の条件である。
さい場合は、締付座面48の最外周端でなく、内径側の点
53で機関の示付座面と接触するが、同等の条件である。
このように締付座面48の外周部程ねじ部42に近くなるテ
ーパ状に形成したことにより、この加速度センサ31の検
出特性は10K〜20KHzにおいても平坦であり、その実測デ
ータの一例を第４図に示す。
ーパ状に形成したことにより、この加速度センサ31の検
出特性は10K〜20KHzにおいても平坦であり、その実測デ
ータの一例を第４図に示す。
この第４図にて横軸は周波数、縦軸は出力電圧である。
第４図に示すように10K〜20KHzにおいても、平坦な周波
数特性である。
第４図に示すように10K〜20KHzにおいても、平坦な周波
数特性である。
上記締付座面48をねじ部42の径の位置で、機関側の締付
座面と接触するようにした場合、第４図のような平坦な
周波数特性は得られない。
座面と接触するようにした場合、第４図のような平坦な
周波数特性は得られない。
第５図（Ａ）はこの締付座面48の形状を示すが基準線51
とはねじ部42の径の位置の点54で接触している。
とはねじ部42の径の位置の点54で接触している。
また、第５図（Ｂ）のようにしてねじ部42の径より外側
の締付座面48にて、その最外周端より内径の位置でねじ
部42側に突き出た形状55に仕上げた場合も平坦な周波数
特性は得られない。
の締付座面48にて、その最外周端より内径の位置でねじ
部42側に突き出た形状55に仕上げた場合も平坦な周波数
特性は得られない。
次に周波数フィルタ32の特性について説明する。この周
波数フィルタ32はバンドパスフィルタであり、その中心
周波数f0はノック信号の周波数に合せ10K〜20KHzの任意
の値に設定される。
波数フィルタ32はバンドパスフィルタであり、その中心
周波数f0はノック信号の周波数に合せ10K〜20KHzの任意
の値に設定される。
この特性を第６図に示す。中心周波数f0は第13図（Ｂ）
に示した機関に対しては11K〜13KHzまたは15〜17KHzに
設定されるものである。
に示した機関に対しては11K〜13KHzまたは15〜17KHzに
設定されるものである。
ここで、帯域幅fBW（中心周波数f0での出力電圧に対し3
dB低い出力電圧となる周波数の間隔）は重要であり、1K
Hz以上にするのが好ましい。なぜならば、Ｑ＝f0/fBWを
大きくしすぎると、前述の第14図に示した共振型センサ
の欠点である出力電圧が機関の加速度に対し忠実でなく
なるからである。
dB低い出力電圧となる周波数の間隔）は重要であり、1K
Hz以上にするのが好ましい。なぜならば、Ｑ＝f0/fBWを
大きくしすぎると、前述の第14図に示した共振型センサ
の欠点である出力電圧が機関の加速度に対し忠実でなく
なるからである。
たとえば、第７図に示すように、機関の加速度が第７図
（Ａ）のようにある場合、これを受けた場合の周波数フ
ィルタ32の出力は第７図（Ｂ）のように大きい加速度の
レベルが時間的に長く尾を引いた波形となり、元の信号
に忠実でないものとなり、正しくノック信号を検出でき
ない。
（Ａ）のようにある場合、これを受けた場合の周波数フ
ィルタ32の出力は第７図（Ｂ）のように大きい加速度の
レベルが時間的に長く尾を引いた波形となり、元の信号
に忠実でないものとなり、正しくノック信号を検出でき
ない。
また、第13図（Ａ），第13図（Ｂ）に示したように、10
KHz以上の高周波ではノイズが10KHz以下より小さいの
で、帯域幅fBWを広くして、11K〜17KHzまで検出するよ
うにすれば、ノック信号の成分を多く検出でき、一層ノ
ック信号の検出が容易になる。Ｑを低く設定することと
合わせ、好ましい設計にある。
KHz以上の高周波ではノイズが10KHz以下より小さいの
で、帯域幅fBWを広くして、11K〜17KHzまで検出するよ
うにすれば、ノック信号の成分を多く検出でき、一層ノ
ック信号の検出が容易になる。Ｑを低く設定することと
合わせ、好ましい設計にある。
このような周波数フィルタ32を演算増幅器と抵抗とコン
デンサで構成するアクティブフィルタの場合、実際上問
題になるのは演算増幅器の10K〜20KHzでの利得およびス
ルーレート、そしてコンデンサのtan δであり、コンデ
ンサとして耐熱性だけでなく、tan δ，静電容量変化が
小さいなど特性の優れたPPSフィルムコンデンサを使え
ば、演算増幅器の上記特性を少しでも補うことができ
る。
デンサで構成するアクティブフィルタの場合、実際上問
題になるのは演算増幅器の10K〜20KHzでの利得およびス
ルーレート、そしてコンデンサのtan δであり、コンデ
ンサとして耐熱性だけでなく、tan δ，静電容量変化が
小さいなど特性の優れたPPSフィルムコンデンサを使え
ば、演算増幅器の上記特性を少しでも補うことができ
る。
また、自動車のエンジン室のような悪環境においても安
定な特性が確保できるので、確実な動作が得られる。
定な特性が確保できるので、確実な動作が得られる。
従来、用いられたポリエステルフィルムコンデンサある
いはポリプロピレンフィルムコンデンサよりも広範囲に
おいて優れた特性が確保できる。
いはポリプロピレンフィルムコンデンサよりも広範囲に
おいて優れた特性が確保できる。
第８図はPPSフィルムコンデンサを用いたフィルタの特
性（特性Ａ）、およびポリエステルフィルムコンデンサ
を用いたフィルタの特性（特性Ｂ）を示す。
性（特性Ａ）、およびポリエステルフィルムコンデンサ
を用いたフィルタの特性（特性Ｂ）を示す。
この第８図に示すように、従来から用いられているポリ
エステルフィルムコンデンサの場合、温度による特性変
化が大きく（特性Ｂ）、ノック検出性に影響する場合も
あったが、特性Ａに示すようにPPSフィルムコンデンサ
を用いた場合の特性は非常に安定している。
エステルフィルムコンデンサの場合、温度による特性変
化が大きく（特性Ｂ）、ノック検出性に影響する場合も
あったが、特性Ａに示すようにPPSフィルムコンデンサ
を用いた場合の特性は非常に安定している。
たとえば、25℃を基準に見た場合、特性Ａの変化は100
℃で１％以下、150℃で２％以下であるのに対し、特性
Ｂの変化は100℃で７％以下、150℃で19％以下と非常に
大きい。
℃で１％以下、150℃で２％以下であるのに対し、特性
Ｂの変化は100℃で７％以下、150℃で19％以下と非常に
大きい。
耐温度性からいうとポリエステルフィルムよりポリプロ
ピレンフィルムの方が優れているが、周知のようにポリ
プロピレンフィルムコンデンサは100℃以上では破壊し
てしまうので使えない。
ピレンフィルムの方が優れているが、周知のようにポリ
プロピレンフィルムコンデンサは100℃以上では破壊し
てしまうので使えない。
このように、PPSフィルムコンデンサによりフィルタ回
路を構成すれば、フィルタ中心周波数の温度特性は非常
に優れており、またこの特性以外、たとえばバンド幅f
BWも設計自由度が高くなり、ポリエステルフィルムコン
デンサの場合よりも狭いバンド幅fBWが容易に実現でき
る。
路を構成すれば、フィルタ中心周波数の温度特性は非常
に優れており、またこの特性以外、たとえばバンド幅f
BWも設計自由度が高くなり、ポリエステルフィルムコン
デンサの場合よりも狭いバンド幅fBWが容易に実現でき
る。
ポリエステルフィルムコンデンサの場合はこの分演算増
幅器の特性で補う必要があり設計が難しくなる。
幅器の特性で補う必要があり設計が難しくなる。
以上のような簡単な構造で、周波数特性が10K〜20KHzの
高周波数においても、平坦な特性の加速度センサ31によ
り、第13図（Ｂ）に示したような11K〜13KHzおよび15K
〜17KHzのノック信号を忠実に検出できる。
高周波数においても、平坦な特性の加速度センサ31によ
り、第13図（Ｂ）に示したような11K〜13KHzおよび15K
〜17KHzのノック信号を忠実に検出できる。
この加速度センサ31の検出出力から周波数フィルタ32は
11K〜13KHz、あるいは15K〜17KHz、あるいは11K〜17KHz
の帯域成分を選択的に出力するので、前述の第11図およ
び第12図の各々（ｄ）図のイに示したようなノックの有
無によって信号レベルに大きく差のあるノック信号の検
出が容易な選択信号が得られる。
11K〜13KHz、あるいは15K〜17KHz、あるいは11K〜17KHz
の帯域成分を選択的に出力するので、前述の第11図およ
び第12図の各々（ｄ）図のイに示したようなノックの有
無によって信号レベルに大きく差のあるノック信号の検
出が容易な選択信号が得られる。
機関毎にノック信号周波数が変わるので、第14図（Ａ）
に示した共振型センサでは、機関毎に共振周波数を合せ
ることが必要で、しかも10KHz以上の高周波のため製作
が難しい問題があるが、周波数フィルタ32によれば、フ
ィルタ中心周波数f0の設定は10KHz以下と同等に行な
え、製作においても10KHz以上にすることによる問題が
なく対応が容易である。
に示した共振型センサでは、機関毎に共振周波数を合せ
ることが必要で、しかも10KHz以上の高周波のため製作
が難しい問題があるが、周波数フィルタ32によれば、フ
ィルタ中心周波数f0の設定は10KHz以下と同等に行な
え、製作においても10KHz以上にすることによる問題が
なく対応が容易である。
さらに、第14図（Ａ）の共振型センサでは帯域幅fBWを
広くできないので上記第13図に示したようなノイズが少
なく、ノック信号が広帯域に存在する10KHz以上のノッ
ク信号を効率よく検出することはできないという問題が
あるが、周波数フィルタ32ではこれも容易に設定でき
る。
広くできないので上記第13図に示したようなノイズが少
なく、ノック信号が広帯域に存在する10KHz以上のノッ
ク信号を効率よく検出することはできないという問題が
あるが、周波数フィルタ32ではこれも容易に設定でき
る。
このようにして、比較器６の２種の入力は前述の第11図
および第12図の各々（ｄ）図のように得られ、ノック信
号の検出が確実に行えるようになる。
および第12図の各々（ｄ）図のように得られ、ノック信
号の検出が確実に行えるようになる。
この発明は以上説明したとおり、10KHz〜20KHzの高周波
域に対しても平坦な非共振型の検出特性を有する加速度
センサを機関への取付をＭねじにて行い、この加速度セ
ンサで検出した機関のノック信号をバンドパスフィルタ
型の周波数フィルタで10KHz〜20KHzの周波数成分を選択
して処理するようにしたので、ノイズが多く、ノック信
号の選別が困難な10KHz以下の検出信号を無視し、ノイ
ズが少なく、ノック信号の成分の多い10KHz以上の検出
信号を得ることができ、機関のノックに対応してレベル
差の大きい信号で確実かつ容易に機関のノックを検出で
き、適正な点火時期制御が行える効果が得られるもので
ある。
域に対しても平坦な非共振型の検出特性を有する加速度
センサを機関への取付をＭねじにて行い、この加速度セ
ンサで検出した機関のノック信号をバンドパスフィルタ
型の周波数フィルタで10KHz〜20KHzの周波数成分を選択
して処理するようにしたので、ノイズが多く、ノック信
号の選別が困難な10KHz以下の検出信号を無視し、ノイ
ズが少なく、ノック信号の成分の多い10KHz以上の検出
信号を得ることができ、機関のノックに対応してレベル
差の大きい信号で確実かつ容易に機関のノックを検出で
き、適正な点火時期制御が行える効果が得られるもので
ある。
第１図はこの発明の内燃機関の点火時期制御装置の一実
施例のブロック図、第２図は同上実施例における加速度
センサの構成を示す断面図、第３図は同上加速度センサ
の機関への締付座面の形状を説明するための図、第４図
は同上加速度センサの検出特性の周波数対信号レベルの
関係を示す実測データの一例を示す図、第５図（Ａ），
第５図（Ｂ）はそれぞれ同上加速度センサの締付座面の
形状の異なる例を示す図、第６図は同上内燃機関の点火
時期制御装置における周波数フィルタの周波数特性図、
第７図は同上周波数フィルタの出力波形図、第８図は同
上周波数フィルタの温度特性図、第９図は従来の内燃機
関の点火時期制御装置のブロック図、第10図は同上従来
例における加速度センサの出力信号の周波数特性図、第
11図は同上従来例における機関のノッキングが発生して
いないモードの各部の動作波形図、第12図は同上従来例
における機関のノッキングが発生しているモードの各部
の動作波形図、第13図（Ａ）は同上従来例における加速
度センサの機関にノッキングがないときの検出信号の周
波数分析器の分析データを示す図、第13図（Ｂ）は同上
従来例における加速度センサの機関にノッキングがある
ときの検出信号の周波数分析器の分析データを示す図、
第14図（Ａ）は同上従来例における加速度センサの機関
に装着するためのねじ部をメートルねじで形成した場合
の正面図、第14図（Ｂ）は同上従来例における加速度セ
ンサを構成する圧電素子を片持ち梁状に形成した場合の
斜視図、第14図（Ｃ）は第14図（Ｂ）の圧電素子の動作
原理を示す図、第15図（Ａ）は第14図（Ａ）の加速度セ
ンサの周波数特性図、第15図（Ｂ）は第14図（Ａ）の加
速度センサの加速度に対する共振周波数の変化を示す
図、第15図（Ｃ）は第14図（Ａ）の加速度センサの加速
度に対する帯域幅の変化を示す図、第16図は同上従来例
における加速度センサの機関への装着部のねじ部をテー
パ状のねじとした場合の加速度センサの正面図、第17図
は第16図の加速度センサの周波数特性図である。 ３……アナログゲート、４……ゲートタイミング制御
器、５……ノイズレベル検出器、６……比較器、７……
積分器、８……移相器、９……回転信号発生器、10……
波形整形回路、11……スイッチング回路、12……点火コ
イル、31……加速度センサ、32……周波数フィルタ、46
……圧電素子、42……ねじ部、44……電極、47……ね
じ、48……締付座面。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
施例のブロック図、第２図は同上実施例における加速度
センサの構成を示す断面図、第３図は同上加速度センサ
の機関への締付座面の形状を説明するための図、第４図
は同上加速度センサの検出特性の周波数対信号レベルの
関係を示す実測データの一例を示す図、第５図（Ａ），
第５図（Ｂ）はそれぞれ同上加速度センサの締付座面の
形状の異なる例を示す図、第６図は同上内燃機関の点火
時期制御装置における周波数フィルタの周波数特性図、
第７図は同上周波数フィルタの出力波形図、第８図は同
上周波数フィルタの温度特性図、第９図は従来の内燃機
関の点火時期制御装置のブロック図、第10図は同上従来
例における加速度センサの出力信号の周波数特性図、第
11図は同上従来例における機関のノッキングが発生して
いないモードの各部の動作波形図、第12図は同上従来例
における機関のノッキングが発生しているモードの各部
の動作波形図、第13図（Ａ）は同上従来例における加速
度センサの機関にノッキングがないときの検出信号の周
波数分析器の分析データを示す図、第13図（Ｂ）は同上
従来例における加速度センサの機関にノッキングがある
ときの検出信号の周波数分析器の分析データを示す図、
第14図（Ａ）は同上従来例における加速度センサの機関
に装着するためのねじ部をメートルねじで形成した場合
の正面図、第14図（Ｂ）は同上従来例における加速度セ
ンサを構成する圧電素子を片持ち梁状に形成した場合の
斜視図、第14図（Ｃ）は第14図（Ｂ）の圧電素子の動作
原理を示す図、第15図（Ａ）は第14図（Ａ）の加速度セ
ンサの周波数特性図、第15図（Ｂ）は第14図（Ａ）の加
速度センサの加速度に対する共振周波数の変化を示す
図、第15図（Ｃ）は第14図（Ａ）の加速度センサの加速
度に対する帯域幅の変化を示す図、第16図は同上従来例
における加速度センサの機関への装着部のねじ部をテー
パ状のねじとした場合の加速度センサの正面図、第17図
は第16図の加速度センサの周波数特性図である。 ３……アナログゲート、４……ゲートタイミング制御
器、５……ノイズレベル検出器、６……比較器、７……
積分器、８……移相器、９……回転信号発生器、10……
波形整形回路、11……スイッチング回路、12……点火コ
イル、31……加速度センサ、32……周波数フィルタ、46
……圧電素子、42……ねじ部、44……電極、47……ね
じ、48……締付座面。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】圧電素子を機関の振動検出素子とするとと
もに、ねじ部により機関に取りつけられる非共振型の加
速度センサと、この加速度センサの検出出力のうち10KH
Z以上の所定の周波数領域の信号を通過させる周波数フ
ィルタ手段と、この周波数フィルタ手段の出力に基づき
ノックを判別するノック判別手段と、このノック判別手
段の出力に基づき前記機関の点火時期を制御する点火時
期制御手段とを備え、前記加速度センサは10KHZ以上の
周波数領域で略平坦な出力特性を有することを特徴とす
る内燃機関の点火時期制御装置。 - 【請求項２】加速度センサは、機関に取り付けられた
際、機関の取付座面との距離が取付ねじ部で遠く外周部
で近くなるテーパ形状の取付座面を有することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の点火時期制
御装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62109329A JPH07113353B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 内燃機関の点火時期制御装置 |
| KR1019880003832A KR910009753B1 (ko) | 1987-04-30 | 1988-04-06 | 내연기관의 점화시기 제어장치 |
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