JPS5841264A - 内燃機関用点火時期制御装置 - 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】 本発明は内燃機関の気筒内圧力によって気筒内外に生じ
る振動もしくは音等によってノッキングを検出し、検出
されたノッキング信号に応じて点火時期を遅角させる機
能をもつ内燃機関用点火時期制御装置に関するものであ
る。近年、内燃機関に生じるノッキングを検出して点火
時期を遅角させる、いわゆるノッキングフィードバック
システムが種々検討されている。そのシステムの概要は
次のとおりである。すなわち内燃機関の気筒内圧力によ
って気筒内外に生じる振動もしくは音等を検出して、そ
れら振動もしくは音等が設定レベル（ノッキング判定レ
ベル）を超えた場合にノッキングと判定し、ノッキング
信号を発生する。このノッキング信号が生じた場合には
点火時期を遅角させ、逆に生じなかった場合には点火時
期を進角させることにより、点火時期を常にノッキング
限界付近にコントロールし、機関の燃費、出力性能を向
上させる。

このノッキングフィードバックシステムにおいては、ノ
ッキングを検出した場合に遅角させる量、すなわちノッ
キング１回当りの遅角量はあらかじめ決められており通
常１°ｏＡＱ度である。このノツキフグ１回当りの遅角
量は点火時期の制御性に関係する重要なファクタである
。一般に遅角量を減らせば減らすほど点火時期の安定性
は向上するが、逆にノック音、特に加速時のような過渡
状態におけるノック音は大きくなり従って過渡状態の運
転性能が著しく悪化する。逆に遅角量をある程度大きく
すれば過渡状態の運転性能は向上するが、定常運転時の
点火時期安定性が悪化し、従って定常運転時の走行性能
が悪化する。従って実際には、定常時及び過渡時の両者
の妥協する遅角量を不満足ながら採用するか、あるいは
どちらかを無視（通常、過渡時の性能が無視される）し
て決められる。このように従来のシステムにおいては定
常時又は過渡時のどちらかの運転性能が悪イヒすること
を余儀なくされているのである。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ノッ
キング検出器の出力信号からノッキングの発生間隔及び
ノッキングの強度を検出し、この２つの検出情報によっ
て機関の定常と過渡を判別し、ノッキング１回当りＯ遅
角量を変化させる内機間の定常状態と過渡状態をノッキ
ング検出器よりの出力信号によって判別する方法を種々
検討してきた結果、その方法は大別すると次の２９にな
る。第１の方法はノッキングの発生間隔によって判別す
る方法であり、第２の方法はノッキングの強度によって
判別する方法である。

第１の方法は定常時において発生するノッキングの頻度
が、過渡時に比べてずいぶん小さく、従って連続する２
つＯノッキングの発生間隔が定常時には長く、過渡時に
は短くなることを利用したものである。

また第２の方法は定常時に発生するノッキングは過渡時
に比べて強度的に小さいものがほとんどであるというこ
とを利用したものである。

第１及び第２の方法を種々検討してきた結果、それぞれ
の方法を単独で採用した場合には効果が不充分であるが
、第１及び第２の方法を同時に組合わせた場合には、そ
れぞれを単独で採用した場合に比べて着しく運転性能が
向上することを発見した。実験結果の一例を第１図に示
す。

第１図（＆）〜（ｅ）は定常時の点火時期変動を表わし
、同（ｄ）は過渡時の点火時期応答性を表わしている。

第１図（−）〜（ａ）はともに横軸が時間および縦軸が
点火時期である。

同図において（−）図は従来方式、（ｂ）図は前記第１
及び第２の方法。のうちどちらが一方を単独に使用した
場合、（ａ）図は本発明の場合を表わしている。

０）図は（ＩＬ）図に比べて点火時期の安定度が増して
いるが、（ｂ）図のｂｌ、ｂ２の部分に大きな変動が残
っていることが判る。これに対し本発明の場合の（０）
図では（ａ）図および（ｂ）図に比べて著しく定常時の
安定性が向上している。これは定常時にもノッキングの
発生間隔が短かい場合やノッキング強度が大きい場合が
あり、それぞれ単独の情報からでは定常と過渡を完全に
区別でき表いためである。これに対し本発明の場合では
２つの情報より定常と過渡を区別するため完全に分離が
可能となる。

（ｄ）図は従来方式（ｄ３）及び本発１ｊｉ（１１４）
の場合の過渡応答性を示したものであり、本発明が従来
方式に比べて著しく応答性が向上していることが判る。

こうして本発明では定常時の安定性及び過渡時の応答性
が共に著しく向上する。

第２図は本発明装置の第１宍施例を示すブロック図であ
る。１は機関のノッキング現象に対応した機関本体の振
動又は音等を圧電素子式（ピエゾ素子式）、電磁式（マ
グネット、コイル）等によって検出するノッキング検出
器、２は機関の基本点火時期を設定するディス）　リｌ
’二一タ、３はノッキング検出器１及びディストリビュ
ータ２の信号を受けて與際の点火時期を決定し、点火時
期制御信号を発生する点火時期制御回路、辱は点火時期
制御回路３０信号を電流増幅してイグニッションコイル
（図示されていない）に通電遮断を行なわしめるイグナ
イタである。点火時期制御回路３の構成は次のとおりで
ある。３１はノッキング検出器１の出力をノッキング周
波数成分のみ選別して取り出すためのバンドパス、バイ
パス等のフィルタ、３２は前記フィルタ３１からの出力
信号を受けて機関のノッキング発生の有無、及びノッキ
ング強度を検出し、これに石じたノッキング信号を発生
するノッキング検出回路、３３はこのノッキング信号を
基に機関のノッキングが所定時間あるいは所定サイクル
内に連続して発生したかどうかを検出し、この検出結果
とノッキング信号に含まれるノッキング強度の情報に応
じてノッキング１回当りの遅角量を変化させる遅角量可
変回路、３４は遅角量可変回路３３から出力されるノッ
キング１回当りの遅角量に対応した出力信号（遅角量信
号）を受けて基本点火時期からの遅角量を演算する遅角
量演算回路、３５はディストリビュータ２からのピック
アップ信号を波形整形し、基本点火時期をとり出すため
の波形整形回路、３６は波形整形回路３５より出力され
る基本点火時期から遅角量演算回路３４より出力される
遅角量をさし引いて実際の点火時期を決定する点火時期
演算回路である。

次に第６図を用いてノッキング検出回路３２の詳細構成
を説明する。

３２１はフィルタ３１の出力を全波整流又は半波整流す
るための腫流器、３２２は整流器３２１の出力を積分し
、ノッキング検出器１の振動出力の平均値をとり出すた
めの積分回路、３２３は積分回路３２２の出力を増幅し
て適切なノッキング判定レベルを作り出すための増幅器
、３２５は増幅器３２３の出力にノイズマージン等の効
果を得るために電圧のシフトを行なう抵抗等で構成され
るオフセット電圧設定器、３２４は増幅器３２３の出力
とオフセット電圧設定器３２５の出力を加算し最終的な
ノッキング判定レベルを作り出すための加算器、３２６
は整流器３２１と加算器３２４の出力を比較し、整流器
３２１の出力の方が大きいときにノッキングが発生して
いるものと判断しその場合に出力電圧を発生する比較器
、３２７は比較器３２６の出力でトリガがかかりその電
圧信号をトリがが一定時間だけ持続させる単安定マルチ
パイプレータである。

このノッキング検出回路の作動を第４図を用いて説明す
る。同図において（ａ）図はフィルタ３１の出力信号で
、ノッキング検出器の出力のうちノッキング周波数成分
のみを選別して取り出した信号である。同（ａ）図にお
いて＆１、ａ２、ａ３は３つの異なるノッキング状態に
対応した出力を表わしている。すなわち＆１は定常状態
に多く現われる比較的小さなノッキング、ＩＬ２は過渡
状態に多く現われる大きなノッキング、ｌＬ３はノイズ
もしくは極端に小さいノッキングである。（ｂ）図は（
−）図を整流器３２１によって半波整流した後の信号、
（０１図は（ｂ）図を積分回路３２２及び増幅器３２３
によって積分、増幅した後の信号である。（ｄ）図は（
０１図にオフセット電圧３２５を加算器３２４によって
加算した後の信号（すなわちノッキング判定レベル）で
あり、整流器３２１の出力信号（（ｂ）図を比較の意味
で同時に描いである。（−）図は比較器３２６の出力信
号で整流１＄３２１の出力信号（′ｂ）図がノッキング
判定レベル（（１）図よりも大きい場合にハイ（Ｈｌｇ
ｈ　）レベルになり小さい場合はロウ（Ｌｏｔ　）レベ
ルに表る信号である。同（・）図において・１は比較的
小さ表ノッキング（（ａ）図のａＩＫ対応）によって発
生する信号で、この場合パルスは２発しか発生していな
い。また・２は大きなノッキング（（ａ）図のａ２に対
応）によって発生する信号で、この場合４発のパルスが
発生している。

また・６はノッキングではないために（（ａ）図の１３
に対応）パルスが発生していない。

このように信号（・）はノッキングの有無及びノッキン
グの強弱に対応してパルスを発生するしくみになってい
る。

（ｆ）図は単安定マルチバイブレータ３２７の出力信号
を示し、信号（・）の立上りでトリガされ所定時間Ｔｌ
　タケＨ１ｇｈレベル状態になる信号である。所定時間
Ｔ１はその後の回路構成上の要因から決まるが、おおよ
そ２〜３　ｍｇ　（らいが良い。同（ｆ）図においてｆ
ｌは（ｅ）図の０１に対応する出力、ｆ２は（・）図の
０２に対応する出力、ｆ３は（ｅ）図の０６に対応する
出力（実際には出力信号はでない）である。すなわち（
ｆ）図のｆｌはＴｌだけＨ１ｇｈレベルになった後立下
るがその後（・）図の０１に１’ｅ）レスがないため以
後はＬＯＷレベルを保持する。（ｆ）図のＩ２ではＴｌ
だけｉｉｉｇｈレベルになって後立下るが、そのすぐ後
に（・）図の・２にパルスの立上りがあるため再度Ｔｌ
だけ立上る。その後立下ると、もう（・）図に・２にパ
ルスがないためＬｏｗレベルを保持する。＜１）図のＩ
３ではもともと（・）図の０３にパルスがないためＬｏ
ｗレベルを保持したままである。こうして（ｆ）図はノ
ッキングの有無及び強度に対応した数のパルスを発生す
る。仁のパルス（ｆ）がノッキングパルスである。

次に遅角量可変回路３ｓ及び遅角量演算回路３４の詳細
構成及び動作説明を以下図に従って説明する。

第５図は遅角量可変回路３３及び遅角量演算回路３４の
詳細な構成を表わすものである。同図において３３１は
単安定マルチパイプレータ３２７の立下りでトリがかか
かり所定時間Ｔ１１だけＨ１ｇｈレベル状態とする単安
定マルチバイブレータ、８３２は単安定マルチバイブレ
ータ３３１が１１１ｇｈレベルの間だけ閉じる（導通さ
れる）トランジスタ等のスイッチ、３３３は一定電流工
ｌをを放出するための定電流源、３３５は充放電用のコ
ンデンサ、３３６は所定のしきい値を設定するためのス
レッシホールドレベル、３３７はコンデンサ３３！Ｓの
電圧レベルとスレッシホールドレベル３３６を比較して
コンデンサ３３８の電圧レベルの方が高い場合にＨ１ｇ
ｈレベルになる比較器、３３９１．３３９２は一定電流
工ｓ１工番を供給するための定電流源、３３８は比較器
３３７の出力の胆ｇｈ％Ｌｏｗ状態に応じて定電流源３
８９１及び３３９２を切替えるためのスイッチ、３４１
は単安定マルチバイブレータ３２１からノッキングパル
スが生じている間だけ導通するスイッチ、３４２は一定
電流工６を放出するための定電流源、３４３は充放電用
のコンデンサ、３４４はコンデンサの電圧を安定してと
り出すためのバッファである。

第６図に従ってこの遅角量可変回路３３及び遅角量演算
回路３４の動作を説明する。同図において（−）図は単
安定マルチパイプレータ３２７より出力されるノッキン
グパルスである。（同図は信−ｉｔ　（＆）の立下りで
トリガがかけられ所定時間Ｔ、ｌだけ１１１ｇｈレベル
状態となる単安定マルチバイブレータ３３１の出力であ
る。このときＴ１は前述のＴ１より若干長目にして設定
しておくか、あるいは信号（ａ）の立下りからある適切
な時間だけおくれて立上るように設定して奢く方が良い
。本実施例においてはＴ２は約４　ｍｓ　１ｔどに設定
しておけば良い。

こうしておくと（ａ）図のように強いノッキングの場合
に２発以上出力されるノッキングパルスは単安定マルチ
パイプレータ３３１によって１発のパルスに変換され、
１サイクル中のノッキングはその大小にかかわらず１回
のノッキングとみなされる。

次に、この単安定マルチパイプレータ３３１の出力信号
（ｂ）がＨ１ｇｈ状態になるとスイッチ３３２が導通状
態となり一定電流１１がその間だけ定電流源３３３から
充放電回路３３４と３３１！ＳＫ供給される。（Ｑ）図
がこのコンデンサ３３Ｓの充放電状態を示している。次
にこのコンデンサの電圧レベルがスレッシホールドレベ
ル３３６と比較器３３７において比較される。（０１図
における一点鎖線がこのスレッシホールドレベルを表わ
している。（１１）図はこの比較器３３７の出力を表わ
している。すなわち、コンデンサの電圧レベルがスレッ
シホールドレベル３３６よりも高い間だけｉＩｉｇｈレ
ベルになる信号である。この信号がｌｌｌｉｇｈレベル
にある時間Ｔ０はスレッシホールドレベル３３６の設定
及び定電流源３３３．３３４の電流値及びコンデンサ３
３５の容量によって任意に設定可能である。

こうして信号（ａ）は１度ノッキングが発生してから所
定時間テ。を時間カウントするタイマの働きとする。も
ちろん所定時間Ｔ０をカウントする前に次のノッキング
が発生すると時間カウントはこの時点から再度スタート
する。

次に、この比較器３３７の出力（ａ）が胆ｇｈレベルか
Ｌｏｗレベルかによってスイッチ３３８を切替え定電流
源３３９１あるいは３３９２のどちらかと導通状１１に
する。それぞれの定電流値Ｉ５、Ｉ４をｘｓ＞Ｉ４とす
れば（ａ）の信号がＩｌ１ｇｈレベルのときは３３９１
を導通状態に、Ｌｏｗレベルのときは３３９２を導通状
態にし、ＩＩｉｇｈレベルのときに大きな電施工３を流
すように設定する。

さて一方単安定マルチバイブレータ３２７から出力され
るノッキングパルス（ａ）は遅角量演算回路３４のスイ
ッチ３４１を導通状態にする。スイッチ３４１が導通状
態になると遅角量可変回路３３で決定された電施工３ま
たはＸ、が充放電回路３４２及び３４３に供給される。

このときのコンデンサ３４３の電圧が実際の遅角量とな
る。この遅角量に対応した電圧が（・）である。

すなわち、（ＩＬ）図のｓＬｌ、ａ２のように比較的小
さなノッキングでかつ２つのノッキングの発生間隔が長
い（＞Ｔ、）ときには定電流ｌ４で定まる小さな電圧上
昇しかなく、従ってノッキング１回当りの遅角量は小さ
い。ところが（−）図の＆３のように比較的小さなノッ
キングでもノッキングの発生間隔が短かい（＜Ｔ、）場
合には定電施工、で定まる比較的大きな電圧上昇が得ら
れ、従ってノッキング１回当９の遅角量は前述の場合よ
りも大きくなる。また（１）図Ｏａ４のように大きなノ
ッキングが発生した場合にはノッキングの発生間隔が長
くても１サイクル中に出される２つのノッキングパルス
により＆１の場合の２倍だけ大きな遅角量が得られる。

さらに（３１図のａ５のようにノッキングの強度が大き
くかつ発生間隔が短かい場合には１６の場合の２倍とい
う非常に太き表遅角量が得られる。従ってたとえば電流
１番によって定まる遅角量を０．３’Ｏム、電施工、に
よって定まる遅角量を１°０ムとすれば、上述の例でそ
れぞれ０．３°、１°、０．６°、２°０ムの４１！１
類の遅角量が得られる。

もちろんその他の設定も自由にできる。

こうしてほとんど小さなノッキングが長い間隔で発生す
る定常時には上の例で言えばノッキング１回当りの遅角
量は０．３００人となり、時々点火時期が大きく遅角さ
れても高々０．６°ｃＡないしは１°ｃＡである。これ
に対し大きなノッキングが短かい間隔で発生する過渡時
には２ＱＯＡの遅角量が得られるので、定常の安定性及
び過渡時の応答性は著しく改善される。この場合、ノッ
キング強度またはノッキングの発生間隔のうちどちらか
だけで遅角量を切り替えると大きな遅角量が定常時にも
混ざり、本発明のような大きな効果は期待できない（第
１図参照）。

１Ｆ、１の実施例に右いてはノッキングの発生間隔を時
間的に判定していたが、これを所定サイクルで判定する
こともできる。これを第２の実施例として第７図に示す
。この場合には第１の実施例における３３２〜３３１を
Ｒ−８フリツプフロツゾ３３ムおよびカウンタ３３Ｂに
おきかえれば良い。

同図において作動を説明する。ディス）　ＩＪピユータ
２より出力されるピックアップ信号は波形整形回路３５
によって波形整形され、カウンタ３３Ｂのクロック信号
として入力される。ディストリビュータ２のピックアッ
プ信号は各気筒の基本点火時期を決めるべく、各気筒の
燃焼サイクルに先立ち出力される基本点火時期信号であ
るから、これを波形整形して得られる出力信号をカウン
タ８８Ｅでカウントすることによりサイクル数の経過を
知ることができる。従って単安定マルチバイブレータ３
３１の信号でカウンタ３３Ｂをスタートさせて所定のサ
イクル数でＲ−８フリツゾフロツプにリセット信号を送
るようにカウンタ３３Ｂの定数をセットしておけば、Ｒ
−８フリツゾフロツプはノッキングが発生してから所定
サイクル数だけ立上がる。このＲ−８フリツゾフロツゾ
３３ムの出力をスイッチ３３８へ結べば良い。以下の動
作は第１の実施例と同様である。

また第１および第２の実施例においては、ノッキング強
度が大きい場合とノッキング発生間隔が短かい場合の両
方ともノッキング１回当りの遅角量を増加させているが
、ノッキング強度が大きくかつノッキング発生間隔が短
かい場合のみ遅角量を増加させることもできる。これを
第６０実施例として第８図に示す。

構成上、第１および第２の実施例と異なる点は単安定マ
ルチバイブレータ８２７と単安定マルチバイブレータ３
３１０間に新たに単、安定マルチバイブレータ３３Ｃ１
ムＮＤ回路３３Ｄ１単安定マルチパイプレータ３１３１
１！を追加したことと、スイッチ３３８のかわりにスイ
ッチ３３７および３３Ｇを入れた点である。この動作を
第９図を用いて説明する。

第９図の（＆）は単安定マルチバイブレータ３２７の出
力信号で、１１〜ａ６のノッキングパルスが発生してい
る。この中で＆３、＆５、ａ６のノッキングパルスは前
述したごとくノッキング強度が大きいときに表われる信
号で１サイクル中に複数個のノッキングパルスが発生し
ている。

（ｂ）図は単安定マルチバイブレータ３３０の出力信号
を示し、（ａ）図の信号立下りでトリだがかかり一定時
間だけＨ１ｇｈ状態になる。（０１図はムＮＤ回路３３
Ｄの出力信号を示し、信号（ａ）と（ｂ）の論理積（Ａ
ＮＤ）を意味する。この信号（６）ではノッキングパル
ス＆５、ｌＬ５、！Ｌ６に対応する部分だけがＨ１ｇｈ
状態になる。（ａ）図は単安定マルチバイブレータ３３
！の出力信号を示し、信号（Ｃ）の立上りでトリがかか
けられる。この信号（ａ）がＩｉｉｇｈ状態のときスイ
ッチ３３Ｇが導通状態になる。（６３図は単安定マルチ
パイプレータ３３１の出力信号、（ｆ）図は前述したよ
うにノッキングの発生間隔をカウントするタイマ信号を
示す。すなわち（ｆ）図は比較器３３７（第５図に怠け
る）の出力信号を示し、これが胆ｇｈ状態のときスイッ
チ３３１は導通状態にたる。従ってスイッチ３３１と３
８Ｇが同時に導通状態になるのは信号（ａｌと信号（ｆ
）が共にｌｉｉｇｈ状態のときに限られる。この状態が
（ｇ）図である。

スイッチ３ｓ１とＢＩＧが共に導通状態になっている時
にノッキングパルスが発生すると、定電流源３３９１と
３３９２から電流が充放電回路にながれこみ、大きな遅
角量が得られる。これに対しスイッチ＄８’？、８８Ｇ
のどちらかがｏｙｙ状態に表っていると、定電流源３３
９２からＯみ′電流が流れ込み従って小さな遅角量が得
られる。こうして大きなノッキングが比較的短かい間に
発生した場合（信号ａ６に対応）のみ大きな遅角量が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　−（６）は内燃機関の定常時の点火時期
変動を示す図、第１図（＋１）は過渡時の点火時期応答
性を表わす図、第２図は本発明に係る制御装置の１実施
例を示すブロック図、第３図は第２図におけるノッキン
グ検出回路のブロック図、第４図は第３図のノッキング
検出回路の動作説明をするための信号波形図、第５図は
第３図における遅角量演算回路詔よび遅角量演算回路の
ブロック図、第６図は、ｌＩ５図の回路動作を説明する
ための各信号波形図、第７図は第５図における遅角量可
変回路の他のブロック図、第８図は第５図における遅角
量可変回路のさらに別のブロック図、および第９図は第
８図における回路の動作説明に用いるパルス信号図であ
る。 １・・・ノッキング検出器 ２・・・ディストリビュータ ３・・・点火時期制御回路　４・・・イグナイタ３１・
・・フィルタ　３２・・・ノッキング検出回路３３・・
・遅角量可変回路　３４・・・遅角量演算回路３！Ｓ・
・・波形整形回路　３６・・・点火時期演算回路代理人
　浅　村　　　晧 外４名 第１図 手続補正書（方式） 昭和Ｊ年２月斗日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和ｓｂ年特許願第１Ｉデク８３　号 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和５η′年　７月辺日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 叫蜘嘩の齢の情胃１」吃咄の鴫 ８、補正の内容　　別紙のとおり （１）　　明細１第２０頁第１８行の「第１図（、）　
−（０）は」を「第１図（＆）から第１図（０）までは
」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関のノッキング現象に基づいた内燃機関本体又は
   外部の振動を検出するノッキング検出器と、このノッキ
   ング検出器の出力信号に応じて点火時期制御信号を発生
   する点火時期制御回路と、この点火時期制御回路からの
   点火時期制御信号により点火信号と発生する点火装置と
   を含む内燃機関用点火時期制御装置において、ノッキン
   グの強度に応じたノッキング信号を取り出す手段とノッ
   キングが所定時間又は所定サイクル数の間に続けて発生
   したかどうかを検出する手段とを備え、これら２つの手
   段からの出力信号状態に応じてノッキング１回当りの遅
   角量を変化させることを特徴とする内燃機関用点火時期
   制御装置。