JPS5939974A - 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】 本発明はエンジンのノッキング（以下ノックという）の
発生を防止するためて、点火時期を制御すると同時に、
最大トルクを得るために点火時期（Ｍｉｎｉｍｕｍ　５
ｐａｒｋ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｂｅｓｔ　ｔｏｒ
ｑｕｅ　、以下ＭＢＴという）を制御する点火時期制御
装置に関する。

従来の最大トルフケ得るための点火時期の制御（以下Ｍ
ＢＴ制御という）には、シリンダ内圧を検出する方法と
エンジン回転数を検出する方法が採用されている。シリ
ンダ内圧イ芙出法は、エンジンの各気筒の点火プラグの
近傍に圧電素子からなるセンサを取付け、燃焼によるシ
リンダ内圧力の変化を゛電気信号として取出し、この電
気信号の処理によつ゛Ｃ燃焼圧波形のピーク位置を検出
し、このピーク位置が所定のクランク角度範囲内に入る
ように制御してＭＢＴ制御を行なうものである。この場
合センサはシリンダ内部に配置され、燃焼による高温に
さらされるため、高価な計測用センサを使用しなければ
ならず、しかも氷で冷却しながら使用する必要がある。

また、検出祠度向上のためセンサは各気筒ごとに設ける
ので使用個数が多くなる。従って従来のシリンダ内圧慣
出法では、コストやセンサの耐久性の点で問題がある。

エンジン回転数検出法は、回転数センサケ用い、エンジ
ンを一定負荷で運転させた状態で点火時期を変化し、そ
のときの回転数の変化から回転数のピーク点を検出する
ことによってＭＢＴを決定するものである。一定負荷状
態では回転数の変動はトルクの変動とみることができ、
回転級のピーク点はトルクのピーク点に対応する。しか
し、エンジンに負荷がかかつているため、回転数の変動
はトルクの変動に対して時間的に遅れ、従ってＭＢＴ制
御の追従性が悪いという問題がある。

一方、ノックの発生を防止するための点火時期の制御（
以下ノック制御という）１１２従来抽々の方法があるが
、例えばエンジンのノック振動を検出する加速度センサ
を用い、ノック発Ｖ構よりこのセンサから出力される′
α電気信号ノ１（づいて、ノックの発生を指示する信号
すなわちノック信号を得、ノック信号発生ごとに所定角
度だけ点火時期を遅角させてノック制御を行なうものが
ある。従ってＭＢＴ制御とノック制御を行なう場合には
、それぞれに専用の七ンサ乞使用し、それぞれに最適の
位置に別個に配置しなければならない。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、１種類のセ
ンサの最少限の使用によってＭＢＴ制御とノック制御と
を同時に行なうことができ、かつ従来のＭＢＴ制御にお
ける問題点を解決しつる点火時期制御装置を提供するこ
とを目的とする。

以下添付の図を洛照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例による点火時期制御装置の概０
１６構成を示すブロック図である。基準位置センサ１０
及び角度センサ１２は図示しないエンジンのクランク軸
又はカム１１１１の回転に同１ｊＪＪ　した信号を出力
するようにエンジンに取り１χｊけられ、基畢位置セン
サ（’ｌ’Ｄｃセンサ）１０は基準信号として上死点（
ＴＤＣ）に対応して上死点信号を出力し、角度センサ１
２は１タリえば１″′Ｃ人ごとに角ル″信号を出力する
。応力検出センサ１４は圧電素子からなりシリンダ内の
燃焼圧力を検出する。

応力検出センサ１４は、エンジンのシリンダヘッドをシ
リンダブロックに締付けている複数のボルトのうち所定
のボルトによってシリンダヘッドの外部表面に取付けら
れている。この取（＝Ｊけ状態を第６図及び第４図にホ
す。第６図及び第４図は一例として４気筒エンジンを示
しており、第６図はシリンダヘッドカバーを取除いた平
面図であり、８ｆ！４図は第５図のＩＶ　−ＩＶ線に沿
う断面立面部分図である。図に示す例では、シリンダヘ
ッド１６はシリンダブロック１８に１０個のボルト２０
で取付けられている。第６図及び第４図では第１図の応
力検出センサ１４Ｙ１４ａ、１４ｂで示す。応力検出セ
ンサ１４ａは第１気筒≠１と第２気筒≠２のほぼ中間に
あるポル）２０ａによって第４図に示すようにシリンダ
ヘッド１６に取付けられている。すなわち、応力検出セ
ンサ１４ａはボルト２０ａのネジ部分を貫通させる孔を
もつリング状の形状を有し、応力検出センサ１４ａケボ
ルト２０ａに挿着し、ボルト２０ａによってシリンダヘ
ッド１６をシリンダブロック１８に取付けるときに同時
にポル）１６ａのヘッドとシリンダヘッド１６の外部表
面との間に固定されと）。応力検出センサ１４ｂは第５
気筒す６と第４気筒≠４のほぼ中間にあるボルト２０ｂ
によって同様にシリンダヘッド１６の外部表面に取付け
られている。従って応力検出センサ１４ａ、１４ｂは各
気筒の燃焼ガスに直接触れない。

応力検出センサ１４ａ、１４ｂはシリンダ内の燃焼圧力
に従ってボルト２０ａ、２０ｂにかかる応力、すなわち
応力検出センサ１４ａ、１４．ｂに加わる応力に応じて
、シリンダ内のｔ４．″Ｎ焼圧力に対応した′成力信号
を出力する。応力検出センサ１４ｖＬは第１　；２を筒
と第２気筒の燃焼圧力を検出するためのものであり、応
力恢出センサ１４ｂ＆’ｌＪ３気１箱と第４気筒の燃焼
圧力を検出するためのものである。すなわち、科気筒ご
とにセンサケ設けるのではなく、１個のセンサン俵数気
筒（本例では２気筒）Ｋ対応させて設けている。本実施
例では２個の応力検出センサ１４ａ、１４ｂを設けたが
、必要な瑛出祠度が得られるならば、唯１つのセンサを
例えばボルト２０ｃｒＣよって取伺けてもよい。

従って応力検出センリーの１史用個ぼは気’ｉｆｆ　叙
の半分かそれ以下でよいことになる。第６図及び第４図
において、２２は排気マニホルド、２４は吸気マニホル
ド、２６はピストン、２８は圧動もれケ防ぐためのガス
ケット、３０は吸ズＬ弁、３２はシリンダヘッドカバー
を示す。これらは従来公知のとおり構成されている。

負荷検出センサ４θ（第１図）は、図示しないエンジン
の吸気管又は各気筒の吸気管の集合部に接合されたサー
ジタンク内の圧力（すなわち吸気負圧）に応じた信号を
出力する負圧センサ、又は吸入空気量あるいはスロット
ル弁の聞出゛に応じた信号を出力する聞出センサのいず
ｉｔか又はこれらの組合せで構成される。

センサ１０．１２．１４．及び４０の出力は点火時期制
御回路１００に人力される。点火時期制御回路１００は
、低周波用バンドパスフィルタ１１０、高周波用バ）／
ドパスフイルタラ２０、及び検出及び演算回路１３０を
有し、応力検出センサ１４の出力はバンドパスフィルタ
１１０　、１２０に入力され、曲のセンサ１０．１２及
び４０の出力は検出及び演算回路１３０に入力される。

検出及び演算回路１３０は、センサ１０．１２．４０゜
の出力及びバンドパスフィルタ１１０．１２０の出力に
基づいて燃焼圧波形のピーク位置の検出、ノック発生の
検出、及び点火時期の演與を行なう。

第２図は点火時期制御回路１００を更に詳細に示すだめ
のゾロツク図である。基準位置センサ１０、角度センサ
１２、負荷検出センサ４０の出力信号は検出及び演算回
路１３０の入力部１３１に入力さｔＬ、波形整形されて
セント、ラル７０ロセシングユニット（ＣＰＵ）　１３
２へ送られる。応力検出センサ１４は第６図及び第４図
ケ参照して１況明したとおり、２つのセンサ１４ａと１
４ｂｙざめ、センーリ゛１４ａｉＣ対応して低周波用バ
ンドパスフィルタ１１０ａ、高周波用バンドパスフィル
タ１２０ａか設けられ、センサ’１４ｂに対応ｔ７て低
周波用バンドパスフィルタ１ｉｏｂ、高周波用バンドパ
スフィルタ１２０　Ｌ）か設置ｆ）゛られていべ）。１
代周波用バンドパスフィルタ１１０ａ、１１０ｂの油過
帝域は例えば５Ｈｚ〜５’００Ｈ２徨ザであり、高周波
用バンドパスフィルタ１２０ａ、１２０ｏのＪｌｉｔ　
Ａ帯域は例えはＯＫＨｚ〜１Ｑ　ＫＨｚ根度である。

応力検出センサ１４ａ、１４ｂから出力される燃焼圧波
形を表わす１１−ｒ号には、バルブやカム々トの機械振
！１１ｂノイズや点火ノイズが重畳しており、またノッ
クゞ力；発生した場合にはノックによる高周波成分が重
畳する。応力検出センサ１４ａ、１４ｂから出力される
燃焼圧波形信号を第５図の（Ｂ）、（Ｃ）に示す。この
波形においてＨで示す部分はノックによる高周波成分が
重畳されている部分テする。第５図の（Ｂ）、（Ｃ）の
信号はそれぞれ低周波バンドパスフィルタ１１０ａ、１
１０ｂに入力され機械振動ノイズやノック成分が除去さ
れ、パン　　　゛ドパスフィルタ１１０ａ、１１０ｂか
ら第５図（Ｄｌに示すような波形の信号が出力される。

但し、第５図（Ｄ）では両フィルタの出力を合成した波
形を示している。第５図（Ｄ）の信号はサンプルホール
ド回路１３３に送られる。サンプルホールドのタイミン
グ信号はライン１３４を介してＣＰＵ　１３２から供給
される。サンダルホールド回路１３３の出力信号はＡ　
／　Ｄコンバータ１３５に人力されＡ／Ｄ変換され、そ
のディジタル値はｃｐｕ　１　’３２に読み込まれる。

第５図（Ｂ）及び（Ｃ’）の信号はまた尚周波バンドパ
スフィルタ１２０ａ、１２０ｂに入力され、機械振動ノ
イズ、点火ノイズ及びノック成分のみが取出され、バン
ドパスフィルタ１２０ａ　、１２０ｂからは第５図（Ｅ
）に示すような信号が得られる。

第５図（Ｅ）の信号はノック判定レベル作成回路１３６
へ送られ、ノックを判別する。ための判定レベル電圧が
作成される。ノック判定レベル作成回路は従来公知のも
ので詳細な説明は省略するが、所定の時定数をもった積
分器で構成される。なお第５図（Ａ）は基準位置センサ
１０から出力される上死点（ＴＤＣ）信号を示す。ノッ
ク判定レベル作成回路１３６から出力される判定レベル
電圧信号と第５　図（Ｄ）に示すバンドパスフィルタ１
２０ａ。

１２０ｂの出力信号は比較器１３１で比較され。

後述するノックパルスがＣＰＵ　１５２に送られる。

メモリ１３８はエンジン回転数とエンジン負荷とにより
マツプされた点火時期の値を記憶するＲＡＭであり、ｃ
ｐｕ　１３２に接続されている。点火装置１００はイグ
ナイタ、点火コイル等ケ含み、点火時期制御回路１００
から与えられる点火時期信号に応答して高′蹴圧を発生
し、これによって谷気筒において燃料の燃焼を行なわし
める。

次に第６図及び第７図を参照してＭＢＴ制御の動作を説
明する。第５図（Ｄ）に示す信号はサンプルホールド回
路１３６において、上死点から６０°ＣＡの間、１°Ｃ
Ａごとにサンプルホールドされる。ＣＰＵ１３２は、第
６図（ｈ）に示す基準位置センサ１０からのＴＤＣ信号
に応答して第６図（Ｂ）に示すサンプルホールド期間を
示す信号と、角度センサ１２の出力に従って第６図（Ｃ
）に示すサンプリングパルス信号とを、サンプルホール
ドタイミング信号としてライン１３４に出力する。第６
図（Ｄ）は第５図（ｎ）の信号を示すもので、このＧｉ
号７サンプルホールドすることにより、サンプルホール
ド回路１３３から第６図（Ｅ）に示す信号がＡ／Ｄコン
バータ１３５に出力される。第６図（Ｅ）　Ｋ示す信号
はＡ　／　Ｄコンバータ１３５において１弛Ａとと［Ａ
　／　Ｄ変換され、そのディジタル値がＣＰＵ　１３２
に読込まれ、毎回の燃焼圧波形のピーク位置が演典され
る。

燃焼圧波形のピーク位置は、点火時期によって大きく影
響される。例えばエンジントルクの無点から最適点火時
期であるＭＢＴ　Ｋ点火時期が設定されている場合、燃
焼圧のピーク位置は上死点後１０°ＣＡ〜１５°ＣＡの
範囲内にあり、燃焼効率及びエンジン出力上最も効率が
良い空、点火時期がＭＢＴより遅角側ＶＣ設定されてい
る場合、燃焼圧のピーク１１σは低く、ピーク位置も上
死点後１０°ＣＡ〜１５°ＣＡの範囲よりずっと遅れる
。またＭＢＴよりも進角側に点火時期が設定されている
傷付、燃焼圧のピーク値は高くなるが、ピーク値１には
上死点後１０°ＣＡ〜１５０ＣＡの範囲よりも上死点に
近くなり、どちらの場合も燃焼効率は低下してしまうた
めにエンジン性能は低下してしまう。

本実施例は燃焼波形のピーク位置を判断し、ピーク位置
が上死点後１０°ＣＡ〜１５°ＣＡの範囲よりも遅れ側
にある場合には現在の点火時期な進角補正し、ピーク値
１〆ｔが上死点後１０°ＣＡ〜１５°ＣＡの範囲よりも
進み−Ｉｌｌにある場付には点火時Ｊ４８を遅角補正す
る。ピーク位置の判断及び点火時Ｊ４．ｌＪの進１４０
に供給され、点火時期の制御が行なわれる。

第７図はＭＢＴ制御のフローチャートを示す。ステップ
２００でＭＢＴ制御ルーチンがスタートすると、ステッ
プ２０１でエンジン負荷とエンジン回転数のデータを読
み込む。エンジン負荷データは負荷検出センサ４０から
入力部１３１を介して得られ、エンジン回転数データは
入力部１３１を介して送られる角度センサ１２の出力信
号に基づいて祷られる。ステップ２０２では、これらエ
ンジン負狗とエンジン回転数とに対応する点火時期の値
をメモリ１３８から睨み出し、その１１６に対応する点
火時期信号な点火装置に出力する。ステップ２０３で、
その点火時期で点火されたサイクルでの燃焼圧のヒ′−
り位置を＋Ｘ出し、ステップ２０４でＮ回（例えは２０
回程度）のライフルについて燃焼圧ピーク位置の平均値
、すなわち検出したＮ回のピーク位置の平均値Ａを演習
、する。ステップ２０５では、ぎ−り位置の平均値Ａと
目標値、例えば上死点後１０°ＣＡ〜１５°ＣＡの範囲
とを比較し、ピーク位置の平均値Ａが目ａ範囲内にあれ
ばステップ２０６へ進みＭＢＴ制御を終了する。もしピ
ーク位置の平均値Ａが目標範囲より遅角側にあるならば
、すなわらＡ〉１５ＱＣＡであるならば、ステップ０２
０７へ進み、現在の点火時期をα０進角する補正を行な
い、ステップ２０８で補正された点火時Ｊυ」の値をメ
モリ１３８に既に記憶されている値に代えて書込み、ス
テップ２０２に戻る。ピーク位置の平均値Ａが目標範囲
より進角（１１！ｉにあるならば、すなわちＡく１０°
ＣＡであるならば、ステップ２０９へ進み、現在の点火
時期なα”ＣＡ遅角する補正を行ない、ステップ２１０
で補正された点火時期のイぼをメモリ１３８に既に記１
局されている値に代えて書込み、ステップ２０２に戻る
。

このような手順を繰返した結果、ステップ０２０５で、
ピーク値の平均値が目標範囲内にあると判断されると、
ステップ２０６へ進みｋＡＢ’Ｉ’制餌１ヶ軒開側る。

次にノック制御の動作′８′第８図を参照して説明する
。ＣＰＵ　１３２は基準位４センサ１０から第８図（Ａ
）　ｖｃ示すＴＤＣ信号を受けると、第８図（Ｂ）に下
すように例えば上死点から上死点後６０°ＣＡまでのノ
ック判定期間を設定する。ノック判定レベル作成回路で
作られた第８図（Ｃ）に示すノック判定レベルと、第８
図（Ｄ）に示すような商周波バンドパスフィルタ１２０
ａ、１２０ｂの出力とが比較器１３７で比較され、第８
図（Ｄ）の信ちか第８図（Ｃ）の判定レベルを越えたと
き比較器１３γから第８図（Ｅ）に示すノックパルスが
出力される。

ＣＰＵ　１３２はノック判定期間内のみこのノックパル
スな取込み、ノック判定期間にノックパルスが補正され
た点火時ル」の（ｉｆ　６２メモリ１３８に、既に　　
　　゛記憶されている値に代えて書込まｆ’する。

ノック制御とλＩＢＴ制御を同時に行なう場合にはノッ
ク制御を優先して行なう。この８１けの動作のフローチ
ャートを第９図に示す。ｇ１１９図のステップ３００〜
３１０　ｋ：Ｌ第７図のステツノ２００町２１０に相当
する。ノック制御を誕先させるためにステラｆ３１１で
、ｎｌ述のとおりノック判定期間内にノックパルスが発
生されたか否かによってノック発生の有無が判断される
。ノックが発生したと判断されるとステップ３１２に進
み点火時期をβ０ＣＡ遅角してノック制御を行〃う。遅
角された点火時期の値はステップ３１３でメモリに書込
まれ、ステップ３０２に戻る。以下同様にノック制御の
ために遅角補正がなされた点火時期に対してノック発生
の有無が判断され、ノック発生が無いと判断されるとス
テップ３０３に進んで前述のＭＢＴ制御が行なわれる。

第１０図及び第１１図は本発明の他の実施例を示すもの
で、前述の実施例の応力検出センサ１４ａ、１４ｂの取
付は位置を変更したものである。

第１０図は第４図と同様にエンジンの断面立面部分図を
示し、第１１図は第１０図の刀−ＸＩ線に沿う断面平面
部分図である。本実施例では、７リンダヘツド１６とシ
リンダブロック１８で画定されるシリンダ空間の気密を
保つためのガスケット２８に、応力検出センサ１４ａ、
１４ｂの収納スペースを設け、ヴルト２０ａ、２０ｂＫ
よって応力検出センサをこのスペース内に取付けている
。

もちろん、応力検出センサ１４ａ、１４ｂはガスケット
２８の厚さより若干厚く設計され、シリンダヘッド１６
とシリンダゾロツク１８に密接している。このような応
力検出センサの取付は方法でも前述の実施例と同様に応
力検出センサ１４ａ。

１４ｂは各気筒の燃焼ガスに直接触れることはなく、こ
れらセンサから第５図（Ｂ）、（Ｃ）に示すような信号
が得られ、１種類のセンサでＭＢＴ制御とノック制御と
を同時に行なうことができる。

以上のとおり、本発明によれば、１種類のセンサでＭＥ
Ｔ制御とノック制御とを同時に行なうことが可能である
。そして仝ンジンの燃焼圧に対応する波形の信号を得る
ためのセンサは燃焼ガスが直接触れないように取付けら
れるため耐久性に優れており、しかもセンサは各気筒ご
とに設けるのではなく、複数気筒に対して１個のセンサ
を設ければよいので経済性の点でも優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による点火時期制御装置の概略
構成を示すグロック図、第２図は第１図の構成を更に詳
細に示すブロック図、第６図はシリンダヘッドカバーを
取除いたエンジンの平面図、第４図は第３図のｒＶ−ｒ
Ｖ線に沿う晧両立面部分図、第５図は第２図の各部にお
ける信号波形を示す図、第６図はＭＢＴ制御のｉ説明に
供する信号波形図、第７図はＭＥＴ制御を説明するフロ
ーチャート図、第８図はノック制御の説明に供する信号
波形図、第９図はノック制御を説明するフローチャート
図、第１０図は本発明の他の実施例ケ説明するための第
４図と同様の断面立面部分図、第１１図は第１０図のＸ
Ｉ−ＸＩ線に沿う断面平面部分図である。 符号の説明 １０・・・基準位置センサ、１２・・・角度センサ、１
４．１４ａ、１４ｂ・・・応力検出センサ、４０・・・
負荷検出センサ、１１０．１１０ａ、１１ｏｂ・・−低
周波用バンドバスフィルタ、１２０．１２０ａ。 １２０ｂ・・・高周波用バンドパスフィルタ、１３０・
・・検出及び演算回路、１３２・・・ＣＰＵ代理人　　
浅　村　　　皓 外４名 ４ オ・　３　図 〕４ア　５　図 ６−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多気筒内燃機関の点火時期制御装置であって、点火時期
   を指示する点火時期信号に応答して高電圧を発生し、こ
   れによって各気筒において燃料の燃焼を行なわしめる点
   火装置と、 各気筒の燃焼圧とノックの発生による振動とを検知し該
   燃焼圧とｊｂ４　Ｕ）とに対応する波形ケ有する′成気
   信号乞出力するセンサであって、燃焼ガスに直接触れな
   い位置に内燃機関の気筒数の半分に等しいかそれ以下の
   個数だけ設けられたセンサと、ＭｉＪ記篭気信号から燃
   焼圧に対応する波形を有する燃焼圧信号を得る手段と、 前記燃焼圧信号に基づいて燃焼圧のピーク位置を検出し
   該ピーク位置が所定のクランク角度の範囲内に存在する
   か否かを判断し、所定のクランク角度の範囲内に存在し
   ない場合前記点火時期な進角又は遅角する第１の補正を
   行なう手段と、前記電気信号からノックの発生による振
   動に対ノ 応する波形を有するノック振動信号を得る手段と、前記
   ノック振動信号に基づいてノックの発生の有無を判断し
   、ノックが発生したと判断したとき前記第１の補正に優
   先して前記点火時期を遅角する第２の補正を行ない、ノ
   ックの発生が無いと判断したとき前記第１の補正を行な
   わしめる手段と、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。