JPS60249031A - 点火装置のノツク検出装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は内燃機関のノック検出装置に関するものであり
、特に、火炎中のイオン電流検出によりノック度を検出
するものに係る。

〔発明の背景〕

排気ガス規制の強化、低燃費化、高出力化等の相反する
性能を満足すべく、エンジンの電子制御化が進展してお
り、点火装置においても、従来の機械式ディストリビュ
ータに替って、電子式のものが急激に伸長してきている
。周知のように、ディストリビュータは、（１）エンジ
ンの要求にしたがって点火時期を変化させる進角機構。

（２）コイルに発生した高電圧を各シリンダに分配する
配電部。（３）コイルの一次電流を断続させる断続機構
。

から構成されている。電子式では、エンジン吸入負圧２
回転数、吸入空気量などのパラメータをセンシングして
マイクロコンピュータに入力し、演算処理し、運転状態
に適した値を決定し、トランジスタの開閉動作により上
記（１）、（３）を行い、（２）だけは機械式の構成に
したものや、さらに（２）も電子化した構成のものも数
多く実用化されつつある。このように電子化すると、点
火時期の高精度制御が可能となるとともに、機械式の断
続機構であるコンタクトポイントのような消耗部品がな
くなるので、メンテナスフリー化が促進され、さらに装
置位置の限定などの問題もなくなるという利点が有して
おり、今後ますます、この傾向は強まるものと思われる
。

一方、高出力化指向が再び強まるとともに、ターボチャ
ージャが最近急激に脚光をあび、これを装着したシステ
ムが多数登場してきた。この場合、ターボ過給により燃
焼はノッキングを伴い易くなるため、ノックセンサを装
着して、ノックの発生限界ぎりぎりのところで運転すべ
く、点火時期を制御するシステムが必要となってくる。

現在のところ、圧電素子型のノックセンサをエンジンの
シリンダブロック部にネジで固定して、ノッキングによ
り生ずる高周波振動成分を検出する方式が主流である。

しかし、この方式の場合、各シリンダごとのノック状態
を色別することが難かしく、また、エンジン分解９粗立
てなどの作業を行ってノックセンサをいったん取りはず
したりすると、その後装着した場合に出力特性が、所望
の特性に合致しない場合が生ずるなどの各具合いがある
。

これを回避すべく、各シリンダの火炎臼のイオン濃度よ
りノック度を検出する方式が各方面から提案されてきて
いる。

すなわち、炭化水素の火炎中には、Ｈ３０＋イオンが１
０９〜１０”／ａｎ”程度の濃度で存在し、このイオン
濃度は圧力依存性を有するので、ノッキングにより燃焼
圧力が高周波（７〜１０ＫＨｚ程度）で振動した場合、
イオン濃度もそれに応じて高周波で変化するので、この
イオン濃度を検出することによりノックの大きさを検出
することができる。このイオン電流を検出するには、火
炎中にイオンプローブ（相対する電極）を設置し。

１００〜２０００　Ｖ程度の電圧をこの間に印加すると
、イオン濃度と対応したイオン電流が流れるので、これ
を電圧変換することにより行える。第１図はその回路構
成の原理図であり、１がイオンプローブ、２は直列抵抗
、３は電源であり、一般的には上記した１００〜３００
ｖ程度にしている。第２図はイオンプローブを点火プラ
グで兼用した場合のイオン電流検出回路の一例を示した
ものである。

バッテリ９（例えば１２ｖ）の−次電圧はディストリビ
ュータの断続器７により断続され、コイル８の二次側に
は高圧が発生し、矢印Ａ方向に電流が流れ、イオンプロ
ーブ兼用点火プラグ１０の電極間には放電が発生する。

一方、イオンプローブ用電源３は抵抗２，４を直列に配
して、さらにイオンプローブ兼用点火プラグ１０と接続
されており、イオン電流が流れるようになっている。こ
こでダイオード５，６は、上記点火用の高圧な二次電圧
から上記検出回路を保護するためのものであり高耐圧性
が要求される。

第２図における電源３を省略するため、点火コイルを使
用することができる。しかし、この場合配電が複雑にな
るという不具合いを有している６また１点火コイルの二
次電圧の一部をコンデンサに充電し、イオン電流検出時
に放電して検出するというシステムが知られている。

上記両者はいずれも機械室配電機構のものについてであ
り、本発明で対象としている電子式点火装置にそのまま
応用することはできない。本発明で対象としている電子
式点火装置としては第３図。

第４図に示したごときものがあげられる。第３図のもの
は、４シリンダエンジンの場合について記したが、点火
コイル１３．１４と二個有し、これをそれぞれトランジ
スタ１１．１２で断続することにより、１〜４シリンダ
の点火プラグ１５゜１６．１７，１８には図の矢印方向
に電流が流れ、放電が行われる。したがって、トランジ
スタ１１゜１２はエンジンクランク角度１８０＠ごとに
動作させ、この両者は９０＠の位相を持たせて動作する
ことにより、各シリンダでは、圧縮行程後期（あるいは
膨張行程の初期）と排気行程の後期（あるいは吸気行程
の初期）で点火プラグでの放電が行われる。例えば、点
火プラグ１５が圧縮行程後期で放電している場合、点火
プラグ１６が装着されいるシリンダでは排気行程後期と
なっており、やはり放電が行われている。しかしこの場
合、排気行程後期でシリンダ内圧力はほぼ大気圧に近い
ので、点火プラグ１６の電極間の電位差は２０００Ｖ以
下でも放電する。すなわち、点火プラグ１６でのこの場
合の電極間のエネルギーロスはごくわずかであり、コイ
ル１３はこの場合１点火プラグ１５を放電するためのＩ
ＯＫ〜２０ＫＶの電圧エネルギーを供給することが主で
ある。この特性はいずれのシリンダ間の場合では同様で
ある。第３図の方式は４サイクル４シリンダエンジンの
場合コイルが２個、６シリンダエンジンの場合３個と、
点火コイルが多く必要となるが１機械式の高圧配電部が
不要になるという利点を有している。

次に第４図のものは、４サイクル４シリンダエンジンの
場合、点火コイル１９は１個で構成できるが、この代り
にダイオード２２，２３，２４゜２５を４個必要となる
。トランジスタ２ｏが動作すると、点火コイル１９の一
次側にはＡ、方向に電流が流れ、それによって二次側に
はＡ２方向に誘起された電流が流れ、点火プラグ１６と
１７で放電が行われる。一方、トランジスタ２１が動作
するとコイル１９の一次側にはＢ、方向に電流が流れ、
二次側にはＢ２方向に電流が流れ１点火プラグ１５と１
８で放電が行われる。ここでダイオード２６．２７はそ
れぞれＡ＋、Ｂ＋の電流が流れるとき、それぞれ一方の
トランジスタ２０゜２１を保護するために設けである。

点火プラグ１５〜１８は第３図と同様各シリンダにそれ
ぞれ設けてあり、トランジスタ２０．２１の動作方法も
第３図と同様である。この方式の場合、点火コイルは１
個で良いがダイオードがシリンダ数分必要となり、コス
ト的には第３図の方式とほぼ同等になる。また、４サイ
クル６シリンダエンジンの場合、この方式では成立しな
くなる。その場合は第３図の方式が有利である。

〔発明の目的〕

本発明は上記した従来技術の不具合いを解消し、電子式
点火装置に改良を加えて燃焼室内の燃焼火炎中のイオン
濃度変化の検出より、各燃焼室内の異常燃焼すなわちノ
ッキングを検出する装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは、機械的な機構を全く用い
ない上記第３図、第４図に示したごとき電子式点火装置
に上記したイオン電流を発生、検出する回路を有効的に
付加し、低コストかっ、高精度なノッキング検出を各シ
リンダごとにできるところにある。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明す
る。観念的には、第３図、第４図で示した電子式点火装
置のそれぞれのトランジスタを任意の微小時間間かくで
２回動作させ、１回目は点火プラグでの放電を行わせ、
２回目はイオンプローブとしてイオン電流を流すための
エネルギーとして用いれば良い。しかし、実際にはその
ような微小時間間かくで動作させることは困難である。

したがって本発明では、第３図に示したものにっいては
、その一実施例として第５図のように構成できる。第５
図において１５，１６，１７．１８は前記と同様各シリ
ンダに設けた点火プラグであり、イオンプローブとして
も兼用している。まずトランジスタＡ３０が動作すると
点火コイル点火プラグ１５と１６に放電がおこる。ここ
で抵抗３８，３９．４２は点火プラグ１５．１６のそれ
ぞれの電極間の放電の超る電位差より定まる抵抗より十
分大きくし、この経路を流れる電流は極く微少に設定し
ておくことはいうまでもない。次にトランジスタＢ３１
を動作させるとコイルイオン電流あるいは放電電流が点
火プラグ１５゜１６を介して流れる。したがって、点火
プラグ１５の設置しであるシリンダ（Ｎα１）が圧縮行
程後期であるとすると、点火プラグ１６の設置しである
シリンダ（＆４）は第６図のごとく排気行程の後期とな
っており、ここでトランジスタＡ３０を動作させてＡ２
方向に電流が生じ点火プラグ１５．１６に放電が生ずる
（第６図のａ）、先に述べたが、点火プラグ１５の周囲
は圧縮行程後期のため十数ｋｇ　／　ａｌに圧力が上昇
しており放電電圧は数十ＫＶであるが、点火プラグ１６
の周囲は排気行程後期でありほぼ大気圧に近いので放電
に要する電位差はたかだか１００ＯＶ程度であり、電圧
検出部４３には、点火プラグ１５の放電現象に伴う電圧
変化が顕著に抽出される。次に第６図のｂ点のごとき、
時期にトランジスタＢ３１を動作させ、コイル二次側に
８２方向のイオン電流あるいは放電電流を流す。この場
合、イオン電流を生せしめることに限定する必要はなく
、点火プラグ１５゜１６に放電を生ぜしめても良い。こ
こで放電を生ぜしめた場合、上記トランジスタＡ３０を
動作させた場合と同様、点火プラグ１５側が高電位であ
り、電圧検出部４３ではこの場合も点火プラグ１５の放
電現象に伴う電圧変化を顕著に検出することになる。こ
れを波形的に図示すると第７図のごとくなる。第７図Ａ
で示したごとく、シリンダ内圧力は■より圧縮行程が始
まり、圧力が上昇し。

ａ点で点火プラグで放電が行われると、圧力は急激に高
まり、その後、膨張行程（爆発行程）に■で入り、ノッ
キングが生じた場合、燃焼圧力は５に〜１０ＫＨｚ程度
の高周波で大きく振動し、圧力の低下とともにその振幅
は減衰していく。■で排気行程に入り、■で吸気行程と
なる。この場合、Ｂで示した波形が点火プラグに作用す
る放電電圧特性（例えば第５図のトランジスタＡ３０を
動作させたときの二次コイル電圧特性）であり、Ｃで示
した波形が、第５図で云えば、トランジスタＢ３１を動
作させ、イオン電流あるいは放電電圧を得た場合の特性
である。したがって、第５図における電圧検出部４３で
は、このＢ、Ｃの波形を連続して検出するのでＤの波形
のごとくなる。以上は点火プラグ１５が設置しであるシ
リンダが圧縮行程から膨張行程に経緯する場合について
述べたが、点火プラグ１６が上記行程になった場合も、
トランジスタＡ３０の動作により点火プラグ１６で着火
のための放電が行われ１次にトランジスタＢ３１の動作
により、点火プラグ１６でそのシリンダのノッキングに
伴う圧力振動によるイオン電流あるいは放電電圧の振動
変化が表われるように動作する。一方、トランジスタＣ
３２はトランジスタＡ３１に対して、エンジンクランク
角度で９０″位相がずれた形で動作する。トランジスタ
Ｃ３２が動作すると１点火コイルＢ２９の二次側にＣ２
のごとき電流が誘起され、点火プラグ１７゜１８で放電
が起こる。ここで点火プラグ１７のシリンダが圧縮から
膨張行程に入っていると１点火プラグ１８のシリンダは
排気から吸気行程に入っており、両者のシリンダ内圧力
は前者が極端に大きいので、前述したと同様な理由によ
り、点火プラグ１７での放電電圧特性が顕著に抵抗４０
゜４１．４２を介して、電圧検出部４３に伝達される。

次にトランジスタＤ３３が、これよりわずかに遅れて（
第６図のａ、ｂ点の間かく）動作すると、点火コイルＢ
２９の二次側にはＤ２のごとき電流が誘起され、点火プ
ラグ１７．１８ではイオン電流あるいは放電が生ずる。

この場合も、シリンダ内圧力の大きい方の影きょうを大
きく受けて。

電圧検出部４３に伝達されることは前記と同様である。

ここでダイオード３４，３５，３６．３７はトランジス
タＡ３０．ｌ−ランジスタロ３１．トランジスタＣ３２
，トランジスタＤ３３がそれぞれ、相手のトランジスタ
動作時、破かいされないための保護用である。なお、ト
ランジスタＡ３０とトランジスタＣ３２の動作、またト
ランジスタＢ３１とトランジスタＤ３３の動作の位相差
はエンジンクランク角度で１８０６であり、トランジス
タＡ３０とトランジスタＢ３１の動作量かく、トランジ
スタＣ３２とトランジスタＤ３３の動作量かくけ、エン
ジンの運転状態によって多少変えることが好ましい。す
なわち、ノッキングが生じ易いクランク角度で動作する
ようにする。これはマイクロコンピュータで適宜、最適
間かくを決定し、指令をトランジスタに与える。

以上のごとき構成において、第７図のＤのごとき電圧波
形が電圧検出部４３に入力されるが、これよりノックの
強度を検出し、点火時期を制御してノックの発生しない
限界点付近でエンジンを運転させるには、第８１１のご
とき構成が必要となる。

マイクロコンピュータ４８には、エンジン吸入負圧セン
サ４４の圧力信号ＤＩ？エンジン回路数センサ４５の回
転数信号Ｄｚｔ吸気温センサ４６の吸気温信号Ｄ３．絞
り弁開度センサ４７の開度信号Ｄ４などが入力される。

あるいは、吸入空気量信号を入力しても良い、また、も
ちろんクランク角度信号も入力する。これらは上記回転
数センサ４５で兼用してもできる。これら複数個の検出
信号よりエンジンの運転状態をマイクロコンピュータ４
８では演算でめ、これに最適な点火時期を決定するとと
もに、ノッキングが生じ易いであろうクランク角度を決
定し、逐次第５図で示したトランジスタＡ−Ｄ３０，３
１，３２，３３にその信号を出力し動作させる。４９は
第５図の電圧検出部４３を除いた点火系、ノック検出系
のブロックである。ブロック４９では先に詳述したよう
に、圧縮から膨張行程にさしかかったシリンダの放電お
よびノッキングに伴う圧力振動の影きょうを受けた放電
あるいはイオン電流の波形を電圧検出部４３に出力する
−この波形は第７図のＤのごときであり、ここでは元波
形ＸＩと呼ぶ。ブロック５０は、第７図のＤ波形におけ
るａ点からｂ点間の着火のための放電電圧波形を除去し
、ｂ点以降のノッキング波形のみを抽出するための回路
である。このため、そのサンプリング時期はマイクロコ
ンピュータ４８から指命信号Ｓ、によって決定し、トラ
ンジスタ群Ａ−Ｄの動作時期から最適と思われる時期を
適宜指令する。ここで抽出されたノッキング波形Ｘ２は
ブロック５１に入力され、さらにバンドパスフィルタで
５に〜１０ＫＨｚのノッキング周波数成分のみを通過さ
せる。さらに、マイクロコンピュータ４８からの指令信
号Ｓ２で任意のスライスレベル以下の成分をカットし、
残った波形を波形整形して、そのシリンダの平均ノック
強度のごとき電圧信号Ｘ４としてマイクロコンピュータ
４８に帰還させる。マイクロコンピュータ４８ではこの
信号Ｘ４を受けて１点火時期の修正値を決定しトランジ
スタ群Ａ−Ｄにそれぞれ信号を出力する。

次に第４図に示した電子式点火装置を用いたノック検出
装置の実施例について説明する。点火コイル１９および
一次側の回路構成は第４図と同様であるので説明は省略
する。また点火プラグも同様である。第４図ではコイル
と各点火プラグ間にシイオードを入れていたが、第９図
のものではツェナダイオード５２，５３，５４．５５も
用い、このツェナダイオードの両端間にコンデンサ５６
゜５７．５８．５９を接続し、その一端から抵抗６０．
６１，６２．６３を接続し、その後端は連続された抵抗
６４を介して接地されている６電圧検出部４３はこの抵
抗間よりの信号が導入されるようになっている。

この動作機能について説明する。トランジスタＡ２０が
動作するとコイル１９の二次側にはＡ２の方向に電流が
誘起しダイオード６５．６６゜６７．６８の接続方向よ
り、ダイオード６５．ツェナダイオード５２を介して点
火プラグで放電し、接地から点火プラグ１８で再び放電
が生じ、ツェナダイオード５５．ダイオード６８を介し
て閉ループを構成する。この場合ツェナダイオードは例
えば３００ｖ以上の電位差になると導通するものを用い
るとコンデンサ５６およびコンデンサ５９には３００ｖ
の電荷が充電される。したがって、トランジスタＡ２０
の動作が停止してＡ２方向の高電圧が作用しなくなると
、コンデンサ５６に充電された電荷鵜抵抗６０，６４を
介して点火プラグ１５に印加され、点火プラグ１５では
イオン電流を生ずる。またコンデンサ５９でも同様にな
る。

しかしこの場合、点火プラグ１５のシリンダが爆発行程
にあったとすると、点火プラグ１８のシリンダは吸気行
程であり、ここではイオン化されていないのでイオン電
流は生じない。この両者で前記行程が逆になったときに
は、まったくこの両者逆になる。すなわち、いずれも、
爆発行程時のイオン電流が電圧検出部４３で検出される
。

次にトランジスタＢ２１がトランジスタＡ２０とクラン
ク角度で９０″ずれて動作すると、コイル１９の二次側
にはＢ２のごとき流れが生じ、ダイオード６５，６６．
６７．６８の方向より、ダイオード６７、ツェナダイオ
ード５４を介して、点火プラグ１７で放電し、接地部を
介して点火プラグ１６で放電し、ツェナダイオード５３
．ダイオード６６を介して閉ループを構成する。この場
合も、コンデンサ５８．５７では例えば３００ｖに充電
される。そしてトランジスタＢ２１の動作が停止し、Ｂ
２方向の高電圧が作用しなくなると、コンデンサ５８の
電荷は抵抗６２．６４を介して点火プラグ１７に導びか
れ、イオン電流が生ずる。

また、コンデンサ５７も同様に放電し、点火プラグ１６
．抵抗６４．６１で閉ループを構成する。

この場合、点火プラグ１７のシリンダが爆発行程だとす
ると、点火プラグ１６のシリンダは吸気行程であり、ガ
スはイオン化されていないので点火プラグ１６ではこの
場合イオン電流は生ぜず１点火プラグ１７でのみ生ずる
ことになる。この両者の行程が逆になると前記と同様逆
になる。検出した信号の処理は第８図に示したとほぼ同
様な回路構成によって行う。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明により電子式点火装置を用いたエンジ
ンにおけるノッキングの検出を各シリンダごとにじん速
かつ高精度に検出でき、しかもそれに伴う検出回路のコ
ストを十分低く抑えた実用性の高い装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１〜第４図は従来例の説明図で、第１図は部分回路図
、第２図は回路図、第３．第４図は回路説明図、第５図
は本発明の一実施例の回路図、第６図は動作説明図、第
７図はイオン電流の波形図、第８図は回路構成のブロッ
ク図、第９図は回路構成図である。 ３０・・・トランジスタＡ、３１・・・トランジスタＢ
、３２・・・トランジスタＣ１３４〜３７・・・ダイオ
ード、４３・・・電圧検出部、４８・・・マイクロコン
ピュータ。 代理人　弁理士　高橋明夫 茅３Ｂ 像） （ｂン 第５０ ＄６図 ＮＯ≠負笥　＃ｈ　吸気圧 ＋　今 ｂ １

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの各種情報を入力し、それに対応した点火
   時期を決定する機能を有するディジタル演算回路、その
   回路からの指令信号により動作する複数個のトランジス
   タ、そのトランジスタのそれぞれの開閉動作に誘起して
   高電圧を発生する点火コイル、この点火コイルの電圧を
   受けて放電する各シリンダに設けた点火プラグ、それぞ
   れのトランジスタの１回のトランジスタ動作で複数個の
   ものが放電される回路構成となっている高電圧配電点火
   装置において、点火プラグに混合気着火用の高電圧印加
   後わずかに遅らせて放電あるいはイオン電流を生せしめ
   るための第２の高電圧を印加するようにした高電圧配電
   回路と、この放電、イオン電流に伴う電圧変化よりノッ
   ク度を分離し、検出し点火時期をそれに応じて修正する
   機能を前記したディジタル演算回路およびその周辺回路
   に具備させたことを特徴とする点火装置のノック検出装
   置。