JPS61234273A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内燃機関のノッキングを検出し、点火時期制
御によりノッキングを抑制するようにし、特に検出のノ
ッキング信号とフエール信号の伝送を１本の信号線で伝
送できるようにした内燃機関の点火時期制御装置に関す
る。

〔従来技術〕

一般に、内燃機関の効率は点火時期？ＭＢＴ（Ｍｉｎｉ
ｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　Ｂｅ５ｔ　Ｔｏｒｑ
ｕｅ　）に近づけて設定すると向上する。

しかし、点火時期をＭＢＴに近づけすぎるとノッキング
が発生し、過大ノッキングは機関の損傷を招く。

このため、近年、機関に発生するノッキングを検出し、
点火時期を制御してノッキングを抑制する点火時期制御
装置が開発され、採用されるようになった。

特に、過給機付機関においては、最大ノツキングの発生
を防止して機関を保護し、その出力をよシ一層の高出力
にするとともに省燃費を可能とするために、この制御装
置が多く装着されている。

第６図は従来の内燃機関の点火時期制卸装置のブロック
図であシ、この第６図において、１は機関に取付けられ
、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て感度の
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
て妨害波となるノイズを遮断するアナログゲート、４は
妨害ノイズの発生時期に対応してアナログゲート３の開
閉を指示するゲートタイミング制御器、５はノッキング
時以外の機関の機械的振動ノイズのレベルを検出するノ
イズレベル検出器、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
出パルスを発生する比較器、７Ｆｉ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す
る積分器である。

移相器８は積分器７の出力電圧に応じて基準の点火信号
の位相を変位きせるようにしているとともに、ゲートタ
イミング制御器４に出力するようにしている。

一方、回転信号発生器９は予め設定した点火進角特性に
応じた点火信号を発生するもので、この回転信号発生器
９の出力は波形整形回路１０で波形整形すると同時に、
点火コイル１２の通電の閉路角制御を行うようにしてい
る。

この波形整形回路１０の出力によシ制御され次移相器８
の出力信号によシ、スイッチング回路１）が点火コイル
１２の給電を断続するようにしている。

な、お、１３は加速度センサ１および加速度センサｌと
周波数フィルタ２間の信号線の異常を検出するフエール
セー７回路であシ、その出力は積分器７に加えるように
している。

かくして、加速度センサ１、周波数フィルタ２、アナロ
グゲート３、ゲートタイミング制御器４、ノイズレベル
検出器５、比較器６．フエールセー７回路１３とによジ
ノツク検出部１０１が構成されている。

また、積分器７、移相器８、波形整形回路１０とによシ
、イグナイタ回路部１０２が構成されている。

第７図は加速度センサ１の出力信号の周波数特性を示し
、曲線Ａはノッキングのない場合、曲線Ｂはノッキング
が発生した場合を示す。

この加速度センサ１の出力信号にはノック信号（ノッキ
ングに伴い発生される信号）、機関の機械的ノイズおよ
び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。

Ｉ！２図の曲線Ａ、Ｂｉ比較すると、ノック信号には特
有の周波数特性があることが解る。その分布は機関の違
いや加速度センサ１の取付位置の違いによシ差を生じる
が、いずれにしろ、ノッキングの有無によって明確な周
°波数分布の違いがある。

そこで、このノック信号が有する周波数成分を通過させ
ることによって他の周波数成分のノイズを抑制し、ノッ
ク信号を効率よく検出することができる。

また、第８図および＠９図は上記従来装置の各部の動作
波形を示し、第８図はノッキングが発生していないモー
ド、第９囚はノッキングが発生しているモードを示す。

　　　　゛ 上記構成において、機械の回転によシ予め設定された点
火時期特性に対応して回転信号発生器９から発生された
回転信号は波形整形回路１０によって所望の閉路角を持
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１）を駆動して、点火コイル１２の給電を断
続し、その通電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
動によシ加速度センサ１の出力信号には第８囚（ａ）に
示すように機械的ノイズや点火時期Ｆに信号伝送路に乗
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を通過することに工って、
第８図中）のように機械的ノイズ成分が相当抑制される
が、イグニッションノイズ成分は強力であるので、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８図（Ｃ））によって点火時期からある期間そのゲ
ー）１−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８図（ｄ）のイに
示すようにレベルの低い機械的ノイズのみが残る。

−７、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
得る特性を持ち、機械的ノイズのピーク値より着干高い
直流電圧を発生する。

これを第８図（ｄ）の口に示す。

このように、アナログゲート３の出力信号の平均的ピー
ク値よシノイズレベル検出器５の出力の方が大きいため
、両者を比較する比較器６の出力には第８図（ｅ）に示
すように例も出力されず、結局ノイズ信号はすべて除去
される。

したがって、積分器７の出力電圧も第８図（ｆＪのよう
に零で６Ｄ、移相器８による移相角（入出力の位相差）
も零となる。このため、移相角８の出　　力によル駆動
されるスイッチング回路１）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シ、点火時期は基準点火位置
となる。

また、ノッキングが発生した場合、加速度センサｌの出
力には第９図（ａ）に示すように点火時期よシある時間
遅れた付近でノック信号が含まれ、またこの出力の周波
数成分は第７図の曲線Ｂとなシ、周波数フィルタ２およ
びアナログゲート３ｔ−通過後の信号は第９図（ｄ）の
イに示す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。

この結果、比較器６の入力は第９図は）のイ、口に示す
ものとなり、比較器６の出力には第９図＜８）に示すパ
ルスが発生する。積分器７はこのパルスを積分し、第９
図（ｆ）に示すように積分電圧を発生する。

移相器８はこの積分電圧の大きさに応じて第９図瞳）に
示す波形整形回路１０の出力信号、すなわち基準点火信
号を時間的に遅れ側に移相するため、第９図但）に示す
移相器８の出力信号の位相は基準点火信号の位相よシも
遅れ、この信号によってスイッチング回路１）は点火コ
イル１２の通電を断続するので、点火時期は基準点火位
置よシ遅れ側となる。

この結果、機関に発生のノッキングは抑制される。以上
の第８図と第９図に示した制御が繰返し行われて、機関
はノッキングが抑制された状態で運転される。

ところで、上記第６図に示した従来例において、加速度
センサ１、あるいは加速度センサ１と周波数フィルタ２
との間に配役の信号線に異常が生じた場合、上述のノッ
ク信号の検出、点火時期制御が不可能となるため、所望
ノッキング抑制領域で発生のノッキングは過大なものと
なり、機関の損傷を紹〈危険がある。

このため、フェールセーフ回路１３が設けられている。

このフェールセーフ回路１３について第１０図を用いて
説明する。

この第１０図において、加速度センサ１は圧電朱子２）
と抵抗２２から構成されていて、圧電素子２）と抵抗２
２はそれぞれ並列に接続され、この一端はアースに、他
端は加速度センサ１の出力端子２３にそれぞれ接続され
ている。

加速度センサ１の出力端子２３はノック検出回路１０３
０入力端子２４（周波数フィルタ２の入力でもある）に
接続されている。抵抗２５は電流２６と入力端子２４と
の間に接続され、電圧比較器２７の非反転入力は入力端
子２４に、反転入力は基準電圧Ｖｒ２８にそれぞれ接続
されている。電圧比較器２７の出力はフェールセーフ回
路の出力である。

加速度センサ１には電源２６から抵抗２５を介して電圧
が印加されている。加速度センサ１に抵抗２２が内蔵さ
れていて、抵抗２２．２５がそれぞれ同じ抵抗値Ｒであ
れは、正常時に入力端子２４の電圧Ｖ＋は０．５Ｖ［Ｖ
は電源２６の電圧］となる。

ここで、喪とえば、加速度センサ１の出力端子２３とノ
ック検出回路の入力端子２４とを結ぶ信号線が断線した
場合、入力端子２４の電圧Ｖ）−は■となる。

ｔＥＥ、比較器２７Ｆｉ上記入力端子２４の電圧Ｖ＋（
非反転入力の電圧）と基準電圧Ｖｒ２８（反転入力の電
圧）との電圧比較を行うので、基準電圧ＶｒｆＯ，５Ｖ
＜Ｖｒ＜Ｖとすれば、正常時にはＶ＋＝０．５Ｖ＜Ｖ−
＝Ｖｒ　　より電圧比較器２７の出力ＦｉＬｏ、上記信
号線の断線時はＶ＋＝Ｖ＞Ｖ−＝Ｖｒよシミ圧比較器２
７の出力はハイとなる。すなわち、上記信号線が異常の
とき、電圧比較器２７の出力はノ・イとなる。

以上に示すフエールセーフ回路１３の出力（を圧比較器
２７の出力）は積分器７に入力され、フェールセーフ回
路１３の出力がハイになると強制的に積分器７の出力が
所定値に設定され、一定角度の遅角制御が行われ、機関
にノッキングが発生しないかあるいは機関に損傷を与え
ない軽微なノッキングしか発生しない安全な角度位置に
点火時期が設定される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第６図の従来装置において、積分器７には検出したノッ
ク信号を伝送するための比較器６の出カド、フェール検
出のためのフエールセーフ回路１３の出力とが入力され
ている。

また、加速度センサ１〜比較器６およびフェールセーフ
回路１３はノック検出部を構成し、積分器７〜点火コイ
ル１２社イグナイタ部を構成している。

近年の高級化、電子制御化にともない、システム構成が
多様化、複雑化していて、システム構成として比較器６
の出力と積分器７の入力の間でブロック分けした構成に
したいことがある。

たとえば、回転信号発生器９、スイッチング回路１２お
よび点火コイル１２を除くイグナイタ回路部１０２を燃
料側−機能と一体で構成し、機関を総合的に集中制御す
る場合、しかもその制御１をコンピュータを用いて行う
場合、上記イグナイタ回路部１０２ｔ−含むコンピュー
タ回路は耐熱性などの信頼性より車室内に取シ付けられ
、一方、ノック検出部１０１は機関が搭載されたエンジ
ン室内に取シ付けられることかめる。

この構成ヲとる他の理由として、ノイズに比較的弱い微
弱なアナログ信号である加速度センサ１の出力を長く伝
送するよシ、ノイズに強いパルス信号である比較器６の
出力を伝送するのが好しい七いうこともある。

こうした場合、比較器６およびフェールセーフ回路１３
と積分器７との間を結ぶ信号線は非常に長くなるので、
信号線の削減が望ましい。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、１本の信号線にて積分器に伝送でき、信号線敷設
の節約が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。

〔問題を解決するための手段〕

この発明に係る内燃機関の点火時期制御装置は、ノック
信号とフエール信号を１本の信号線で伝送する工うにし
たものである。

〔作　用〕

この発明においては、機関のノッキングの特性を利用し
てノック信号とフエール信号を異なる種類の信号として
これらを合成して１信号に１とめて１本の信号線に伝送
する。

〔実施例〕

以下、図を用いて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説明する。第１図はその一実施例の
構成を示すブロック図である。この第１図において、＠
６図と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し
、第６図とは異なる部分を主体に述べる。

この第１図を第６図と比較しても明らかなように、第１
図では、第６図で示した加速度センサｌ。

周波数フィルタ２、ノイズレベル検出器５、比較器６、
積分器７、移相器８、回転信号発生器９、波形整形回路
１０．スイッチング回路１）、点火コイル１２、フェー
ルセーフ回路１３は同シである。

しかし、以下に述べる点が第６図とは異なシ、この発明
の特徴をなす部分であり、ノック検出部１０１において
、比較器６の出力とフエールセー７回路１３の出力はＯ
Ｒ回路３３全通して、直流電圧検知器３４とＡＮＤ回路
３２の第２入力端に供給するようにしている。

イグナイタ回路部１０２において、パルス発生器３１は
移相器８の出力に応答してパルスを発生するようになっ
てお夛、このパルス発生器３１は第６図の従来装置で示
したゲートタイミング制御器４と同等の役目をするもの
である。

パルス発生器３１の出力はＡＮＤ回路３２の第１入力端
に供給するようになっている。このＮ。

回路３２は比較器６の出力とパルス発生器３１の出力と
の論理＆信号を出力するもので、これは第６図の従来装
置に示したアナログゲート３と同等の役目をする。

すなわち、移相器８の出力の立下Ｖ（点火時期）に応答
してパルス発生器３１はパルス（第８図（Ｃ）、第９図
（Ｃ）と同等）を発生し、このパルスはＡＮＤ回路３２
にて比較器６の出力を遮断し、積分器７の積分入力を阻
止している。

結局、これらパルス発生器３１とＡＮＤ回路３２は第６
図の従来装置に示したゲートタイミング制御器４とアナ
ログゲート３の機能と同等の働きをし、点火ノイズを誤
認して検出されたノック信号が積分器７に入力されるの
を阻止するようになっている。

このため、ノック検出部１０１には第６図の従来装置に
示したアナログゲート３、ゲートタイミング制御器４に
相当の回路ブロックは省略されている。

以上のように、イグナイタ回路部１０２とノック検出部
１０１はＩ！６図の従来装置と点火ノイズのマスク法に
違いがあり、その回路構成に若干の違いがあるものの、
マスク機能について伺ら違いはなく、同等の機能を備え
る。

次に、この発明に係る部分について説明する。

ＯＲ回路３３に！：比較器６の出力とフェールセーフ回
路】３の出力の論理和信号を出力して、このＯＲ回路３
３の出力の直流電圧を直流電圧検知器３４で検知するよ
うにしている。この直流電圧検知器３４の出力は積分器
７のフエール信号入力に入力される。

前述のように比較器６にてノック信号がパルス信号とし
て検出器れ、またフエールセーフ回路１３にてノック検
出系のフエールが検出される。これらの信号モードは、
第２図に示すように、ノック信号は通常のノックがない
ときにＬｏレベルにめシ（安定状態）、ノックが発生の
ときノック信号に対応してＨｉレベルになる（準安定状
態）パルス信号となる。

−１、フェールセーフ回路１３の出力のフエール信号は
第３図に示すように、正常時にＬｏレベルにあシ、フェ
ール時にＨｉレベルとなる。

ＯＲ＠路３路上３記比較器６からのノック信号とフエー
ルセー７回路１３からのフエール信号の論理和信号（Ｏ
Ｒ信号）を出力するので、この出力信号はノック検出系
が正常の場合、第２図に示す信号となり、ノック検出系
がフエールの場合第３図〔フエール時〕に示すようにＨ
ｉレベルとなる。

直流電圧検出器３４は上記ＯＲ回路３３の出力を受け、
この信号の電圧がＨｉレベルで連続したことを検出し、
フエール信号を出力する。この直流電圧検出器３４の一
例を第４図に示す。

ここで、４１は抵抗、４２はコンデンサ、４３は基準電
圧である。電圧比較器４４はコンデンサ４２の端子にそ
の非反転入力端が接続され、また基準電圧４３が反転入
力端に接続されている。

ＯＲ回路３３の出力信号は抵抗４１を介して、コンデン
サ４２を充放電するので、第２図に示すノック信号が入
力されてもコンデンサ４２の端子には端子電圧が大きく
発生しない。すなわち、抵抗４１とコンデンサ４２は低
周波通過フィルタを成している。

一方、第３図に示すフェール信号が入力されると、コン
デンサ４２の端子電圧＃：ｔＨｉレベルになる。

このようにコンデンサ４２の端子電圧は第５図に示すよ
うになる。

電圧比較器４４は上記コンデンサ４２の端子電圧をその
非反転入力にもち、反転入力の基準電圧Ｖｒ４３と比較
する。第５図から明らかなように、コンデンサ４２の端
子電圧がＨｉレベルになると電圧比較器４４の出力Ｆｉ
Ｈｉレベルになり、フエール信号が出力される。

すなわち、ノック検出系がフエール状態になったとき、
ＯＲ回路３３の出力はＨｉレベルが連続し、電圧比較器
４４のコンデンサ４２の端子電圧はＨｉレベルになシ、
フエール信号が積分器７に入力される。

この結果、点火時期は所定のフエール時の角度位置に設
定され、機関にノックが発生しない、あるいは軽微なノ
ックしか発生しない適切な運転状態になされる。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したとおシ、機関に発生のノッキ
ングを検出し、七の検出のノック信号とフエール信号を
合成し一つの信号にして伝送できるようＫしたので、信
号線数を最少の１本にしてノック信号とフェール信号の
２種の信号を伝送でき、実用における信号線の配設の節
約ができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

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
施例の構成を示すブロック図、第２図は同上内燃機関の
点火時期制御装置におけるノックの発生の有無に応じた
比較器の出力電圧を示す図、第３図は同上内燃機関の点
火時期制御装置におけるフェールセーフ回路の出力電圧
を示す図、ｍ４図は同上内燃機関の点火時期制御装置に
おける直流電圧検出器の詳細な構成を示す回路図、第５
図は同上内燃機関の点火時期制御装置における直流電圧
検出器のコンデンサの端子電圧を示す図、第６図は従来
の内燃機関の点火時期制御装置の構成を示すブロック図
、第７図は従来の内燃機関の点火時期制御装置における
加速度センサの周波数対出力特性を示す図、第８図およ
び第９図はそれぞれ従来の内燃機関の点火時期制御装置
の動作を説明するための各部の波形図、第１θ図は従来
の内燃機関の点火時期制御装置におけるフエールセー７
回路の詳細な構成を示す回路図である。 １・・・加速度センサ、２・・・周波数フィルタ、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、１）・・・スイッチング回路、１
２・・・フエールセー７回路、３１・・・パルス発生器
、３２・・・ＡＮＤ回路、３３・・・ＯＲ回路、３４・
・・直流電圧検出器、４２・・・コンデンサ、１０１・
・・ノック検出部、１０２・・・イグナイタ回路部。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を表わす。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の振動加速度を検出する加速度センサ、
   この加速度センサの出力からノイズ信号成分を除去しノ
   ッキング信号成分を選別する弁別手段、基準点火時期信
   号を発生する基準点火時期信号発生手段、上記弁別手段
   の出力に応じて基準点火時期信号の位相を変位させる移
   相手段、この移相手段の出力に対応して点火コイルの給
   電を断続するスイッチ手段、上記ノッキング信号検出系
   のフエール状態を検出するフエール検出手段、上記弁別
   手段の出力とフエール検出手段の出力とを合成して上記
   基準点火時期信号発生手段に伝送する１本の信号線を備
   えてなることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置
   。
2. （２）弁別手段の出力はパルス信号、フエール検出手段
   の出力は上記パルス信号の準安定値としたことを特徴と
   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。