JPS63179177A - 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点火時期制御装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の内燃機関の点火時期制御装置を第６図に示す。図
において、１は機関に取付けられ、機関の撮動加速度を
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Ｐ−１，４は妨害ノイズの発生時期に対
応してアナログｒ−ト３の開閉を指示するダートタイミ
ング制御器、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ノイズレベル検出器、６はアナロ
グｆ−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、７
は比較器６の出力・セルスを積分し、ノッキング強度に
応じた積分電圧を発生する積分器、１１は機関の各気筒
の点火動作に対応した気筒パルスを発生する気筒／ぐル
ス発生器、１２は気筒パルスを受け、点火コイル１５の
通電時間を確保する閉路率制御及び点火電圧発生時期を
制御する点火時期制御が成された点火・（ルスを出力す
る点火信号制御回路、１３は点火パルスを制御電圧に応
じた角度の遅角制御して出力する移相器、１４は移相器
１３の出力信号により点火コイル１５の給電を断続する
スイッチング回路である。２５は積分器７からの積分電
圧をディジタル信号に変換して出力するＡＤ変換器、２
６は上記ディジタル信号をノック発生気筒に対応させて
分配し出力する分配回路で、この実施例では４気筒の機
関であるので、分配回路２６の出力数は気筒数に対応し
て４個でおる。２７〜３０は分配回路２６からのディジ
タル信号を各気筒に対応して記憶するメモリで、例えば
メモリ２７は第１気筒で発生のノック量を記憶するもの
である。

３１は一定間隔でパルスを発生し、メモリ２７〜３０に
各々の記憶値を減算するためのパルスを入力するクロッ
ク発生器、３２はメモリ２７〜３０の各出力から点火気
筒に対応し友データのみ選択して出力する選択回路、３
３は機関の４気筒のうちの基準気筒に対応し九基準パル
スを発生する基準パルス発生器、３４Ｉ／′ｉ上記基準
・そルスと気筒パルスとから、分配回路２６および選択
回路３２の各動作状態を所定気筒に対応したものとする
ように順に気筒選択・９ルスを発生する気筒選択パルス
発生回路、４０は加速度センサ１と周波数フィルタ２の
間の信号線の断線あるいはアースへの短絡というフェー
ルを検知し、ま几ノイズレベル検出器５の出力の異常電
圧を検知し、７工−ル信号を積分器７に入力し、また並
行して他の燃料制御装置、車両診断装置等に７工−ル信
号ＫＦを送るフェール検知回路でおる。

第７図は加速度センサ１の出力信号の周波数特性を示す
。Ａはノッキングのない場合、Ｂはノッキングを発生し
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（ノッキングに伴い発生される信号）やそれ以
外の機関の機械的ノイズ、また信号伝達経路に乗る各種
ノイズ成分例えばイグニッションノイズなどが含まれる
。第７図のＡとＢ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。この周波数分布は、機関
の相違あるいは加速度センサ１の取付位置の相違により
差はあるものの、それぞれの場合にノッキングの有無に
エフ明確な分布の相違がある。

そこで、このノック信号が有する周波数成分全通過させ
ることによって他の周波数成分のノイズを抑圧し、ノッ
ク信号を効率良く検出することができる。

又、第８図、第９図は第６図に示し友従来装置の動作波
形を示し、第８図はノッキングが発生していないモード
を示し、第９図はノッキングが発生しているモードを示
す。

次に、上記装置の動作を説明する。気筒／＃ルス発生器
１１は、機関の回転釦対応して所定の関係において各気
筒の点火動作に対応した気筒・ぞルスを発生する。この
気筒・ぐルスは、点火信号制御回路１２において、機関
回転数に応じて点火コイル１５の通電時間を制御する閉
路率制御と機関の回転数および負荷に応じて点火電圧発
生時期を制御する点火時期制御を受けた点火信号に変換
される（第６図では機関の負荷情報は図示省略しである
。）。

この点火信号制御回路１２からの点火信号は移相器１３
ｔ−介してスイッチング回路１４を駆動し、点火コイル
１５の給電を断続し、その通電々流の遮断時に発生する
点火コイル１５０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８図（ａ）に
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シ第８
図（ｂ）に示す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力なため周波数フ
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ーｅｆ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１３
の出力によってトリガされるｆ−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
そのゲートを閉じ、イグニッションノイｘ”ｌ遮断する
。

このため、アナログ７−）３の出力には第８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。

一万、ノイズレベル検出器５はアナログｆ−）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若干高い
直流電圧を発生する（第８図（ｄ）の口）。

従って、Ｗｃ８図（ｄ）に示すようにアナログｒ−）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の出力が大きい几めに、比較器６の出力は第８図（
ｅ）に示すように何も出力されず、結局ノイズ信号Ｆｉ
すべて除去される。このため、積分器７の出力電圧は第
８図（ｆ）のように零のままでアシ、メモリ２７〜３０
の記憶値も零で選択回路３２の出力がないので、移相器
１３による移相角（入出力第８図（ロ）、（旬の位相差
）も零となる。従って、この出力によシ駆動されるスイ
ッチング回路１４の開閉位相即ち点火コイル１５の通電
の断続位相は点火信号制御回路１２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。

又、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９図（ａ）のように点火時期よりある時間遅れ次
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９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友もの
になる。

このアナログｒ−）３ｔ−通過した信号のうちノック信
号の立上りは急峻なｋ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９図（ｄ）の４１口
となるので、比較器６の出力には第９図（ｅ）のように
パルスが発生する。

積分器７はこの・ダルスを積分し、第９図（ｆ）のよう
に積分電圧を発生する。ノック検出は各気筒に対応して
行われるため、点火毎に移相器１３の出力により積分器
７の出力をリセットしている。このため、ノック検出か
らリセットまでの期間、積分器７の出力は一定値に保持
されている。これらを点火周期で点火毎に行う。積分器
７の出力（積分電圧）はＡＤ変換器２５でディジタル信
号に変換される。

分配回路２６は気筒選択・臂ルス発生回路３４からの気
筒選択パルスに基づき、ノック発生気筒の識別を行い、
ノック発生気筒に対応の、例えば第３気筒に対応のメモ
リ２９にＡＤ変換器２５からのディジタル信号化された
積分電圧を入力する。

メモリ２９は分配回路２６からの積分電圧を記憶する。

選択回路３２は気筒選択パルス発生回路３４からの気筒
選択／々ルスに基づき、第３気筒に対応し定メモリ２９
を選択し、その出力を移相器１３に出力する。ここでは
、ｔＪｉ３気筒にノックが発生し九場合であるので、第
３気筒の点火動作時にメモリ２９の出力が選択され、移
相器１３に入力される。第９図では、次の気筒でもノッ
クが発生しているので、第４気筒でノックが発生したこ
とになる。この場合の積分器７の出力は分配回路２６で
選択され、メモリ３０に記憶される。そして、選択回路
３２により選択され、第４気筒の点火動作時にメモリ３
０の出力は移相器１３に入力される。

次に、谷気筒別の制御について、第１０図を用いて詳細
に説明する。図において、（８）は点火気筒を表わす数
字、（すは比較器６の出力、（ｆ）は積分器７の出力、
（ｊ）、（ｋ）、（７）、（ｍＪは各々メモリ２７〜３
０の記憶値、ｐは選択回路３２の出力、（ｇ）、（ｈ）
は移相器１３の入力、出力である。

今、第１０図（ｅ）に示すように、比較器６の出力には
ノック／４ルスが表われており、第３気筒、第２気筒、
第３気筒、第４気筒、第２気筒の順にノックが発生して
いる。これらは積分器７で積分電圧に変換され、仁の出
力は第１０図（ｆ）に示すようになる。ここで、Ｋ１．
に２．に３．に５は各々ノックレベルを表わし、小さい
方からＫｌ　、　Ｋ２　。

Ｋ３　、に５の順になり、Ｋ５は最も大きいノックを表
わす。時点ｔ１で第３気筒にノックが発生し、積分器７
の出力は電圧に５になる。この電圧に５はＡＤ変換器２
５でディジタル信号に変換され、分配回路２６に入力さ
れる。分配回路２６はデイジタル化された積分電圧に５
ｔ−第４気筒の点火時点ｔ２でメモリ２９に選択的に出
力するため、時点ｔ２でメモリ２９に記憶される。これ
にょシ、メモリ２９の記憶値は電圧に５になる。

ＫＩＣ，時点ｔ３で第２気筒にノックが発生し、積分器
７で積分電圧に５に変換され、この電圧に５はＡＤ変換
器２５でディジタル信号に変換され、分配回路２６によ
り選択的にメモリ２８に入力され、時点ｔ４でメモリ２
８に記憶される。時点ｔ４は第１気筒の点火時点であり
、これ以降次の第３気筒の点火動作に入る。この時、メ
モ！７２９に電圧に５が記憶されているので、選択回路
３２から電圧に５が出力され（第１０図（ｐ））、移相
器１３に入力される。これによシ、移相器１３で次の点
火時期が電圧に５に対応する角度θ５だけ遅角され（移
相器１３の入力ζｇ）に対する出力（ｈＪの位相遅れ）
、時点ｔ５で点火される。基準点火時期より角度θ５遅
角の時点ｔ５で点火され友にもかかわらず、時点ｔ６で
再度第３気筒にノックが発生している。このレベルはに
２であり、これに対応する積分電圧に２は次の第４気筒
の点火時点ｔ７でメモリ２９に入力される。メモリ２９
　ｖｃｔａ既に１１Ｌ圧に５が記憶されているので、こ
れに電圧に２が加算され、新たな電圧に７が記憶される
。時点ｔ７（基準点火時期）での点火に対し、時点ｔ８
で第４気筒にノックが発生し、積分電圧に３が出力され
る。この電圧に３は次の第２気筒の点火時期ｔ９でメモ
リ３０に記憶される。

一万、時点ｔ７から次の第２気筒の点火動作を行うが、
このときメモリ２８に電圧に５が記憶されているので、
選択回路３２から電圧に５が選択的に移相器１３に入力
される。これにより、次の点火時期は電圧に５にｂ応す
る角度θ５だけ基準より遅角した時点ｔ９となる。この
時点ｔ９での点火に対し、時点ｔｌＯで第２気筒にノッ
クが発生し、積分電圧に１が出力される。この電圧に１
は次の点火時期ｔｌｌでメモリ２８に加算され、メモリ
２８の記憶値は電圧に６となる。時点ｔｌｌから第３気
筒の点火動作に入るが、このときメモリ２９に電圧に７
が記憶されているので、次の点火時期ｔ１２は基準より
角度θ６だけ遅角される。

以下同様に遅角制御が繰返され、次の第４気筒の点火時
期ｔ１３は基準より角度θ３遅角となり、その次の第２
気筒の点火時期ｔ１４は基準より角度θ６遅角となる。

以上のように、ノック検出量（積分電圧）Ｋ応じて点火
時期を遅角し、機関にノックが発生しなくなると所定の
速度で点火時期を基準の方向に向けて進角させ、ノック
限界に近づけることが必要になる。ここでは、クロック
発生器３１からのクロックに基づき、所定の率でメモリ
２７〜３０の記憶値全減算して各々の記憶値を小さくし
、移相器１３の入力を小さくして遅角４度を小さくし、
基準に近づけるようにしている。又、金気筒に対し同じ
角度だけ一律に遅角制御することも可能で、この場合気
筒選択の几めの分配回路２６および選択回路３２ｔ−固
定し、メモリ２７〜３０のうちの１つのメモリだけを使
えばよく、気筒別制御と気筒−律制御を切換可能にする
こともできる。

−万、フェール検知回路４０は、加速度センサｌと周波
数フィルタ２を結ぶ信号線の断線あるいはアースへの短
絡が生じ、加速度センサｌの出力が周波数フィルタ２に
正常に入力されなくなった場合に７工−ル信号ＫＦｔ−
出力する。一般には、コネクタ部での接触不良を含めて
信号線の断線が最も生じ易い。又、ノイズレベル検出器
５の作動状態が異常になった場合にもフェール信号ＫＦ
を出力する。これは、加速度センサ１と周波数フィルタ
２０間の信号線が正常な状態にあっても何らかの原因で
正規設定状態からずれた状態になることがあり、例えば
処理信号が非常に大きくなって正常に比較基準電圧を出
力できなくなることがあるからである。従って、この状
態を検知してフェール信号ＫＦを出力する。積分器７は
フェール検知回路４０から７工−ル信号ＫＦｔ入力され
ると比較器６からの信号とは無関係に作動し、フェール
時の積分電圧を出力する。第１１図と第１２図はフェー
ル時の積分電圧の例を示す。第１１図の例は、基本的に
常時積分器７が出力できる最大の積分電圧ＶＯＭＡＸ　
を出力するものであるが、移相器１３の出力の点火信号
により点火時期Ｆでリセットされ、点火毎に繰返し零に
される。第１２図の例は、移相器１３の出力の点火信号
による積分器７のリセットをしないようにしたものでア
シ、フェール検知回路４０からのフェール信号ＫＦによ
り積分器７に入力する点火信号を無効にすれば良い。こ
のように、積分電圧ＶＯＭＡＸが常時出力されていると
メモリ２７〜３０の全てに電圧ＶｏＷＡＸが記憶され、
ノックが発生しない所望のフェール時点火時期に設定さ
れる。ここでは、フェール時に積分器７の出力の最大値
ＶＯＭＡＸで制御しているが、これ以外の中間値でもよ
く、機関のノック特性およびその他の特性を加味して決
めることは可能でちる。又、フェール信号ＫＦを燃料制
御装置に入力し、機関の制御全総合的に行うこともでき
、あるいは診断装置に入力して警報の発生をすることも
でき、さらに他の制御装置を含めた総合的な制御に発展
させることも可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来装置は以上のように構成されており、周波数フィル
タ２の出力（第８，９図の（ｂ））においてノック信号
とノイズ信号が電圧値で識別できなければ、機関に発生
のノックに対応したノック信号が検出できない。この点
に鑑み、機関の振動特性に着目すると、例えば耐久テス
トヲ行った機関ではノック信号に似たノイズ信号が発生
することが６１７、このノイズ信号によシ制御が誤作動
することがある。即ち、当初（機関が新しい時）は所望
の制御性があっても運転時間の経過に従いノイズ信号が
成長し、これを誤検出して無駄な点火時期制御が作動す
るようになることがあり、機関出力の低下、燃費の悪化
、排気ガス温度の上昇等の常置を招くという問題点かあ
つ友。

この発明は上記のような問題点を解決するために成され
たものでアリ、ノイズ信号によるノック誤検出を無効と
し、ノック信号の検出による点火時期制御を基本原理通
り行うこと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。

〔問題点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
強度を識別するノック弁別器の出力から機関のノイズ信
号に応じた値を減算する減算器を設けたものである。

〔作用〕

この発明における減算器は、ノック強度（ノイズも含む
。）に対応した電圧からノイズ信号に応じ次電圧を減算
しており、この減算結果に基づいて点火時期制御が行わ
れるので、ノイズ信号分によるノック強度の誤検出は生
じない。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。

まず、ノイズ信号が検出される場合の機関特性について
説明する。第２図は横軸にノック強度、縦軸にノイズを
含むノックの検出信号の例えば時間当りの発生頻度を示
す。ＶＫ　１−ＶＫ　３は検出信号のピーク電圧を我わ
し、ＶＫＩ＜ＶＫ２＜ＶＫ３である。機関に発生するノ
ックの強度を大きくして行くに従い、上記各ピーク電圧
ＶＫＩ〜ＶＫ３の発生頻度は増加する。この場合、電圧
の大きいピーク電圧はどその増加率が大きくなっている
。

制御性のマツチングは、機関のノック発生状態において
第２図のＴＫＯノック強度で点火時期が安定するように
行われているので、このときＴＫ以上の強いノックは発
生しない。ここで、電圧ＶＫＩの発生頻度は、はとんど
ノック強度によらず、変化が小さい。ＶＫ２の発生頻度
は、ｖＫｌよりも大きな変化を示すが、ＶＫ３より小さ
い。ＶＫ３の発生頻度は最もノック強度と強い関係があ
り、その変化が最も大きい。従って、ノック強度に対応
しているのはＶＫ３　、ＶＫ２の場合であり、これらの
ＶＫＩを越える分の検出電圧を求めると（ＶＫＩをオフ
セットとして無視する。）ノック強度に対応の有効な制
御電圧が得られ、適切な制御を行うことができる。換言
すれば、ＶＫＩはノイズ信号を誤検出して得られ交信号
であり、これ以下の小さい検出信号は無効とし、制御に
反映させないのがよいと言える。このノック検出電圧と
制御電圧の関係を第３図に示す。横軸はノック検出電圧
、縦軸は制御電圧を表わす。今、実線の特性について考
えると、検出電圧がＶＫＩよシ小さい場合、制御電圧は
零であり、検出電圧がＶＫＩを越え几場合には越えた分
に応じた制御電圧が得られる。

第１図はこの実施例による点火時期制御装置の構成を示
し、３５はＡＤ変換器２５からディジタル信号化され九
ノック検出電圧（積分器７の出力）を受け、電圧ＶＫＩ
だけ減算して出力する減算器である。他の構成は従来と
同様である。

上記構成において、積分器７からの積分電圧はＡＤ変換
器２５でディジタル信号化され、減算器３５で上記ＶＫ
Ｉだけ減算され、分配回路２６に入力される。このため
、メモリ２７〜３０に記憶される制御電圧は第３因に示
す特性となり、ノック検出電圧（積分器７の積分電圧）
に対してＶＫＩだけ減算され几小さい値となる。この結
果、ノイズ信号による検出電圧は除去され、ノック信号
を検出して得た有効な検出電圧のみ制御に反映される。

ところで、ノイズ信号による検出電圧が気筒間で差がな
い場合には、上記のように減算器３５に入力される検出
電圧から一律に電圧ＶＫＩだけ減算すれば良いが、ノイ
ズ信号による検出電圧が気筒間で差がある場合は気筒毎
に対応した減算が必要となる。このため、気筒選択パル
ス発生回路３４からの気筒選択・々ルスを減算器３５に
入力し、気筒に対応して検出電圧の減算値をＶＫＩある
いはその他の値（例えばＶＫ２）Ｋ切換えるようにして
おり、気筒毎の減算値の一例を第４図に示す。

即ち、第１気筒と第４気筒に対する減算値はＶＫＩであ
り、第２気筒と第３気筒に対する減算値はＶＫ２である
。

又、ノック抑制においては、機関の低回転域では走行フ
ィーリングよシトルクを重視し、強目のノックも許容す
る傾向のマツチングとし、高回転域では機関の保護のた
め弱目のノックに限って許容スるマツチングとすること
がある。この場合には、機関の回転数に応じて減算器３
５での減算値を切換える。その−例を第５図に示し、低
回転域では減算値ｔ−ＶＲ２とし、高回転域では減算値
をＶＲＩとする。この場合、ノック検出電圧（積分器７
の出力電圧）と制御電圧との関、係は、低回転域では第
３図の破線で示す特性となり、高回転域では第３図の実
線で示す特性となる。尚、第４図に示しｔ気筒別の減算
値の切換と第５図に示した回転域による減算値の切換を
併用しても良く、機関の特性に基づいて選択すればよい
。

上記説明では、減算器３５での減算値の切換により気筒
別あるいは回転域別の切換をするものであつ友が、ノイ
ズレベル検出器５ｔ−気筒数だけ設けて谷気筒毎の特性
にすれば気筒毎に検出レベルを設定することができ、所
定値を越える大きい信号分に対応の検出が直接できる。

又、機関の回転数に応じてノイズレベル検出器５の特性
を切換えることにより回転紋別に所定値を越える大きい
信号分に対応の検出を行うことが出来、上記実施例と同
様の効果を有する。又、点火信号制御回路１２、移相器
１３、ＡＤ変換器２５、分配回路２６、メモリ２７〜３
０、クロック発生器３１．選択回路３２、気筒選択パル
ス発生回路３４および減算器３５はコンピュータによシ
構成することができ、この場合には燃料系を含めた細か
な制御が可能になる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、機関のノック情報をノ
ックセンサにより検出し、このノックセンチの出力から
ノックを検出し、点火時期を遅角制御してノックを抑制
する内燃機関の点火時期制御装置において、ノック検出
電圧からノイズによる検出分を減算した電圧に対応して
点火時期の制御を行っており、ノックセンサの出力のノ
イズによる検出分を削除してノック信号分だけＫよる制
御が可能となり、マツチング時の制御性が維持確保でき
、機関出力の低下、燃費の悪化、排気ガス温度の上昇等
を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の構成図、第２図はノックの強度
と発生頻度の特性図、第３図はこの発明によるノック検
出電圧と制御電圧の特性図、第４図はこの発明による気
筒番号と減算値の特性図、第５図はこの発明による機関
回転域と減算値の特性図、第６図は従来装置の構成図、
第７図は加速度センサの出力特性図、第８図〜第１０図
は従来装置の動作波形図、第１１図および第１２図はフ
ェール時における積分器の出力特性図である。 ｌ・・・加速度センサ、２・・・周波数フィルタ、３・
・・アナログｒ−）、４・・・ｒ−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、１２・・・点火信号制御回路、１３・・・
移相器、１４・・・スイッチング回路、１５・・・点火
コイル、３５・・・減算器◎ 尚、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関のノック情報を検知するノックセンサ、ノッ
   クセンサの出力から機関に発生したノック強度を識別す
   るノック弁別器、ノック弁別器の出力から機関のノイズ
   信号に応じた値を減算する減算器、減算器の出力に基づ
   き点火信号を移相制御する移相器、この移相器出力に対
   応して点火コイルの通電を断続するスイッチング回路を
   備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。