JPH0327747B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関において所謂ノツキングと
呼ばれる異常燃焼過程の検出における信号レベル
を調節する方法およびこの方法を実施する装置に
関するものである。本発明によれば、変換器がエ
ンジンに接続されてエンジン内での燃焼状態に所
定の関連性を有するパラメータ（例えば圧力また
は温度、あるいはその結果としてのエンジン壁の
振動）を感知し、それに応答してノツク検知器が
エンジン内に起りつつあるノツキングの程度を示
す出力信号を出し、この出力信号が電子回路へ送
られてエンジンの燃焼を調節するようになつてい
る。

オツト−エンジンでは、所謂ノツキングはある
運転状況の間、特にエンジンが重負荷されると起
りうることが知られている。ノツキングというの
は、点火プラグから伝播した火焔頭が燃料−空気
混合物を全体的に点火する以前に局部的に生じる
爆発的で無制御な燃焼を意味する。その際、エン
ジンは高圧応力と高温応力とを受け、これがエン
ジンの機械的破損の原因になることがある。

オツト−エンジンでは、所謂ノツク検知器を使
用して異常燃焼を回避することは公知である。こ
のノツク検知器は点火時期および導入圧力の少な
くとも一方に進行中のノツキングを抑止するため
の変更を与える。例えば点火時期、導入圧力ある
いはシリンダ容積など、ノツキング調節用に選ば
れたパラメータをノツク検知器は時間と大きさに
関して良好に変更する。かかる変更は、エンジン
の燃料費または性能（馬力、トルク）を改善す
る。

本発明は、エンジンの燃焼に関与するノツキン
グ調節用のパラメータをノツク検知器により制御
する方法を提供することを目的としている。本発
明ではノツク検知器からの出力信号が信号レベル
制御手段に加えられ、この信号レベル制限手段は
ノツク検知器により感知されたノツキングのレベ
ルが予め選定されたレベルを越えるときには出力
信号レベルを該予め選定されたレベルに相応する
レベルに少なくとも限られた時間、制限するとい
うことを特徴としている。

このことは本発明の方法では、所定のレベルよ
り大きなノツキングに対しては、ノツキング調節
用のパラメータの変更は制限された一定の時間は
一定の量しか行わないということを意味してい
る。つまり、ノツキング調節用のパラメータの変
更は所定の時間はそれが予め選定された信号レベ
ルに相当する値以上には大きく変更されないよう
に制限されている。

内燃機関の徹底的な研究により、通常運転の間
に感知されたノツキングの数の大部分（95％）で
は、ノツキングの確実な防止を得るにはノツキン
グ調節用のパラメータを制限された量だけ変更さ
せるだけで充分であることが見出された。これの
説明としては、ノツキングはお互いにすぐに追随
する個々のノツクの複数個により形成されている
と見做され、即ち、圧力振動と見做され、それの
第一のノツクが普通、後のノツクよりもかなり大
きく、第一のノツクの強度に直接比例してノツキ
ング調節用のパラメータを大きく変更すると、大
抵の場合、燃焼過程の余りに重過ぎる変更になる
結果となる。従つてエンジンが通常の燃焼状態に
戻るにはより長い時間を要することになる。そこ
で本発明の如くノツク調節用のパラメータが受け
る変更を制限されたものにすることによりエンジ
ン性能の増加と、燃料費の改良との双方が達成さ
れる。

本発明によれば、所定レベル以上のノツキング
を表す出力信号は、所定時間が過ぎた後にのみ、
感知された振動レベルに比例する値を取ることが
許される。ノツキングが所定時間内に防止できな
い場合には、ノツキング強度に比例している出力
信号が出される。かくしてそうしたノツキング状
況も妥当な時間内に確実に防止することができ
る。

記述の諸論に記された方法を実施するための装
置は、変換器を含むノツク検知器の出力は信号レ
ベル制限ブロツクへと接続され、該ブロツクは信
号レベルを検知する信号レベル検知器を含み、か
つ変換器からの瞬間的出力信号レベルを所定の信
号レベルと比較し、そして該比較に応答して時間
回路が、その間に信号レベル制限ブロツクが変換
器の出力に影響するところの時間を測るようにな
つている点で本質的に際立つている。

本発明の更に別の特徴は、本発明を例示する実
施態様および前記の特許請求の範囲より明らかで
ある。以下本発明を付図を参照して説明しよう。

第１図には、オツト−エンジン１が部分的に示
されており、このオツト−エンジン１にはエンジ
ン内で起るノツキングを検出するためのノツク検
知器２が接続されている。ノツク検知器２の出力
信号は線３を経て比較器４へ供給され、基準信号
と比較される。この基準信号はノツキングを調節
するパラメータ（例えばエンジン燃焼室へ供給さ
れる燃料の導入圧力）であり、線５を経て前記比
較器４に供給される。比較器４からの出力信号は
この比較器４に供給された信号間の差で形成さ
れ、この出力信号はノツキングが防止されるべき
ならば、ノツキング調節用のパラメータが受ける
べき変更に対応するレベルを有する。比較器４か
らの出力信号はパルス変調器６に供給され、この
パルス変調器６により一定の周波数をもつパルス
列に変換される。しかし、一周期における正と負
の部分の間の関係は比較器４からの出力信号のレ
ベルに対応している（矩形波のパルス列において
は一周期のうち正の部分の持続時間と負の部分の
持続時間は変更できる：その結果、正の部分の長
さと負の部分の長さを変えることができる：かか
る技術は当業者には周知である）。変調器６から
のパルス列は、所謂タイミングバルブ８に対する
駆動段階を構成する増幅器７によつて増幅され
る。このタイミングバルブ８は原理的にはソレノ
イドバルブとして機能し、パルス列の正と負の部
分の間の変化に時を合わせて開いたり閉じたり
し、ノツキング調節用のパラメータを直接または
間接に制御し、エンジン１内の燃焼に影響を及ぼ
す。

ノツク検知器２の出力信号はまた線３を経てパ
ルス消去器１２へも供給され、このパルス消去器
１２は比較器４およびパルス変調器６と並列に接
続されている。パルス消去器１２からの出力信号
は、増幅器７とタイミングバルブ８に加えられる
前に、パルス変調器６の出力信号に影響を及ぼ
す。パルス消去器１２はノツク検出器２からの出
力信号が予め選定されたレベル以上のノツキング
を示す時に、パルス変調器６からの出力信号のパ
ルスを消去する出力信号を予め選定された時間だ
け生ずる。かくしてノツキング調節用のパラメー
タは、感知されたノツキングをできるだけ迅速に
抑止するように変更される。

加速度計の形態の変換器１５がノツク検知器２
内に内蔵されている。変換器１５は圧電気効果を
利用してエンジン壁の振動を常時感知する。即
ち、この振動により燃焼の間のエンジン１内の圧
力を直接追跡することができるのである。しかし
て、変換器１５はかかる圧力に直接比例したレベ
ルの出力信号を発生する。この出力信号は線１６
を経て増幅器回路１７へ供給され、増幅の後、比
較器１８へ供給される。

また、別の基準信号が線１９を経て比較器１８
へ供給される。この基準信号はエンジンの点火配
電器２０により発生されるパルス列から得られ、
このパルス列の周波数はエンジンの毎分の回転数
に直接に対応している。このパルス列は変換器２
１へ供給され、変換器２１によつてパルス列の周
波数に応答して変化する電圧を有する出力信号に
変換される。かくして、比較器１８に加えられる
信号レベルはエンジンの回転速度に比例してお
り、オツト−エンジンの最良の運転状態における
燃焼の間の圧力に対する基準レベルとして役立
つ。

比較器１８はエンジン内の現実の圧力を示す信
号レベル（増幅回路１７からのもの）と前記の圧
力の基準値を示す信号レベル（変換器２１からの
もの）とを比較して、その差を示すレベルの出力
信号を発生する。この出力信号は線２２を経て積
分器３０へ供給され、この積分器３０からノツキ
ングのレベルをも示すノツキング信号が出され
る。積分器３０からの出力かかる信号は線３へ送
出される。

積分器３０の出力信号は線４０を経て信号レベ
ル制限ブロツク５０へ供給され、信号レベル制限
ブロツク５０の出力信号は線７０を経て積分器３
０へフイードバツクされ、ノツク検知器２の出力
信号のレベルの制限が行われる。

第２図には、アナログ積分器３０と信号レベル
制限ブロツク５０との好ましい構成が示されてい
る。積分器３０は比較器として接続された演算増
幅器３１を有し、その負の入力に、抵抗３２と線
２２とを経て、比較器１８からの出力信号が供給
される。増幅器３１の出力とこの増幅器３１の負
の入力との間に線３４によつて抵抗３３が接続さ
れており、抵抗３２，３３の間の比が増幅器３１
の増幅率を決定する。増幅器３１への正の入力に
は通常一定の基準電圧が供給されている。但し、
この基準電圧は信号レベル制限ブロク５０の出力
信号により、後から説明するように変化されうる
ものである。

増幅器３１からの出力信号は、線２２の抵抗３
２より上流側の電圧が低いと高いレベルをとる。
これはノツキングがない時の場合である。一方、
ノツキングが変換器１５（第１図）により感知さ
れると、比較器１８は高レベルの出力信号を発生
し、その結果、線２２の電圧はノツキングに相当
する高レベルとなり、増幅器３１の出力信号は低
レベルとなる。

ノツキングのない場合の増幅器３１からの高レ
ベルの出力信号は、増幅器３１からの出力線３６
へ接続されたコンデンサ３５を充電し、かつ充電
状態に維持する。線３６に高抵抗値の抵抗３７と
低抵抗値の抵抗３８とが接続されている。コンデ
ンサ３５の他方の極は接地されている。抵抗３
７，３８はコンデンサ３５の充電速度を決定し、
コンデンサ３５の電圧は電圧追従器として接続さ
れている演算増幅器８０を経て線３に積分器３０
の出力信号として供給される。

ノツキングがあると、その程度に対応する増幅
器３１からの低レベルの出力信号によりコンデン
サ３５は低抵抗値の抵抗３８を経、更に高抵抗値
の抵抗３７に対して線４１により並列に接続され
たダイオード３９を経て増幅器３１を通して放電
する。しかして、放電の間、ダイオード３９は抵
抗３８によつて電流パルスから保護される。積分
器３０からの出力信号はコンデンサ３５の電圧に
対応し、従つて電圧の降下はエンジン内に生じて
いるノツキングのレベルを表すものと見做しう
る。

積分器３０の出力信号は、線４０を経て信号レ
ベル制限ブロツク５０へも入力信号として供給さ
れる。信号レベル制限ブロツク５０は信号レベル
検知器５１を有し、この信号レベル検知器５１は
入力信号レベルを感知し、積分器３０の出力信号
に対する制限レベルを決める。この制限レベルは
最高ノツキングレベルの50％を示すものである。

信号レベル検知器５１は比較器として接続され
た演算増幅器５２を有し、この演算増幅器５２の
負の入力には積分器３０からの出力信号が供給さ
れる。比較器５２の正の入力へは定電圧（例えば
第３図のU₂参照）が供給され、この電圧の値は
電源とアースとの間の線５５に接続された二つの
抵抗５３，５４によつて決められている。積分器
３０の出力信号レベルが比較器５２への正の入力
の電圧レベルを越えているかぎりは、演算増幅器
（比較器）５２の出力信号レベルは低い値となる。
演算増幅器５２のこの出力信号は線５６を経てト
ランジスター５７のベースへ供給される。従つ
て、演算増幅器５２の出力信号レベルが低いとト
ランジスター５７はコンデンサ６０から線５８を
経てアースへの接続を断つ。アース接続が断たれ
ると、コンデンサ６０は抵抗６２が接続された線
６１を経て電源（例えば＋7.5V）から高電圧が
印加され、他方コンデンサ６０の負極は電圧分割
器としても作用している抵抗６９と抵抗６６との
接続点６８に接続されていて比較的高電圧（例え
ば＋1.4V）になつている。かくしてコンデンサ
６０は充電される。この負極は線６３およびダイ
オード６５を介してトランジスター６４のベース
に接続されている。コンデンサ６０が充電された
状態においてはトランジスター６４のベースへ比
較的高い電圧（前記の＋1.4V）が印加され、ト
ランジスター６４のコレクターエミツター間が導
通し、線７０を経てアースへの接続がなされる。
線７０は積分器３０の入力に設けられた二つの抵
抗７５，７６を経て電源に接続されており、これ
らの抵抗７５，７６間の電圧レベルは増幅器３１
の正の入力へ基準電圧として供給される。

トランジスター６４が導通しているときは比較
的低いレベルの前記の基準電圧が増幅器３１の正
の入力に与えられる。その結果、増幅器３１の出
力は線２２に低レベルが維持されている限り高電
圧レベルとなるが、これはエンジン内にノツキン
グが感知されない場合のことである。

エンジンにノツキングが生じると比較器５２へ
の負の入力の瞬間の電圧レベルが正の入力のレベ
ルU₂以下に低下し、その結果、比較器５２の出
力信号レベルは高くなる。その結果、トランジス
ター５７が導通し、コンデンサ６０が線５８を経
てアースへ接続されることになる（それで7.5V
−1.4V＝6.1Vの電圧降下を惹起する）。かくし
て、コンデンサ６０の負極は大きな負電圧レベル
（例えば＋1.4Vから6.1Vだけ電圧降下した−
4.7V）になるが、この負電圧レベルは線６３に
ダイオード６５が接続されているため、トランジ
スター６４には達しない。しかしトランジスター
６４のベースは抵抗６５に接続された線６７を介
してアースへ接続されているため、動的に低電圧
レベルをとる。トランジスター６４はそのベース
の電圧レベルが低くて非導通となり、線７０を介
してのアース接続を断ち、その結果、増幅器３１
の正の入力である基準電圧は比較的高いレベルを
とることができる。これはまた、ノツキングを示
す信号レベルとは関係なしに、増幅器３１からの
出力信号レベルを高くする。かくして、コンデン
サ３５の充電が開始し、ノツク検知器２の出力信
号レベルが高くなる。

このノツク検出器２からの高出力信号レベル
は、信号レベル制限ブロツク５０のコンデンサ６
０の負極が線６８を経て充分な荷電を得て、トラ
ンジスター６４を再び導通させるまで続く。その
後トランジスター６４が導通することによつて増
幅器３１の正の入力の電圧レベルを低下させる。
その後、なおも線２２に高度のノツキングを示す
高信号レベルがあると、増幅器３１の出力信号は
再びノツク検知器２の出力信号のレベルを低下さ
せる。しかし、ノツク検出器２の出力信号は信号
レベル検知器５１の出力信号に何等新しい変化を
生じさせるものではない。何故なら、抵抗７７，
７８は所謂ヒステリシス回路として接続されてお
り、そのため、比較器５２の正の入力の電圧がよ
り高いレベル（例えば第３図のU₃参照：ノツキ
ングのレベルとしてはU₂よりも低い）をとるか
らである。

比較器５２の正の入力の高電圧レベルU₃は、
積分器３０の出力信号が抵抗６２の値とコンデン
サ６０の容量との関係によつて、信号レベル制限
ブロツク５０に予め設定された時間（例えば第３
図のt₂−t₁）の間、問題の臨界値に達し得ぬよう
に選ばれている。積分器３０の出力信号が前記の
予め設定された時間の後も、なお、高度のノツキ
ングを示す値をとるとすると、信号レベル検知器
５１はこれを検知する状況にはなく、積分器３０
の出力信号のレベルは制限されることはない。積
分器３０の出力信号レベルが、ノツキング防止の
間に比較器５２の正の入力のレベルU₃に達する
と、比較器５２の出力信号が先ず低レベルにリセ
ツトされる。それによつて比較器５２の正の入力
の電圧レベルは例えばU₂へと低下し、信号レベ
ル検知器５１と、従つてまた、信号レベル制限ブ
ロツク５０も積分器３０の出力信号を再度変更す
ることが可能になる。

第２図の実施例の機能を、以下、第３図を参照
しつつ説明する。ノツキングを感知した時は、積
分器３０の出力信号レベルはノツキング無しを示
す電圧レベルU₁から電圧レベルU₂へと低下し、
これが信号レベル検知器５１からの出力信号を変
え、信号レベル制限ブロツク５０は積分器３０の
出力信号レベルを上げる。この出力信号レベルの
上昇は、時点t₁から時点t₂までの所定の時間（時
間回路６０，６９によつて決められる）にわたつ
て行われる。なを、前記時間（t₂−t₁）は例えば
150ミリ秒のオーダである。ちなみに、４サイク
ルエンジンが6000rpmで回転しているとき、点火
の時間間隔は５ミリ秒である。それで150ミリ秒
の間に30回の点火がある。この時間の後、線２２
にノツキングを示す出力信号が入ると積分器３０
の出力信号は再び変動する。第３図の実施例で
は、時点t₂においてもまた、積分器３０に重いノ
ツキングを示す信号があり、その時、積分器３０
への出力信号はそのノツキングの程度に対応する
レベルへと低下する。積分器３０へノツキング信
号があつたとしても、その後はこのノツキング信
号は積分器３０の信号に影響し得ない。何故な
ら、既に始まつたノツキング調節用量の変化が効
果を出し始めているからである。これは、カーブ
が元のレベルU₁に向かつて立ち上がり始めるこ
とと、時間t₃には信号レベル検知器５１が再び動
作に入つて積分器３０の出力信号レベルを制限す
るようになるレベルU₃を通ることを意味してい
る。

なお、変換器の出力レベルを信号制限のない最
大ノツキングの状態下での変換器から得られる出
力信号の50％より低いレベルU₂に制限するのが
有利である。

以上のように、本発明によれば乗物のエンジン
の通常運転中に生じるノツキングは迅速に防止さ
れ、本発明による信号レベルの制限なしにノツキ
ングを防止する場合よりも、エンジンの性能低下
および燃料費の増大がより少なくなる。同時に、
異常に重いノツキングの場合にはこれに対応して
ノツキング防止に選ばれる量を大きく変化させる
ことになる。

上記した実施例は本発明を制限するものではな
く、種々な変更を加えることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、内燃機関における異常燃焼過程を検
出し調節する本発明の装置のブロツク線図、第２
図は第１図における積分器と信号レベル制限ブロ
ツクとの好適な例を示す回路図、第３図は本発明
による信号レベルの制限を示すグラフである。 図において、１はオツト−エンジン、２はノツ
ク検知器、４は比較器、５は基準信号、６はパル
ス変調器、７は増幅器、８はタイミングバルブ、
１２はパルス消去器、１５は変換器、１７は増幅
器、１８は比較器、２０は点火配電器、３０は積
分器、５０は信号レベル制限ブロツク、５１は信
号レベル検知器、５２は比較器、６０，６９は時
間回路、７７，７８はヒステリシス回路である。
なお、図中同一符号は同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関における所謂「ノツキング」という
   異常燃焼を示すノツキング信号のレベルを調節す
   る方法であつて； 内燃機関において発生するノツキングをノツク
   検知器により検出してそのノツキングのレベルを
   も示すノツキング信号を出し； 前記ノツキング信号のレベルをノツキングの所
   定のレベルを表す所定信号のレベルと比較し； 前記ノツキング信号のレベルが前記所定信号の
   レベルを越えたとき、所定の時間に亘つて前記ノ
   ツキング信号のレベルを前記所定信号のレベルに
   対応したレベルに制限し； 前記の所定の時間後には、前記ノツキング信号
   が実際のノツキングレベルに比例したレベルを取
   るのを許容することを特徴とする方法。 ２ 前記ノツキング信号のレベルが制限される前
   記所定の時間は、乗物のエンジンの通常運転中に
   生じる多数のノツキングのうちの95％のノツキン
   グ状態を含む時間を超えた或る時間である特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記所定信号のレベルは最大ノツキングに対
   応した信号のレベルよりも50％低いものである特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 前記ノツキング信号のレベルが制限される前
   記所定の時間は、乗物のエンジンの通常運転中に
   生じる多数のノツキングのうちの95％のノツキン
   グ状態を含む時間を超えた或る時間である特許請
   求の範囲第３項に記載の方法。 ５ 内燃機関に取り付けられた少なくとも一つの
   変換器を含むノツク検知器が、内燃機関の所謂
   「ノツキング」という異常燃焼を検出すると、そ
   のノツキングのレベルをも示すノツキング信号を
   出し、このノツキング信号を前記内燃機関の燃焼
   を調節する電子装置に入れるに際して、そのノツ
   キング信号のレベルを調節する装置であつて、 前記ノツク検知器から前記電子装置へ出力され
   るノツキング信号を入力信号とする信号レベル制
   限ブロツク５０を具備し、この信号レベル制限ブ
   ロツク５０は前記ノツク検知器からの瞬間の出力
   信号をノツキングの所定のレベルを表す所定信号
   と比較する信号レベル検知器５１と、前記比較に
   応答して前記制限ブロツク５０が出力信号を出す
   時間を所定の時間に制限する時間回路６０，６９
   とを含み、前記ノツク検知器は前記信号レベル制
   限ブロツク５０からの出力信号に応答して基準電
   圧を変える回路７５，７６を有した積分器３０を
   含むことを特徴とするノツキング信号のレベルを
   調節する装置。 ６ 前記信号レベル制限ブロツク５０がノツク検
   知器内に内蔵されている積分器３０に接続されて
   おり、この積分器の出力信号が前記信号レベル検
   知器５１に供給され、該信号レベル検知器が時間
   回路の動作開始を制御し、前記信号レベル制限ブ
   ロツク５０の出力信号を積分器３０に再び供給す
   る特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７ 前記信号レベル検知器内に比較器５２が内蔵
   されており、この比較器により前記積分器３０の
   出力信号のレベルが第一の所定信号のレベルまた
   はこれよりもノツキングの程度が低いことを示す
   第二の所定信号のレベルと比較される特許請求の
   範囲第６項に記載の装置。 ８ 前記信号レベル検知器内にヒステリシス回路
   ７７，７８が内蔵されていて、該ヒステリシス回
   路は、比較器５２の出力信号に応答して前記比較
   器５２の前記の第一および第二の所定信号レベル
   をその間で変更をなす特許請求の範囲第７項に記
   載の装置。 ９ 積分器３０から来る出力信号が前記の第一の
   所定信号レベルに達した結果として比較器５２が
   その出力信号を変えるや否や、時間回路６０，６
   ９が積分器３０の出力信号を制限する出力信号を
   出すようになつている特許請求の範囲第８項に記
   載の装置。