JPS59200070A - 内燃機関用点火時期制御装置 - 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、内燃機関（エンジン）のノックを検出して点
火時期を進角遅角させる機能を持つ点火時期制御装置（
以下、ノックコントロールシステムと呼ぶ）の改良に関
するものである。

近年、エンジンに生じるノックを検出し、そのノック状
態に応じて点火時期を進角遅角さ七るノックコントロー
ルシステムが種々検討されている。

このノックコントロールシステムを使用することにより
、点火時期を常にノック限界付近にコントロールするこ
とができ、従ってエンジンのばらつきあるいは経時変化
等に左右されることなく、エンジンの燃費、出力性能を
最大限に引出すことができる。

しかしながら、従来のノックコントロールシステムでは
、ノックコントローラと呼ばれる電気・電子回路によっ
て点火時期制御信号を作り出し、この信号をトランジス
タ点火用のイグナイタへ送り出すことによって点火時期
を制御している。従ヮてその構成部品のほとんどが電気
・電子回路より構成されているため非常に高価なシステ
ムとなつている。またこれに使用されるディストリビュ
ータは当然、トランジスタ点火用（フルトラ点火）のも
のを使用せざるを得ない。従ってコスト面から普通点火
（ポイント式）用ディストリビュータを採用している低
価格のエンジンで、ノックコントロールシステムを実現
しようとすれば、まずフルトラ点火装置に変えて、さら
にノックセンサ、ノックコントローラ等のノックコント
ロールシステム専用の部品を追加せざるを得ない。当然
、コストがかさみ価格的に見合わないものになってしま
す。

またエンジンの軽負荷時にはノック判定レベルが低下す
るためノイズ等により誤動作をする場合がある。これを
防止するため、エンジンの軽負荷を検知する負圧スイッ
チを設けて、エンジンの軽負荷時にはノックコントロー
ルを解除している。

Ｊ負圧Ｘ４−けを設け６′−ど一層０°科高　　　　　
）となっている。

本発明は、上記間順点に鑑み、ディストリビュータのバ
キュームアドバンサの負圧を制御することで点火時期を
制御し、かつエンジンの負荷状態の変化に伴う圧力の変
化をうまく利用することでエンジン軽負荷時のノック制
御の誤動作を防止した、安価で高性能のノックコントロ
ールシステムの提供を目的とする。

以下、本発明を図に示す実施例により説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図である。第
１図において、１は４気筒４サイクル式等のエンジン、
２はエンジンのノック現象に対応したエンジンブロック
の振動を圧電素子（ピエゾ素子）式、電磁式（マグネッ
ト、コイル）等によって検出するためのノックセンサ、
３はノックセンサの出力を受りてエンジンのノック発生
を検出し、この検出状況に応じて電磁弁（ＶＳＶ）４に
制御信号を送るノックコントローラである。４は圧力の
導通経路をノックコントローラからの制御信号によって
切換える電磁弁（ＶＳＶ）　、５はエンジンもしくは車
両に発生する負圧をためてお（サージタンク等の負圧源
、６は負圧源５からの圧力伝達をゆっくりにするオリフ
ィス、ジェット等の圧力伝達遅延器、７は普通点火ある
いはフルトラ点火のディストリビュータ、７１はディス
トリビュータに付けられたバキュームアドバンサ、１１
は吸気マニホールド、１１１はマニホールドの負圧を取
りだすためのボート、１１２は同じくマニホールド圧力
をＶＳＶ４に導くためのボート、５１はマニホールドの
負圧のみを負圧源５に送り込むためのチェックバルブ、
１２はキャブレタ一部もしくはＢＦＩ用のスロットルボ
ディ部、１３はスロットルバルブ、１２１はスロットル
バルブのすぐ上流にあるバキューム進角用のボート（ア
ドバンスボート）である。

次に第２図を用いてノックコントローラ３の詳細構成を
説明する。３１はノックセンサ２の出力をノック周波数
成分のみ選別して取出すためのバンドパス、バイパス、
ロウパス等のフィルタ、３２はフィルタ３１の出力を半
波整流・積分してノックセンサ２の平均出力を取出すと
ともにこれを増幅、シフトしてノック判定レベルを作り
出ずためのノック判定レベル作成回路、３３はノック判
定レベルとフィルタ３１の出力信号を比較し、フィルタ
出力の方が大きい場合にノックが発生しているものとし
てパルス信号を発生する比較器、３４は比較器３３の立
上りでトリガがかけられ比較的短い所定時間′ｒだけ立
上る単安定マルチバイブレーク等のワン・ショット回路
、３５はワン・ショット回路３４の出力信号を受けて、
ＶＳＶ４の開閉をトランジスタ等のスイッチで行なうた
めのＶＳＶ駆動回路である。

次に第３図を用いてノックコントローラ３の動作を説明
する。第３図において（ａ）図はフィルタ３１の出力信
号で、ノックセンサ２の出力のうちノック周波数成分（
６〜９ＫＨ２）のみを選別して取出した信号である。（
ｂ）図は（ａ）図をノック判定レベル作成回路３２内の
図示しない整流器によって半波整流した後の信号、（Ｃ
）図は（ｂ）　図を同じく図示しないオペアンプ等で構
成された積分・増幅回路によって積分・増幅された信号
で、ノックセンサ出力の平均値に対応した信号である。

（ｄ）図は（Ｃ）図の信号をさらにノックマージン等を
上げる意味であるオフセット電圧骨だけシフトした信号
である。これがすなわちノック判定レベルになる。（ｄ
）図にはフィルタ通過後の信号をその上半面だけ略記し
て比較の意味で同時に描いである。（ｅ）図は比較器３
３の出力信号で、フィルタ３１の出力信号（（ａ）図）
がノック判定レベル（（ｄ）図）よりも大きい場合にハ
イ　（Ｈｉｇｈ）　　レベルになり、小さい場合はロウ
（Ｌ　ｏ　ｗ）　レベルになるパルス信号である。

（ｆ）図はワン・ショット回路３４の出力信号で（ｅ）
図の信号の立上りでトリガがかけられ比較的短い所定時
間Ｔだけ立上る信号である。ずなわち比較器３３によ、
ってノック検出されるとその信号を受けて所定時間Ｔだ
け立上る。（ｇ）図はＶＳＶ駆動回路３５の出力信号で
、本実施例においでは（ｆ）図の信号を反転したトラン
ジスタスイッチ信号である。つまり、ノックがない場合
には　　　　　　　　　、ｊ常時ＶＳＶ４に通電（ＯＮ
）しておきノックを検出するとＶＳＶ４の通電を所定時
間Ｔだけやめる（ＯＦ　Ｆ）ことになる。もちろんこの
信号の通電・遮断は逆にしても良く、−■Ｓ■の構造あ
るいは■ＳＶにつなぐ圧力系のアレンジにより逆にした
方が良い場合もある。後述する圧力系では、この実施例
の方が適しているにすぎない。

次に第４図を用いて圧力系の動作を説明する。

第４図において、ノックコントローラ３から出力される
■ＳＶ駆動信号によってＶＳＶ４はＯＮ・ＯＦＦされ、
ＶＳＶ４のボートｂ−ａ間あるいはｂ−ｃ間が導通ずる
よう切換られる。ＶＳＶ４のボートｂ−ｃ間が導通した
場合は負圧−ａ５の負圧がバキュームアドバンサ７１Ａ
にかかり、ボートｂ−ｃ間が導通した場合はインテーク
マニホールドのボート１１２をへてエンジンの負荷状態
によって変化するインテークマニホールド内の圧力かバ
キュームアドバンサ７１Ａにかかる。こうして、ノック
コントローラ３の■Ｓ■駆動信号とエンジンの負荷状態
により、バキュームアドバンサ７１Ａの負圧の状態が制
御される。一方バキュームアドバンサ７１は２つの室を
持っており（ダブル進角バキュームコントローラ）、一
つの室はＡ室７ＩＡ、他の室はＢ室７１Ｂである。Ａ室
７１Ａはノックコントロール用の室で、Ｂ室７１Ｂはｉ
ｔのバキューム進角用の室である。Ｂ室７１Ｂはスロッ
トル弁１３のすぐ上流にあるボート１２１（アドバンス
ボート）につながっており、エンジンの負圧状態に応じ
た進角を受は持つ。エンジンにノックが発生しない軽負
荷状態、あるいは高負荷でもノックが発生しない状態で
は、ノ・ツクコントローラ３は前述したごと＜ＯＮの■
Ｓ■駆動信号を出力しており、ＶＳＶ４はｂ−ａ間が導
通されたＡ室７１Ａには負圧源５の負圧がかかり進角状
態になっている。従って軽負荷状態の進角特性（Ｂ室特
性）はＡ室に負圧源５の負圧が常時かかっている特性（
Ａ室蓄圧時のＢ室特性）である。

ｆｆ４５図（ａ）　、（ｂ）にはこのバキュームアト１
＜ンサ７１のＢ室、Δ室の各々の進角特性を示す。

次にエンジンの負圧が高なって、ノ・ツクの発生する状
態の動作（すなわちノックコントロール状態）及びエン
ジンの軽負荷状態の動作を第６図、第７図、及び第５図
を用いて説明する。第６図において（ａ）図はノックコ
ントロール３からノックの有無に応じて出力される■Ｓ
Ｖ制御信号、（ｂ）図はアドバンサ７１のＡ室７１Ａ内
の負圧状態、（Ｃ）図はＢ室７１Ｂの負圧状態、（ｄ）
図は点火時期の動きを表わし、ている。エンジンが軽負
荷からノックの発生しやすい高負荷になると、アドバン
スポート１２１の圧力は負圧からほぼ大気圧に変わる。

従ってＢ室７１Ｂの圧力は（Ｃ）図のように変化し、Ｂ
室の進角特性（第５図（ａ）参照）によって決まる量だ
け点火時期が進角する。

アクセル全開のような場合にはアドバンスポート１２１
の圧力はほぼ大気圧になるため、（ｄ）図のようにＢｍ
ａｘだけ点火時期が遅角する。

この遅角した時の点火時期は、エンジンの回転数による
進角（すなわちガバナ進角）とＡ室７１Ａの負圧による
進角Ａ、　ｍ　ａ　ｘの和で表わされる小火時期であっ
て、ノック限界よりも進角側に没定されている。従って
この点火時期で運転すると、エンジンにノックが発生す
る。エンジンにノックか発生すると、ノックコントロー
ラ３はノック検出し、検出すると時間Ｔだけ■Ｓ■をＯ
ＦＦする制御信号（第６図の（ａ）図）を■ＳＶに送る
。

すると前述した動作によってバキュームアドバンサ７１
のＡ室７１Ａは混合気がバキュームアドバンサに入るこ
とをふせぐためのガスフィルタ９を通してエンジンのイ
ンテークマニホールド１１に通電される。この時のイン
テークマニホールドの圧力はほぼ大気圧である、大気に
開放するのと同しである。しかしこの時間Ｔが短い（例
えば、１０ｍ５　ｅ　ｃ　〜３９ｍｓ　ｅ　ｃ程度が良
い）ため、圧力系の伝達の遅れによって少しだけ負圧が
減じることにとどまる。これを第７図を用いて補足説明
する。

一般に圧力伝達系には応答遅れが存在する。たとえば第
７図の（ａ）のように圧力をステップ状（同図（１））
に変化させると、圧力系は応答遅れ（時定数）を持って
いるため出力としての圧力応　　　　　　（１答は点線
（同図（２））のようにある時定数を持って応答する。

従ってこの系の時定数よりも短い時間で大気開放をやめ
てしまえば、負圧は完全に大気圧にならず負圧が少しだ
け減るにとどまる。（第８図（ｂ）図）。この時間′ｒ
が短＋Ｊれば短いほど負圧の減り方は少なくなるし、長
けれは長いほど負圧の減り方が大きくなる。この時間］
゛は圧力系の応答特性（時定数）に応じて定められる値
であって、言わばエンジンの適合要素である。我々が実
際のエンジンで確かめた場合には１０〜３０ｍ５ｅｃが
適当であったが、配管の長さ、圧力系の容積（バキュー
ムアドバンサの容積等）等に応じてアレンジすべき定数
である。

再び、第６図にもどって説明する。前述したごとく短時
間］゛だけＶＳＶ４をインテークマニホールド１１に導
通すると、Ａ室７１Ａの負圧は少しだけ減り　（第６図
（ｂ）図）、それに従ってＡ室の進角特性（第５図（ｂ
）図）によって定まる角度だけわずかに遅角する（第６
図（ｄ）図）。時間Ｔがすぎると■Ｓ■がＯＮされるの
で、負圧源５の負圧がＡ室７１Ａに導かれる。しかしな
がら負圧源５とＶＳＶ４の間には圧力の伝達を遅れさす
ジェット６が入っているので、負圧源５の負圧はゆっく
りとＡ室７１Ａに導かれる（第６図（ｂ）参照）。従っ
て進角もゆっくり行なわれる（第６図（Ｃ）図参照）。

すなわちノックを検出して遅角させるときは少量角度分
だけ比較的速いスピードで遅角させ、ノックがなくなっ
て進角させるときは少しずつゆっくりと進角させる。こ
うして、ノック発生の有無によってバキュームアドバン
サ７１のＡ室７１Ａの負圧が制御され、その結果点火時
期は常のノック限界付近にコントロールされる。

なお、ノックコントロール状態でＡ室７１Ａの負圧のと
り得る範囲は第６図（ｂ）図に両矢印で示した範囲であ
る。この圧力範囲に対応してノックコントロールされる
点火時期の範囲（ノックコントロールにおける最大遅角
量）は第６図（ｄ）図に示すＡｍａ　ｘである。

次に軽負荷状態での動作を説明する。本来、軽負荷状態
ではノッキングが発生することはな（）ツクコントロー
ルの必要性はない。しかしながら軽負荷ではノノクセン
ザの出力信号が小さくなりそれに伴ないノック判定レヘ
ルも小さくなるため（第３図参照）、バルブダウン等の
機械ノイス等により誤ってノック検出をしてしまうこと
がある。

したがってノックコントローラからは誤ったＶＳＶ駆動
信号が出力されてしまうことがある。

エンジンが軽負荷になるとインテークマニホールドの負
圧が高くなり、アドバンスポート１２１の負圧も高くな
る。したがってＢ室７１Ｂの圧力は第６図（ｃ）図のよ
うになり、前述のＡ室蓄圧時のＢ室特性によって決まる
量だけ点火時期が進角する（第６図（ｄ）図）。

このような状態でノックコントローラ３より誤った■Ｓ
Ｖ駆動信号か出力され、デイストリビユータのバキュー
ムアドバンサのΔ室７１Ａがカスフィルタ９を通してエ
ンジンのインテークマニホールド１１に導通されても、
インテークマニホールドの圧力は第６図の（Ｃ）回向様
、負圧が高くなっているのでＡ室７１Ａにはこの負圧か
かかる。

このインテークマニホールド１１の負圧が第５図（ｂ）
図に示す３以上の負圧がある場合には点火時期は遅角し
ない。本実施例では第５図の（ｂ）図のａの負圧は　１
０　（１〜２００ｍｍｌ（ｇであり、軽負荷でノックコ
ントロールを解除する必要のある軽負荷とはインテーク
マニホールド１１の負圧が一３００＋ｎｍ）Ｉｇより高
い領域であり、したかって軽負荷のノックコントロール
解除が必要な領域では第５図（ｂ）図に示す３以上の負
圧が必ずかかることになる。

こうして、ノッキングの発生する状態では常にノック限
界付近に点火時期をコントロールすることができ、軽負
荷でノックコントロールを解除する必要がある領域では
、インテークマニホールドの負圧を利用することで、実
質的なノックコントロールの解除が可能である。

次に本発明の第２実施例について、第８図及び第９図を
用いて説明する。エンジンの高負荷（ノックコントロー
ル状態）での動作は第１の実施例　　　　　　　　）と
同じである。エンジンが高負荷から軽負荷に変化した場
合、インテークマニホールド１１の圧力は大気圧から負
圧へと変化する。（第９図に′示ず（ａ）、（ｂ）、（
Ｃ）、（ｄ）は第６図に示すそれと同一である）。すな
よぢ第９図の（Ｃ）図と同様に変化する。インテークマ
ニホールド１１の負圧が高くなり、バキュームアドバン
サＡ室７１Ａの負圧より高（なるとＶＳＶ４をバイパス
する通路に設けられたチェックバルブ８が開く。それに
よってインテークマニホールド１１の負圧が直接Ａ室７
１Ａにかかり、第９図（ｄ）図に示すようにＡ室蓄圧時
のＢ室特性にしたがって速やかに進角する。また、この
時ＶＳＶ４のボー１−１；ｊ、ｂ−ｃ間あるいはｂ−ａ
間が導通されているが、ｂ−ｃ間が導通されている場合
（ｂ−ｃ間か導通されている時間は短いのであまりない
）はインテークマニホールド１１の負圧がＩ）　−Ｃ間
及びチェ・ツクバルブ８を通ってΔ室７１Ａに直接かか
る。

ｂ−ａ間が導通している場合は、インテークマニホール
ド１１の負圧がチェックバルブ８を通って直接かかり、
またＶＳＶ４のボートｂ−ａ間を通って負圧源５にイン
テークマニホールドの負圧がかかるが、インテークマニ
ホールド１１の負圧が負圧源５の負圧より高い場合には
チェックバルブ９が閉じインテークマニホールド１１の
負圧がかかることはない。入室？ＬＡに蓄圧後負圧源５
の負圧がインテークマニホールドより高い場合チェック
バルブ８が閉じ、負圧源５の負圧がＡ室７１Ａにかかる
。

こうして、軽負荷では常にインテークマニホールドある
いは負圧源の負圧がＡ室７１Ａにかかるため、ノックコ
ントローラが誤動作してＶＳ■が駆動されても、点火時
期は遅角することはない。

また、エンジンが高負荷（ノックコントロール状態）か
ら軽負荷に変化した時は、インテークマニホールドの負
圧が直接Ａ室７１Ａにかかるため速やかに遅角すること
ができる。

上述の実施例においては、負圧源５としてサージタンク
を用いているが、他の用途に用いているもので負圧源の
役目を果すものなら、それを用いた方がコスト的にも良
い場合もある。たとえばブレーキブースフは適当な容量
を持っているため負圧源として利用できる。

また、バキ豆−ムアドバンサとしてダブル遅角バキュー
ムコントローラを用いているが、ノックコントローラ用
に少なくとも１つ室を持っているバキュームアドバンサ
ならシングルバキュームコントローラ等何でも良い。ま
たダブル遅角バキュームコントローラを用いる場合には
、Ａ室、Ｂ室のうちどちらかの室をノックコントロール
用として用いても良い。

また、ＶＳＶのボートをインテークマニホールドにつな
いでいるが、アドバンスボー１・あるいはセンシングボ
ートにつないでもかまわない。アドバンスボートにつな
いだ場合は、アイドル時を除く軽負荷状態の時にノック
コントロールを解除する。またセンシングボートにつな
いだ場合はアイドル時にのみノ・シクコントローラが解
除される。

また、ノックコントローラはノック検出の際にバキュー
ムアドバンサの負圧を所定時間Ｔだけぬくことて遅角さ
せているが、バキュームアドバンサの負圧を制御するシ
ステムなら他のシステム（たとえばＶＳＶを駆動するデ
ユーティ比を制御する方式等）にも本方式を使用できる
。

以上述べたように本発明は、エンジンの負荷状態の変化
に応じて変化する圧力を供給する遅角用圧力源と進角用
の負圧を発生する進角用圧力源との各圧力を切換えて、
バキュームアドバンサの圧力を調節してノックの制御を
行なうようにしているので、専用のセンサ等を設けるこ
となく軽負荷時のノック制御を解除でき、しかも構造が
簡単で高性能なノックコントローラシステムを実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施を示す全体構成図、第２図
は第１図中のノックコントローラの詳細構成図、第３図
はノックコントローラの作動説明に供する信号波形図、
第４図は第１図中の圧力系の詳細構成図、第５図は第１
図中のバキュームアドバンサの進角特性を示す図、第６
図は第１の実施″１） 例におけるｖ　ｓ　ｖ　！ｌＩ御信号、バキュームアド
バンサに供給される圧力、点火時期の関係を示す図、第
７図は圧力伝達系の応答遅れを示す図、第８図は本発明
の第２の実施例における圧力系の詳細構成図、第９図は
第２の実施例における■ｓ■制御信号、バキュームアド
バンサに供給される圧力、点火時期の関係を示す図であ
る。 １・・・エンジン、２・・・ノックセンサ、３・・・ノ
ックコントローラ、４・・・電磁弁、５・・・負圧源と
してのサージタンク、７・・・ディストリビュータ、８
・・・ヂエンクハルブ、１１・・・遅角用圧力源として
の吸気マニホールド、７１・・・バキュームアドバンサ
。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 ｒ−−−−−−−−−１ 第３図 第４図 第　５図 （ａ−） 丈 （ｂ） へ！参五　　　→災

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１内燃機関に発生するノックを検出するノックセン
   サと、このノックセンサの出力に応じてノック判定を行
   なうと共にノックの制御信号を出力するノックコントロ
   ーラと、供給される圧力に応じて点火時期を進角、遅角
   されるバキュームアドバンサと、前記ノックコントロー
   ラの制御信号に応じてノックの発生を抑制すべく遅角用
   圧力源に接続された第１の圧力伝達経路と進角用の負圧
   を発生する進角用圧力源に接続された第２の圧力伝達経
   路を切替えて前記バキュームアドバンサに供給される圧
   力を調整する電磁弁とを備え、前記遅角用圧力源として
   内燃機関の負荷の大きさに応じて変化する圧力を供給す
   る圧力源を用いることを特徴とする内燃機関用点火時期
   制御装置。 （２）前記進角用圧力源として内燃機関または車両に発
   生ずる負圧を蓄圧するサージタンクを用い、前記遅角用
   圧力源として負荷が大きくなるほど負圧が小さくなる吸
   気マニホールドを用いることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の内燃機関用点火時期制御装置。 （３）内燃機関に発生するノックを検出するノ・ツクセ
   ンサと、このノックセンサの出力に応じてノ・ツク判定
   を行なうと共にノックの制御信号を出力するノックコン
   トローラと、供給される圧力に応じて点火時期を進角、
   遅角されるバキュームアドバンサと、前記ノックコント
   ローラの制御信号に応じてノックの発生を抑制すべく遅
   角用圧力源に接続された第１の圧力伝達経路と進角用の
   負圧を発生する進角用圧力源に接続された第２の圧力伝
   達経路を切替えて前記バキュームアドバンサに供給され
   る圧力を調整する電磁ブｆと、チェックバルブを有し前
   記第２の圧力伝達経路より前記電磁弁をバイパスして前
   記バキュームアドバンサに通じるバイパス通路とを備え
   、前記遅角用圧力源として内燃機関の負荷の大きさに応
   じて変化する圧力を供給する圧力源を用いることを特徴
   とする特許開用点火時期制御装置。