JPS6067771A - 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】 〔産業上の利用分野〕 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（
１２＋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。

〔従来技術〕

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せ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
最大限に引き出すことができる。

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ヘ送り出すことによって点火時期
を制御している。従っ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
ムとなっている。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（フルトう点火）のも
のを使用せざるをｉ尋ない。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
まう。

またエンジンの軽負荷時に通當のノック制御を行うとノ
イズ等により誤動作をする場合がある。

これらの問題点を解決しようとしたものとして、特開昭
５５−１２３３６３号公報に示されるようにディストリ
ビュータのバキュームアドバンザにかかる負圧を調圧し
て点火時期を制御すると共に、エンジンの低負荷を検知
する電気的な負圧スイッチを設けて、エンジンの低負荷
時にはノックご２ントロールを解除している。この負圧
スイツチを設けることで一層のコスト高となっている。

〔発明の目的〕

本発明は、上記問題点に鑑み、ディストリビュータのバ
キュームアドバンサの負圧をノッキングに応じて制御す
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軽負荷時のノック制御を解除す
るための圧力弁の圧力源として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。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例により説明する。

第１図はその構成図である。第１図において、■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プロ・７りの振動を圧電素子（ピ
エゾ素子）式、電磁式（マグネット、コイル）等によっ
て検出するだめのノックセンサ、３はノックセンサの出
力を受け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（ｖ、５ｖ）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り換える電磁弁（
ＶＳＶ）　、５はエンジンもしくは車両に発生する負圧
をためておく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、７エ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、８は圧力の導通経路を
アドバンスボート１２１の負圧に応じて切り換える圧力
弁（ＶＳＶ）　、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、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ＥＦＩ用のス
ロットルボディ部、１３はスロットルバルブ、’　１２
１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（アドバンスポート）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り出すためのバンドパス、バイパス
、ロウバス等のフィルタ、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の平均出力を取り出
すとともにこれを増幅、シフトしてノック判定レベルを
作り出す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
の立ち上がりでトリガがかけられ比較的短い所定時間Ｔ
だけ立ち上が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の開閉をトう１ンジスタ等のスイッ
チで行うためのＶＳ■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（
６〜９　Ｋ　Ｈｚ　）のみを選別して取り出した信号で
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分だけシフト
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反面
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３３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
）図の信号の立ち下がりでトリガががけられ比較的短い
所定時間Ｔだけ立ち上がる信号である。すなわち比較器
３３よってノック検出されるとその信号を受けて所定時
間′Ｆだけ立ち上がる。（ｇ）図はＶＳ■駆動回路３５
の出力信号で、本実施例においては（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（ＯＦＦ）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、ＶＳＶの構造あるいはＶＳＶに
つなぐ圧力系のアレンジにより逆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、スロットル弁１３のすぐ上流にあるボ
ート１２１　（アじバンスポート）の圧力によってＶＣ
ＶＢが作動する。ＶＣＶＢはボートＤにかかる負圧によ
ってボートａ−０間（ボートＣは大気開放）あるいはａ
−ｂ間を切り換えるものである。本実施例ではボー）Ｄ
にがかる負圧が一１００＋＋ｎａＨｇ以」二の負圧でボ
ートａ−ｃ間が導通し、１１００ｕａＨ以下の負圧では
ボートａ−ｂ間が導通する。従ってエンジンが軽負荷で
はａ　−０間が導通し、高負荷ではａ−ｂ間が導通ずる
。

またボートＤにアドバンスボート１２１の圧力をかけた
場合は、アイドル状態でアドバンスポートの圧力が大気
圧となるため、アイドル状態でもボー）ａ−ｂ間が導通
する。なお、ＶＣＶＢは軽負荷ではボー）ａ−０間が導
通されバキュームアドバンサ７１Ａは大気に開放される
。また高負荷及びアイドル状態ではボー）ａ−ｂ間が導
通しバキュームアドバンサ７１ＡはＶＳＶ４のボートｂ
に導通される。

ノックコントローラ３から出力されるＶＳＶ駆動信号に
よってＶＳＶ４は０Ｎ−ＯＦＦされ、ＶＳＶ４のボート
ｂ−ａ間あるいはｂ−ｃ間が導通するよう切り換えられ
る。ＶＳＶ４のボートｂ−ａ間が導通した場合は負圧源
５の負圧がバキュームアドバンサ？ＬＡにかかり、ボー
１□　ｂ　−ｃ間が導通した場合はバキュームアドバン
サ７１Ａの負圧は大気に開放される。またアイドル時は
ノックコントローラからの■ＳＶ駆動信号は出力されな
いのでＶＳＶ４はボーｌ−ａ　−ｂ間が導通しており負
圧源５の負圧がバキュームアドバンサ７１Ａにかかる。

こうしてエンジンの負荷状態とノ・７クコントローラ３
のＶＳＶ駆動信号により、ノマキュームアドバンサ７１
Ａの負圧の状態が制御される。

一方バキュームアドパンサ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７１Ａ１他の室はＢ室７１Ｂである。Ａ室７１Ａは
ノックコントロール及びアイドア１ｉ角用の室で、Ｂ室
７１　、Ｂはスロ・ノトル弁１３のすぐ上流にあるボー
ト１２１　（アドバンスポートにつながっており、エン
ジンの負圧状態に応した進角を受け持つ。エンジンが軽
負荷状態では前述したごと（、ＶＣＶＢのボートａ−Ｃ
間が導通しＡ室７１Ａは人気開放されており、進角特性
はＢ室７１Ａの特性である。第５図（ａ）、（ｂ）には
このバキュームアドバンサ７１のＡ室、ｐ室の各々の進
角特性を示す。

次にエンジンの負荷が高くなって、ノックの発生ずる状
態の動作（すなわち）・ツクコントロール状態）、アイ
ドル状態の動作及び軽負荷状態の動作を第６！！！、第
７図、及び第５図を用いて説明する。第６図におい（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■Ｓｖ制御信号、（ｂ）図はアトパン世７
１のＡ室７１Ａ内の負圧状態、（ｃ）図はＢ室７１Ｂの
負圧状態（アドバンスポート負圧）、（ｄ）図は点火時
期の動きを表わしている。

エンジンにノックが発生しやすい高負荷になると、アド
バンスポート１２１の圧力はほぼ大気圧になる。従ワて
バキュームアドバンザ７１のＢ室７１Ｂによる進角はさ
れていない。又ＶＣＶ８はボートａ−ｂ間が導通してお
りバキュームアドバンサ７１のＡ室７１Ａには負圧源５
の負圧がかかっている。従ってこの時の点火時期はＡ室
７１Ａの負圧による進角Ａｍａｘと、エンジンの回転数
による進角（すなわちガバナ進角）の和で表わされる点
火時期であって、ノック限界よりも進角側に設定されて
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。エンジンにノックが発生すると、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ＶＳＶをＯＦＦする制御信号（第６図の（ａ）図）を
ＶＳＶに送る。すると前述した動作によってバキューム
アドパンサ７１のＡ室７１八は大気に開放される。

しかしこの時間Ｔが短い（例えば、１０ｍ５ｅｃ〜３０
　ｍ　ｓ　’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）　１ｆｆｉ）。この時間Ｔが短ければ
短いほど負圧の減り方は少なくなるし、長ければ長いほ
ど負圧の減り方が大きくなる。この時間Ｔ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Ｔだけ大気に開放すると、Ａ室７１Δ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
進角する（第６図（ｄ）図）。時間ＴがずぎるとＶＳＶ
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
遅れさすジェンｔ−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）図
参照）。従って進角もゆっくり行われる（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プ。

−ムアドバンザ７１のＡ室７４Ａの負圧が制御され、そ
の結果点火時期は常に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進角
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９本来、軽負荷状態
ではノッキングが発生ずることはなくノックコントロー
ルの必要性はない。しかしながら軽負荷ではノックセン
サの出力信号が小さくなりそれに伴いノック判定レベル
も小さくなるため（第３図参照）、バルブダウン等の機
械ノイズ等により誤ってノック検出をし”Ｃ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■ＳＶ駆動
信号が出力され′ζ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ルドの負圧が高（なり、ア
ドバンスボート１２１の負圧も高くなる。従って点火時
期は、Ｂ室７１Ｂに負圧がかかり（第６図（Ｃ）図）、
前述のＢ室特性によって決まる量だけ進角する。又ＶＣ
Ｖ８はアドバンスポート１２１の負圧によって作動しボ
ートａ−ｃ間が導通されＡ室７１Ａは大気に開放される
。このような状態でノイズ等によりノックコントローラ
３より誤ったＶＳＶ駆動信号が出力され０ＶＳＶ４が駆
動しても、前述のごとくバキュームアドバンサ７１のＡ
室７１ＡとＶＳＶ４との間は閉ざされているので点火時
期にはなんら影響はない。

次にアイドル状態での動作（アイドル進角）について説
明する。アイドル時にはスロットル弁１３は全閉であり
、従ってアドバンスポート１２１の圧力は大気圧となる
（第６図（Ｃ）図）。アドバンスボー１−１２１が大気
圧となるためＶＣＶ８が作動レボ−トロ−ｂ間が導通し
バキュームアドバンサ７１のＡ室７１Ａには負圧源５の
負圧が作用し、Ａ室の進角特性（第５図（ｂ）図）に従
って進角（アイドル進角）する。

こうして、アドバンスポート１２１の負圧により、高負
荷状態・軽負荷状態及びアイドル状態に応じて、ＶＣＶ
８のボートを切り換えることによってノッキングが発生
する高負荷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、実質的なノックコン
トロールの解除が可能である。また、アイドル状態では
負圧源５の負圧をバキュームアドバンサ７１のＡ室７１
Ａに導くことでアイドル進角が可能である。

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
役目を果たすものなら、それを用いた方がコスト的にも
良い場合がある。たとえばブレーキブースタは適当な容
量を持っているため負圧源として利用できる。

また、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だけぬくことで遅角さ
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
。

また本実施例においては、ＶＳＶのボートＣを遅角用圧
力源である大気に開放しているが、スロットル弁のずぐ
下流にあるボート　（センシングボート）に接続するこ
ともできる。この場合アイドル状態でのノックコントロ
ーラの誤判定による動作の防止になる。また軽負荷及び
高負荷ではセンシングボートは大気圧となり前述の動作
と同様である。

またＶＣＶ８を切り替える圧力源として、吸気マニホル
ドに発生する負圧を用いてもよい。この場合はアイドル
進角はなくなる。

また本実施例ではＶＣＶ８をＶＳＶ４とバキュームアド
バンサ７１Ａの間に入れているが、■ＣＶ８はＶＳＶ４
と負圧源５との間に入れてもよい。

動作は本実施例と同様である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、エンジンの負荷の大きさに
応じて変化する圧力により作動する圧力弁を用いてバキ
ュームアドバンサに作用する圧力制御系を切り替え、ノ
ックコン１−ロールの必要な状態では、ノックコンｌ−
ローラよりの制御信号に応じて遅角用圧力源または大気
に接続し点火時期をノック限界に制御し、軽負荷では大
気に開放することによりノックコントロールを解除する
ことができる。また、ノックコントロールに使用するバ
キュームアドバンサとアイドル進角に使用するバキュー
ムアドバンサを共用しアイドル時に前記圧力弁を高負荷
時と同様に制御することで、バキュームアドバンサを増
設することなくアイドル進角が可能になる。このように
、本発明は構造が簡単で高性能なノソクコントロールシ
ステムヲ実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、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ザの進角特性を示す一図、第６
図はＶｓ■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、第７図は圧力伝達系
の応答遅れを示す図である。 ■・・・エンジン、２・・・ノックセンザ、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
・・・チェックバルブ、１１・・・進角用圧力源として
の吸気マニホールド、７１・・・バキュームアドバンザ
。 代理人弁理士　岡　部　隆

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）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信号に応じてノック判定を行
   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遅角、進角さ
   せるバキュームアドバンサと、遅角用圧力源に接続され
   た第１の圧力伝達経路と、進角用圧力源とに接続された
   第２の圧力伝達経路と、前記バキュームアドバンサに接
   続、された第３の圧力伝達経路と、前記第１乃至第３の
   圧力伝達経路に接続され、前記ノックコントローラの制
   御信号に応じて前記バキュームアドパンサに供給される
   圧力を調整制御すべく前記各圧力伝達経路を切り換える
   電磁弁と、前記第２の圧力伝達経路あるいは前記第３の
   圧力伝達経路に圧力に応じて経路を導通・遮断あるいは
   大気開放にする圧力弁とを備え、前記圧力弁を切り換え
   る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. （２）前記圧力弁を切り換える圧力源として、スロット
   ル弁のずぐ上流にあるアドバンスボートに発生する圧力
   を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の内燃機関用点火時期制御装置。
3. （３）前記圧力弁を切り換える圧力源として、吸気マニ
   ホルドに発生する圧力を用いることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の内燃機関用点火時期制御装置。
4. （４）前記第１の圧力伝達経路を通して電磁弁に接続さ
   れる遅角用圧力源として、スロットル弁ｒのすぐ下流に
   あるセンシングボートに発生ずる圧力を用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項いずれかに
   記載の内燃機関用点火時期制御装置。