JPS63263268A - ノツク制御装置 - 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〉 本発明はノック制御装置、特に燃焼室の温度変化か°ら
検出したノック罠応じて点火時期を修正して、最適な内
燃機関出力を得るノック制却装ＲＫ関するものである。

〈従来の技術〉 一般に内燃機関（以下エンジンと略称する）においては
、ノックが全熱発生しない状態よりは、軽度のノック（
以下トレースノックと略称する）が発生した状態の方が
、大きな出力が得られることが知られている。

第１６図は、ニシジンにおける圧縮比と出力及び圧縮比
と点火時期の関係ｔそれぞれ示すもので、図中ａはノッ
クが発生している状態、ｂはノックが発生していない状
態、Ｃはトレースノックが発生している状態を示す。

第１６図から明らかなように、トレースノックが発生し
ている状態で最大の出力が得られ、トレ−スノツクが発
生している状態に比して、ノック発生状態では点火時期
が進んでおり、ノックが発生しない状態では点火時期が
遅れている。

このことから、ノック発生状態を検出して点火時期！遅
らせ、ノックが発生しない状態では点火時期を進めてエ
ンジンχ最適出力状態に制御することが行なわれている
。

このためにはエンジンのノック強度を検出することが必
要であり、エンジンのシリンダブロックに圧電素子を取
り付けて、ノック発生時の振動加速度からノックを検出
する方式が採用されていた。

しかし、前述の圧電素子による方式では、ニンジンの回
転速度が４０００ｒｐｍ以上になると、ノック発生以外
の原因で生ずるエンジンの振動と、ノック発生による振
動とが重畳してしまい、両者の判別が不可能となる。

これに対して、特開昭５７−１０８７３４号公報におい
て、工′ンジンの燃焼室内の燃焼時における光強度の変
化からノックを検出する方式が提案されている。

前述の特開昭５７−１０８７３４号公報で提案されてい
る方式は、振動加速度ケ検出するものでないので、圧電
素子を用いる場合のようにエンジンの高回転速度で誤検
出を行なうことはない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 前述のように、特開昭５７−１０８７３４号公報で提案
されている方式によると、エンジンの高回転速度での誤
検出なしに、ノックン検出することが可能となる。

しかし、前述の提案に係る方式ではエンジンの燃焼室内
に発生する煤などにより、検出面が汚れるために長時間
の運転に際しては検出出力が低下してしまうという難点
があった。

本発明は前述せるようなこの種のノック制御装置の現状
に鑑みてなされたものであり、その目的はエンジンの高
回転速度域での検出誤差も検出面の汚れによる検出出力
の低下もなく、安定（精度よくノックを検出して点火時
期の修正ン行なうことが出来るノック制御装置を提供す
ることにある。

〈問題点χ解決するための手段〉 前述せる目的を達成するために、本発明では内燃機関の
燃焼室内に配され、ノック発生時の前記燃焼室内の温度
変化χ検出する検出器と、該検出器の検出信号を前記燃
焼室外に取り出す光伝送素子と、該光伝送素子により取
り出された前記検出信号から、前記ノック強度に対応し
た出力信号を取り出す整形回路と、該整形回路の出力信
号に基づいて前記燃焼室での点火時期を修正する点火時
期修正手段とで構成されている。

〈作　用〉 本発明では、内燃機関の燃焼室内に配された検出器が、
ノック発生時の燃焼室内の温度変化を検出し、この検出
信号が光伝送素子によって燃焼室外に取り出される。こ
のようにして、光伝送素子によって燃焼室外ＶＣ取り出
された検出信号から、整形回路によってノック強度に対
応した出力信号が取り出される。

次いで、このようにして得られた整形回路の出力信号に
基づいて、点火時期修正手段によって燃焼室での点火時
期が修正される。

このようにして、本発明によると振動による検出誤差も
検出面の汚れによる出力低下もなく検出したノックに基
づいて、常にトレースノック状態に近づく点火時期の修
正が行なわれる。

〈実施例〉 以下本発明の実施例ｔ、第１図乃至第１５図を用いて詳
細に説明する。

ここで、第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック
図、第２図ｉａ）は検出器の縦断面図、第２図１ｂｌは
ｌａｌのＮ−Ｎ断面図、第３図は本発明の実施−例の構
成を示す詳細ブロック図、第４図１ａｌ　、　ｌｂｌは
検出器のエンジレに対する取付状態ン示す断面図である
。

先ず、前述の第１図乃至第４図を用いて、本発明の実施
例の構成を説明する。６ 第１図に示すように、エンジンの燃焼室１内にノック発
生時の燃焼室１内の温度変化を検出する検出器２が配さ
れ、この検出器２の検出信号が光伝送素子３によってバ
ンドパスフィルタ４に入力されるような構成となってい
る。また、バンドパスフィルタ４の出力端子は、受光素
子５０入力端子に接続され、この受光素子５の出力端子
は整形回路６０入力端子に接続され、整形回路６の出力
端子か点火時期修正手段７０入力端子に接続されている
。

前述せる検出器２は第２図１ａｌ　、　ｌｂ）に示すよ
うに、燃焼室１内の温度３００〜１５００℃に対して耐
熱性を有する直径ＩＭ程度の石英製の光伝送素子３の先
端に、線膨張係数が石英に近いイリジウム製の黒体８が
取り付けられた構成となっている。

この場合、分光放射エネルギの受光面を大とするため（
、光伝送素子３の先端は斜めに切断され、この切断面ン
含んで光伝送素子３の先端部！被って、厚１２Ａ２〜５
μｍのイリジウム製の黒体８が取り付けられる。さらに
、黒体８の光伝送素子３からの剥離を防止し、さらに黒
体８の酸化及び腐食による劣化を防止するために、黒体
８上が石英カバーｌＯで被われる。

エンジンの燃焼室１内の温度は、数ＫＨｚの周期で変動
し、燃焼室１内の圧力は急激に変化するが、光伝送素子
３として石英ン用い黒体８としてイリジウムを用いろと
、両者は接合性がよくまた。

線膨張係数が近いので熱応答性がよく且つ強固な構造が
実現されている。

前述の検出器２と光伝送素子３部分についでは、黒体８
として、白金、窒化ジルコニウム、黒鉛を用い、さらに
高温度の測定が必要な場合には光伝送素子３としてサフ
ァイアン使用することも出来る。

また、検出器２と光伝送素子３部分は、検出器２’ｌｋ
エンジンの燃焼室ｌ内に位置させて、燃焼室１の周壁１
５の上方位置にねじ込みにより固定されている。

即ち、第４図１ａ）　、　Ｉｂｌに示すように、光伝送
素子３の外周に溶着ガラス１６によって金属管１１が固
着され、この金属管１１の外周にはねじが刻設されてい
る。また、燃焼室１０周壁１５には、金属管１１が螺合
されるねじ孔が形成され、検出器２と光伝送素子３部分
は、金属管１１によって周壁１５に対して螺合固定され
ている。

このようにして、エンジンの燃焼室ｌの周壁１５に固定
された金属管１１の突出端部には、接続具１３が螺合固
定され、この接続具１３には光ファイバ２０との接続コ
ネクタ１４が収容されている。このため、金属管１１の
突出地部に接続具１３′％：接続すると、光伝送素子３
が光ファイバ２０と光学的に接続されるようＫｆｌｌ成
されている。

前述せるように光伝−送素子３の外周を、溶着ガラス１
６を介して金属管１１で被うことにより、エンジンの燃
焼室１内の圧力の外部への漏れが防止されＴＳＩｌｌＩ
成となっている。

次に、第５図乃至第９図を用いて本発明の実施例の各部
について、その構成をより詳細に説明する。

ここで、第５図は温度をパラメータとした黒体の分光放
射エネルギと波長との関係を示す図、第２図１ａｌｅ　
（ｂｌ、　（Ｃ１は、本発明の実施例の受光素子のそれ
ぞれ回路図、入力波形図及び出力波形図、第７図は本発
明の実施例の受光素子の負荷抵抗と応答時間との関係を
示す図、第８図は本発明の実施例の受光素子の波長と相
対感度との関係を示す図、第９図は本発明の実施例の受
光素子の放射照度と光電源との関係を示す図である。

一般に黒体は、それぞれ温度に対応して第５図に示すよ
うな放射エネルギを発生する。従って、成る波長に対し
て放射エネルギを測定すると、温度が求められる。

実施例におけるエンジンの燃焼室内の燃焼温度は、１０
００〜２５００℃であるので、この範囲の温度が検出可
能なように、第１図及び第３図においてバンドパスフィ
ルタ４としては、０．６〜０．７１μｍの波長に通過域
を有するバンドパスフィルタが使用されている。

実施例においては、第６図１８）　Ｋ示すような回路構
成の８ｉフオトトランジスタが受光素子５として使用さ
れ、フォトトランジスタの出力段のエミッタとアース間
に負荷抵抗２１が接続され、フォトトランジスタのコレ
クタとアース間には、バイアス電圧Ｖｃｃが印加されて
いる。

第８図は実施例において受光素子５として使用されるＳ
ｉフォトトランジスタの特性であり、５００ｎｍ〜１２
００ｎｍの波長領域の光を検出することが可能となって
いる。

このように受光素子５としてＳｉフォトトランジスタを
使用した場合において、例えばノック発生時において燃
焼温度が１０００〜２０００℃の範囲で変化すると、第
５図から放射エネルギは５Ｘ１０−”〜ＩＯＷ／ｃ−の
範囲で変化するので。

第９図からコレクタ電流ＩｃはｌＸｌ０−”　　〜２ｍ
Ａの範囲で変化するようになっている。

前述せるようにして発生するコレクタ電流Ｉｃｔ電圧に
変換するために、第６図１ａｌの負荷抵抗２１として実
施例では、Ｑ、　Ｉ　ＫΩのものが接続されている。

前述のよう罠受光素子５としてＳｉフォトトランジスタ
を用いた場合に、第６図１ｂｌに示す入力信号に対して
出力信号は、第６図ＩＣ）に示すような波形となる。そ
して、第６図１ｃ）の応答時間１．と負荷抵抗２１との
間には、第７図に示すような関係が認められる。

また、ノック検出に際しては１０　Ｋ　Ｈｚ程度の温度
変動を検出する必要があるので、前述のように負荷抵抗
値が０．１にΩに選択されている。

すでに述べた第３図に示すように、受光素子５の出力端
子は信号増幅部６ａの入力端子に接続され、信号増幅部
６ａの出力端子は線型処理ｇ６ｂの入力端子に接続され
、線型処理部６ｂの出力端子はバイパスフィルタ６Ｃの
入力端子に接続され、このバイパスフィルタ６Ｃの出力
端子が、点火時期修正手段７０入力端子に接続されてい
る。

以上に述べたような構成ン有する本発明の実施例の動作
について、主として第１０図乃至第１２図１ａいて以下
に説明する。

ここで、第１θ図はノック信号及び気筒判別信号を示す
信号波形図、第１１図１り乃至げ）は実施例におけるノ
ック信号の各段階での信号波形図、第１２図１ａｌ　ｌ
　ｌｂ）　−１ｃ）は、それぞれ実施例においてエンジ
ンの各気筒から得られる検出信号の波形図、光伝送素子
で覗り出されたノック信号波形図、及び整形回路で得ら
れるノック信号波形図、第１３図に１本発明の実施例の
動作？示すフローチャート、第１４図１ａ）、　Ｉｂ）
は、ノックレベルと累積頻度分布との関係曲線上でのノ
ック判定位置の設定法を示す図、第１５図１ａ）乃至１
ｄ）はそれぞれ、圧電素子に　゛より検出されたノック
波形図、本発明の検出器により検出されたノック波形図
、圧電素子により検出されたノック波形の高周波成分の
波形図、本発明の検出器により検出されたノック波形の
高周波成分の波形図である。

エンジンからは第１θ図１１１１．　ｌｂ）に示すよう
な気筒判別信号と、第１２図１ａ）に示すようなノック
が発せられている。このような第１２図１ａ）で各気筒
に対応して、Ｗ１〜Ｗ４で示すノックの分光放射エネル
ギに対応する温度変化が、第３図の検出器２で検出され
、光伝送素子３によりエンジンの撚部室外に、第１２図
１ｂ）　Ｋ示すような時系列光信号として取り出され、
接続具１３を介して光ファイバ２０により、バンドパス
フィルタ４に入力される。

このバンドパスフィルタ４４！、０．６〜０．７μｍの
波長に通過域を有し、燃焼室１内の燃焼温度１０００〜
２５００℃に対応する波長の光信号Ｑ０が、バンドパス
フィルタ４を通過して受光素子５に供給される。

この受光素子５は、前述せろように８ｉフオトトランジ
スタで構成され、第１１図１ａｌに示すような前述の光
信号によって、同図ｔｂｌに示すようなコレクタ電流が
流れ、同図（Ｃ）に示すような出力電圧信号が得られろ
。この出力電圧信号■。が、信号増幅部６ａで増幅され
て、第１１図１ｄｌに示すような出力電圧信号ｖＡとな
り、さらに線型処理部６ｂで線を化されて同図１ｅｌに
示すような出力電圧信号ｖＬとなり、この出力電圧信号
ｖＬが４ＫＨｚ以上に通過帯域を有するノ１イパスフィ
ルタ６Ｃに入力として与えられる。

バイパスフィルタ６Ｃでは、出力電圧信号ｖＬからノッ
ク成分のみを取り出し、ノーイパスフィルタ６Ｃからは
第１１図（ｆ）に示すようなノック信号ｖｓが、点火時
期修正手段７に入力される。

このようにして、本発明の実施例によると、信号増幅部
６ａ、線型処理部６ｂ及びバイパスフィルタ６Ｃが直列
に接続されて構成される整形回路６の出力端子には、第
１５図［ｄｌに示すようなノック信号ｖＳが得られる。

これは、同図１ｃｌに示される圧電素子でノックを検出
し、本願と同一の過程で整形して得たノック信号が、ノ
ック以外の原因で生ずる振動に埋れて判別出来ないのと
、対照的である。なお、第１５図の測定はエンジンの回
転数６００Ｏｒｐｍで行ったものである。

前述のようにして、整形回路６の出力端子に得られたノ
ック信号Ｖ、により、点火時期修正手段７において、エ
ンジンの点火時期の修正が行なわれる。

第１４図１ａｄ、　ｌｂｌは、それぞれノックのない状
態Ｓ、　　トレースノックの状態Ｔ及びノックの発生状
態Ｕに対して、第１０図１ｃ）　ＶＣ示すバンドパスフ
ィルタ４通過後の光信号ｇＡＤ変換して得たＳ値の異積
頻度分布Ｙ：１０２４点火分について統計処理した曲線
である。

この曲線を使用して、エンジンに対する点火時期の修正
は次のようにして行なわれる。

第１３図のフローチャートのステップ（１）においてス
テップ（１）で取り込まれた値に基づいてマツプから最
適点火時期θ０が読み出される。

次いで、ステップ（３）でエンジンの回転数Ｎが４００
０ｒｐｍ以下であるか否かの判定か行なわれ、４００Ｏ
ｒｐｍ以下であると、ステップ（５）に進む。

ステップ（５）では、トレースノック時にセンサ信号が
スライスレベル’ｋｌＯ％越える位置に、第１４図１ａ
ｌ　Ｋ示すように８／Ｌ値が設定される。

また、ステップ（３）でエンジンの回転数Ｎか４００Ｏ
ｒｐｍより大きいと判定されると、ステップ（４）に進
む。ステップ（４）では、このような高速度回転時には
トレースノックより大きいＳ値が続くと危険なので、ト
レースノック時にセンナ信号がスライスレベルｔ２％越
える位置に、第１０図１ｃ＞に示すようにＳｌＬ値か設
定される。

前述のステップ（４）及び（５）で設定されるＳ／Ｌ値
は、予め実験によって求めておく。

次にステップ（６）に進み、−気筒の前述せるようにし
て求めたノック信号Ｖ、がＡＤ変換されてＳ値が求めら
れる。ステップ（７）において、このＳ値と前述せるよ
うにして予め求めておいｙ、＝Ｓ／Ｌ値とが比較される
。

この比較で、エンジンの回転速度に対応して予め設定さ
れｒ：　Ｓ　／　Ｌ値よりもＳ（［が大であると、ノッ
ク発生状態と判定して、点火時期の遅角制御が行なわれ
、予め設定されたＳ／Ｌ値よりもＳ値が小であると、ノ
ックが発生していない状態と判定して、点火時期の進角
制御が行なわれるのである。

この場合、ｓ値の分布がトレースノック時の分布に一致
するためには、ノック発生状態と判定されるＳ値の割合
と進角／遅角の比率とを合わせて制御する。即ち、トレ
ースノック時に８１Ｌ値より大きなＳ値が１０％発生す
るものとすれば、点火時期が安定に制御されている状態
では１０点火に対して一回遅角制御が行なわれるので、
進角遅角比’ｋｌ：１０に設定されている。例えば、予
め設定した８／Ｌ値に対してＳ値が＋ΔＳ変化したら、
Δθ１遅角制御し、−ΔＳ変化したらΔθ２進角制御し
、Δ０１／Δθ２は１／１０に設定される。

このようにして、ステップ（７）でＳ値が予め設定され
ｚ８／Ｌ値に等しければ、ステップ（８）に進んで点火
時期の修正は行なわない。ステップ（７）でＳ値が予め
設定され７；ｌ：８／Ｌ値より大であると、ステップ（
９）に進んでΔθｌの遅角制御角が設定され、さらにス
テップ（１１）でθ怠θ０＋Δθ、の遅角制御が行なわ
れる。

また、ステップ（７）で８値が予め設定されたＳＺＬ値
より小であると判定されると、ステップａ〔に進んでΔ
θ、の進角制御角が設定され、さらにステップＱｌ）で
０＝０゜＋Δ０２の進角制御が行なわれる。

次にステップａりに進んでｎ、Ｔｐが同一かどうかの判
定が行なわれ、同一であると判定されるとステップ（６
）からの動作が繰り返される。また、ステップα２にお
いてｎ％Ｔ、が同一でないと判定されると、ステップα
Ｊにおいてθ→θ。の書き換えが行なわれる。

なお、実施例においてはエンジンの回転速度が４００Ｏ
ｒｐｍ以下の場合は、前述の進遅角比が１＝１０に、ま
たエンジンの回転速度か４００Ｏｒｐｍ以上の場合は、
前述の進遅角比が１：５０に設定されている。このよう
にして、Ｓ値の頻度分布をトレースノック時の頻度分布
に一致させ、前述の第１６図で曲線Ｃの状態で運転を行
なって最大の出力効率を得ることか出来る。

このようにして、本発明の実施例によると黒体放射を利
用してエンジンの燃焼室内の温度変化を検出し、この検
出信号に基づいてノック信号を得ているので１．エンジ
ンの高速度回転状態でも振動誤差なしにまた、煤などく
よる検出部の汚れ誤差なしにノック強度を精度よく検出
することが出来る。このようにして検出したノック強度
に基づいて、エンジンの点火時期の修正が行なわれるの
で、本発明の実施例によると、エンジンＹ常にトレース
ノック状態で作動させて最大効率の出力を得ることが可
能である。

さらに、本発明の実施例ではエンジンの燃焼室内の燃焼
温度の検出が可能なので、排出ＮＯｘ量の検出をも行な
うことが出来る。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によると燃焼室内の
温度変化音検出することにより、エンジンの高速度回転
時の振動誤差や検出部の汚れによる誤差を伴わずに、ノ
ック強度を検出し、検出したノック強度に基づいて、エ
ンジンが常にトレースノック状態で作動して高効率出力
が得られるように、点火時期の修正を行なうノック制御
装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図、第２
図１ａ）は本発明の実施例における検出器の縦断面図、
第２図１ｂ）はｆａｔのＮ−Ｎ断面図、第３図は本発明
の実施例の構成！示す詳細ブロック図、第４図１ａｌｅ
　Ｉｂ）Ｇ−ｚ本発明の実施例における検出器のエンジ
ンに対する取付状態を示す断面図、第５図は温度ンパラ
メータとした黒体の分光放射エネルギと波長との関係χ
示す図、第６図（ａ）、　ｆｂｌ　、　ｌｃｌは本発明
の実施例の受光素子の、それぞれ回路図、入力波形図及
び出力波形図、第７図は本発明の実施例の受光素子の負
荷抵抗と応答時間との関係を示す図、第８図は本発明の
実施例の受光素子の波長と相対感度との関係を示す図、
第９図は本発明の実施例の受光素子の放射照度と光電流
との関係を示す図、第１０図＋ａ）ｅ　ｌｂ）、　ＩＣ
）４１／　７６Ｆ信号及ヒ気筒判別信号を示す信号波形
図、第１１図１ａｌ乃至げ）は本発明の実施例における
ノック信号の各段階での信号波形図、第１２図１ａｌ　
、　ｌｂ）、　ｌｃ）はそれぞれ、本発明の実施例にお
けるエンジンの各気筒から得られる検出信号の波形図、
光伝送素子で取り出されたノック信号波形図、及び整形
回路で得られるノック信号波形図、第１３図は本発明の
実施例の′動作な示すフローチャート、第１４図１ａ１
．　ｌｂ）はノックレベルと累積頻度分布との関係曲線
上でのノック判定位置゛の設定法を示す図、第１５図１
ａｌ乃至ｌｄｌはそれぞれ、圧電素子により検出された
ノック波形図、本発明の検出器により検出されたノック
波形図、圧電素子により検出されたノック波形の高周波
成分の波形図、本発明の検出器により検出されたノック
波形の高周波成分の波形図、第１６図はエンジンにおけ
る圧縮比と出方及び圧縮比と点火時期の関係を示す図で
ある。 １・・・・・・燃焼室、２・旧・・検出器、３・・・・
・・光伝送素子、４・・・・・・バンドパスフィルタ、
５・・・・・・受光素子、６・・・・・・整形回路、６
ａ・旧・・信号増幅部、６ｂ・・・内線型処理部、６ｃ
・・・・・・バイパスフィルタ、７・・・・・・点火時
期修正手段、８・旧・・黒体、１ｏ・旧・・石英カバー
、１１・・・・・・金属管、１３・・・・・・接続具、
１４・・・・・・接続フネクタ、１５・旧・・周壁、１
６・・・・・・溶着ガラス、２０・・・・・・光ファイ
バ、２１・旧・・負荷抵抗。 代　理　人　　弁理士　　武　順次部（５４，Ｉ糸）扁
ん愁 第５図 波長　　　（）１ｍノ 第６図 第７図 抑＠椿汎Ｒｔ（ｋＱ） 第８図 遭長（＃拳） 第９図 第１Ｏ図 第１４図 ′１１（Ａ）；Ａ ↑ 区 第１２図 第１３図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の燃焼室内に配され、ノック発生時の前記
   燃焼室内の温度変化を検出する検出器と、該検出器の検
   出信号を前記燃焼室外に取り出す光伝送素子と、該光伝
   送素子により取り出された前記検出信号から、前記ノッ
   ク強度に対応した出力信号を取り出す整形回路と、該整
   形回路の出力信号に基づいて前記燃焼室での点火時期を
   修正する点火時期修正手段とを有することを特徴とする
   ノック制御装置。 ２、前記検出器が黒体により温度変化に対応した光信号
   を得る検出器であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のノック制御装置。 ３、前記黒体がイリジウム、白金、窒化ジルコニウム、
   黒鉛のいずれかであることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載のノック制御装置。 ４、前記光伝送素子が石英ガラスロッドであることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載のノック制御装置。