JP2014111927A - 点火時期制御装置及び点火システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に対して容易にノッキングの発生を抑制する点火時期制御を可能にする点火時期制御装置及び点火時期制御システムを提供する。
【解決手段】内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出装置４１と、ノッキング検出装置４１から得られるノッキングの状態を示すノッキング信号と、外部から得られる内燃機関の点火時期に関する信号と、に基づいて、内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整装置４３と、が設けられ、ノッキング検出装置４１と点火時期調整装置４３とが、電気的に接続されているとともに、一体に構成され、点火時期調整装置４３には、点火時期に関する信号を入力する第１接続部１０１と、点火時期が調整された点火時期に関する信号を放電用スイッチング素子３７６に対して出力する第２接続部１０３と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）のノッキングの状態によって点火時期を制御する点火時期制御装置に関し、例えば小型船舶、小型発電機、芝刈機等に使用される汎用エンジン、２輪車用のエンジン、各種の建設機械に用いられるエンジン等に適用可能な点火時期制御装置及び点火システムに関する。

従来より、エンジンのノッキングを防止して好適にエンジンの動作を制御する技術として、エンジンにノッキングセンサを取り付け、ノッキングセンサの出力に基づいて点火時期を制御する点火時期制御が知られている（特許文献１参照）。

この点火時期制御とは、ノッキングセンサによってノッキングが検出されなければ段階的に点火時期を進角させ、ノッキングが検出された場合には、点火時期を遅角させることによって、ノッキングの発生を防止しつつ、エンジンの出力を最大限に発揮させようとする制御である。

上述したノッキングセンサの出力を利用した点火時期制御は、４輪の自動車には一般的である。しかし、例えば小型発電機等の汎用エンジンや２輪車用エンジンの様な構成がシンプルなエンジンにおいては、エンジン回転数等のエンジン制御を行う電子制御装置は使用されているものの、通常、ノッキングセンサは使用されておらず、そのためノッキングを防止するための点火時期制御は行われていないのが現状である。

特開２００８−２１５１４１号公報

しかしながら、近年では、汎用エンジンや２輪車用エンジンなどの構造がシンプルなエンジンにおいても、燃費と出力の最適化のために、精密な点火制御が求められている。この対策としては、ノッキングセンサを搭載して、上述した点火時期制御を行うことが考えられるが、下記のような問題がある。

つまり、現状の汎用エンジンや２輪車用エンジンなどに、ノッキングセンサを取り付けて点火時期制御を行う場合には、従来のエンジン制御を行う電子制御装置に対して、点火時期制御を行うための設計見直しが必要になるので、その手間（工数）やコストが膨大になるという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ノッキングの発生を抑制する点火時期制御の機能を有しない内燃機関に対して、容易にノッキングの発生を抑制する点火時期制御を可能にする点火時期制御装置及び点火システムを提供することである。

本発明の点火時期制御装置は、内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出装置と、前記ノッキング検出装置から得られる前記ノッキングの状態を示すノッキング信号と、外部から得られる前記内燃機関の点火時期に関する信号と、に基づいて、前記内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整装置と、が設けられ、前記ノッキング検出装置と前記点火時期調整装置とが、電気的に接続されているとともに、一体に構成され、前記点火時期調整装置には、前記点火時期に関する信号を入力する第１接続部と、コンデンサ及び前記コンデンサに蓄えた電荷を放電させるための放電用スイッチング素子を有し、前記内燃機関を点火させるための容量放電回路部に接続される第２接続部であって、点火時期が調整された前記点火時期に関する信号を前記放電用スイッチング素子に対して出力する第２接続部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の点火時期制御装置は、ノッキング検出装置と点火時期調整装置とが、電気的に接続されているとともに一体に構成されており、しかも、点火時期調整装置に対して、ノッキング検出装置からのノッキング信号と外部からの点火時期に関する信号とが入力される構成である。

従って、点火時期調整装置では、ノッキング検出装置から得られるノッキング信号と外部から得られる点火時期に関する信号とに基づいて、適切な点火時期となるように点火時期を調整（例えば進角や遅角等の補正）することができる。そして、本発明の点火時期制御装置では、点火時期が調整された点火時期に関する信号を、点火時期制御装置が、外部の容量放電回路部を構成する放電用スイッチング素子に対して出力することによって、最適な点火時期で内燃機関を点火させることができる。

このように、本発明の点火時期制御装置では、ノッキング制御を行っていない例えば従来の汎用エンジンや２輪車用エンジンなどに適用できるので、即ち、従来のエンジン制御を行う電子制御装置の構成に、本発明の点火時期制御装置を付加し、点火時期制御装置の第１接続部及び第２接続部を接続させるだけで、電子制御装置に対して点火時期制御を行うための設計見直しが不要となり、その設計見直しのための手間（工数）やコストを大きく低減できるという顕著な効果を奏する。なお、前記点火時期に関する信号は、点火時期に関する情報を含む信号であり、例えば点火時期の基準となるタイミングを示す基準点火信号が挙げられる。

上記発明において前記ノッキング検出装置と前記点火時期調整装置とは、分離不可能に一体に構成されていることが好ましい。
このようにノッキング検出装置と点火時期調整装置とは、分離不可能に一体に構成されているので、破損し難く扱いが容易であり、外部からのノイズも乗りにくいという利点がある。ここで、分離不可能とは、（分離することを前提としていないので）装置を破損しなければ分離できないことを示している。

上記発明において前記ノッキング検出装置と前記点火時期調整装置とは、着脱可能に一体に構成されていることが好ましい。
このようにノッキング検出装置と点火時期調整装置とは、着脱可能に一体に構成されているため、例えばノッキング検出装置と点火時期調整装置とのいずれかが故障した場合に、両者を分離した上で故障した装置だけを取り替えれば済むといった利点がある。

上記発明において前記ノッキング検出装置と前記点火時期調整装置とは、接続ケーブルを介して一体に構成されていることが好ましい。
このようにノッキング検出装置と点火時期調整装置とは、接続ケーブルを介して一体に構成されているので、ノッキング検出装置と点火時期調整装置とを、接続ケーブルの長さだけ離して配置できる。

ノッキング検出装置は、通常、内燃機関のシリンダブロック等に取り付けられるが、内燃機関は温度が高く振動が大きい。そこで、ノッキング検出装置と点火時期調整装置とを接続ケーブルを介して離して配置することにより、点火時期調整装置に対する（内燃機関の）熱や振動の影響を低減することができる。よって、点火時期調整装置の故障の発生をより効果的に抑えることができる。

上記発明において前記点火時期調整装置は、前記ノッキング検出装置に搭載されていることが好ましい。
このようにすることで、点火時期調整装置は、ノッキング検出装置に搭載されているので、装置をコンパクトにすることができる。

上記発明において前記点火時期に関する信号は、点火時期の基準となるタイミングを示す基準点火信号であることが好ましい。
このようにすることで、点火時期に関する信号として、基準点火信号（例えば後述する点火信号（Ａ））を採用できる。

本発明の点火システムは、上記本発明の点火時期制御装置と、前記内燃機関の前記点火時期に関する信号を出力する制御回路部と、コンデンサ及び前記コンデンサに蓄えた電荷を放電させる放電用スイッチング素子を有し、前記内燃機関を点火させるための容量放電回路部であって、前記放電用スイッチング素子は、前記点火時期制御装置により点火時期が調整された前記点火時期に関する信号に基づいて駆動される容量放電回路部と、が設けられた点火システムであって、前記第１接続部と前記制御回路部とが接続され、前記第２接続部と前記容量放電回路部の前記放電用スイッチング素子とが接続されていることを特徴とする。

本発明の点火システムでは、上記本発明の点火時期制御装置を備えるため、適切な点火時期となるように点火時期を調整（例えば進角や遅角等の補正）することができる。そして、本発明の点火システムでは、点火時期が調整された点火時期に関する信号を、点火時期制御装置が容量放電回路部を構成する放電用スイッチング素子に対して出力することによって、最適な点火時期で内燃機関を点火させることができる。

実施例１の点火時期制御装置が用いられる内燃機関のシステム構成を示す説明図である。 （ａ）は実施例１の点火時期制御装置を一部破断して示す平面図、（ｂ）はその点火時期制御装置を一部破断して示す正面図である。 （ａ）は実施例１の点火時期制御装置及びその周辺の装置を示す説明図、（ｂ）はその点火時期調整装置の接続端子を示す説明図である。 実施例１の点火時期制御装置及びその周辺の装置の電気的構成を示す説明図である。 基準点火信号と補正点火信号と中心電極の電圧との関係を示す説明図である。 点火時期の進角や遅角による調整の状態を示すグラフである。 実施例１の点火時期調整装置で行われる補正点火時期算出処理を示すフローチャートである。 実施例１の点火時期調整装置で行われるノッキング検出処理を示すフローチャートである。 （ａ）は実施例２の点火時期制御装置を示す平面図、（ｂ）は実施例３の点火時期制御装置を示す平面図、（ｃ）は実施例４の点火時期制御装置を示す平面図である。 （ａ）は実施例５の点火時期制御装置を示す平面図、（ｂ）はその点火時期制御装置を示す正面図である。［実施例１］

以下では、本発明を実施するための形態（実施例）の点火時期制御装置について説明する。本実施例の点火時期制御装置は、汎用エンジンや２輪車用エンジンなどの各種のエンジン（内燃機関）に用いられるものであり、内燃機関のノッキングを防止するために、点火時期を制御する装置である。なお、以下では、４サイクルの２輪車用エンジンを例に挙げて説明する。

まず、本実施例の点火時期制御装置を備えた内燃機関のシステム全体について説明する。
図１に示すように、内燃機関１には、エンジン本体３と、エンジン本体３に空気を導入する吸気管５と、吸入空気量を検出するエアフローメータ７と、吸入空気量を調整するスロットルバルブ９と、スロットルバルブ９の開度を検出するスロットル開度センサ１１と、燃焼室１３内に空気を導入する吸気マニホールド１５と、燃料を吸気マニホールド１５内に噴射する燃料噴射弁１７と、エンジン本体３から（燃焼後の）空気を排出する排気マニホールド１９と、排気マニホールド１９から排出される排気から空燃比を検出する空燃比センサ（又は酸素センサ）２１などが主に設けられている。

エンジン本体３のシリンダヘッド２３には、点火プラグ２５が取り付けられ、エンジン本体３には、エンジン回転数（回転速度）を検出するエンジン回転数センサ２７や、クランク角を検出するクランク角センサ２９などが取り付けられている。

更にエンジン本体３には、後述する点火時期制御装置３１が取り付けられている。この点火時期制御装置３１には点火コイル３５が接続され、点火コイル３５は点火プラグ２５に接続されている。

内燃機関１には、エンジン本体３等の運転状態（例えばエンジン回転数や空燃比センサ２１の出力に基づく空燃比フィードバック制御など）を総合的に制御する内燃機関用制御装置（外部の電子制御装置）３７が設けられている。この内燃機関用制御装置３７は、図示しないが、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等を有するマイコンを備えた電子制御装置（エンジンコントロールユニット：ＥＣＵ）である。

なお、この内燃機関用制御装置３７が、本発明における外部の電子制御装置に該当する。また、以下では、点火時期制御装置３１と内燃機関用制御装置３７とを備えたシステムを、点火システム３８と称する。

内燃機関用制御装置３７の入力ポート（図示せず）には、エアフローメータ７、スロットル開度センサ１１、空燃比センサ２１、エンジン回転数センサ２７、クランク角センサ２９、および点火時期制御装置３１等が接続されている。これらの各機器からの信号（センサ信号等）が、内燃機関用制御装置３７の入力ポートに入力されている。

内燃機関用制御装置３７の出力ポート（図示せず）には、燃料噴射弁１７、および点火時期制御装置３１等が接続されている。これらの機器に対して、内燃機関用制御装置３７の出力ポートから、各機器の動作を制御するための制御信号が出力されている。

次に、本実施例の点火時期制御装置３１について説明する。図２に示すように、本実施例の点火時期制御装置３１は、ノッキング検出装置４１と点火時期調整装置４３とが、接続ケーブル４５を介して、電気的及び機械的に分離不可能に一体に構成されたものである。

ノッキング検出装置４１は、周知の圧電素子６５を用いた非共振型ノッキングセンサであり、主体金具４７の軸孔４７ａに取付用ボルト（図示せず）が挿入される構造を有し、取付用ボルトによってエンジン本体３のシリンダブロック４９（図１参照）に固定されるものである。

ノッキング検出装置４１は、ほぼ全体が樹脂成形体５１によってモールドさており、略円筒形状の本体部５３と本体部５３の側面から突出する略直方体形状のコネクタ部５５とを備えている。

本体部５３は、円筒形状の筒状部５７とその一端側（図２（ｂ）の下方）に設けられた環状の鍔部５９とからなる前記主体金具４７を有している。筒状部５７には、鍔部５９側から、環状の第１絶縁板６１、環状の第１電極板６３、環状の圧電素子６５、環状の第２電極板６７、環状の第２絶縁板６９、環状のウエイト７１、環状の皿バネ７３、および環状のナット７５が配置されている。また、第１電極板６３と第２電極板６７とには、両電極板６３、６７間に発生した出力信号を取り出すための第１出力端子８１と第２出力端子８３とが、それぞれ接続されている。

接続ケーブル４５は、内部に第１出力端子８１と第２出力端子８３とに接続された各電気配線（図示せず）が設けられているケーブルである。この接続ケーブル４５の両端には、両電気配線と接続された第１コネクタ８５と第２コネクタ８７とが設けられている。

第１コネクタ８５は、ノッキング検出装置４１のコネクタ部５５の開口部５５ａに嵌め込まれるとともに、各電気配線が第１、第２出力端子８１、８３に接続されている。第２コネクタ８７は、点火時期調整装置４３の凹状のコネクタ部８９に嵌め込まれるとともに、各電気配線が、点火時期調整装置４３内の内部配線（図示せず）と接続されている。

本実施例において接続ケーブル４５の第１コネクタ８５は、ノッキング検出装置４１のコネクタ部５５に嵌め込まれるとともに、接着剤によって固定されて分離不可能に一体に構成されている。接続ケーブル４５の第２コネクタ８７は、点火時期調整装置４３のコネクタ部８９に嵌め込まれるとともに、接着剤によって固定されて分離不可能に一体に構成されている。

次に、点火時期制御装置３１に関する電気的構成などについて説明する。図３に示すように、点火時期制御装置３１の点火時期調整装置４３は、バッテリ９１から電力の供給を受けて作動するものである。よって、点火時期調整装置４３には、バッテリ９１からの電力を受けるための一対の電源端子９３，９５が設けられている。

点火時期調整装置４３は、１組のリード線（信号線）９７，９９を介して、内燃機関用制御装置３７と着脱可能に接続されている。リード線９７，９９は、点火時期調整装置４３及び内燃機関用制御装置３７の両方に対して着脱可能とされている。

点火時期調整装置４３には、内燃機関用制御装置３７から後述する基準点火信号（Ａ）を受信するための受信用端子１０１と、後述する（調整後の）補正点火信号（Ｂ）を出力するための点火用端子１０３であって、容量放電回路部３７３のサイリスタ３７６に接続される点火用端子１０３とが設けられている。内燃機関用制御装置３７は、１本のリード線１０５を介して点火コイル３５と接続されている。

図４に示すように、内燃機関用制御装置３７には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７１と、ＣＤＩ側制御部（制御回路部）３７２と、容量放電回路部３７３と、レギュレータ３７８とが主に設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３７１は、バッテリ９１から供給される直流電圧を変圧するものである。ＤＣ−ＤＣコンバータ３７１としては公知のものを用いることができる。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７１は公知の駆動を行うことで直流電圧を変圧して変圧コイル３７４に供給し、変圧コイル３７４から出力される電圧がダイオード３７７を介してコンデンサ３７５に供給され、コンデンサ３７５が充電される。

ＣＤＩ側制御部３７２は、レギュレータ３７８を介して電源電圧が入力される構成をなし、エンジン回転数センサ２７から入力される内燃機関１の回転数を示す信号や、クランク角センサ２９から入力されるクランク角を示す信号や、スロットル開度センサ１１から入力される開度を示す信号等に基づいて、基準点火信号（Ａ）を出力するＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）である。ＣＤＩ側制御部３７２は、点火時期調整装置４３の調整側制御部４３１と基準点火信号（Ａ）の伝達が可能に接続されている。

内燃機関用制御装置３７は、点火コイル３５の一次巻線３５ａに接続されるとともに、コンデンサ３７５、および、サイリスタ３７６を有する容量放電回路部３７３を有している。なお、容量放電回路部３７３は、一次巻線３５ａに接続されて、一次巻線３５ａを含む容量放電形の閉回路を構成する。

コンデンサ３７５は、点火コイル３５に通電される電力を一時的に蓄える畜電器である。コンデンサ３７５の一方の端子はダイオード３７７を介して変圧コイル３７４に接続され、他方の端子は点火コイル３５の一次巻線３５ａに接続されている。

サイリスタ３７６は、コンデンサ３７５から一次巻線３５ａへの通電・非通電を切り替える放電用スイッチング素子である。サイリスタ３７６のアノードはコンデンサ３７５の一方の端子と接続され、カソードはバッテリ９１の負極と同電位のグランドに接地されている。更にサイリスタ３７６のゲートは点火時期調整装置４３の点火用端子１０３と接続されている。

点火時期調整装置４３には、調整側制御部４３１と、スイッチングトランジスタ４３２と、が主に設けられている。調整側制御部４３１は、少なくとも基準点火信号（Ａ）およびノッキング信号に基づいて補正点火信号（Ｂ）を演算により求めるものであり、内燃機関用制御装置３７と同様に、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等を有するマイコン（図示せず）を備えた電子制御装置である。なお、補正点火信号（Ｂ）の演算方法については後述する。この調整側制御部４３１は、受信用端子１０１を介して内燃機関用制御装置３７と接続される。

スイッチングトランジスタ４３２は、調整側制御部４３１により求められた補正点火信号（Ｂ）に基づいて、サイリスタ３７６を駆動制御するものである。スイッチングトランジスタ４３２のコレクタは、点火用端子１０３を介してサイリスタ３７６のゲートと接続されていると共に、電源電圧（ＶＣＣ）が印加される抵抗４３３と接続されている。また、スイッチングトランジスタ４３２のベースは調整側制御部４３１と接続されて補正点火信号（Ｂ）が入力されている。エミッタはバッテリ９１の負極と同電位のグランドに接地されている。

点火コイル３５は、一次巻線３５ａと二次巻線３５ｂとを備えており、一次巻線３５ａの一端は、内燃機関用制御装置３７のコンデンサ３７５に接続され、他端はサイリスタ３７６のカソードに接続されている。

二次巻線３５ｂの一端は、バッテリ９１の負極と同電位のグランドに接地され、他端は、点火プラグ２５の中心電極２５ａに接続されている。なお、点火プラグ２５の接地電極２５ｂは、バッテリ９１の負極と同電位のグランドに接地されている。

次に、上述した点火時期制御装置３１を用いた点火時期制御の基本的な動作について説明する。内燃機関用制御装置３７では、例えばエンジン回転数や吸入空気量などに基づいて、点火時期の基準となる基準点火時期を決定する。この基準点火時期とは、内燃機関１毎のばらつきや気候変化等を考慮したときにも当該内燃機関１が破損しないような十分なマージンを持って設定された点火時期を、内燃機関１の運転状態毎に複数設定したマップを用いた上で、このマップと現在の運転状態とを対応（照合）して設定されるベースとなる点火時期（即ち、点火時期調整装置４３によって調整される対象の点火時期）である。

なお、この基準点火時期を示す信号が、基準点火信号（即ち基準点火信号（Ａ）：図５の（ａ）参照）である。そして、この基準点火信号（Ａ）が、ＣＤＩ側制御部３７２から点火時期調整装置４３の調整側制御部４３１に対して出力される。

基準点火信号（Ａ）を受信する調整側制御部４３１では、ノッキング検出装置４１にからの信号（ノッキング信号）を受信し、そのノッキング信号に基づいて、ノッキング（ノック）の発生の有無を検出する。例えば、ノッキング信号のピーク値の大きさに基づいて、ノッキングの有無を判定する。

そして、調整側制御部４３１では、ノッキングの発生状態等に応じて、点火時期を調整（補正）して、補正点火時期を決定する。なお、この補正点火時期を示す信号が、補正点火信号（即ち補正点火信号（Ｂ）：図５の（ｂ）参照）である。

具体的には、図６に示すように、ノッキングが発生していない場合には、所定期間毎に、点火時期を最大進角に至るまで徐々に進角させ、ノッキングが発生すると基準点火時期に戻すように、補正点火時期を設定する。なお、図５に示すように、エンジン起動時や加速時等の運転過渡期といったエンジン回転数の変動が大きな場合には、前記点火時期を補正する処理は行わない。

次に、上述のように補正点火時期が決定されると、図４に示すように、調整側制御部４３１から、スイッチングトランジスタ４３２に対して、補正点火信号（Ｂ）が出力される。スイッチングトランジスタ４３２のベースに、補正点火信号（Ｂ）が与えられると、この補正点火信号（Ｂ）のオン・オフに応じてスイッチング動作が行われる。

詳しくは、補正点火信号（Ｂ）がオフ（ローレベル：一般にグランド電位）である場合には、ベース電流が流れずスイッチングトランジスタ４３２はオフ状態（遮断状態）となる。すると、スイッチングトランジスタ４３２のコレクタと接続するサイリスタ３７６のゲートへ電流は流れない。

その一方で、補正点火信号（Ｂ）がオン（ハイレベル：調整側制御部４３１からの正の電圧が供給される状態）である場合には、ベース電流が流れてスイッチングトランジスタ４３２はオン状態（通電状態）となる。すると、スイッチングトランジスタ４３２のコレクタと接続するサイリスタ３７６のゲートへも電流が流れて、サイリスタ３７６は通電（オン）状態となり、コンデンサ３７５に蓄えられた電荷を一次巻線３５ａに一気に放電される。

すると、点火コイル３５の二次巻線３５ｂに点火用電圧が発生するため、点火プラグ２５の中心電極２５ａと接地電極２５ｂとの間に火花放電が発生して、内燃機関１に吸入された混合気が点火される（図５（ｃ）参照）。このときに二次巻線３５ｂに流れる電流が二次電流ｉ２である。

ここで、サイリスタ３７６は、その特性としてアノード−カソード間に所定の電流値以上の電流が流れていると、ゲート信号の有無に拘わらずオンし続ける。そして、コンデンサ３７５に蓄えられた電荷が一次巻線３５ａに放電され、コンデンサ３７５の電荷がなくなり一次電流ｉ１が流れなくなると、サイリスタ３７６は自動的に非通電（オフ）状態となる。

なお、上述した基準点火信号（Ａ）及び補正点火信号（Ｂ）には、ローレベルからハイレベルになるタイミングと、ハイレベルからローレベルになるタイミングとの情報が含まれている。このうち、ローレベルからハイレベルになるタイミングは、コンデンサ３７５に蓄えられた電荷が一次巻線３５ａに一気に放電されるタイミングに該当し、所望の点火時期（点火する時期）である。

また、補正点火信号（Ｂ）のハイレベル、ローレベルに応じてスイッチングトランジスタ４３２の通電状態、遮断状態が制御されることから、点火時期調整装置４３の点火用端子１０３からは補正点火信号（Ｂ）が出力されている。なお、本発明においては、補正点火信号（Ｂ）のハイレベル、ローレベルに合わせて点火用端子１０３から出力される信号は、総称して、点火用端子１０３（第２接続部）から出力される点火時期が調整された点火時期に関する信号（補正点火信号（Ｂ））に相当するものである。

次に、点火時期調整装置４３にて行われる処理について説明する。
＜補正点火時期算出処理＞
本処理は、基準点火信号（Ａ）に基づいて補正点火時期を算出するとともに、基準点火信号（Ａ）を利用してエンジン回転数を算出する処理である。

図７のフローチャートに示すように、ステップ（Ｓ）１００では、タイマー記憶変数Ｎをリセット（０に設定）する。続くステップ１１０では、回転数格納／ノックウィンドウ（Window）変数Ｓをリセットする。この回転数格納／ノックウィンドウ変数Ｓとは、ステップ２４０にてエンジン回転数を順次記憶させていったときの時系列を示す変数、かつ、ステップ２５０にてノッキングを検出するクランク角ウィンドウの値を順次記憶させていったときの時系列を示す変数である。

続くステップ１２０では、タイマーＴの初期値Ｔ（０）を０に設定する。続くステップ１３０では、ノック検知ウィンドウＫＮＷの初期値ＫＮＷ（０）を０に設定する。このノック検知ウィンドウＫＮＷとは、ノッキングの発生する可能性のある領域（所定の回転角の区間）を示すものであり、点火時期を起点に設定される特定の期間に相当し、ノッキング信号の解析区間に相当するものである。

続くステップ１４０では、内燃機関用制御装置３７のＣＤＩ側制御部３７２から受信した基準点火信号（Ａ）に基づいて、基準点火時期（入力点火時期）ＴＩＧＩＮを補正点火時期ＴＩＧとして設定する。なお、ここでの補正点火時期ＴＩＧの値は、まだ補正が行われていない値である。

続くステップ１５０では、点火信号間隔測定タイマーＴ１をリセットする。続くステップ１６０では、基準点火信号（Ａ）が入力したか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１７０に進み、一方否定判断されると待機する。

ステップ１７０では、基準点火信号（Ａ）が入力してからの時間を計測するために、点火信号間隔測定タイマーＴ１をスタートする。続くステップ１８０では、再度基準点火信号（Ａ）が入力したか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１９０に進み、否定判断されると待機する。

ステップ１９０では、基準点火信号（Ａ）が入力したので、前記タイマー記憶変数Ｎをカウントアップする。続くステップ２００では、今回（Ｎ回目）、基準点火信号（Ａ）が入力した時間を、タイマーＴ（Ｎ）として記憶する。即ち、点火信号間隔測定タイマーＴ１の計数値を、タイマーＴ（Ｎ）の値として記憶する。

続くステップ２１０では、今回（Ｎ回目）、基準点火信号（Ａ）が入力した時間（Ｔ（Ｎ））と、前回（Ｎ−１回目）、基準点火信号（Ａ）が入力した時間（Ｔ（Ｎ−１））との差ΔＴ（Ｎ）を求める。即ち、連続する基準点火信号（Ａ）の間の時間を求める。

続くステップ２２０では、「２回転×６０ｓｅｃ／ΔＴ（Ｎ）」の演算（４サイクルエンジンにて１点火／２回転の場合）によって、エンジン回転数（ｒｐｍ）を算出する。続くステップ２３０では、回転数格納／ノックウィンドウ変数Ｓをカウントアップする。続くステップ２４０では、前記ステップ２２０で求めたエンジン回転数、即ち、回転数格納／ノックウィンドウ変数Ｓに対応したエンジン回転数を、ＲＰＮ（Ｓ）として格納（記憶）する。

続くステップ２５０では、ノック検知ウィンドウＫＮＷ（Ｓ）の演算を行う。即ち、回転数格納／ノックウィンドウ変数Ｓに対応したノック検知ウィンドウＫＮＷ（Ｓ）の演算を、公知の演算手法によって行って、その値を記憶する。

続くステップ２６０では、回転数格納／ノックウィンドウ変数Ｓが２を上回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ２７０に進み、一方否定判断されると前記ステップ１８０に戻る。

ステップ２７０では、後述するノッキング検出処理を行って、ノッキングを検出する。続くステップ２８０では、エンジン回転数の「ＲＰＮＳ（Ｓ）／ＲＰＮＳ（Ｓ−１）」の演算、即ち、今回（Ｓ回目）のエンジン回転数ＲＰＮＳ（Ｓ）を前回（Ｓ−１回目）のエンジン回転数ＲＰＮＳ（Ｓ−１）で割ることにより、エンジン回転数の変動の大きさを示すエンジン回転数の偏差（回転数偏差）ΔＲＰＮを算出する。

続くステップ２９０では、回転数偏差ΔＲＰＮが所定の判定値ＲＰＮｓを下回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ３００に進み、一方否定判断されるとステップ３１０に進む。

ステップ３１０では、回転数偏差ΔＲＰＮが大きく、点火時期を進角させることは適当ではないので、基準点火時期ＴＩＧＩＮそのものを補正点火時期ＴＩＧとして設定し、前記ステップ１８０に戻る。

一方、ステップ３００では、ノッキングが発生しているか否かを、後述するノッキング検出処理にて設定されるノック検知フラグＫＮＳが１であるか否かによって判定する。ここで肯定判断されるとステップ３２０に進み、一方否定判断されるとステップ３３０に進む。

ステップ３２０では、ノッキングが発生しているので、ノッキングの発生を防止するために、点火時期を遅角する。具体的には、基準点火時期ＴＩＧＩＮそのものを補正点火時期ＴＩＧとして設定し（図６参照）、前記ステップ１８０に戻る。

一方、ステップ３３０では、ノッキングが発生していないので、点火時期（補正点火時期ＴＩＧ）が最大進角ＴＩＧＭか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ３４０に進み、一方否定判断されるとステップ３５０に進む。

ステップ３４０では、補正点火時期ＴＩＧが最大進角ＴＩＧＭであるので、その最大進角ＴＩＧＭの値を補正点火時期ＴＩＧの値として設定し、前記ステップ１８０に戻る。一方、ステップ３５０では、補正点火時期ＴＩＧが最大進角ＴＩＧＭではないので、点火時期を所定値ΔＴＩＧ分進角させる。具体的には、補正点火時期ＴＩＧから所定値（補正進角値）ΔＴＩＧを引いて、今回の補正点火時期ＴＩＧとして設定し、前記ステップ１８０に戻る。

＜ノッキング検出処理＞
本処理は、ノッキング信号に基づいて、ノッキングを検出する処理である。本処理は所定期間毎に実施される。

図８に示すように、ステップ４００にて、ノック検知フラグＫＮＳをクリア（０に設定）する。続くステップ４１０では、点火時期か否か（点火信号がローレベルからハイレベルになるタイミングであるか否か）を判定する。ここで肯定判断されるとステップ４２０に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。

ステップ４２０では、ノック検知ウィンドウ測定タイマーをスタートする。続くステップ４３０では、ステップ２５０にて演算したノック検知ウィンドウＫＮＷに対応する期間内にあるか否か（換言すれば、ノック検知ウィンドウＫＮＷ内であるか否か）をノックウィンドウ測定タイマーの値に基づき判定する。ここで肯定判断されるとステップ４４０に進み、一方否定判断されると前記ステップ４３０に戻って同様な処理を繰り返す。

ステップ４４０では、ノッキング検出装置４１から得られたノッキング信号Ｋｎｉｎが有効であると設定する。続くステップ４５０では、ステップ２５０にて演算したノック検知ウィンドウＫＮＷに対応する期間が経過したか否か（換言すれば、ノック検知ウィンドウＫＮＷ外であるか否か）をノックウィンドウ測定タイマーの値に基づき判定する。ここで肯定判断されるとステップ４６０に進み、一方否定判断されると前記ステップ４４０に戻って同様な処理を繰り返す。

ステップ４６０では、ノックウィンドウ測定タイマーをリセットする。続くステップ４７０では、ノッキング信号のピーク値ＫｎｉｎＰｋを算出する。続くステップ４８０では、ノッキング信号のピーク値ＫｎｉｎＰｋが、ノッキングの有無を判定する所定の判定値Ｔｈを上回るか否か、即ち、ノッキングが発生したか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ４９０に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。

ステップ４９０では、ノッキングが発生しているので、そのことを示すノック検知フラグＫＮＳをセット（１に設定）し、本処理を終了する。
次に、本実施例の効果を説明する。本実施例の点火時期制御装置３１では、ノッキング検出装置４１と点火時期調整装置４３とが、接続ケーブル４５を介して、電気的に接続されているとともに一体に構成されており、しかも、点火時期調整装置４３に対して、ノッキング検出装置４１からノッキング信号が入力されるとともに、外部の内燃機関用制御装置３７から基準点火時期（Ａ）が入力される構成である。

従って、点火時期調整装置４３では、ノッキング検出装置４１から得られるノッキング信号と内燃機関用制御装置３７から得られる基準点火時期（Ａ）とに基づいて、適切な点火時期となるように点火時期を進角や遅角させて補正することができる。そして、点火時期制御装置４３では、補正点火信号（Ｂ）を、内燃機関用制御装置３７の容量放電回路部３７３を構成するサイリスタ３７６に対して出力することによって、最適な点火時期で内燃機関を点火させることができる。

また、本実施例では、ノッキング検出装置４１を内燃機関１のシリンダブロック４９に取り付け、点火時期調整装置４３と内燃機関用制御装置３７とを電気的に接続すればよく、その点からも、従来の装置構成に対して容易に付加できるという利点がある。

更に、本実施例では、ノッキング検出装置４１と点火時期調整装置４３とは、分離不可能に一体に構成されているので、破損し難く扱いが容易であり、外部からのノイズも乗りにくいという利点がある。

しかも、本実施例では、ノッキング検出装置４１と点火時期調整装置４３とは、接続ケーブル４５を介して一体に構成されているので、ノッキング検出装置４１と点火時期調整装置４３とを、接続ケーブル４５の長さだけ離して配置できる。

つまり、本実施例では、シリンダブロック４９に取り付けられるノッキング検出装置４１から点火時期調整装置４３を離して配置できるので、点火時期調整装置４３に対する（エンジン本体３の）熱や振動の影響を低減することができる。よって、点火時期調整装置４３の故障の発生を効果的に抑えることができる。
［実施例２］
次に実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容については説明を省略する。図９（ａ）に示すように、本実施例の点火時期制御装置１２１は、前記実施例１と同様に、ノッキング検出装置１２３と点火時期調整装置１２５と（それらを接続する）接続ケーブル１２７とから、一体に構成されている。

特に本実施例では、点火時期調整装置１２５と接続ケーブル１２７とは、分離不可能に一体に構成されているが、図示するように、ノッキング検出装置１２３と接続ケーブル１２７とは、着脱可能に一体に構成されている。

つまり、ノッキング検出装置１２３のコネクタ部１２９には、第１、第２出力端子１３１、１３３が露出する凹部１３５が設けられており、この凹部１３５と接続ケーブル１２７の第１コネクタ部１３７とが、着脱可能に結合する構成となっている。これにより、ノッキング検出装置１２３と点火時期調整装置１２５とは、着脱可能に一体に構成されることになる。

本実施例によっても、前記実施例１同様な効果を奏する。また、本実施例では、ノッキング検出装置１２３と点火時期調整装置１２５とは、着脱可能に一体に構成されているので、ノッキング検出装置１２３と点火時期調整装置１２５とのいずれかが故障した場合に、両者を分離した上で故障した装置だけを取り替えれば済むという利点がある。
［実施例３］
次に実施例３について説明するが、前記実施例２と同様な内容については説明を省略する。図９（ｂ）に示すように、本実施例の点火時期制御装置１４１は、前記実施例１と同様に、ノッキング検出装置１４３と点火時期調整装置１４５と（それらを接続する）接続ケーブル１４７とから、一体に構成されている。

特に本実施例では、ノッキング検出装置１４３と接続ケーブル１４７とは、分離不可能に一体に構成されているが、図示するように、点火時期調整装置１４５と接続ケーブル１４７とは、着脱可能に一体に構成されている。

つまり、点火時期調整装置１４５には凹状のコネクタ部１４９が設けられており、このコネクタ部１４９と接続ケーブル１４７の第２コネクタ部１５１とが、着脱可能に結合する構成となっている。これにより、ノッキング検出装置１４３と点火時期調整装置１４５とは、着脱可能に一体に構成されることになる。本実施例によっても、前記実施例２同様な効果を奏する。
［実施例４］
次に実施例４について説明するが、前記実施例２と同様な内容については説明を省略する。図９（ｃ）に示すように、本実施例の点火時期制御装置１６１は、前記実施例１と同様に、ノッキング検出装置１６３と点火時期調整装置１６５と（それらを接続する）接続ケーブル１６７とから、一体に構成されている。

特に本実施例では、ノッキング検出装置１６３と接続ケーブル１６７と、更に、点火時期調整装置１６５と接続ケーブル１６７とは、着脱可能に一体に構成されている。つまり、前記実施例２と同様に、ノッキング検出装置１６３のコネクタ部１６９には、第１、第２出力端子１７１、１７３が露出する凹部１７５が設けられており、この凹部１７５と接続ケーブル１６７の第１コネクタ部１７７とが、着脱可能に結合する構成となっている。

また、点火時期調整装置１６５には凹状のコネクタ部１７９が設けられており、このコネクタ部１７９と接続ケーブル１６７の第２コネクタ部１８１とが、着脱可能に結合する構成となっている。

以上のことから、実施例４の点火時期制御装置１６１は、ノッキング検出装置１６３と点火時期調整装置１６５とが着脱可能に一体に構成される構成を有する。本実施例によっても、前記実施例２同様な効果を奏する。
［実施例５］
次に実施例５について説明するが、前記実施例１と同様な内容については説明を省略する。

図１０に示すように、本実施例の点火時期制御装置１９１は、前記実施例１と同様に、ノッキング検出装置１９３を備えているが、接続ケーブルは備えておらず、点火時期調整装置１９５は、ノッキング検出装置１９３内に配置されている。なお、図１０では、内部の構成を、樹脂モールドを透過した状態で示している。

詳しくは、本実施例の点火時期制御装置１９１は、前記実施例１と同様に、ノッキング検出装置１９３の本体部１９６とコネクタ部１９７とを備えるとともに、本体部１９６の樹脂モールドされた内部には、主体金具１９９に圧電素子２０１や一対の電極板２０３、２０５やウエイト２０７やナット２０９等が嵌められた作動部２１１が収納されており、この作動部２１１の表面に、点火時期調整装置１９５が配置されている。

この点火時期調整装置１９５には、一対の電極板２０３、２０５から伸びる出力端子（図示せず）が接続されている。また、この点火時期調整装置１９５からは、内燃機関用制御装置３７から点火信号（基準点火信号（Ａ））が入力する入力端子２１３と、内燃機関用制御装置３７の容量放電部の放電用スイッチング素子（例えば、サイリスタ）に対して補正された点火信号（補正点火信号（Ｂ））を出力する出力端子２１５と、点火時期調整装置１９５に電力を供給する一対の電力端子２１７、２１９が延出して設けられている。

本実施例によっても、前記実施例１同様な効果を奏するとともに、装置をコンパクトに形成することができるという利点がある。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）例えばノッキング検出装置は、非共振型センサに限らず、共振型センサを使用でき、ノッキングを検出できれば、その種類に限定されない。
（２）また、ノッキングを検出する方法についても、ノッキング信号のピークから検出する方法に限らず、周知のノッキング信号に対するＦＦＴ、積分値を利用した方法など、ノッキングを検出できれば、その種類に限定されない。

（３）更に、本発明は、２サイクルのエンジンに適用することもできる。
（４）なお、本発明の外部の電子制御装置としては、マイコンによって各種の制御を行う装置が挙げられる。また、点火時期制御装置とは別体に（着脱可能なリード線等を介して）設けられて内燃機関の動作を制御する内燃機関用制御装置が挙げられる。

１…内燃機関、３１，１２１，１４１，１６１，１９１…点火時期制御装置、３７…内燃機関用制御装置、３８…点火システム、４１，１２３，１４３，１６３，１９３…ノッキング検出装置、４３，１２５，１４５，１６５，１９５…点火時期調整装置、４５，１２７，１４７，１６７…接続ケーブル、１０１…受信用端子（第１接続部）、１０３…点火用端子（第２接続部）、３７２…ＣＤＩ側制御部（制御回路部）、３７３…容量放電回路部、３７５…コンデンサ、３７６…サイリスタ（放電用スイッチング素子）

Claims (7)

1. 内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出装置と、
   前記ノッキング検出装置から得られる前記ノッキングの状態を示すノッキング信号と、外部から得られる前記内燃機関の点火時期に関する信号と、に基づいて、前記内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整装置と、
   が設けられ、
   前記ノッキング検出装置と前記点火時期調整装置とが、電気的に接続されているとともに、一体に構成され、
   前記点火時期調整装置には、
   前記点火時期に関する信号を入力する第１接続部と、
   コンデンサ及び前記コンデンサに蓄えた電荷を放電させる放電用スイッチング素子を有し、前記内燃機関を点火させるための容量放電回路部に接続される第２接続部であって、点火時期が調整された前記点火時期に関する信号を前記放電用スイッチング素子に対して出力する第２接続部と、が設けられていることを特徴とする点火時期制御装置。
2. 前記ノッキング検出装置と前記点火時期調整装置とは、分離不可能に一体に構成されていることを特徴とする請求項１記載の点火時期制御装置。
3. 前記ノッキング検出装置と前記点火時期調整装置とは、着脱可能に一体に構成されていることを特徴とする請求項１記載の点火時期制御装置。
4. 前記ノッキング検出装置と前記点火時期調整装置とは、接続ケーブルを介して一体に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の点火時期制御装置。
5. 前記点火時期調整装置は、前記ノッキング検出装置に搭載されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の点火時期制御装置。
6. 前記点火時期に関する信号は、点火時期の基準となるタイミングを示す基準点火信号であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の点火時期制御装置。
7. 請求項１から６のうちいずれか１項に記載の点火時期制御装置と、
   前記内燃機関の前記点火時期に関する信号を出力する制御回路部と、
   コンデンサ及び前記コンデンサに蓄えた電荷を放電させる放電用スイッチング素子を有し、前記内燃機関を点火させるための容量放電回路部であって、前記放電用スイッチング素子は、前記点火時期制御装置により点火時期が調整された前記点火時期に関する信号に基づいて駆動される容量放電回路部と、
   が設けられた点火システムであって、
   前記第１接続部と前記制御回路部とが接続され、
   前記第２接続部と前記容量放電回路部の前記放電用スイッチング素子とが接続されていることを特徴とする点火システム。

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