(57)【要約】【課題】ノッキングの検出機能を有しない内燃機関に対して、容易にノッキングの検出機能を追加することを可能とする。【解決手段】内燃機関の振動を検出するノッキングセンサ４１と、ノッキングセンサ４１の出力信号に基づいて内燃機関のノッキングの状態を示すノッキング信号を求める演算部４２を収容しつつ、ノッキングセンサ４１と離間する筐体４９と、ノッキングセンサ４１と演算部４２との間で出力信号の伝達を可能に接続する第１ケーブル６５と、演算部４２から少なくともノッキング信号を出力可能にする第２ケーブル７５とが備えられ、第１ケーブル６５における一端は、ノッキングセンサ４１に接続され、他端は筐体４９に接続され、第２ケーブル７５における一端は筐体４９に接続されていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の振動を検出するノッキングセンサと、
前記ノッキングセンサの出力信号に基づいて前記内燃機関のノッキングの状態を示すノッキング信号を求める演算部を収容しつつ、前記ノッキングセンサと離間する筐体と、
前記ノッキングセンサと前記演算部との間で、前記ノッキングセンサから出力される出力信号の伝達を可能に接続する第１ケーブルと、
前記演算部から少なくとも前記ノッキング信号を出力可能にする第２ケーブルと、
が備えられたノッキング検出装置であって、
前記第１ケーブルにおける一端は前記ノッキングセンサに接続され、他端は前記筐体に接続され、
前記第２ケーブルにおける一端は前記筐体に接続されていることを特徴とするノッキング検出装置。
【請求項２】
前記第１ケーブルは、耐熱性を有する第１被覆の内部に、前記出力信号の伝達が可能な第１リード線を備え、
前記第２ケーブルは、耐熱性を有する第２被覆の内部に、前記ノッキング信号が出力可能な第２リード線を備え、
前記第１ケーブルの前記第１被覆は、前記第２ケーブルの前記第２被覆と比較して耐熱温度が高いことを特徴とする請求項１記載のノッキング検出装置。
【請求項３】
前記第２ケーブルは、耐熱性を有する第２被覆の内部に、前記ノッキング信号が出力可能な第２リード線を備え、
前記第２ケーブルにおける他端側において、前記第２ケーブルを構成する複数の前記第２リード線のそれぞれの端部には、金属製の接続端子が備えられていることを特徴とする請求項１または２記載のノッキング検出装置。
【請求項４】
前記第２ケーブルにおける他端には、コネクタが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のノッキング検出装置。
【請求項５】
前記第２ケーブルは、耐熱性を有する第２被覆の内部に、前記ノッキング信号が出力可能な第２リード線を備え、
前記第２ケーブルにおける他端側において、前記第２ケーブルを構成する複数の前記第２リード線が剥き出しであることを特徴とする請求項１または２記載のノッキング検出装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記ノッキング信号および外部の電子制御装置から得られる点火時期に関する信号に基づいて前記内燃機関の点火時期を調整した調整点火信号を求めるとともに、前記第２ケーブルを介して前記ノッキング信号の代わりに前記調整点火信号を前記演算部から出力することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のノッキング検出装置。
【請求項７】
内燃機関のノッキングを検出する請求項６記載のノッキング検出装置と、前記内燃機関の点火時期に関する信号を出力する外部の電子制御装置とが設けられた点火時期制御システムであって、
前記第２ケーブルにおける他端は、前記外部の電子制御装置に接続され、
前記演算部は、前記ノッキング信号および前記外部の電子制御装置から得られる前記点火時期に関する信号に基づいて前記内燃機関の点火時期を調整した調整点火信号を求めるとともに、前記第２ケーブルを介して前記ノッキング信号の代わりに前記調整点火信号を前記演算部から出力することを特徴とする点火時期制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（エンジン）のノッキングの状態を検出するノッキング検出装置に関し、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ノッキング検出装置及び点火時期制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンのノッキングを検出するノッキング検出装置では、エンジンに取り付けられたノッキングセンサから出力された検出信号が内燃機関制御装置（以下、「ＥＣＵ」と表記する。）に入力され、このＥＣＵにおいてノッキングを検出する制御が行われていた（特許文献１参照）。ノッキング検出装置から出力されたノッキング状態を示すノッキング信号は、エンジンにおける点火時期を制御する点火時期制御に用いられていた（特許文献２参照）。
【０００３】
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。
【０００４】
上述したノッキング検出装置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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−１３５８２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、ノッキング検出装置を搭載して、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。
【０００７】
つまり、現状の汎用エンジンや２輪車用エンジンなどに、ノッキング検出機能を追加するためには、上述の汎用エンジン等のＥＵＣに対してノッキングを検出する処理を実行させる機能を追加するという改造が必要となる。そのため、改造に要する手間（工数）やコストが膨大になるという問題があった。
【０００８】
また、ノッキング検出装置から出力されたノッキング信号に基づく点火時期制御についても、同様に、現状の汎用エンジン等に追加する場合には手間やコストが膨大になるという問題があった。
【０００９】
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、ノッキングの検出機能を有しない内燃機関に対して、容易にノッキングの検出機能を追加することを可能とするノッキング検出装置、ノッキング発生を抑制する点火時期機能を容易に追加することを可能とする点火時期制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のノッキング検出装置は、内燃機関の振動を検出するノッキングセンサと、前記ノッキングセンサの出力信号に基づいて前記内燃機関のノッキングの状態を示すノッキング信号を求める演算部を収容しつつ、前記ノッキングセンサと離間する筐体と、前記ノッキングセンサと前記演算部との間で、前記ノッキングセンサから出力される出力信号の伝達を可能に接続する第１ケーブルと、前記演算部から少なくとも前記ノッキング信号を出力可能にする第２ケーブルと、が備えられたノッキング検出装置であって、前記第１ケーブルにおける一端は、前記ノッキングセンサに接続され、他端は前記筐体に接続され、前記第２ケーブルにおける一端は前記筐体に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のノッキング検出装置によれば、内燃機関の振動を検出したノッキングセンサから出力された信号は、第１ケーブルを介して演算部に入力される。演算部は内燃機関のノッキング状態を示すノッキング信号を、第２ケーブルを介して外部へ出力する。そのため、ノッキング制御を行っていない汎用エンジンや２輪車用エンジンなどに本発明のノッキング検出装置を適用する場合、従来のエンジン制御を行う電子制御装置に対して大きな改造を施す必要がない。
【００１２】
具体的には、ノッキングセンサの出力信号に基づいてノッキング信号を求める処理は、演算部において行われる。そのため、電子制御装置にノッキング信号を求める処理を可能とする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。
【００１３】
上記発明において、前記第１ケーブルは、耐熱性を有する第１被覆の内部に、前記出力信号の伝達が可能な第１リード線を備え、前記第２ケーブルは、耐熱性を有する第２被覆の内部に、前記ノッキング信号が出力可能な第２リード線を備え、前記第１ケーブルの前記第１被覆は、前記第２ケーブルの前記第２被覆と比較して耐熱温度が高いことが好ましい。
【００１４】
このように、第１ケーブルに、第２ケーブルと比較して耐熱温度が高い被覆を用いることにより、内燃機関から発生する熱に起因するノイズ等の影響（熱害）を受けにくくなる。また、第２ケーブルに用いられる被覆の耐熱温度を、第１ケーブルのものよりも低くすることにより、第１ケーブルよりも安価な被覆を第２ケーブルに用いることができ、ノッキング検出装置を安価に製造することができる。
【００１５】
上記発明において、前記第２ケーブルは、耐熱性を有する第２被覆の内部に、前記ノッキング信号が出力可能な第２リード線を備え、前記第２ケーブルにおける他端側において、前記第２ケーブルを構成する複数の前記第２リード線のそれぞれの端部には、金属製の接続端子が備えられていることが好ましい。
【００１６】
このように、第２ケーブルの他端側において、リード線の端部に接続端子を備えることにより、上述の接続端子と対応する端子を備えた外部機器に本発明のノッキング検出装置を接続し、当該外部機器へノッキング信号を出力することができる。
【００１７】
上記発明において、前記第２ケーブルにおける他端には、コネクタが設けられていることが好ましい。
このように、第２ケーブルの他端側にコネクタを設けることにより、当該コネクタと対応する端子を備えた外部機器に本発明のノッキング検出装置を接続し、当該外部機器へノッキング信号を出力することができる。
【００１８】
上記発明において、前記第２ケーブルは、耐熱性を有する第２被覆の内部に、前記ノッキング信号が出力可能な第２リード線を備え、前記第２ケーブルにおける他端側は、前記第２ケーブルを構成する複数の前記第２リード線が剥き出しであることが好ましい。
【００１９】
このように、第２ケーブルの他端側において、リード線の端部を剥き出しとすることにより、本発明のノッキング検出装置に対して所望の端子またはコネクタを第２ケーブルのリード線に取り付けることができる。
【００２０】
上記発明において、前記演算部は、前記ノッキング信号および外部の電子制御装置から得られる点火時期に関する信号に基づいて前記内燃機関の点火時期を調整した調整点火信号を求めるとともに、前記第２ケーブルを介して前記ノッキング信号の代わりに前記調整点火信号を前記演算部から出力することが好ましい。
【００２１】
このように、演算部は、ノッキングセンサの出力信号に基づくノッキング信号と、外部の電気制御装置から出力された点火時期に関する信号とに基づいて求められた調整点火信号を出力することができる。そのため、ノッキング制御を行っていない汎用エンジン等に本発明の点火時期制御システムを適用すると、外部の電子制御装置に改造を施すことなく、ノッキング発生を抑制する機能を容易に追加することができる。言い換えると、点火時期を調整する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。
【００２２】
本発明の点火時期制御システムは、内燃機関のノッキングを検出する上記本発明のノッキング検出装置と、前記内燃機関の点火時期に関する信号を出力する外部の電子制御装置とが設けられた点火時期制御システムであって、前記第２ケーブルにおける他端は、前記外部の電子制御装置に接続され、前記演算部は、前記ノッキング信号および前記外部の電子制御装置から得られる前記点火時期に関する信号に基づいて前記内燃機関の点火時期を調整した調整点火信号を求めるとともに、前記第２ケーブルを介して前記ノッキング信号の代わりに前記調整点火信号を前記演算部から出力することを特徴とする。
【００２３】
本発明の点火時期制御システムによれば、ノッキングセンサの出力信号に基づくノッキング信号と、外部の電気制御装置から出力された点火時期に関する信号とに基づいて求められた調整点火信号を出力することができる。そのため、ノッキング制御を行っていない汎用エンジン等に本発明の点火時期制御システムを適用すると、外部の電子制御装置に改造を施すことなく、ノッキング発生を抑制する機能を容易に追加することができる。言い換えると、点火時期を調整する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。
【００２４】
ここで調整点火信号とは、内燃機関におけるノッキング発生を抑制するように点火時期が調整された信号（例えば進角や遅角等の補正が行われた信号）である。また、外部の電子制御装置としては、内燃機関の動作を総合的に制御する電子制御装置（エンジンコントロールユニット）を例示することができる。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を例示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１に係る点火時期制御システムが用いられた内燃機関の構成を説明する摸式図である。
【図２】図１の点火時期制御システムおよびその周辺の装置を説明する模式図である。
【図３】図１のノッキング検出装置の構成を説明する平面図である。
【図４】図１のノッキング検出装置の構成を説明する正面図である。
【図５】図１の点火時期制御システム及びその周辺の装置の電気的構成を説明する回路図である。
【図６】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説明する図である。
【図７】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。
【図８】図１のコントローラで行われる補正点火時期算出処理を説明するフローチャートである。
【図９】図１のコントローラで行われるノッキング検出処理を説明するフローチャートである。
【図１０】第２ケーブルに取り付けられる接続端子の他の実施例を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［実施例１］
以下では、本発明を実施するための形態（実施例）の点火時期制御システムについて説明する。本実施例の点火時期制御システム２１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。
【００２７】
さらには、点火時期制御システム２１のノッキング検出装置３１を、ノッキング抑制機能が設けられていない汎用エンジン等に後付けするだけで、当該汎用エンジン等にノッキングの発生を抑制する機能を付加することができるものである。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。
【００２８】
本実施例の点火時期制御システム２１が設けられた内燃機関１の全体構成について図１を参照しながら説明する。
内燃機関（エンジン）１には、エンジン本体２と、エンジン本体２に空気を導入する吸気管３と、吸入空気量を検出するエアフローメータ４と、吸入空気量を調整するスロットルバルブ５と、スロットルバルブ５の開度を検出するスロットル開度センサ６と、燃焼室７内に空気を導入する吸気マニホールド８と、燃料を吸気マニホールド８内に噴射する燃料噴射弁９と、エンジン本体２から（燃焼後の）空気を排出する排気マニホールド１０と、排気マニホールド１０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）１１などが主に設けられている。
【００２９】
エンジン本体２のシリンダヘッド１５には、点火プラグ１６が取り付けられ、エンジン本体２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１７や、クランク角を検出するクランク角センサ１８が取り付けられている。
【００３０】
エンジン本体２には、後述する点火時期制御システム２１が取り付けられている。この点火時期制御システム２１には、イグナイタ２２が接続され、イグナイタ２２には点火コイル２３が接続され、点火コイル２３は点火プラグ１６に接続されている。
【００３１】
内燃機関１には、エンジン本体２等の運転状態（例えばエンジン回転数や空燃比センサ１１の出力に基づく空燃比フィードバック制御などの状態）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）２４が設けられている。この内燃機関用制御装置２４は、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（エンジンコントロールユニット：ＥＣＵ）である。
【００３２】
内燃機関用制御装置２４の入力ポート（図示せず）には、エアフローメータ４、スロットル開度センサ６、空燃比センサ１１、エンジン回転数センサ１７、クランク角センサ１８、および点火時期制御システム２１などが接続されており、これらの各機器からの信号（センサ信号等）が入力ポートに入力される。
【００３３】
内燃機関用制御装置２４の出力ポート（図示せず）には、燃料噴射弁９、および点火時期制御システム２１などが接続されており、これらの機器に対して、内燃機関用制御装置２４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る。
【００３４】
次に、本実施例の点火時期制御システム２１について図２から図４を参照しながら説明する。本実施例の点火時期制御システム２１は、図２に示すように、少なくともノッキング検出装置３１が設けられたものである。具体的にはノッキング検出装置３１と、内燃機関用制御装置２４と、イグナイタ２２と、点火コイル２３と、バッテリ９１とから主に構成されたものである。
【００３５】
ノッキング検出装置３１は内燃機関１におけるノッキングの発生を検出するとともに、内燃機関用制御装置２４から出力される基準点火信号（Ａ）（点火時期に関する信号）に対して調整を行った補正点火信号（Ｂ）（調整点火信号）をイグナイタ２２等に出力するものである。ノッキング検出装置３１には、図３および図４に示すように、ノッキングセンサ４１と、コントローラ（演算部）４２と、第１ケーブル６５と、第２ケーブル７５と、が主に設けられている。
【００３６】
ノッキングセンサ４１は、周知の圧電素子４２を用いた非共振型ノッキングセンサである。ノッキングセンサ４１には主体金具４３の軸孔４３ａに取付用ボルト（図示せず）が挿入される構造が設けられ、取付用ボルトによってエンジン本体２のシリンダブロック１２（図１参照）に固定されるものである。
【００３７】
より詳細に説明すると、ノッキングセンサ４１はほぼ全体が樹脂成形体４４によってモールド成型されており、略円筒形状の本体部４５と、本体部４５の側面から突出する略直方体形状のコネクタ部４６とが設けられている。
【００３８】
本体部４５には、円筒形状の筒状部４７と、その一端側（図４の下方）に設けられた環状の鍔部４８とからなる前記主体金具４３が設けられている。筒状部４７には、鍔部４８側から、環状の第１絶縁板５１、環状の第１電極板５２、環状の圧電素子４２、環状の第２電極板５３、環状の第２絶縁板５４、環状のウエイト５５、環状の皿バネ５６、および環状のナット５７などが配置されている。また、第１電極板５２および第２電極板５３のそれぞれには、両電極板５２、５３間に発生した出力信号を取り出す第１出力端子６２および第２出力端子６３が接続されている。
【００３９】
コントローラ４２は、ノッキングセンサ４１の出力信号に基づいて内燃機関１におけるノッキングの発生状況を示すノッキング信号を求めるとともに、このノッキング信号および内燃機関用制御装置２４から出力される基準点火信号（Ａ）における点火時期を調節する制御装置である。コントローラ４２には、コントローラ４２の外形を構成する耐熱性を有する樹脂等から形成された筺体４９と、筺体４９の内部に配置された周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等を有するマイコン（図示せず）とが回路基板上に設けられている。
【００４０】
第１ケーブル６５は、ノッキングセンサ４１から出力される信号をコントローラ４２に伝達するものであり、一方の端部がノッキングセンサ４１に、他方の端部がコントローラ４２に電気的及び機械的に分離不可能に一体に構成されたケーブルである。第１ケーブル６５には、第１出力端子６２および第２出力端子６３と電気的に接続される第１リード線（芯線）６６，６６が内部に設けられ、第１被覆６７が第１リード線６６の周囲を覆うように配置されている。
【００４１】
第２ケーブル７５は、コントローラ４２に対して信号を入出力したり、コントローラ４２に電力を供給したりする複数本のケーブルである。本実施形態では４本のケーブルから第２ケーブル７５が構成されている例に適用して説明する。具体的には、内燃機関用制御装置２４から基準点火信号（Ａ）をコントローラ４２に入力する１本の第２ケーブル７５Ａと、コントローラ４２から補正点火信号（Ｂ）をイグナイタ２２に出力する１本の第２ケーブル７５Ｂと、コントローラ４２に電力を供給する２本の第２ケーブル７５Ｃ，７５Ｄと、から構成される例に適用して説明する。
【００４２】
第２ケーブル７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄには、コントローラ４２のマイコンなどと電気的に接続される第２リード線７６が内部に設けられ、第２被覆７７が第２リード線（芯線）７６の周囲を覆うように配置されている。
【００４３】
第２ケーブル７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄの一方の端部は、コントローラ４２に電気的および機械的に分離不可能に一体に構成され、他方の端部には第２リード線７６と電気的および機械的に接続された金属製の接続端子７１が設けられている。図３および図４では、第２ケーブル７５の一つである第２ケーブル７５Ａについて接続端子７１が設けられた状態を示し、その他の第２ケーブル７５Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄについては図示を省略している。
【００４４】
第１被覆６７は、第２被覆７７よりも耐熱温度が高い樹脂材料を用いて形成されるものである。そのため、第１ケーブル６５は、第２ケーブル７５よりも内燃機関１に近く、周囲の温度が高いノッキングセンサ４１とコントローラ４２との間をつなぐケーブルとして用いられる。
【００４５】
第１被覆６７を形成する樹脂材料としては、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン：ＰＴＦＥ）や、架橋ポリエチレンや、ポリウレタンや、ポリエステルエラストマー等を例示することができる。第２被覆７７を形成する樹脂材料としては、ポリエチレンや、塩化ビニル等を例示することができる。
【００４６】
接続端子７１は、内燃機関用制御装置２４や、イグナイタ２２や、バッテリ９１などと電気的および機械的に着脱可能に取り付けられるものである。本実施形態では貫通孔が設けられた金属製の端子（いわゆる丸形端子）である例に適用して説明しているが、端部が二股に分かれた端子（いわゆる先開形端子）や、棒状形端子や、板状形端子や、ギボシ形端子などを適宜用いてもよい。
【００４７】
次に、点火時期制御システム２１に関する電気的構成などについて説明する。
図２に示すように、点火時期制御システム２１のコントローラ４２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、コントローラ４２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（図示せず）が設けられている。なお、コントローラ４２に電力を供給する構成は上述の構成に限定されるものではなく、一対の電源端子のマイナスの端子がバッテリ９１の負極と同電位のグランドに接地される構成であってもよい。
【００４８】
図５に示すように、点火コイル２３には、一次巻線２３ａと二次巻線２３ｂとが設けられている。一次巻線２３ａの一端には、バッテリ９１の正極が接続され、他端には、（イグナイタ２２の）ｎｐｎ型のパワートランジスタ２２ａのコレクタが接続されている。パワートランジスタ２２ａは、一次巻線２３ａへの通電・非通電を切り替えるスイッチング素子である。なお、パワートランジスタ２２ａのエミッタは、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。なお、スイッチング素子はパワートランジスタに限らず、ＩＧＢＴやＦＥＴを用いてもよい。
【００４９】
二次巻線２３ｂ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１６の中心電極１６ａに接続されている。なお、点火プラグ１６の接地電極１６ｂ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。なお、二次巻線２３ｂの一端は、バッテリ９１の正極に接続されてもよい。
【００５０】
内燃機関用制御装置２４とコントローラ４２とは接続されており、このコントローラ４２から、パワートランジスタ２２ａのベースに対して点火信号（Ｂ）が出力されている。この点火信号（Ｂ）に基づいて、パワートランジスタ２２ａがスイッチング動作を行うことにより、点火コイル２３の一次巻線２３ａへの通電・非通電が切り替えられる。
【００５１】
次に、上述した点火時期制御システム２１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２４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演算が行われる。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、コントローラ４２によって調整される対象の点火時期）である。
【００５２】
なお、この基準点火時期を示す信号が、基準点火信号（即ち点火信号Ａ：図６（ａ）参照）である。そして、この基準点火信号（Ａ）が、コントローラ４２に対して出力される。
【００５３】
コントローラ４２では、ノッキングセンサ４１からの出力信号を受信し、出力信号に基づいて内燃機関１におけるノッキングの発生状況を示すノッキング信号を演算により求める処理が行われる。ノッキング信号が求められるとコントローラ４２では、ノッキング信号に基づいてノッキングの発生の有無を検出する処理が行われる。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処理が行われる。
【００５４】
そして、コントローラ４２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演算処理が行われる。なお、この補正点火時期を示す信号が、補正点火信号（Ｂ）（即ち点火信号Ｂ：図６（ｂ）参照）である。
【００５５】
具体的には、図７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６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、点火時期を補正する処理は行わない。
【００５６】
次に、上述のように補正点火時期が決定されると、図５に示すように、コントローラ４２からイグナイタ２２へ、補正点火信号（Ｂ）が出力される。補正点火信号（Ｂ）は、イグナイタ２２のパワートランジスタ２２ａのベースに与えられ、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。
【００５７】
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パワートランジスタ２２ａはオフ状態（遮断状態）となり、一次巻線２３ａに電流（一次電流ｉ１）が流れることはない。また、補正点火信号（Ｂ）がオン（ハイレベル：コントローラ４２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パワートランジスタ２２ａはオン状態（通電状態）となり、一次巻線２３ａに電流（一次電流ｉ１）が流れる。この一次巻線２３ａへの通電により、点火コイル２３に磁束エネルギーが蓄積される。
【００５８】
補正点火信号（Ｂ）がハイレベルであり一次巻線２３ａに一次電流ｉ１が流れている状態で、補正点火信号（Ｂ）がローレベルになると、パワートランジスタ２２ａがオフ状態となり、一次巻線２３ａへの一次電流ｉ１の通電が遮断（停止）される。すると、点火コイル２３における磁束密度が急激に変化して、二次巻線２３ｂに点火用電圧が発生し、これが点火プラグ１６に印加されることで、点火プラグ１６の中心電極１６ａと接地電極１６ｂとの間に火花放電が発生する（図６（ｃ）参照）。このときに二次巻線２３ｂに流れる電流が二次電流ｉ２である。
【００５９】
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、ハイレベルからローレベルになるタイミングは、所望の点火時期（発火する時期）である。また、ハイレベルの期間は、必要な磁束エネルギーが蓄積されるように所定の期間が設定される。
【００６０】
次に、コントローラ４２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。
【００６１】
図８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。
【００６２】
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。
【００６３】
続くステップ１４０では、内燃機関用制御装置２４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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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７参照）、前記ステップ１８０に戻る。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
＜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。
【００７９】
図９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（点火信号がハイレベルからロー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。
【００８０】
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。
【００８１】
ステップ４４０では、ノッキング検出装置３１から得られたノッキング信号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。
【００８２】
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。
【００８３】
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システム２１によれば、ノッキングセンサ４１の出力信号に基づくノッキング信号と、内燃機関用制御装置２４から出力された基準点火信号（Ａ）とに基づいて求められた補正点火信号（Ｂ）を出力することができる。そのため、ノッキング制御を行っていない汎用エンジン等に本実施例の点火時期制御システム２１を適用すると、内燃機関用制御装置２４に改造を施すことなく、ノッキング発生を抑制する機能を容易に追加することができる。言い換えると、点火時期を調整する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。
【００８４】
従って、点火時期制御システム２１は、ノッキング検出装置３１から得られるノッキング信号と内燃機関用制御装置２４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。
【００８５】
特に、本実施例の点火時期制御システム２１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実施例の点火時期制御システム２１を付加するだけで、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。
【００８６】
また、本実施例では、ノッキングセンサ４１を内燃機関１のシリンダブロック１２に取り付け、コントローラ４２と内燃機関用制御装置２４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。
【００８７】
更に、本実施例では、ノッキングセンサ４１とコントローラ４２とが、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、外部からのノイズの影響を受けにくいという利点がある。しかも、本実施例では、ノッキングセンサ４１とコントローラ４２とは、第１ケーブル６５を介して一体に構成されているので、ノッキングセンサ４１とコントローラ４２とを、第１ケーブル６５の長さだけ離して配置できる。
【００８８】
つまり、本実施例では、シリンダブロック１２に取り付けられるノッキングセンサ４１からコントローラ４２を離して配置できるので、コントローラ４２に対する（エンジン本体２の）熱や振動の影響を低減することができる。よって、コントローラ４２の故障の発生を効果的に抑えることができる。
【００８９】
第１ケーブル６５の第１被覆６７として、第２ケーブル７５の第２被覆７７と比較して耐熱温度が高いものを用いることにより、ノッキング検出装置３１は内燃機関１から発生する熱に起因するノイズ等の影響（熱害）を受けにくくなる。また、第２ケーブル７５に用いられる第２被覆７７の耐熱温度を、第１ケーブル６５のものよりも低くすることにより、第１ケーブル６５よりも安価な材料から形成された第２被覆７７を第２ケーブル７５に用いることができ、ノッキング検出装置３１を安価に製造することができる。
【００９０】
第２ケーブル７５におけるコントローラ４２と反対側の端部において、第２ケーブル７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄの端部に接続端子７１を備えることにより、接続端子７１と対応する端子を備えた内燃機関用制御装置２４やイグナイタ２２やバッテリ９１にノッキング検出装置３１を容易に接続することができる。
【００９１】
なお、上述の実施例では第２ケーブル７５の第２ケーブル７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄに金属製の接続端子７１が設けられている例に適用して説明したが、金属端子７１の代わりに図１０（ａ）に示すようにコネクタ７１Ａを設けて、内燃機関用制御装置２４や、イグナイタ２２や、バッテリ９１などと電気的および機械的に着脱可能としてもよい。
【００９２】
このように第２ケーブル７５にコネクタ７１Ａを設けることにより、コネクタ７１Ａと対応する端子を備えた内燃機関用制御装置２４などに本実施例のノッキング検出装置３１を容易に接続することができる。
【００９３】
さらに、図１０（ｂ）に示すように第２ケーブル７５の第２ケーブル７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄの第２リード線７６を剥き出しにした状態とし、ノッキング検出装置３１を内燃機関１に取り付ける際に所望の接続端子７１またはコネクタ７１Ａを取りつけるようにしてもよい。
【００９４】
このように第２ケーブル７５の他端側において、第２リード線７６を剥き出しとすることにより、ノッキング検出装置３１を内燃機関１に取り付ける際に、最初から取り付けられていた端子を取り除く作業を行うことなく、所望の接続端子７１またはコネクタ７１Ａを取り付けることができる。
【００９５】
なお、上述の実施例ではノッキング検出装置３１のコントローラ４２において、ノッキング信号および基準点火信号（Ａ）に基づいて補正点火信号（Ｂ）を求めて、補正点火信号（Ｂ）を出力する構成に適用して説明したが、コントローラ４２において求められたノッキング信号を内燃機関用制御装置２４に出力する構成であってもよい。言い換えると、内燃機関用制御装置２４においてノッキング信号および基準点火信号（Ａ）に基づいて補正点火信号（Ｂ）を求めるようにしてもよい。
【００９６】
この場合、内燃機関１の振動を検出したノッキングセンサ４１から出力された信号は、第１ケーブル６５を介してコントローラ４２に入力される。コントローラ４２は内燃機関１のノッキング状態を示すノッキング信号を、第２ケーブル７５を介して内燃機関用制御装置２４へ出力する。そのため、ノッキング制御を行っていない汎用エンジンや２輪車用エンジンなどにノッキング検出装置３１を適用する場合、従来のエンジン制御を行う電子制御装置に対してノッキング信号を求める処理を可能とする改造を施す必要がない。
【００９７】
なお、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。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。
【００９８】
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。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。
【００９９】
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、コントローラ４２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。また、内燃機関の運転状態が点火時期の進角を禁止する状態である場合には、ノッキング信号を使用しないので、コントローラ４２に、ノッキング信号を入力しないようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１…内燃機関、２１…点火時期制御システム、２４…内燃機関用制御装置（外部の電子制御装置）、３１…ノッキング検出装置、４１…ノッキングセンサ、４２…コントローラ（演算部）、４９…筐体、６５…第１ケーブル、６６…第１リード線、６７…第１被覆、７１…接続端子、７１Ａ…コネクタ、７５…第２ケーブル、７６…第２リード線、７７…第２被覆
【図１】
2014111928.tif 000003
【図２】
2014111928.tif 000004
【図３】
2014111928.tif 000005
【図４】
2014111928.tif 000006
【図５】
2014111928.tif 000007
【図６】
2014111928.tif 000008
【図７】
2014111928.tif 000009
【図８】
2014111928.tif 000010
【図９】
2014111928.tif 000011
【図１０】
2014111928.tif 000012