JP2514442B2 - 内燃機関のノッキング検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関のノッキング検出装置に関し、詳し
くは検出信号からノッキング成分を取り出すための基準
となるバックグラウンドレベル設定の改善に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関において、所定レベル以上のノッキングが発
生すると、出力を低下させるのみならず、衝撃により吸
・排気バルブやピストンに悪影響を及ぼすため、ノッキ
ングを検出して点火時期を補正することにより速やかに
ノッキングを回避するようにした点火時期制御装置を備
えているものがある（特開昭58-105036号公報等参
照）。

かかるノッキング補正機能を有した点火時期制御装置
では、機関に設けたノッキングセンサからの検出信号か
らノッキング成分を取り出してノッキングレベルを判別
するようにしてあり、かかるノッキング成分の取り出し
のために、検出信号を平均化演算してバックグラウンド
レベルを設定し、例えばこのバックグラウンドレベルに
対して所定以上の偏差を有する出力レベルが存在すると
きに、これをノッキング発生と判別して、点火時期のリ
タード処理を行うようにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、前記バックグラウンドレベル（以下、BGL
と略す。）は、例えば前回までのBGLと、センサ検出信
号の最新値とを加重平均し、この加重平均結果をBGLの
更新値として設定するようにしている場合があり、かか
るBGLの設定方式によると、ノッキングが主に発生する
高負荷領域でのみBGL演算及びノッキング検出を行う構
成とすると、かかるノッキングの検出領域になった初回
においては、前回に検出領域であったときに最終設定さ
れたBGLを初期値としてBGLが更新設定されることになっ
てしまう。

このため、第４図に示すように、検出領域になった初
期には、要求のBGLとは異なるBGLに基づきノッキングが
検出される場合がある。即ち、例えば前回の検出領域に
おいて最終設定されたBGLが、今回の検出領域初期の要
求BGLよりも高いときには、この高いBGLと最新の検出信
号とが加重平均されることになって、高いレベルから徐
々に要求のBGLに近づくことになり、この要求BGLに近づ
く間においては、ノッキングが発生していてもノッキン
グ発生無しと判別されて進角処理がなされることにな
り、この間のノッキング発生に対処できず、BGLが要求B
GLに近づいて初めてノッキングが発生していることが検
出され、リタード処理がなされていた。

また、上記問題点を解消するために一律の加重重みで
常時BGLの演算更新を行うように構成した場合、過渡時
にはBGLの応答遅れが発生するために、加速時には第４
図に示すように要求BGLよりも低い設定がなされ、ノッ
キング発生が誤判定されて点火時期のリタード処理が実
行され、加速時の出力を低下させてしまうという問題が
発生する。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ノッ
キング検出領域の初期や過渡運転時におけるBGL設定を
改善することにより、かかる運転領域におけるノッキン
グ検出精度を向上させることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図に示すように、機関に付
設されノッキングの振動を検出するノッキングセンサ
と、このノッキングセンサからの検出信号を常時平均化
演算してノッキング成分を取り出すための基準となるバ
ックグラウンドレベルを設定するバックグラウンドレベ
ル演算手段と、このバックグラウンドレベル演算手段で
演算されたバックグラウンドレベルに基づき前記ノッキ
ングセンサの検出信号からノッキング判別を行うノッキ
ング判別手段と、前記バックグラウンドレベル演算手段
で演算されたバックグラウンドレベルを運転条件別に学
習して更新記憶する記憶手段と、所定のノッキング検出
運転領域になった初回又は機関の過渡運転状態において
は、前記バックグラウンドレベル演算手段で演算された
バックグラウンドレベルに代えて前記記憶手段に記憶さ
れているバックグラウンドレベルに基づいて前記ノッキ
ング判別手段によるノッキング判別を行わせる記憶値に
よる判別強制手段と、予め運転条件別に前記バックグラ
ウンドレベルの標準値を記憶した標準レベル記憶手段
と、前記記憶手段にバックグラウンドレベルが記憶され
ていない運転条件があるときには、前記標準レベル記憶
手段に記憶されているバックグラウンドレベルの標準値
を代わりに読み出して前記ノッキング判別手段に出力す
る標準値出力手段と、を含んで内燃機関のノッキング検
出装置を構成した。ここで、第１図点線示のように、前
記バックグラウンドレベル演算手段における平均化演算
の度合いを、機関の過渡運転と定常運転とで切り換え設
定する平均化度合い切り換え手段を設けることが好まし
い。

〈作用〉 かかる構成によると、バックグラウンドレベル演算手
段は、機関に付設されノッキングの振動を検出するノッ
キングセンサからの検出信号を常時平均化演算してノッ
キング成分を取り出すための基準となるバックグラウン
ドレベルを設定し、このバックグラウンドレベルに基づ
きノッキング判別手段はノッキングセンサの検出信号か
らノッキング判別を行う。

そして、記憶手段は、前記バックグラウンドレベル演
算手段で演算されたバックグラウンドレベルを運転条件
別に学習して更新記憶し、記憶値による判別強制手段
は、所定のノッキング検出運転領域になった初回又は機
関の過渡運転状態においては、バックグラウンドレベル
演算手段で演算されたバックグラウンドレベルに代えて
前記記憶手段に記憶されているバックグラウンドレベル
に基づいて前記ノッキング判別手段によるノッキング判
別を行わせる。

即ち、所定のノッキング検出運転領域になった初回以
外又は機関の過渡運転状態以外のときには、バックグラ
ウンドレベル演算手段で演算されたバックグラウンドレ
ベルに基づいてノッキング判別がなされるが、所定のノ
ッキング検出運転領域になった初回又は機関の過渡運転
状態においては、最新の演算結果を用いず、過去に演算
されて記憶手段に記憶されている当該運転条件のバック
グラウンドレベルを読み出し、この読み出した記憶値に
基づいてノッキング判別を行わせるものである。

また、標準レベル記憶手段には、前記記憶手段と同様
にして予め運転条件別にバックグラウンドレベルの標準
値が記憶されており、記憶手段に記憶されているバック
グラウンドレベルに基づいてノッキング判別を行わせよ
うとしたときに記憶値が存在しない場合には、前記標準
レベル記憶手段に当該運転条件に対応して記憶されてい
る標準値が用いられてノッキング判別されるようにす
る。

更に、平均化度合い切り換え手段は、バックグラウン
ドレベル演算手段における平均化演算の度合いを、機関
の過渡運転と定常運転とで切り替え設定し、過渡と定常
とでは異なる平均化度合いでバックグラウンドレベルが
演算されるようにして、例えば加速時の過遅角補正によ
る出力不足を回避できるようにした。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。

一実施例を示す第２図において、内燃機関１には、エ
アクリーナ2,吸気ダクト3,スロットルチャンバ４及び吸
気マニホールド５を介して空気が吸入される。

吸気ダクト３にはエアフローメータ６が設けられてい
て、吸入空気流量Ｑを検出する。スロットルチャンバ４
には図示しないアクセルペダルと連動するスロットル弁
７が設けられていて、吸入空気量Ｑを制御する。吸気マ
ニホールド５には、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁８が
設けられていて、図示しない燃料ポンプから圧送されプ
レッャレギュレータにより所定の圧力に制御される燃料
を吸気マニホールド５内に噴射供給する。

燃料噴射量の制御は、マイクロコンピュータ内蔵のコ
ントロールユニット９において、エアフローメータ６に
より検出される吸入空気流量Ｑと、ディストリビュータ
13に内蔵されたクランク角センサ10からの信号に基づき
算出される機関回転速度Ｎと、から基本燃料噴射量Tp＝
Ｋ×Q/N（Ｋは定数）を演算し、この基本燃料噴射量Tp
を冷却水温度Tw等に基づいて補正することにより最終的
な燃料噴射量Tiを演算し、この燃料噴射量Tiに相当する
パルス巾の駆動パルス信号を機関回転に同期して燃料噴
射弁８に出力することにより、機関１に対して要求量の
燃料が噴射供給されるようになっている。

また、機関１の各気筒にはそれぞれ点火栓11が設けら
れていて、これらには点火コイル12にて発生する高電圧
がディストリビュータ13を介して順次印加され、これに
より火花点火して混合気を着火燃焼させる。ここで、点
火コイル12は、付設されたパワートランジスタ12aを介
して高電圧の発生時期が制御されるようになっている。
従って、点火時期（点火進角値）ADVの制御は、前記パ
ワートランジスタ12aのオン・オフ時期をコントロール
ユニット９からの点火制御信号で制御することにより行
う。

コントロールユニット９は、前記基本燃料噴射量Tpと
機関回転速度Ｎとにより区分される複数の運転領域毎に
予め点火時期ADVを記憶してあるマップから、当該運転
条件に対応する点火時期ADVを検索して求めると共に、
所定のノッキング検出運転領域においては、圧電素子に
よりノッキングを検出するノッキングセンサ14からの検
出信号に基づきノッキングの有無を判別して前記マップ
点火時期ADVの進・遅角補正を行い、最終設定された点
火時期ADVに基づいてパワートランジスタ12aに点火制御
信号を出力する。従って、前記コントロールユニット９
とノッキングセンサ14とによってノッキング検出装置が
構成されるようになっている。

尚、前記スロットル弁７には、その開度TVOをポテン
ショメータにより検出するスロットルセンサ15が付設さ
れている。

ここで、コントロールユニット９によって行われる点
火時期ADVのノッキング検出に基づく進・遅角補正制御
を、第３図のフローチャートに示すプログラムに従って
説明する。

尚、本実施例において、バックグラウンドレベル演算
手段，ノッキング判別手段，記憶値による判別強制手
段，標準値出力手段，平均度合い切り換え手段としての
機能は、前記第３図のフローチャートに示すようにソフ
トウェア的に備えられており、記憶手段としてはマイク
ロコンピュータに備えられたRAMが、また、標準レベル
記憶手段としてはやはりマイクロコンピュータに備えら
れたROMが相当する。

第３図のフローチャートに示すプログラムは、クラン
ク角センサ10から基準クランク角度毎（４気筒内燃機関
では180°毎）のリファレンス信号REFが出力される毎に
実行されるものであり、まず、ステップ１（図中ではS1
としてある。以下同様）では、ノッキングセンサ14の検
出信号を読み込む。

ステップ２では、機関１が過渡運転状態であるか否か
を、スロットルセンサ15により検出されるスロットル弁
７の開度変化や機関回転速度Ｎの変化に基づいて判別す
る。

ここで、機関１が過渡運転状態であると判別されたと
きには、ステップ３へ進み、検出信号からノッキング成
分を取り出すための基準となるバックグラウンドレベル
（BGL）を加重平均演算（平均化演算）により求めると
きに用いる加重重み（過去のデータに対する重付け）Ｘ
として、予め設定してあるX₁をセットし、また、過渡運
転状態でないと判別されたときには、ステップ４へ進ん
で加重重みＸに前記X₁よりも大であるX₂をセットする。

即ち、過渡運転状態においては、より最新のレベルに
重付けされて応答性が確保されるようにしてあり、逆に
過渡運転でない定常運転状態においてはより過去のレベ
ルに重付けされて無用な乱れを拾わないようにしてBGL
を安定させるようにしてある。

ステップ５では、上記のように機関１の過渡・定常に
応じた選択された加重重みＸを用い、BGLの更新データ
を以下の加重平均演算式に従って演算する。

BGL←BGL・Ｘ＋センサ出力（１−Ｘ） 尚、加重重みＸが乗算されるBGLは、前回までのBGLで
ある。

次のステップ６では、例えば基本燃料噴射量Tpと機関
回転速度Ｎとをパラメータとして指示されるノッキング
検出領域（高負荷運転領域）に、現在の運転条件が含ま
れるか否かを判別する。

ここで、ノッキング検出領域であると判別されたとき
には、ステップ７へ進んで今回の検出領域判別が初回で
あるか否かを判別する。

そして、ノッキング検出領域の判別が初回であるとき
には、ステップ８へ進み、基本燃料噴射量Tpと機関回転
速度Ｎとによって複数に区分される運転領域毎にBGLが
更新記憶されるRAM上のマップから現在の運転条件に対
応するBGLを、TpとＮとに基づき検索して求め、その値
をbglにセットする。

前RAM上のBGLマップは、各格子に初期値としてゼロが
記憶されており、対応する運転条件のBGLが学習記憶さ
れていれば、その格子には、ゼロ以外の数値が記憶され
ているはずである。このため、次のステップ９では、読
み出したbglがゼロであるか否かを判別することで、現
状の運転条件に対応するBGLがRAM上のマップに記憶され
ているか否かを判別する。

マップから読み出したbglがゼロであるときには、そ
のデータをそのまま用いてノッキング判別させることが
できないので、ステップ10へ進み、予め基本燃料噴射量
Tpと機関回転速度ＮとをパラメータとしてBGLの標準値
を記憶させてあるROM上のマップから現状の運転条件に
略見合ったBGLを検索して求め、かかる検索データを最
終的なBGLとする。これにより、RAM上のBGLマップへの
データ書き込みが進行していないときでも、運転条件に
略対応して支障なくBGLを設定させることができるよう
にしてある。

一方、ステップ８でRAM上のマップから読み出したbgl
がゼロでないと判別されたときには、過去に現状の運転
条件に対応するBGLが演算されていて、そのデータが記
憶されていたものであるから、ステップ11へ進み、RAM
上のマップから読み出したbglを最終的なBGLとする。

また、ステップ７で今回ノッキング検出領域の判別が
初回でないと判別されたときには、ステップ12へ進み、
今回前記ステップ５で新たに演算したBGLに基づき、前
記RAM上のBGLマップの該当する運転条件のデータを更新
する。マップデータの更新書き換えは、例えば、記憶デ
ータがゼロであるときには、ステップ５での演算結果を
そのまま書き込むが、記憶済のBGLが存在するときに
は、その記憶済のデータと、最新の演算結果とを加重平
均して記憶更新用のBGLを求めるなどして、複数の学習
機会におけるデータに基づき当該運転条件の要求に合致
するBGLが学習されるようにする。

更に、ステップ６でノッキング検出領域でないと判別
されたときにも、ステップ13でステップ12と同様にRAM
上のBGLマップの書き換えを行い、現状の運転条件では
ノッキング検出及び該検出結果に基づく点火時期補正を
行わないから、次のステップ14では、マップに記憶され
ている基本点火時期ADVを検索して求め、その結果を最
終的な点火時期ADVにセットする。従って、BGLは常時演
算されると共に、ノッキング検出領域の初回以外におい
ては、演算されたBGLがマップに更新記憶されるように
なっている。

このように、本実施例によれば、ノッキング検出領域
の初回において用いられるBGLが、過去の同じ運転条件
で演算されて学習記憶されているデータ、又は、ROM上
マップに記憶されている同じ運転条件の標準BGLであ
り、いずれの場合も少なくとも今回の運転条件に対応す
るBGLであるから、ノッキング検出領域の初期から要求
されるBGLに基づいたノッキング判別を行わせることが
でき、ノッキングの誤判別によって過進角補正されたり
誤遅角補正されることがなく、ノッキング発生時には速
やかに点火時期を遅角補正してノッキングを解消でき
る。また、上記のように過渡・定常で加重重みを変えて
常時BGLを演算し、過渡時の応答性と定常時の安定性を
確保すると共に、異なる運転条件でのBGLと最新の検出
信号とが加重平均されてBGLが更新されることがないの
で、常時略要求に近いBGLか設定されていることにな
り、過渡時に演算されるBGLについても要求値に近い値
を設定できるから、過渡時にBGLが応答遅れを発生し、
これに伴って点火時期が過遅角補正されて機関出力を低
下させることがなく、過渡時に演算されたBGLに基づき
マップデータを書き換え学習を行っても、BGLマップデ
ータの精度が低下することがない。

また、上記ステップ７では、ノッキング検出領域の初
回であるか否かの判別を行わせるようにしたが、かかる
ステップ７での処理を、機関１の過渡・定常運転判別に
置き換えても良い。

ステップ７を過渡・定常の判別に置き換えた場合に
は、過渡運転されているときにステップ８へ進むように
し、定常運転時にはステップ12へ進むように構成する。
これにより、過渡運転時には、最新に演算されたBGLを
用いずにマップに学習記憶されている当該運転条件のBG
Lが用いられ、また、定常運転状態においては、その都
度の最新演算データがRAM上のマップ更新データとしてB
GLマップの記憶更新が行われる。従って、過渡時には、
最新に演算されたBGLではなく、マップ上に学習記憶さ
れているBGLがノッキング判別に用いられ、過渡時のBGL
応答遅れによりノッキング発生が誤検出されることがな
い。

上記のようにしてBGLが設定されると、ステップ13で
は、機関回転速度Ｎに対応させて予め記憶してあるスラ
イスレベルSLを検索して求め、次のステップ14では、BG
Lに前記スライスレベルSLを加算した値をセンサ出力が
越えているか否かを判別する。

ここで、センサ出力がBGL＋SL以下であるときにはノ
ッキングが発生してなく、より進角させることができる
状態であるから、ステップ15へ進んで進角補正値βに所
定角度だけ加算して更新し、また、センサ出力がBGL＋S
Lを越えているときにはノッキングが発生している状態
であり、遅角補正してノッキングを抑止する必要がある
から、ステップ16へ進んで進角補正値βから所定角度を
減算して更新する。

そして、ステップ17では、前記進角補正値βをマップ
から検索して求めた基本点火時期ADVに１算して補正
し、ノッキング発生を回避し得るぎりぎりの進角値とし
て点火時期ADVが最終設定されるようにする。

一方、ステップ14でマップの基本点火時期ADVを最終
的な点火時期ADVに設定した場合には、上記のようなノ
ッキング判別に基づく進角補正値βの設定を行わずに、
次のステップ18へ進む。

ステップ18では、最終設定された点火時期ADVに基づ
き点火栓11による点火時期をパワートランジスタ12aを
介して制御する。

〈発明の効果〉 以上説明したように請求項１に係る発明によると、ノ
ッキング検出運転領域の初期や過渡運転時に、要求とは
異なるバックグラウンドレベルが設定されてノッキング
が誤検出されることを防止でき、ノッキング検出に基づ
く点火制御を行わせるときには、ノッキング誤検出によ
る過遅角補正により出力が低下したり、ノッキングが検
出できなくなって過進角補正がなされノッキングを速や
かに回避できなくなるといった問題の発生を回避でき
る。

また、バックグラウンドレベルの運転条件別の記憶が
進行していないときには、代わりに標準のバックグラウ
ンドレベルを用いてノッキング検出を行わせるから、記
憶値に基づくノッキング判別に支障を来すことを防止で
きる。

更に、請求項２に係る発明では、バックグラウンドレ
ベルを平均化演算により求めるときに、機関の過渡・定
常でその平均化度合いを切り換えるようにしたので、平
均化演算による過渡時におけるバックグラウンドレベル
の応答遅れを抑止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図は同上実施
例における制御内容を示すフローチャート、第４図は従
来制御の問題点を説明するためのタイムチャートであ
る。 １……内燃機関、６……エアフローメータ、９……コン
トロールユニット、10……クランク角センサ、11……点
火栓、12……点火コイル、12a……パワートランジス
タ、13……ディストリビュータ、14……ノッキングセン
サ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関に付設されノッキングの振動を検出す
   るノッキングセンサと、 該ノッキングセンサからの検出信号を常時平均化演算し
   てノッキング成分を取り出すための基準となるバックグ
   ラウンドレベルを設定するバックグラウンドレベル演算
   手段と、 該バックグラウンドレベル演算手段で演算されたバック
   グラウンドレベルに基づき前記ノッキングセンサの検出
   信号からノッキング判別を行うノッキング判別手段と、 前記バックグラウンドレベル演算手段で演算されたバッ
   クグラウンドレベルを運転条件別に学習して更新記憶す
   る記憶手段と、 所定のノッキング検出運転領域になった初回又は機関の
   過渡運転状態においては、前記バックグラウンドレベル
   演算手段で演算されたバックグラウンドレベルに代えて
   前記記憶手段に記憶されているバックグラウンドレベル
   に基づいて前記ノッキング判別手段によるノッキング判
   別を行わせる記憶値による判別強制手段と、 予め運転条件別に前記バックグラウンドレベルの標準値
   を記憶した標準レベル記憶手段と、 前記記憶手段にバックグラウンドレベルが記憶されてい
   ない運転条件があるときには、前記標準レベル記憶手段
   に記憶されているバックグラウンドレベルの標準値を代
   わりに読み出して前記ノッキング判別手段に出力する標
   準値出力手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関のノッキ
   ング検出装置。
2. 【請求項２】前記バックグラウンドレベル演算手段にお
   ける平均化演算の度合いを、機関の過渡運転と定常運転
   とで切り換え設定する平均化度合い切り換え手段を設け
   たことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のノッキン
   グ検出装置。