JP2525859Y2 - 内燃機関のノック検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は内燃機関のノック検出装置に関し、より具体
的には運転状態に応じてバルブタイミングを切り換える
可変バルブタイミング機構を備えるものにおいて、選択
されているバルブタイミング特性に応じてノックゲート
とノイズゲートとを変更し、よって精度良くノックを検
出できるようにした内燃機関のノック検出装置に関す
る。

（従来の技術） 近時、機関の高出力化要求に応えるため、機関の運転
状態に応じて吸排気弁のバルブタイミングを可変とする
技術が提案されている。その技術にあっては例えば１気
筒４バルブの機関においてカムシャフト上に３個のカム
を並列的に取着し、機関回転数（及び負荷）から運転状
態を高低２種の領域に大別し、それに応じて３個のカム
を選択的に吸排気弁に連結して燃焼効率が最良となるよ
うにバルブタイミング（及びリフト量）を決定してい
る。斯る従来技術の一例としては、特開昭62−121811号
公報記載の技術を挙げることができる。

またノック制御に関しては周知の如く、機関に振動セ
ンサを取着して機関に生ずる振動レベルを検出し、燃焼
に関係しない適宜なクランク角度（以下「ノイズゲー
ト」と称する）で機関のバックグラウンド的な振動レベ
ルを算出し、燃焼状態にある適宜なクランク角度（以下
「ノックゲート」と称する）の振動レベルと比較してノ
ックの発生を検知し、点火時期を遅角補正している。

（考案が解決しようとする課題） ところで、可変バルブタイミング機構を備えた機関に
おいてはバルブタイミングを変更すると、ノックが発生
するクランク角度が変わるばかりでなく、バルブの着座
音が発生する角度もシフトし、それらがノイズゲート中
に混入するとノイズレベルが上がってノックの発生を誤
判定する不都合があった。また、振動の伝達には遅れが
あるが、内燃機関の制御は所定のクランク角度ごとに行
われるため、振動の伝達遅れが機関回転の増減から全て
の制御周期にとって必ずしも一律でなかった。

従って、本考案は上記した不都合を解消することを目
的としており、バルブタイミングの切換の影響を受ける
ことなくノックを正確に検出できると共に、振動の伝達
遅れを機関回転数の増減に関わらず、一律に補償するよ
うにした内燃機関のノック検出装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本考案は、内燃機関の運
転状態に応じて吸排気弁の少なくとも一方のバルブタイ
ミング及び／又はリフト量を複数の特性の間で選択的に
変更するバルブタイミング機構を備えてなる内燃機関の
ノック検出装置において、機関に発生する振動レベルを
検出する振動レベル検出手段、前記振動レベル検出手段
の出力を入力して機関に発生するノックを検出するノッ
ク検出手段、前記可変バルブタイミング機構に指令され
る動作特性を判別する動作特性判別手段、少なくとも機
関のクランク角度および機関回転数を含む機関の運転状
態を検出する運転状態検出手段、前記動作特性判別手段
および運転状態検出手段の出力を入力し、所定のクラン
ク角範囲においてノック検出用の第１のゲートの開始点
を前記バルブタイミング機構の動作特性と前記機関回転
数に応じて設定し、そのゲートにおいて前記振動レベル
検出手段の出力をノック検出手段に送出する第１のゲー
ト設定手段、及び、前記運転状態検出手段の出力を入力
し、所定のクランク角範囲において機関のノイズ振動検
出用の第２のゲートの開始点およびその区間を前記バル
ブタイミング機構の動作特性に応じて設定し、そのゲー
トにおいて前記振動レベル検出手段の出力をノック検出
手段に送出する第２のゲート設定手段、を備えるように
構成した。

（作用） 可変バルブタイミング機構で選択される動作特性に応
じてノイズゲートとノックゲートとを変更するようにし
たことから、バルブタイミングの切り換えによって起こ
る着座位置の変化に起因するノイズがゲート中に混入す
るのを防止することができ、ノック判定レベルを正確に
検出してノックを精度良く検出することができる。更
に、ノックゲートを可変バルブタイミング機構の動作特
性と機関回転数に応じて設定するようにしたことから、
振動の伝達遅れを機関回転数の増減に関わらず、一律に
補償することができる。

（実施例） 以下、添付図面に即して本考案の実施例を説明する。
第１図は本考案に係る内燃機関のノック検出装置を全体
的に示す概略図である。同図に従って説明すると、符号
10は４気筒等からなる車両用の多気筒の内燃機関を示し
ており、吸気管12を備える。該吸気管12は適宜位置にス
ロットル弁14を備えており、吸気管先端部に取着したエ
アクリーナ（図示せず）から導入された吸気は、該スロ
ットル弁14で流量を調節され、燃料噴射弁（図示せず）
によって燃料を供給されてシリンダヘッド18に設けられ
た吸気ポート20を経て燃焼室22に送り込まれる。燃焼室
22において、該混合気はピストン24で圧縮された後、点
火プラグ26で着火されて爆発し、ピストン24を下方に駆
動して排気ポート28を経て排気管30を通って機関外に放
出される。

ここで、吸気管12に設けられたスロットル弁14の開度
を検出するスロットル位置センサ32が機関の適宜位置に
設けられると共に、吸気管12にはスロットル弁14の下流
においてパイプ（図示せず）が接続されて分岐してお
り、その分岐路の終端部付近に吸入空気の圧力を絶対値
で測定する吸気圧力センサ34が設けられ、また分岐点下
流の適宜位置には吸入空気の温度を検出する吸気温セン
サ36が設けられる。また内燃機関10のシリンダブロック
38内の冷却水通路40の付近には水温センサ42が設けられ
て機関冷却水の温度を検出すると共に、その近傍には燃
焼室22から発生するノックに基づく振動を検出するノッ
クセンサ44が設けられる。更に、内燃機関10の適宜位置
にはディストリビュータ46が設けられると共に、その内
部にはピストン24の上下動に伴って回転するクランク軸
（図示せず）の回転に同期して回転する磁石及びそれに
対峙して配置された回転体からなるクランク角センサ48
が収納されており、所定クランク角度毎にパルス信号を
出力する。また車両の適宜位置には走行速度を検出する
車速センサ50が設けられる。上記したスロットル位置セ
ンサ等のセンサ32,34,36,42,44,48,50の出力は、制御ユ
ニット52に送られる。

ここで第２図を参照して制御ユニット52を説明する
と、スロットル位置センサ32等のアナログ出力は、制御
ユニット内においてレベル変換回路64に入力されて所定
レベルに変換され、マイクロ・コンピュータ66に入力さ
れる。該マイクロコンピュータは、A/D変換回路66a、I/
O66b、CPU66c、ROM66d、RAM66e及び演算用のレジスタ並
びにタイマ（レジスタ及びタイマの図示は省略した）を
備えており、レベル変換回路出力はCPU66cの指定に応じ
てA/D変換回路66aにおいてデジタル値に変換された後、
RAM66eに一時格納される。又、クランク角センサ48等の
出力は波形整形回路68において波形整形された後、I/O6
6bを介してマイクロ・コンピュータ内に入力される。

更に、前記したノックセンサ44の出力は制御ユニット
52に送出された後、ノック検出回路70に入力される。ノ
ック検出回路70は、フィルタ手段70a及びコンパレータ
手段70b並びにD/A変換手段70cを備え、フィルタ手段70a
はコンパレータ手段70bの非反転入力端子に接続される
と共に、その反転入力端子にはD/A変換手段70cが接続さ
れる。またコンパレータ手段70bはマイクロ・コンピュ
レータ66に接続されると共に、マイクロ・コンピュータ
66はD/A変換手段70cに接続される。

このノック検出回路70にあっては、コンパレータ手段
70bにおいてセンサ出力をマイクロ・コンピュータ66が
設定する基準値と比較し、ノイズレベルの算出及びノッ
クの判定を行うが、この点に付いて第３図タイミング・
チャートを参照して説明すると、マイクロ・コンピュー
タ66から前記したノイズゲートにおいて、D/A変換手段7
0cに対し機関振動のバックグラウンド値たるノイズレベ
ルＶNOISEが比較基準値として出力される。出力値はD/A
変化手段70cによりアナログ値に変換され、センサ出力
レベルとコンピュータ手段70bにて比較される。マイク
ロ・コンピュータ66は比較結果に基づき、このノイズレ
ベルの変更を行う。該ノイズレベルは、センサ出力レベ
ルの略ピーク値近辺になるように設定される。

またマイクロ・コンピュータ66は前記したノックゲー
トにおいて、前記ノイズレベルＶNOISEを基に所定の係
数ＧAMP（運転状態に応じ適宜設定される値）を乗じて
ノック判定レベルを算出し、算出されたノック判定レベ
ルをD/A変換手段70cを介してコンパレータ手段70bに出
力する。コンパレータ手段70bはセンサ出力レベルを該
ノック判定レベルと比較し、比較結果をマイクロ・コン
ピュータ66に送出する。マイクロ・コンピュータ66はセ
ンサ出力がノック判定レベルを超えているとき、ノック
発生と判断する。この比較結果に基づき、マイクロ・コ
ンピュータ66は最終点火時期を決定し、出力回路74を介
してイグナイタ等からなる点火装置62を駆動し、点火プ
ラグ26を通じて燃焼室22内の混合気を点火する。

再び第１図に戻ると、内燃機関10において、吸気ポー
ト20を開閉する吸気弁54と排気ポート28を開閉する排気
弁56には前記した可変バルブタイミング機構60が連結さ
れ、制御ユニット52の指令に応じて吸気弁54,56のバル
ブタイミング及びリフト量を可変に駆動する。この可変
バルブタイミング機構について第４図を参照して簡単に
説明する。第４図は、可変バルブタイミング機構の油圧
切換装置を示す説明断面図である。尚、可変バルブタイ
ミング機構60は吸気弁側も排気弁側も同種構造であるの
で、図面において吸気側の部材には添字ｉを、排気側の
部材には添字ｅを付し、以下の説明に際しては添字を付
さずに両者共通して行う。

第４図の下部においてカムシャフト（図示せず）に平
行して設けられたロッカシャフト612上には３本のロッ
カアームが回転自在に支承される。この中、両端の第１
のロッカアーム614と第２のロッカアーム616とはカムシ
ャフト上に固定された２個の低速回転用のカム（図示せ
ず）に摺接し、中央の第３のロッカアーム618は同じく
カムシャフト上に固定された高速回転用のカム（同様に
図示せず）に摺接する如く構成される。尚、高速用のカ
ムは低速用のカムに比し、カムシャフト径方向の突出度
が大きく、ロッカアームの揺動量が大きいように、その
プロフィールが設定される。而して、３本のロッカアー
ム614,616,618はその自由端側で内部を横断的に穿設さ
れて穴632及び孔634,636が連続的に形成されており、そ
こに第１の連結ピン640、第２の連結ピン642及び規制ピ
ン644が摺動自在に収納される。第１連結ピン640は一端
が径小となってそこに油室646が形成され、該油室646は
分岐路648を介して油路650に連通する。また規制ピン64
4にはバネ652が設けられており、該ピンを第２連結ピン
642側に付勢している。即ち、油室646に高圧油が導入さ
れると第１、第２連結ピン640,642はバネ力に抗して突
出し、規制ピン644を押圧してロッカアーム間を架橋し
て連結すると共に、その油圧が低下するとバネ652の付
勢力で図示位置に復帰して連結を解くように構成され
る。

油路650と油圧源（図示せず）との間には第４図上方
に示す油圧切換機構660が介挿される。油圧切換機構660
はスプール弁662を備えており、該スプール弁は油圧源
に連通する入口ポート664と、前記油路650に連通路654
を介して連通する出口ポート666間の流量を制御する。
即ち、スプール弁662が図示の閉鎖位置にあるときは、
入口ポート664から流入する圧油はオリフィス孔668を通
じて出口ポート666に流れる。このとき圧油の一部がバ
イパスポート670を通じて流出することも相まって、油
路650に流入して油室646に作用する油圧は低く、よって
３本のロッカアーム614,616,618は別々に揺動し、低速
バルブタイミングで吸排気弁54,56を開閉する。

このスプール弁662は管路672,674を介して電磁弁680
と接続されており、入口ポート664から流入した圧油は
管路672を経て電磁弁680に送出され、該弁が消磁されて
図示の閉鎖位置にあるときはそこで塞止される。而し
て、電磁弁680は励磁されると開弁し、圧油は第２の管
路674を通ってスプール弁662の頂部に作用し、該スプー
ル弁を想像線で示す開弁位置に駆動する。その結果、入
口ポート664から流入する圧油は前記したオリフィス孔6
68に加えて、矢印（想像線）で示す如くスプール弁662
の環状凹部と収納壁面間に形成される間隙を通って出力
ポート666に流れ、油路650に流入する。これによって油
路650の油圧が高まり、連結ピン640,642が移動し、３本
のロッカアーム614,616,618を串刺し状に連結して吸排
気弁54,56を高速バルブタイミングで開閉駆動する。こ
の高速バルブタイミング域においては、低速バルブタイ
ミング域に比して、オーバラップタイム及びリフト量が
増大する。尚、スプール弁662の付近には油圧スイッチ6
00が設けられる。

この可変バルブタイミング制御を第５図フロー・チャ
ートを参照して簡単に説明すると、S10において前述し
たセンサ群の出力から機関回転数Ne及び吸気圧力Pba並
びに水温Tw等を含む機関の運転状態を示すパラメータを
読み込み、S12においてバルブタイミング切換の禁止条
件が成立しているか否か判断する。S12において禁止条
件が成立していないと判断されるときはS14に進み、機
関回転数Neと吸気圧力Pba（負荷）とからROM66dに格納
したマップを検索してバルブタイミング域を決定する。
第６図がこのバルブタイミング域を示す説明図であり、
図示の如く適宜な機関回転数と負荷とから切換ポイント
が設定され、高低２種の領域に大別されている。S14に
おいてはセンサ出力から低速側と高速側のバルブタイミ
ングのいずれが選択されるべきか判断する。

続いてS16に進んで決定されたバルブタイミングが高
速側であるか否か判断し、高速側であればS18に進んで
出力回路72を介して電磁弁680を励磁し、また低速側で
あればS29に進んで同様に出力回路72を介して電磁弁680
を消磁し、S22又はS24において決定したバルブタイミン
グ域を適宜なフラグで指令表示する。尚、バルブタイミ
ングによって充填効率乃至は燃焼特性が異なることか
ら、マイクロ・コンピュータ66は決定したタイミングに
応じて点火時期及び燃料噴射制御の基本特性を変更す
る。

続いて、第７図フロー・チャートを参照して本考案の
実施例を説明する。

先ず、S100において前記したフラグからバルブタイミ
ング域がいずれにあるか判断し、高速バルブタイミング
域にあると判断されるときはS102に進んで高速バルブタ
イミング域用のゲート区間データを検索し、然らざる場
合はS104において低速バルブタイミング域用のゲート区
間を検索する。

この点について第８図を参照して説明する。同図は先
に第３図に示したゲート区間を更に詳細に示す説明図で
あるが、本実施例においては以下に示すように各区間を
設定した。

ノイズゲート開始点 …VTにより持ち替え ノイズゲート区間 ……VTにより持ち替え インタバルゲート区間 …VTにより持ち替え （Ａ） かつ機関回転数により可変 ノックゲート区間 …固定値 尚、残余のインタバルゲート区間（Ｂ）は、他のゲー
ト区間の変動に応じて可変に調節され、またBTDC15度を
ゲート起動ポイントとする。

即ち、本実施例においては上記のについては予め
実験を通じてバルブタイミング域毎に別々に開始角度乃
至区間角度を設定しておき、選択されたバルブタイミン
グ域に応じて切り替えるようにした。またについては
更に第９図及び第10図に示す如く、機関回転数に応じて
可変に設定した。ここで機関回転数が上昇する程ゲート
区間を遅角方向に延長するのは、それだけ振動の伝達遅
れが大きくなるためである。これらのゲータは前記した
ROMに格納される。

従って、第７図フロー・チャートのS102,104において
は選択されているタイミング特性に応じてについて
開始角度乃至区間角度を検索すると共に、更にについ
ては機関回転数により第９図又は第10図に示す特性から
検索する。而して、マイクロ・コンピュータにおいてCP
U64cは先に第３図に関して述べた如く、決定されたデー
タに従ってノイズゲートとノックゲートの区間を決定
し、ノック検出回路70のコンパレータ手段70bを介して
ノックの発生を判定する。

本実施例においては上記の如く選択されているバルブ
タイミング域に応じてゲート区間データを切り替える様
にしたので、例えばノイズゲート中に着座音が混入する
ことがなく、精度良くノックを検出することができる。
よってノック制御精度の向上が望め、出力向上又は燃費
向上の点で機関に与えるメリットは大きいものである。

（考案の効果） 本考案は、可変バルブタイミング機構を備えてなる機
関において、ノック検出用の第１のゲートの開始点を前
記バルブタイミング機構の動作特性と前記機関回転数に
応じて設定し、そのゲートにおいて前記振動レベル検出
手段の出力をノック検出手段に送出する第１のゲート設
定手段、及び、所定のクランク角範囲において機関のノ
イズ振動検出用の第２のゲートの開始点およびその区間
を前記バルブタイミング機構の動作特性に応じて設定
し、そのゲートにおいて前記振動レベル検出手段の出力
をノック検出手段に送出する第２のゲート設定手段を備
えるように構成したので、バルブタイミングの切り換え
によって変化するバルブ着座音のゲート中の混入を防止
することができることから、最適にノック判定レベルを
設定して精度良くノックを検出することができる。更
に、ノックゲートを可変バルブタイミング機構の動作特
性と機関回転数に応じて設定するようにしたころから、
振動の伝達遅れを機関回転数の増減に関わらず、一律に
補償することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る内燃機関のノック検出装置を全体
的に示す説明図、第２図は第１図装置中の制御ユニット
の詳細を示す説明ブロック図、第３図はその中のノック
検出回路の動作を示す説明波形図、第４図は可変バルブ
タイミング機構の油圧切換装置を示す説明断面図、第５
図は可変バルブタイミングの制御動作を一般的に示す説
明フロー・チャート、第６図はその切換特性を示す説明
図、第７図は本考案に係る内燃機関のノック検出装置の
動作を示すフロー・チャート、第８図はゲート区間の設
定を示す説明図、第９図は低バルブタイミング域におけ
る第８図中のインタバルゲート（Ａ）の特性を示す説明
図及び第10図は高バルブタイミング域における同様の特
性を示す説明図である。 10……内燃機関、12……吸気管、14……スロットル弁、
18……シリンダヘッド、20……吸気ポート、22……燃焼
室、24……ピストン、26……点火プラグ、28……排気ポ
ート、30……排気管、32……スロットル位置センサ、34
……吸気圧力センサ、36……吸気温センサ、38……シリ
ンダブロック、40……冷却水通路、42……水温センサ、
44……ノックセンサ、46……ディストリビュータ、48…
…クランク角センサ、50……車速センサ、52……制御ユ
ニット、54……吸気弁、56……排気弁、60……可変バル
ブタイミング機構、62……点火装置、64……レベル変換
回路、66……マイクロ・コンピュータ、68……波形整形
回路、70……ノック検出回路、72,74……出力回路、600
……油圧スイッチ、612……ロッカシャフト、614,616,6
18……ロッカアーム、632……穴、634,636……孔、640,
642……連結ピン、644……規制ピン、646……油室、648
……分岐路、650……油路、652……バネ、654……連通
路、660……油圧切換機構、662……スプール弁、664…
…入口ポート、666……出口ポート、668……オリフィス
孔、670……バイパスポート、672,674……管路、680…
…電磁弁

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の運転状態に応じて吸排気弁の少
   なくとも一方のバルブタイミング及び／又はリフト量を
   複数の特性の間で選択的に変更するバルブタイミング機
   構を備える内燃機関のノック検出装置において、 a.機関に発生する振動レベルを検出する振動レベル検出
   手段、 b.前記振動レベル検出手段の出力を入力して機関に発生
   するノックを検出するノック検出手段、 C.前記可変バルブタイミング機構に指令される動作特性
   を判別する動作特性判別手段、 d.少なくとも機関のクランク角度および機関回転数を含
   む機関の運転状態を検出する運転状態検出手段、 e.前記動作特性判別手段および運転状態検出手段の出力
   を入力し、所定のクランク角範囲においてノック検出用
   の第１のゲートの開始点を前記バルブタイミング機構の
   動作特性と前記機関回転数に応じて設定し、そのゲート
   において前記振動レベル検出手段の出力をノック検出手
   段に送出する第１のゲート設定手段、 及び、 f.前記運転状態検出手段の出力を入力し、所定のクラン
   ク角範囲において機関のノイズ振動検出用の第２のゲー
   トの開始点およびその区間を前記バルブタイミング機構
   の動作特性に応じて設定し、そのゲートにおいて前記振
   動レベル検出手段の出力をノック検出手段に送出する第
   ２のゲート設定手段、 を備えることを特徴とする内燃機関のノック検出装置。