JP3281574B2 - 内燃機関のノック検出方法 - Google Patents

内燃機関のノック検出方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として自動車用
エンジンにおけるノックの発生を、点火後の燃焼室内に
イオン電流を流して検出する内燃機関のノック検出方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、内燃機関に発生するノックを検出
する装置としては、振動型ノックセンサを使用して、そ
のノックセンサから出力される信号に基づいてノックの
発生を検出する構成のものが知られている。このような
ノック検出装置では、ノックセンサからの出力信号の
内、所定の周波数帯域の信号を抽出して、その抽出した
信号を処理してノックを検出するように構成してある。
【0003】また、イオン電流を利用してノックを検出
する方法としては、例えば特開昭58−7536号公報
に記載の方法のように、検出したイオン電流に対応する
イオン信号の振幅および幅よりノックを検出(判定)す
るものや、特開平6−101562号公報に記載のもの
のように、特定の検出期間たるノックウィンドウを設定
して、その間のイオン電流からノックの発生を検出する
ものが知られている。このようなイオン電流の場合にあ
っても、上記ノックセンサの場合同様、イオン電流の内
の所定の周波数帯域(ノック周波数成分)の信号をバン
ドパスフィルタを介して抽出し、その信号をピークホー
ルドして信号処理するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、振動型ノッ
クセンサを使用するノックの検出方法では、エンジンが
回転している間のノックセンサの出力信号を測定し、測
定した出力信号の平均値をノック判定のための基準レベ
ルに設定し、その基準レベルと点火後に測定した出力信
号の信号レベルとを比較し、その比較結果に基づいてノ
ックの発生を検出する方法が知られている。このような
ノックの検出方法は、イオン電流を使用するノックの検
出方法においても試みられている。
【0005】ところが、ノックを検出するために設定し
た点火後のノックウィンドウにて検出したイオン電流で
は、ノック周波数成分の有無あるいはその大きさで大き
く変動する。このようにして検出したイオン電流に基づ
いて、ノックの発生を判定する基準レベルを設定する
と、ノックが発生していた際に検出したイオン電流と発
生していない際に検出したイオン電流とで、基準レベル
とするノイズレベルに差がありすぎることがある。通
常、ノックの発生していない場合には、このノイズレベ
ルは低い値を示すが、ノックが発生した場合には、ノッ
クの大きさに応じて高くなる傾向にある。しかも、ノッ
クが断続的に発生すると、ノックレベルが絶えず上下
し、その変動がノックの発生していない場合に比べて大
きくなる。このような状況において、ノックが発生して
いる場合において基準レベルを設定すると、発生してい
ない際に基準レベルを設定した場合に比べて異常に大き
な基準レベルとなり、ノックをその基準レベルに対して
比較すると、正確な判定が困難になる場合があった。
【0006】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、本発明に係る内燃機関のノック検出方法
は、ノック検出のための基準信号レベルの変動を抑制す
るために、複数回の点火によって得られたイオン電流の
変動割合が内燃機関の運転状態に基づいて設定する判定
基準を下回った場合に基準信号レベルの設定を行い、そ
の基準信号レベルによりノックの発生を検出するもので
ある。このように、イオン電流の信号レベルが大きく変
動している場合は、基準信号レベルの設定を行わないの
で、基準信号レベルの変動を小さく抑えることができ
る。その結果、基準信号レベルに対するノック信号が判
別し易くなり、ノックの検出精度が向上する。
【0008】
【発明の実施形態】本発明は、内燃機関の燃焼室内に点
火毎に発生するイオン電流を検出し、点火後の所定期間
内に検出したイオン電流のイオンノック信号値からノッ
クの発生を検出する内燃機関のノック検出方法であっ
て、複数回の点火によって得られた前記イオンノック信
号値の変動割合を算出し、内燃機関の運転状態に基づい
て判定基準を設定し、前記変動割合が設定した判定基準
を下回っている場合に、そのときのイオンノック信号に
基づいてノックの発生を検出するための基準信号値を設
定し、設定した基準信号値に基づいてノックの発生を検
出することを特徴とする内燃機関のノック検出方法であ
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。図1に概略的に示したエンジン100は、自
動車用の3気筒のもので、その吸気系1には図示しない
アクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ2
が配設され、その下流側にはサージダンク3が設けられ
ている。サージタンク3に連通する一方の端部近傍に
は、さらに燃料噴射弁5が設けてあり、その燃料噴射弁
5を、電子制御装置6により各気筒毎に独立して噴射す
べく制御するようにしている。また排気系20には、排
気ガス中の酸素濃度を測定するためのO2センサ21
が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三
次元触媒22の上流の位置に取り付けられている。
【0010】電子制御装置6は、中央演算処理装置7
と、記憶装置8と、入力インターフェース9と、出力イ
ンターフェース11と、A/Dコンバータ10とを具備
してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成さ
れている。入力インタフェース9には、サージタンク3
内の圧力を検出するための吸気圧センサ13から出力さ
れる吸気圧信号a、エンジン100の回転状態を検出す
るためのカムポジションセンサ14から出力される気筒
判別信号G1とクランク角度基準位置信号G2とエンジ
ン回転数信号b、車速を検出するための車速センサ15
から出力される車速信号c、スロットルバルブ2の開閉
状態を検出するためのアイドルスイッチ16から出力さ
れるLL信号d、エンジンの冷却水温を検出するための
水温センサ17から出力される水温信号e、上記したO
2センサ21から出力される電流信号h等が入力され
る。一方、出力インターフェース11からは、燃料噴射
弁5に対して燃料噴射信号fが、またスパークプラグ1
8に対してイグニッションパルスgが出力されるように
なっている。このスパークプラグ18には、高圧ダイオ
ード23を介してイオン電流を測定するためのバイアス
用電源24が接続されている。このバイアス電源24と
イオン電流測定のための回路25及びその測定方法それ
自体は、当該分野で知られている種々の方法が使用でき
る。なお、この実施例においては、気筒毎にイオン電流
が検出できる構成で、したがって気筒毎にノックの検出
ができるものである。
【0011】電子制御装置6には、吸気圧センサ13か
ら出力される吸気圧信号aとカムポジションセンサ14
から出力される回転数信号bとを主な情報とし、エンジ
ン100の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基
本噴射時間を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちイン
ジェクタ最終通電時間Tを決定し、その決定された通電
時間により燃料噴射弁5を制御して、エンジン負荷に応
じた燃料を吸気系1に噴射させるためのプログラムが内
蔵してある。また、このようにエンジン100の運転を
制御する一方、点火毎に流れるイオン電流を検知してノ
ックを検出するように、電子制御装置6はプログラミン
グしてある。すなわち、ノックを検出するために、エン
ジン100の燃焼室30内に点火毎に発生するイオン電
流を検出し、点火後の所定期間内に検出したイオン電流
のイオンノック信号値からノックの発生を検出するもの
で、複数回の点火によって得られたイオンノック信号値
の変動割合を算出し、エンジン100の運転状態に基づ
いて判定基準を設定し、変動割合が設定した判定基準を
下回っている場合に、そのときのイオンノック信号に基
づいてノックの発生を検出するための基準信号値を設定
し、設定した基準信号値に基づいてノックの発生を検出
するプログラムが電子制御装置6に内蔵してある。
【0012】このイオン電流によるノック検出プログラ
ムの概要は、図2〜5に示すようなものである。図2
は、気筒判別のためのフローチャートであり、図3は、
基準信号値であるグランドレベルKNKBGLを設定す
るためのフローチャートである。グランドレベルKNK
BGLは、ノックの発生していない場合に、ノックウィ
ンドウでイオン電流を検出した際のノイズレベルに基づ
くものである。なお、この実施例では、各気筒毎にノッ
クを検出する構成であるので、ノックの検出に先立って
気筒の判定を行ない、判定した気筒毎にノック検出の処
理を実行するものである。
【0013】気筒別の処理ルーチンは、図2に示すよう
に、カムポジションセンサ14から出力される気筒判別
信号G1により1気筒目を判定し(ステップS21)、
1気筒目である場合は1気筒目の処理を実行し(ステッ
プS22)、1気筒目でない場合は2気筒目か否かを判
定する(ステップS23)。2気筒目である場合は2気
筒目の処理を実行し(ステップS24)、2気筒目でな
い場合は3気筒目であるとして3気筒目の処理を実行す
る(ステップS25)ように構成してある。
【0014】グランドレベルKNKBGLを設定するに
あたって、イオンノック信号値KNKSLの変動割合を
判定するために、予め比較レベルとなる判定基準率KK
NKPARCを設定し、マップとして記憶装置8に記憶
しておく。この判定基準率KKNKPARCは、図4に
示すように、エンジン100の運転状態、すなわちこの
実施例の場合、エンジン回転数Neに応じて変化する
値、具体的には、エンジン回転数Neが高くなるほど大
きくなるように設定してある。これは、エンジン回転数
Neが高くなるほどノックがある場合の変動が大きくな
ることに基づいている。
【0015】グランドレベルKNKBGLの設定におい
て、まず、ステップS1では、後述のノックウィンドウ
において検出したイオン電流からノック信号のA/D変
換を実施し、その変換結果をイオンノック信号値KNK
SLとし、そのイオンノック信号値KNKSLの移動平
均値を計算する。ノック信号は、一般的に、燃焼が開始
され最大燃焼圧を過ぎた時点近傍に発生することが分か
っているので、その時点より後のノック周波数成分の重
畳しやすい期間をノックウィンドウとして設定し、その
ノックウィンドウにおけるイオン電流のイオンノック信
号値KNKSLから検出するようにしてある。移動平均
値は、例えばn(正の整数)回の点火において得られた
イオンノック信号値KNKSLをその回数で除して求め
るものである。次回の移動平均値の計算時には、最も古
いイオンノック信号値KNKSLを除外し、今回検出し
たイオンノック信号値KNKSLを追加して、n個のイ
オンノック信号値KNKSLにより移動平均値を計算す
る。
【0016】ステップS2では、移動平均値を計算した
区間、例えば1点火毎に新しいイオンノック信号値NK
NSLを取り込むn個のイオンノック信号値KNKSL
を含む区間の偏差を計算した後、その偏差を移動平均値
で除して変動率KNKPARを計算する。偏差は、今回
検出したイオンノック信号値KNKから算出した移動平
均値を引いた値である。変動率KNKPARは、図5に
示すように、同一エンジン回転数及び同一負荷では、ノ
ックの強度が強くなるほど高い値を示し、エンジン回転
数が高くなるほど大きくなる。同図において、N1は、
ノック強度が低い場合、N2は中程度の強度の場合、N
3は強度が高い場合を示す。
【0017】ステップ3では、今回のイオン電流を検出
した時点のエンジン回転数に対する判定基準率KKNK
PARCをマップより計算する。マップには代表的なエ
ンジン回転数Neに対する判定基準率KKNKPARC
が設定してあり、それ以外のエンジン回転数Neの場合
は、補間計算を行って今回の判定基準率KKNKPAR
Cを決定する。ステップ4では、演算した変動率KNK
PARと決定した判定基準率KKNKPARCとを比較
し、変動率KNKPARが判定基準率KKNKPARC
を下回っているか否かを判定する。
【0018】ステップ5では、イオンノック信号値KN
KSLの移動平均値よりグランドレベルKNKBGLを
計算する。グランドレベルKNKBGLは、例えば、移
動平均値に係数を乗じて計算する。計算されたグランド
レベルKNKBGLは、この後新たにグランドレベルK
NKBGLが計算されるまで記憶装置8に記憶され、
オンノック信号値KNKSLと比較されてノックの発生
の検出に用いられる。このグランドレベルKNKBGL
の更新は、このステップS5を実行する毎に行われ、ス
テップS5を実行しない場合は更新されない。
【0019】KNKBGLn = (KNKSL1 + … + KNKSLi
… + KNKSLn)/n 以上の構成において、ノックが発生していない場合は、
ノイズレベルが低いので、イオンノック信号値の移動平
均値も低くなる。この場合、制御は、ステップS1→S
2→S3→S4と進み、変動率KNKPARが基準信号
値KKNKPARCより低くなるので、ステップS5に
おいてグランドレベルKNKBGLを計算する。この計
算したグランドレベルKNKBGLと今回検出したイオ
ンノック信号値KNKSLとを比較し、イオンノック信
号値KNKSLがグランドレベルKNKBGLより低い
場合は、ノックが発生していないと判定し、高い場合
は、ノックが発生したと判定する。
【0020】一方、ノックが発生している場合は、検出
したイオンノック信号値KNKSLが大きく変動するこ
とになる。この場合、制御は、ステップS1→S2→S
3→S4と進み、変動率KNKPARが基準信号値KK
NKPARCより高くなるので、ステップ5に移行せず
にこのルーチンを終了する。この場合、ノックの検出
は、この時点で記憶装置8に記憶してあるグランドレベ
ルKNKBGLを用いて行う。したがって、ノックが発
生してイオンノック信号値が高くなり、ノイズレベルが
高くなっている場合でも、ノイズレベルの影響を受ける
ことなくノックの発生を精度よく検出することができ
る。
【0021】なお、バックグラントレベルKNKBGL
の計算は、次のようにするものであってもよい。すなわ
ち、ステップS1において計算した移動平均値が、その
時点で記憶されているグランドレベルKNKBGLに対
して、所定の上下限値内にある場合にのみグランドレベ
ルKNKBGLを計算するよう構成するものであっても
よい。このような構成にすれば、移動平均値の変化が、
実際のイオンノック信号値の変化より遅れるようなこと
がある場合でも、実際にはノックが発生しておらずイオ
ンノック信号値の変動が小さくなっているにもかかわら
ず、移動平均値が高いためにグランドレベルを計算でき
ない、と言った不具合を解消することが可能になる。
【0022】なお、本発明は以上に説明した実施例に限
定されるものではない。例えば、変動率KNKPARの
計算は、統計処理における分散を平均値で除して行うも
のであってもよい。分散は、イオンノック信号値の平均
値からの偏差の二乗の和を自由度(データ数−1)で除
した値を採用するものである。その他、各部の構成は図
示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で種々変形が可能である。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、イオン
電流に基づいてノックを検出するのに際して、ノックの
検出基準レベルとしての基準信号値を、ノックの発生の
有無にかかわらず適正に維持することができる。その結
果、イオンノック信号値の変動がある場合でも、略同一
条件でのノック検出ができ、ノック検出精度及び信頼性
が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略構成説明図。
【図2】同実施例の気筒別の処理を行うルーチンの概略
的な制御手順を示すフローチャート。
【図3】同実施例のグランドレベルを設定するルーチン
の概略的な制御手順を示すフローチャート。
【図4】同実施例の判定基準率のエンジン回転数に対す
る値を示すグラフ。
【図5】同実施例の変動率のノック強度に対する推移を
示すグラフ。
【符号の説明】
6…電子制御装置 7…中央演算処理装置 8…記憶装置 9…入力インターフェース 10…A/Dコンバータ 11…出力インターフェース 30…燃焼室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02P 17/00 F02D 45/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の燃焼室内に点火毎に発生するイ
    オン電流を検出し、点火後の所定期間内に検出したイオ
    ン電流のイオンノック信号値からノックの発生を検出す
    る内燃機関のノック検出方法であって、複数回の点火によって得られた 前記イオンノック信号値
    の変動割合を算出し、 内燃機関の運転状態に基づいて判定基準を設定し、 前記変動割合が設定した判定基準を下回っている場合
    、そのときのイオンノック信号に基づいてノックの発
    生を検出するための基準信号値を設定し、 設定した基準信号値に基づいてノックの発生を検出する
    ことを特徴とする内燃機関のノック検出方法。
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