JP3325067B2 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のノッキング
を検出するための検出装置に関し、特に、過渡時におけ
るノッキングの誤判定を防止することのできる内燃機関
のノッキング検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ノッキングは燃焼室内の
端末部の未燃ガスの自己発火により燃焼室内のガスが振
動を起こし、この振動が機関本体に伝われる現象であ
る。そして、このノッキングは機関の発生エネルギの損
失（出力低下）や機関各部への衝撃、さらには燃費の低
下等を招来するため、できるだけ回避するのが望まし
く、そのためにはノッキングの発生を正確に検出するこ
とが不可欠である。

【０００３】従来、例えば特開昭５８−４５５２０号公
報に記載のように、振動検出センサの出力信号の中から
５〜１２ｋＨｚの範囲の単一の共鳴周波数成分だけをバ
ンドパスフィルタを用いて分離し、その出力の積分値が
バックグランドレベル（ノックセンサの信号自体の過去
の値を加重平均して平均化したもの）より大きくなった
か否かでノッキングの発生を検出するものが知られてい
る。

【０００４】このような単一の共鳴周波数成分だけを用
いてノッキングの発生を検出するものでは、バックグラ
ンドレベルが高速回転時には大きくなり正確なノッキン
グ発生の検出ができなかったり、機関の諸元が変化する
とノッキングの共鳴周波数も変化して正確なノッキング
発生の検出ができなかった。そこで、複数の共鳴周波数
成分を取り出してノッキングの検出を行う方法が、本発
明の出願人によって提案された（特開平３−４７４４９
号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近は更な
る燃費の向上、排気浄化性能の向上等の要求で機関の圧
縮比を上げる試みがなされているが、この圧縮比を上げ
ることによって更にノッキングが発生し易くなり、ノッ
キングの検出精度を更に向上することが要請されてい
る。

【０００６】そして、前述したように複数の共鳴周波数
成分を取り出してノッキングの検出を行う方法において
更にノッキングの検出精度を高める場合、以下に述べる
ような問題を解決する必要があることがわかった。すな
わち、ノッキングを検出するための１つのパラメータと
して用いられるバックグランドレベルが、過渡運転時に
応答性遅れがあった場合であり、この応答遅れがひどい
とノッキング発生の誤検出にいたり、特に、動力性能、
排気ガス性能、燃料消費性能等に悪影響を及ぼす場合が
あった。

【０００７】過渡運転時のバックグランドレベル応答遅
れ補正のための手段として、エンジン回転数変化により
過渡運転状態を判別し、ノッキング判定用閾値に補正を
行うことが知られているが（例えば特開昭６３−２９５
８６４号公報参照）、複数の共鳴周波数を用いて検出制
度を向上させた場合、エンジン回転数変化によるノック
センサーの出力増大のみならず、エンジン負荷変化によ
るノックセンサーの出力増大についても高精度に検出し
てしまうため、スロットル開度の急変においても前記誤
検出の危険性が増大するという問題点があった。

【０００８】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、過渡時におけるノッキン
グの誤判定を防止できるとともに、エンジン運転の定
常、過渡を問わずノック検出精度を向上させ、しかも、
全運転状態での最適化点火時期制御を可能とし、かつ、
機関出力、燃費、エミッションを向上させる内燃機関の
ノッキング検出装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係わる内燃機関のノッキング検出装置は、
基本的には、内燃機関の振動を検出する振動センサと、
該振動センサの出力に含まれる少なくとも２つ以上の所
定の周波数成分をそれぞれ独立に分析する周波数分析手
段と、該周波数分析手段により算出された各々の周波数
毎のノック周波数成分と、点火毎又はクランク角度毎に
前記周波数毎のノック周波数成分の平滑化処理により算
出されるバックグランドレベルとの比率を各周波数毎に
算出し、少なくとも２つ以上の比率合計を行うことによ
り、ノッキング判定指標を算出する演算手段と、前記ノ
ッキング判定指標と、運転領域毎に予めメモリー設定さ
れたノッキング判定用閾値との比較によりノッキングの
発生を判定する手段と、前記判定されたノッキングの状
態により点火時期を制御する点火時期制御手段とを備え
た内燃機関のノッキング検出装置であって、内燃機関の
過渡運転状態を判別する過渡状態判別手段と、前記過渡
状態判別手段により過渡運転状態を判定したときに前記
ノッキング判定用閾値に補正を行う補正手段と、を備え
たことを特徴としている。

【００１０】そして、過渡状態判別手段のより具体的な
例としては、スロットルセンサ信号、吸入空気量信号、
燃料噴射パルス信号、吸気管圧力信号などの負荷変化検
出手段からなるもの、あるいは、負荷変化検出手段によ
る過渡状態判別手段とエンジン回転数による過渡状態判
別手段とからなる複合過渡状態判別手段であるものが挙
げられる。

【００１１】また、過渡状態判別手段は、過渡運転状態
を複数の過渡ランクに分別せしめる過渡ランク分別手段
を備えるとともに、該過渡ランク分別結果に応じて予め
メモリー設定されたノッキング判定用閾値の補正値マッ
プと、該補正値マップから各種過渡運転状態に応じた補
正値を選出する手段を備えたものが挙げられる。さら
に、本発明の他の特徴は補正値設定に関する適合工数を
削減するために逐次計算にて算出方法を用いるようにし
たところにある。

【００１２】

【作用】周波数分析手段は、振動センサの出力に含まれ
る少なくとも２つ以上の所定の周波数成分をそれぞれ独
立に分析する。周波数分析手段により算出された各々の
周波数毎のノック周波数成分と、点火毎又はクランク角
度毎に前記周波数毎のノック周波数成分の平滑化処理に
より算出されるバックグランドレベルとの比率を各周波
数毎に算出し、少なくとも２つ以上の比率合計を行うこ
とにより、ノッキング判定指標が算出される。このノッ
キング判定指標と、運転領域毎に予めメモリー設定され
たノッキング判定検出用閾値との比較によりノッキング
の発生が判定される。過渡状態判別手段により過渡運転
状態が判定されたときに、ノッキング判定用閾値に補正
を行い、ノッキング誤判定を防止する。

【００１３】

【実施例】以下に添付の図面を参照を参照して本発明に
係わる一実施例を詳細に説明する。まず、本発明におけ
るノッキングの発生の有無の判定の原理について説明す
る。

【００１４】エンジンの振動には、例えば、ピストンの
摩擦、クランク軸の回転、弁の作動等による多くの振動
成分が含まれている。しかも、これらの振動成分はエン
ジン状態によって変化する。エンジンにノッキングが発
生すると、ノッキングに特有な振動が発生する。ノッキ
ングの発生の有無の判定は、振動センサが検出するエン
ジンの全体の振動からノッキングに特有な振動を分離す
ることによってなされる。

【００１５】図２はノッキングが発生していない時の振
動センサの出力の周波数成分の解析結果を表わした図で
ある。一方、図３はノッキングが発生した時の振動セン
サの出力の周波数成分の解析結果を表わした図である。
そして、図２と図３を比較すれば判るように、ノッキ
ングが発生している場合は、ノッキングが発生していな
い場合に比して、各々の共鳴周波数成分が大きくなって
いることが理解できる。例えば、ｆ₁₀、ｆ₀₁、ｆ₁₁近傍
においてノッキングが発生している（図３）。

【００１６】次に図４及び図５を用いて、ノッキング判
定指標を用いたノッキング発生の有無の判定について説
明する。以下の原理動作の説明においては、便宜上、図
３で示した共鳴周波数ｆ₁₀（６．３ＫＨｚ）とｆ₀₁（１
３．０ＫＨｚ）の共鳴周波数成分ω₁₀Ｐ（ｆ₁₀）、ω₀₁
Ｐ（ｆ₀₁）を用いて説明する。しかしながら、これに拘
束されるものではなく、任意の２以上の共鳴周波数成分
を用いてノッキング発生の有無の判定ができる。

【００１７】振動センサはノッキング発生による振動と
バックグランド振動を含んだ振動を合成して検出する。
したがって、ノッキング判定指標Ｉは、ノッキングが発
生していないときはバックグランド振動で定められる指
標Ｉ_bとなり、ノッキングが発生したときはバックグラ
ウンド振動Ｉ_bとノッキングの発生による振動Ｉ_kを含ん
で定められる指標Ｉとなる。図４では、破線よりも下方
がノッキング発生域である。

【００１８】前記ノッキング判定指標Ｉを主要な共鳴周
波数成分を用いて数式化すると下式となる。

【００１９】

【数１】 Ｉ＝ω₁₀Ｐ（ｆ₁₀）＋ω₂₀Ｐ（ｆ₂₀）＋ω₀₁Ｐ（ｆ₀₁） ＋ω₃₀Ｐ（ｆ₃₀）＋ω₁₁Ｐ（ｆ₁₁） …（１） ここで、ωはエンジン回転数で定まる実数値をとる。ま
た、１か０かの２値をとることもできる。また、Ｐは各
共鳴周波数成分の振動強度（パワースペクトル）であ
る。

【００２０】図４に示すようにバックグラウンド振動の
共鳴周波数成分によって示されるノック判定指標Ｉ_bと
ノッキングの発生による振動の共鳴周波数成分によって
示される指標Ｉ_kは方向と大きさを異にしている。これ
は人間による聴覚試験でも明らかなように、ノック無の
場合のエンジン音に対し、ノック有の場合は例えばカリ
カリ等という音で聴き分けられるものであり、ノック有
り無しによって音色が異なるためである。

【００２１】バックグランド振動にノッキングの発生に
よる振動が加わってくると、振動センサに含まれる
ｆ₀₁，ｆ₁₀成分によるノック判定指標Ｉは、図４の場合
ではノック判定閾値Ｉ₀₁を下回る領域に入り、また、図
５では閾値Ｉ₀₂の外側に出ることによりノッキング発生
の有りを判定することができる。なお、本明細書におい
て、（１）式の右辺の５つの項に限らず、振動センサの
出力に含まれる複数の共鳴周波数成分を複合的に用いた
ものをすべてノッキング判定指標（以下ノック指標とい
う）と定義する。

【００２２】このように、ノック指標を用いると、バッ
ググランド振動に対してノッキングの発生による特有な
周波数成分の構成が考慮されるので、バックグラウンド
振動が大きくなってもノッキング発生の有無が判定でき
る。以下、本発明の中心となるノッキングの検出方法に
ついて詳細に説明する。図６は周波数毎の振動強度（パ
ワースペクトル）を表わしており、ノッキングが発生し
ている場合を実線で示し、ノッキングが発生していない
場合を破線で示してあり、ノッキングの発生によって各
共鳴周波数帯での振動強度が大きくなっていることがわ
かる。

【００２３】本発明では、ノッキング有り無しにおけ
る、信号／ノイズの振動強度（バックグランドレベル）
比（Ｓ／Ｎ比）にて前述のノック指標を求めているが、
各検出周波数毎にノッキング無し時の振動強度（バック
グランドレバル）を過去に検出したノック周波数成分を
基に平均化処理にて作成している。このため、過渡運転
状態のようなエンジンや燃焼振動の増大によるノック無
し時振動強度の急変時には、バックグランドレベルが最
新値に追従できず、結果として、図７（後述する）に示
すノッキングの誤判定に至る危険性があった。 図７
は、過渡時のスロットル開度、エンジン回転数、各周波
数のバックグランドレベルＢＧＬ_i、ノック指標、ノッ
ク判定信号の変化を示している。図７において、スロッ
トル開度ＴＶＯを全閉から全開にした場合、実際にエン
ジン回転数Ｎｅが立上がるのは遅れ時間をおいてからで
ある。ＢＧＬ_i信号は計算によると破線で示したような
動きであるが、実際には実線で示したような遅れが生じ
てしまう。ノック指標はＳ／Ｎ比の計算により求めてお
り、この計算結果によるとノック発生していないにもか
かわらず、実際のノック指標は理論的なノック指標より
も上昇してしまい、ノック判定信号は誤判定してしま
う。

【００２４】そこで本発明では、過渡運転時には上述の
閾値に補正を施し、バックグランドレベルの追従遅れ分
を無効にし、ノッキングの誤判定をなくすようにしたも
のである。まず、ＣＰＵによるノッキング発生の有無の
判定処理の動作を図１を用いて説明する。

【００２５】図１において、このフローチャートは爆発
サイクル毎に実行されるもので、ＣＰＵに割込みをかけ
て起動される。ステップ１０１では振動センサからの出
力信号がＡ／Ｄ変換器で変換されたＡ／Ｄ変換値が取り
込まれる。次に、ステップ１０２ではＡ／Ｄ変換された
振動センサの信号を周波数分析（ＦＦＴ）する。この周
波数分析は高速フィーリェ変換やウォルシュフィーリェ
変換といった手法で行われる。

【００２６】この後、ステップ１０３で周波数分析され
た信号のうち、共鳴周波数を含む周波数帯を複数個選択
する。本実施例では８個の共鳴周波数が選択される。ス
テップ１０３で周波数が選択されると、次にステップ１
０４で振動強度を表わすＳ／Ｎ比を選択周波数毎に求め
る。つまり、複数の選択周波数（ｆ₁、……、ｆ_i）と、
これに対応した周波数のバックグラウンドレベル（ＢＧ
Ｌ₁、……、ＢＧＬ_i）を平滑化処理により求め、各周波
数毎のＳ／Ｎ比ＳＬ_i＝ｆ_i／ＢＧＬ_iを求める。したが
って、本実施例では、ｆ₁……ｆ₈と、これに対応したＢ
ＧＬ₁……ＢＧＬ₈を求めることにより、ＳＬ ₁＝ｆ₁／Ｂ
ＧＬ₁、……、ＳＬ₈＝ｆ₈／ＢＧＬ₈が求められる。

【００２７】次に、ステップ１０５でこれら選択された
周波数のうちＳ／Ｎ比が大きい順にｍ個、本実施例では
５個を抽出してノック強度を求める。このノック強度を
求める式は例えば、

【００２８】

【数２】 で表わされるようにＳ／Ｎ比を加算して求められる。

【００２９】ステップ１０６でノック判定のための所定
値（閾値）とステップ１０５で求められたノック強度Ｓ
が比較され、ステップ１０５で求められたノック強度Ｓ
が大きいと判断されると、ノッキングが生じたとしてス
テップ１０７でノッキングが検出される。その後、ステ
ップ１０８でノッキング発生を示すノックフラグに
“１”をセットする。このノックフラグは別に起動され
る点火制御タスクで用いられる。

【００３０】一方、ステップ１０６でノック強度が所定
値より小さいか等しいと判断されると、ノッキングが生
じていないとしてステップ１０９で各バックグラウンド
レベルＢＧＬ_iが予め定めた限界値、ここでは下限リミ
ッタＢＧＬＭＴ_iより大きいかどうかが判断される。本
実施例ではＢＧＬ₁、……、ＢＧＬ₈に対してＢＧＬＭＴ
₁、……、ＢＧＬＭＴ₈が比較される。

【００３１】ステップ１０９でバックグラウンドレベル
ＢＧＬ_iが下限リミッタＢＧＬＭＴ_iより大きいと判断、
つまり正常のバックグラウンドレベルと判断されるとバ
ックグラウンドレベルＢＧＬ_iの更新が行われる。な
お、下限リミッタＢＧＬＭＴ_iは、共鳴周波数の１つあ
るいはそれ以上の周波数に対してバックグランドレベル
が異常に低下したときには、そのバックグランドレベル
を使用せずに、予め定められた限界値として使用される
ものである。

【００３２】このバックグラウンドレベルＢＧＬ_iの更
新は選択された周波数の振動強度をフィルタ処理して求
められる。具体的には各々の選択された周波数毎にＢＧ
Ｌ_i＝ＢＧＬ_i×（１−α）＋ｆ_i×αで求められる。
逆に、ステップ１０９でバックグラウンドレベルＢＧＬ
_iが下限リミッタＢＧＬＭＴ_iより小さいと判断し、つま
り、異常バックグラウンドレベルと判断されるとステッ
プ１１１でリミッタ値をセットして次回のステップ１０
４のＢＧＬ_iとして用いる。

【００３３】次にステップ１１２ではノックフラグを
“０”にセットする。以上の処理でノック検出ルーチン
が終了するが、このルーチンでセットされたノックフラ
グが点火制御タスクで使用されることになる。尚、下限
リミッタはバックグラウンドレベル判断のための閾値と
共用されているが、別々に設けても良い。

【００３４】以上のようにして得られたノック発生の信
号は以下に述べる点火制御タスクで使用されるのでその
説明を行う。図８は点火装置のシステム構成図である。
空気はエアクリーナ１の入口部より入り、ダクト３，絞
弁を有するスロットルボディ５，吸気筒６を通りエンジ
ン７のシリンダ内に吸入される。吸入空気量はダクト３
に設けられた熱線式空気流量計２によって検出され、検
出信号はコントロールユニット９に入力される。

【００３５】一方、燃料は図示していない燃料タンクか
らインジェクタ１６を経て噴射され、吸入通路内で吸入
空気と混合されエンジン７のシリンダ内に供給される。
混合気はエンジン７で圧縮され、点火プラグ１５により
着火された爆発後に排気管８から排出される。排気管８
には排気センサ１１が設けられており、検出信号はコン
トロールユニット９に入力される。

【００３６】点火コイル１３で発生した高電圧は分配器
１４によって各気筒に分配され、点火プラグ１５に供給
される。エンジンの回転状態はクランク角センサ１２に
よって検出され、クランク角センサ１２は１回転毎の絶
対位置を示すＲｅｆ信号および当該絶対位置からの所定
角度移動した位置を示すＰ_OS信号を出力する。Ｒｅｆ信
号及びＰ_OS信号はコントロールユニット９に入力され
る。エンジン７には振動を検出する振動センサ（燃焼状
態センサ）１５１が取付けてあり、検出信号はコントロ
ールユニット９に入力される。

【００３７】コントロールユニット９は各センサからの
信号に基づいて燃料供給量及び点火時期等を演算し、イ
ンジェクタ１６及び点火コイル１３に制御信号を出力す
る。図９は、コントロールユニット９の詳細を示す図で
ある。コントロールユニット９は、ＣＰＵ２０、Ａ／Ｄ
変換器２１、ＲＯＭ２２、入力Ｉ／Ｏ２３、ＲＡＭ２
４、ＤＰＲＡＭ２５、出力Ｉ／Ｏ２６、およびバス３７
から構成される制御用ブロック３４と、ＣＰＵ２９、ポ
ート２７、タイミング回路２８、Ａ／Ｄ変換器３０、Ｒ
ＯＭ３１、ＲＡＭ３２、クロック３３、オペレーショナ
ル回路３８、およびバス３６から構成されるノッキング
検出用ブロック３５に大別される。ここで、ＣＰＵ２
０、ＣＰＵ２９のデータの交換はデュアルポートＲＡＭ
であるＤＰＲＡＭ２５を介してなされる。

【００３８】熱線式流量計２によって検出された吸入空
気量Ｑ_aはＡ／Ｄ変換器２１によってディジタル値に変
換され、ＣＰＵ２０に取り込まれる。また、クランク角
センサ１２によって検出されるＲｅｆ信号及びＰ_OS信号
は、入力Ｉ／Ｏ２３を通じてＣＰＵ２０に取り込まれ
る。ＣＰＵ２０はＲＯＭ２２に保持しているプログラム
に従って演算処理され、演算結果は出力Ｉ／Ｏ２６から
燃料噴射量を意味する燃料噴射時間信号Ｔ_i、点火時期
信号θ_ignとしての各々のアクチュエータに伝えられ
る。演算処理中の必要なデータ保持はＲＡＭ２４によっ
てなされる。

【００３９】一方、タイミング回路２８は、オペレーシ
ョン回路３５が上死点（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅ
ｒ）を示すＴＤＣ信号を発生すると、ＣＰＵ２０がポー
ト２７に入力した内容に従って、クロック３３の発生す
る周期信号を分周してサンプリング信号を発生する。サ
ンプリング信号が発生すると、Ａ／Ｄ変換器３０は振動
センサ１５の出力信号をディジタル値に変換する。

【００４０】ノッキングを検出するための振動センサ
は、従来のものは１３ＫＨｚ付近で共振するが、本実施
例では少なくとも１８〜２０ＫＨｚまでの共鳴周波数成
分を得るために、１８ＫＨｚ以上で共振するものを用い
ている。ＣＰＵ２９はＲＯＭ３１に保持しているプログ
ラムに従いサンプリングされたディジタル値をＲＡＭ３
２に格納すると共に、図１に示したようなフローチャー
トをもとに格納したデータに基づいて周波数分析し、ノ
ッキングの発生の有無の判定をする。ノッキングの発生
の有無の判定結果はＤＰＲＡＭ２５を介してＣＰＵ２０
に伝えられる。

【００４１】次に、ＣＰＵ２０による点火時期の演算動
作を図１０のフローチャートを用いて説明する。このフ
ローチャートの動作は一定時間周期、例えば１０ｍｓｅ
ｃ毎に起動される。ステップ２０１で、ＲＡＭ２４内に
設定された所定のレジスタからエンジン回転数Ｎ及び吸
入空気量Ｑを読みこむ。ステップ２０２で、単位回転数
当たりの吸入空気量Ｑ／Ｎ（基本燃料噴射量）を演算
し、さらに、このＱ／Ｎから燃料噴射時間幅Ｔ_iを求
め、燃料供給のためにＲＯＭ２２内に保持している基本
点火時期マップから基本点火時期θ_baseを求める。次
に、ステップ２０３で、図１に示すフローチャートによ
り判定されたノックフラグ（ｋｎｏｃｋｆｌａｇ）の内
容によってノッキング発生の有無の判定をする。ノッキ
ングが発生していれば、ステップ２１３で点火時期θ
_advから所定の遅角量Δθ_retを減算する。なお、この減
算によって点火時期が遅角（リタード）される。ステッ
プ２１４で、ノッキング発生により、遅角させた点火時
期を所定の回転例えば５０と比較すること（ステップ２
０５）でリカバーするベースを決定する。カウントデー
タＡを初期化してステップ２０８に進む。

【００４２】一方、ステップ２０３でノッキングが発生
していなければ、ステップ２０４で、カウントデータＡ
を１つカウントアップする。カウントデータＡはノッキ
ング発生により遅角された点火時期θ_advを進角量Δθ
_advだけリカバーする時間になったかを判定するために
用いられる。ステップ２０５で、カウントデータＡが所
定値５０に等しくなったかを判断する。この図１０に示
すフローは１０ｍｓｅｃ毎に起動されるので、カウント
データＡが５０に等しくなるときは、カウントデータＡ
が初期化されてから０. ５秒が経過したときであり、
０. ５秒経過毎にリカバーされる。ステップ２０５で、
カウントデータＡが５０に等しくなっていなければステ
ップ２０６に進む。ステップ２０６で、遅角値θ_advに
所定の進角量Δθ_advを加算する。この加算により点火
時期がリカバーされることになる。

【００４３】次に、ステップ２０８で基本点火時期θ
_baseに前述の如く求めた点火時期θ_{ad v}を加えることに
より点火時期θ_ignを演算する。ステップ２０９で、エ
ンジン回転数Ｎび単位回転数あたりの吸入空気量Ｑ／Ｎ
に応じて、最大進角値θres を求める。最大進角値θ
_resはＲＯＭ３１内に格納されている最大進角値マップ
から読み出すことによってなされる。ステップ２１０で
点火時期θ_ignが最大進角値θ_resを超えたかを判断す
る。超えていなければステップ２１１に進む。最大進角
値θ_resを超えているとθ_ignは進角しすぎているので、
ステップ２１１で最大進角値θ_resを点火時期θ_ignとす
る。

【００４４】最後に、点火時期θ_ignが設定された後
に、ステップ２１２でエンジン状態に応じて、ディレイ
時間ｔ_d，サンプリング点数ｎ_s，分周比ｔ_sをポート２
７に出力する。なお、分周比ｔ_sによって振動センサの
出力のディジタル値のサンプリング周期が決まり、サン
プリング点数ｎ_sによってサンプリング点数が決まる。

【００４５】このようにして、複数の共鳴周波数成分か
らノッキングを検出して点火時期を制御することで、機
関のノッキングを回避することが可能となる。ところ
で、シリンダブロックに取り付けられた振動センサーか
らの出力は、エンジン回転数及び負荷の上昇により増大
する特性を持っている。これは、エンジン内でのピスト
ンスラッジなどのメカニカルノイズや燃焼モード変化に
よるものである。

【００４６】前述のノック指標作成においてノック周波
数成分とバックグランドレベルより算出することを示し
たが、バックグランドレベルはノック周波数成分の平均
化処理にて求められたものであり、ある一定の時定数を
持っているため、過渡運転状態においてはノック周波数
成分の新値に対し必ず遅れてしまう。このことは、本発
明の前提にあるような各周波数毎検出の比率方式におい
ては分母側が見かけ上小さくなることになり、計算後の
ノック指標は大きくなることになる。

【００４７】このノック指標とノック判定用閾値との比
較でノック判定を行うのであるから、結果的に過渡状態
においては両者のクリアランスは小さくなり、したがっ
て、ノック検出手段としては非常に敏感なものとなり、
最悪の状態において前記両者の関係は逆転し、ノッキン
グの発生が無いのにもかかわらずノッキング有りと判定
するノッキング誤判定となってしまう。

【００４８】以下、図１１〜２１によって、ノック判定
用閾値の補正について詳述する。図１１はスロットル開
度、エンジン回転数、閾値の補正量との関係を示したも
のである。図９において、スロットル開度の単位時間当
たりの変化量ΔＴＶＯを求め、その変化率から過渡判別
を行うとともに、ノック判定用閾値の補正量を決定す
る。

【００４９】このようにして、過渡運転状態を検出した
らノッキング判定用閾値を一時的に、所定量だけ引き上
げ、ノッキング検出感度を定常運転時と同一にすること
ができ、誤判定を回避できる。なお、過渡判別には、ス
ロットル開度変化のような負荷変化検出方法と、エンジ
ン回転数の変化検出方法とがあるが、本発明の前提に当
たりノッキングがバックグランドレベルの中に埋もれて
しまうことの防止のために、ノッキング有りと判定した
場合にはバックグランドレベルの更新を禁止している。
そして、加速初期にトランジェントノックが発生した場
合、前記更新禁止によりバックグランドレベルの追従遅
れはさらに顕著に現れることになる。このような理由に
より、本発明においては前述の負荷変化検出方法を採用
する。なお、負荷変化検出手段による検出信号として
は、スロットルセンサ信号のほか、例えば、吸入空気量
信号、燃料噴射パルス信号、吸気管圧力信号などを用い
る。

【００５０】図１２は加速状態による補正量設定のフロ
ーチャートの一実施例である。ノッキング判定用閾値の
補正量は負荷変化速度により要求値が異なっており、加
速の大きさによるエンジンの過渡状態のランク付けによ
って補正量の切り換えを行ったものである。これによれ
ば、急加速、中加速、および緩加速の各過渡状態に対応
して、それぞれ大、中、および小量の補正値が補正され
ることになる。

【００５１】また、図１３に示すように、バックグラン
ドレベルの更新周期の関係より過渡の初期状態、例えば
初期エンジン回転数に対応して補正量を細かく設定（過
渡ランク１〜ｎで示す補正値マップ）することもでき
る。なお、同一の過渡条件においても、トランスミッシ
ョンのギア位置との関係においても補正量の要求量は異
なり、例えばマニュアルトランスミッション車の同一加
速において、１ｓｔギアでは補正が必要であるのに対し
３ｒｄギアでの加速に対しては殆ど補正の必要は無い。

【００５２】さらに、図１４に示すように、エンジン回
転変化率と負荷変化率との相互関係による３次元マップ
として補正量を設定することもできる。これによると、
負荷変化率による第１の過渡判定とエンジン回転変化率
による第２の過渡判定との２つの複合過渡状態判定によ
りノック判定用閾値の補正を行う。前述の各実施例は補
正の量に関しての例を示したが、以下に補正の期間につ
いての例を図１５および図１６に示す。

【００５３】図１５は加速状態による補正時間の設定の
一実施例である。クランク軸による角度割り込みの演算
周期にてノッキング判定に関わる一連の演算を行ってい
る場合、同一エンジン回転上昇率の加速であっても低回
転側はバックグランドレベルの更新時間が長くなるた
め、低回転側を重点に補正を行う必要があるが、これは
エンジン回転数の上昇速度により要求補正時間が異なる
ことを表し、図１５に示すような過渡のランキングによ
り補正時間設定する必要がある。なお、ここで言う補正
期間とは負荷変化などによる過渡判別からの時間のこと
を表している。

【００５４】図１６はスロットル開度、エンジン回転
数、閾値の補正期間との関係を示したものである。本実
施例においては、ノッキングを発生し易いエンジン回転
数の範囲を限定し、補正開始エンジン回転数（第１回転
数）と補正終了エンジン回転数（第２回転数）とを予め
設定することにより、過渡判別後の特定エンジン回転数
間のみを補正期間としたものである。

【００５５】以上でノッキング判定用閾値への補正の
量、期間についての例を挙げたが、以下に補正の開始、
終了に関する例を示す。図１７はスロットル開度の変化
とノック判定用閾値の補正の期間との関係を示した図で
ある。図１７において、スロットル開度ＴＶＯが急開
し、そのため加速による過渡判別がなされ補正期間を設
定されたが、その設定期間中に減速判定された場合に補
正期間設定値はどのようになるかを示している。前記補
正期間中に、減速モードとなった場合のスロットル急閉
時トランジェントノッキングに対応すべく、あるいは、
スロットル急閉後即急加速時などに対応すべく、スロッ
トルのマイナス側変化量による減速判定手段による減速
判定時には、補正期間未終了であっても直ちに補正を無
効にするようにしている。

【００５６】図１８に、補正開始時および補正終了時に
おける補正付加および補正減少の切り換え補正を示す。
補正付加時にはなだらかに設定補正量となるように補正
付加上昇率を設定し、逆に補正無効時にはなだらかに補
正ゼロとなるように補正付加減少率を設定している。こ
れは、急加速により設定補正値となるまでに段差が生じ
るのを防止するためである。

【００５７】この場合、上昇率と減少率は同一であって
もかまわないが、過渡検出後に素早く補正をかけ、補正
減少時にはなだらかに閾値を連続させるために、 ｜補正付加上昇率（＋Δ_h1) ｜ ＞ ｜補正付加減少率（−Δ_h2) ｜ とすることが望ましい。なお、図１７の実施例の場合
に、図１８のような補正付加減少率を採用することも可
能である。

【００５８】次に、前述の適合を伴う過渡時ノッキング
判定用閾値の補正量設定に対し、適合工数の低減を図る
方法例について、以下の図１９〜２１に記載する。図１
９は、ノック指標の新旧比較により補正量を算出する方
法の一例である。本実施例は、ノッキングの誤判定に至
るためには、ノック指標は異常上昇を示すことを応用し
たものである。ノック指標はノッキング発生のときだけ
上昇し、しかも、誤判定動作は連続して行われる。した
がって、旧ノック指標を保持していれば、新旧のノック
指標を比較することにより、その判定が単発的なものか
連続的なものかが判る。図１９において、旧ノック指標
を読み出し、新旧のノック指標の比を補正値とする。こ
の補正値が補正値の制限値以内であれば、それを補正値
（第１補正値）としてノック判定用閾値に加算して補正
を行う。また、補正値が制限値を超過していれば、制限
値を補正値に書き換えるか、あるいは、その制限値を用
いて別の補正値（第２補正値）を呼び出してノック判定
用閾値の補正を行う。

【００５９】図２０は、ノック指標を算出するに当たり
何本の検出周波数を用いたかによりノック指標を周波数
成分レベルへ疑似的に逆算する方法の一例を示すフロー
チャートである。図１のＢＧＬリミッタ１０９または周
波数成分のリミッタにより、周波数成分が理論的に１以
上になることを応用したものである。ノック指標算出用
比率合計個数（前述の実施例では５個）を読み出す。そ
して、ノック指標はノックを行う選択周波数の比の個々
の集合であるので、その平均値を出して補正値とし、前
述の図１９の実施例の如く、制限値以内かどうかを判定
し、第１または第２補正値を設定してノック判定閾値補
正を行う。

【００６０】この方法での周波数成分への逆算はノック
指標算出に用いられた周波数の本数以外に、全ノッキン
グ検出周波数の平均値或いは特定周波数成分の平均値を
用いることもできる。図２１は、ノッキング検出を行う
ための検出周波数の内で、代表周波数（例えばノッキン
グの有意差を明瞭に検出できない周波数）を設定し、こ
の代表周波数におけるノック指標を補正量設定に利用す
る方法である。実際に誤動作が起こっているときにで
も、ノッキングとは関係のないといわれる代表周波数成
分でさえ、上昇する場合がある。そこで、この代表周波
数のノック強度を求め、これを補正値として、前述のよ
うに、制限値以内かどうかで第１または第２補正値を設
定し、ノック判定閾値を補正する。

【００６１】なお、前述の３つの方法に限らず、補正量
設定に当たっては、制限値を設定しノッキング検出率の
感度を安定化させることが必要である。

【００６２】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明による内燃機関のノッキング検出装置によれば、過渡
時におけるノッキングの誤判定を防止できるとともに、
エンジン運転の定常、過渡を問わずノック検出精度を向
上させ、しかも、全運転状態での最適化点火時期制御を
可能とし、かつ、機関出力、燃費、エミッションを向上
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施例となるノッキング検出方法
のフローチャート。

【図２】 ノックが発生していない時の振動波形図。

【図３】 ノックが発生した時の振動波形図。

【図４】 ノックのスペクトル強度に関する図。

【図５】 ノックのスペクトル強度に関する図。

【図６】 ノック発生時と発生していない時の振動強度
を示す図。

【図７】 過渡時におけるノック誤判定に関する概略
図。

【図８】 本発明のシステム構成図の一例。

【図９】 本発明の制御装置の全体構成図の一例。

【図１０】 点火演算を示すフローチャート。

【図１１】 負荷変化をトリガとした過渡時のスライス
レベルの補正例。

【図１２】 過渡のランク分けによる補正量分別のフロ
ーチャート。

【図１３】 初期状態を含む補正量設定例。

【図１４】 複合過渡状態判定手段による過渡検出を含
む補正量設定例。

【図１５】 過渡のランク分けによる補正時間分別のフ
ローチャート。

【図１６】 エンジン回転数による補正期間設定例。

【図１７】 減速判定時を示す図。

【図１８】 補正の切り換えを示す図。

【図１９】 適合工数削減のためのフローチャート。

【図２０】 適合工数削減のためのフローチャート。

【図２１】 適合工数削減のためのフローチャート。

【符号の説明】

１…エアクリーナ ２…熱線式空気流量計 ３…ダクト ５…スロットルセンサー ６…吸気管 ７…エンジン ８…排気管 ９…コントロールユニット １１…空燃比を測る空燃比センサ １２…クランク角センサー １３…点火コイル １４…ディストリビュータ １５…点火プラグ １６…燃料噴射弁 １５１…振動センサ（燃焼状態センサ）

フロントページの続き 審査官 所村 陽一 (56)参考文献 特開 平５−33716（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−152239（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−140454（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 45/00 368 F02P 5/152 F02P 5/153

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の振動を検出する振動センサ
   と、 該振動センサの出力に含まれる少なくとも２つ以上の所
   定の周波数成分をそれぞれ独立に分析する周波数分析手
   段と、 該周波数分析手段により算出された各々の周波数毎のノ
   ック周波数成分と、点火毎又はクランク角度毎に前記周
   波数毎のノック周波数成分の平滑化処理により算出され
   るバックグランドレベルとの比率を各周波数毎に算出
   し、少なくとも２つ以上の比率合計を行うことにより、
   ノッキング判定指標を算出する演算手段と、 前記ノッキング判定指標と、運転領域毎に予めメモリー
   設定されたノッキング判定用閾値との比較によりノッキ
   ングの発生を判定する手段と、 前記判定されたノッキングの状態により点火時期を制御
   する点火時期制御手段とを備えた内燃機関のノッキング
   検出装置であって、 内燃機関の過渡運転状態を判別する過渡状態判別手段
   と、 前記過渡状態判別手段により過渡運転状態を判定したと
   きに前記ノッキング判定用閾値に補正を行う補正手段
   と、 を備え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】 前記過渡状態判別手段は、スロットルセ
   ンサ信号、吸入空気量信号、燃料噴射パルス信号、吸気
   管圧力信号などの負荷変化検出手段であることを特徴と
   する請求項１記載の内燃機関のノッキング検出装置。
3. 【請求項３】 前記過渡状態判別手段は、負荷変化検出
   手段による過渡状態判別手段とエンジン回転数による過
   渡状態判別手段とからなる複合過渡状態判別手段である
   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。
4. 【請求項４】 前記過渡状態判別手段は、過渡運転状態
   を複数の過渡ランクに分別せしめる過渡ランク分別手段
   を備えるとともに、該過渡ランク分別結果に応じて予め
   メモリー設定されたノッキング判定用閾値の補正値マッ
   プと、該補正値マップから各種過渡運転状態に応じた補
   正値を選出する手段を備えたことを特徴とする請求項２
   又は３記載の内燃機関のノッキング検出装置。