JPH01152319A - エンジンのノッキング検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエンジンのノッキング検出装置に関し、特にノ
イズ成分の最大値をノッキング判定レベルに設定しなが
らノッキング検出信号を増幅する増幅手段の増幅率が所
定範囲に収束するようにしたものに関する。

〔従来技術〕

最近の電子制御式のエンジンにおいては、一般にノッキ
ングセンサなどのノッキング検出手段とその出力に基い
てノッキングの発生を判定するノッキング発生判定手段
などからなるノッキング検出装置を設け、ノッキング発
生時には点火時期を遅角させることによりノッキングを
抑制するように制御している。

例えば、特開昭５８−２８６４６号公報には、エンジン
振動を検出する振動センサからの信号をノック周波数域
バンドパスフィルタで処理する一方、振動センサからの
信号を非ノツク周波数域バンドパスフィルタと整流回路
と平滑回路とを介して平均化してノッキング判定レベル
とし、このノッキング判定レベル以上のノッキング振動
（前者のフィルタから出力される）の程度からノッキン
グ発生を検出するようにしたノッキング検出装置が記載
されている。

上記公報に記載のノッキング検出装置では、エンジンの
バルブクリアランスや振動センサのバラツキ（±３０％
のバラツキが起る）等の影響によりノッキング判定レベ
ルがエンジン毎に変動したり或いは同一のエンジンでも
エンジン側の種々の要因によって変動するため、ノッキ
ング発生の判定を精度よく行えず、特に高回転域では安
定したノッキング検出・抑制の制御を行なうことが難し
いという問題がある。

そこで、最近の電子制御式のエンジンでは、振動センサ
からの検出信号をノッキング周波数域バンドパスフィル
タで処理し、それを増幅器で増幅して得られたノッキン
グ出力信号のうちノイズ成分の最大レベルをノッキング
判定レベルとなるように制御する一方、低回転時に上記
出力信号の振動レベルが低下するのでその対策としてエ
ンジン回転数に基いて上記増幅器のゲインを低回転時に
は大きくなるように変更するようにしたノッキング検出
装置が多く使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようにノイズ成分の最大レベルをノッキング判定
レベルとするノッキング検出装置においては次のような
問題がある。

即ち、上記ノイズ成分は個々のエンジン毎に大きく変動
し、また同一エンジンでも冷却水温や潤滑油の油温など
により大きく変動することから、ノイズ成分の最大レベ
ルがエンジン側々に或いはエンジンの状態に応じて変動
する。その結果、ノッキング判定レベルが制御基準電圧
（例えば、５Ｖ）以上に設定されて制御不能になるとい
う問題が起る。この対策として、上記増幅器のゲインを
小さ目に設定すると、感度よくノッキング発生を検出す
ることが不可能になるという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るエンジンのノッキング検出装置は、第１図
の機能ブロック図に示すように、エンジンの振動を検出
するノッキング検出手段と、上記ノッキング検出手段の
出力を受けて該出力を所定の増幅率で増幅する増幅手段
と、上記増幅手段の出力を受けてその出力に含まれるノ
イズ成分の最大レベルをノッキング判定レベルに設定す
るノッキング判定レベル設定手段と、上記増幅手段とノ
ッキング判定レベル設定手段との出力を受け、上記両者
の出力を比較してノッキング発生を検出するノッキング
発生検出手段と、上記増幅手段の出力を受けて、上記ノ
ッキング判定レベル設定手段により設定されたノッキン
グ判定レベルが所定範囲に収束するようにノイズ成分に
相関する値に基いて上記増幅手段の増幅率を変更する増
幅率変更手段とを備えたものである。

〔作用〕

本発明に係るエンジンのノッキング検出装置においては
、ノッキング検出手段によりエンジン振動が検出され、
その出力は増幅手段によって所定の増幅率で増幅される
。ノッキング判定レベル設定手段は増幅手段の出力を受
けてその出力に含まれるノイズ成分の最大レベルをノッ
キング判定レベルに設定する。

ノッキング発生検出手段は、増幅手段からの出力とノッ
キング判定レベル設定手段の出力とを受け、これら両川
力を比較することによりノッキング発生を検出する。一
方、増幅率変更手段は増幅手段の出力を受けてノイズ成
分に相関する値に基いてノッキング判定レベルが所定範
囲に収束するように増幅手段の増幅率を変更する。

即ち、エンジン側々のバラツキやエンジンの状態によっ
てノイズ成分が種々変動し、その結果ノッキング判定レ
ベルが変動しても、増幅率変更手段によってノイズ成分
に相関する値に基いてノッキング判定レベルが所定範囲
に収束するように増幅手段の増幅率が変更されるので、
ノッキング検出制御が不可能になることもなく、エンジ
ン側々のバラツキに伴なうノイズのバラツキに拘らずま
たエンジンの状態に関連するノイズのバラツキに拘らず
、精度よくノッキング検出制御を行なうことが出来る。

〔発明の効果〕

本発明に係るエンジンのノッキング検出装置によれば、
以上説明したように、増幅率変更手段を設けることによ
り、エンジン個々のバラツキに伴なうノイズのバラツキ
やエンジンの状態に関連するノイズのバラツキにも拘ら
ず、ノッキング判定レベルを所定範囲に保持してノッキ
ング検出精度が低下するのを防止することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明に係るエンジンのノッキング検出装置の実
施例を図面に基いて説明する。

第２図は自動車用の立型エンジンを示すもので、このエ
ンジンにおいてシリンダブロックｌとシリンダへソド２
とピストン３とで燃焼室４が形成され、シリンダヘッド
２には吸気ボート５を開閉する吸気弁７と排気ボート６
を開閉する排気弁８と点火プラグ９とが設けられ、吸気
通路１０には上流側から順にエアクリーナ（図示路）と
吸入空気量を検出する為のエアフローセンサ１１とスロ
ットルバルブ１２とが介設され、吸気通路１０の下流部
には吸気ボート５へ燃料を噴射するインジェクタ１３が
設けられている。

上記シリンダブロック１の振動を検出するノックセンサ
１４　（ノッキング検出手段）がシリンダブロックｌに
装着され、ディストリビュータ１５にはエンジンのクラ
ンク角を検出し第３図に図示のように圧縮ＡＴＤＣＩＯ
°にて立上り圧ＭＡＴＤＣ５０°にて立下るクランク角
信号を出力するクランク角センサ１６が設けられ、上記
エアフローメータ１１とノックセンサ１４とクランク角
センサ１６からの検出信号は夫々コントロールユニット
２０へ入力され、コントロールユニット２０からは点火
コイル１７へ点火信号が出力される。

上記コントロールユニット２０とその周辺機器について
第３図・第４図に基いて説明すると、第３図に示すよう
にコントロールユニット２０は、ＣＰＵ　（中央演算装
置）２１とＲＯＭ　（リード・オンリ・メモリ）２２と
ＲＡＭ　（ランダム・アクセス・メモリ）２３とフリー
ランニングカウンタ２４を含むマイクロコンピュータを
主体にして構成され、これ以外にクランク角センサ１６
からのクランク角信号を受けて波形整形しその整形され
た信号をＣＰＵ２１のインクラブド１端子とバブル付き
のインクラブド２端子とに出力する波形整形回路２５と
、エアーフローセンサ１１からの検出信号をＡ／Ｄ変換
してＣＰＵ２１へ出力するＡ／Ｄ変換器２６と、ノック
センサ１４からの検出信号を受けるノック検出回路２７
と、ノック検出回路２７の出力を受けてカウントしその
カウント値をＣＰＵ２１へ出力するカウンタ２８と、Ｃ
ＰＵ２１からゲイン設定信号を受けてノック検出回路２
７ヘスイツチ切換信号Ｇを出力する出力ボート２９と、
ＣＰＵ２１からノック判定レベル信号ＶＫを受けてそれ
をＤ／Ａ変換してノック検出回路２７へ出力するＤ／Ａ
変換器３０と、ＣＰＵ２１から点火時期信号ＴＣを受け
るとともに波形整形回路２５からトリガー信号を受けて
点火信号を出力するプログラマブルタイマ３１と、プロ
グラマブルタイマ３１からの点火信号を受けて点火コイ
ル１７に出力する出力バッファ３２などを備えている。

尚、符号２４はＣＰＵ２１に設けられた水晶発振器３３
からのクロック信号を受けてカウントするフリーランニ
ングカウンタであり、上記クロック信号はプログラマブ
ルタイマ３１へも入力されている。

上記ノック検出回路２７について第４図により説明する
と、上記ノック検出回路２７は、上記ノックセンサ１４
からの検出信号を受けてノッキング周波数域（約数Ｋ　
ｌｌｚ、詳しくは約８ＫＩｌｚ前後）の検出信号のみを
出力するバンドパスフィルタ３４と、このバンドパスフ
ィルタ３４からの出力を受けて反転増幅する反転増幅回
路３５と、この出力を子端子にまた前記Ｄ／Ａ変換器３
０からの出力を一端子に受けて前記カウンタ２８に出力
する比較器３７とを備・えている。

上記反転増幅回路３５は、子端子が接地されたオペアン
プ３５ａと、バンドパスフィルタ３４の出力端子とオペ
アンプ３５ａの一端子間に介設された抵抗Ｒ１と、相互
に並列接続されオペアンプ３５ａの出力端子と一端子間
に介設された４個の帰還抵抗Ｒ３・Ｒ４と、４つの帰還
抵抗Ｒ３・Ｒ４のうちの３個の帰還抵抗Ｒ３に夫々介設
されたアナログスイッチ３５ｂとからなり、上記各アナ
ログスイッチ３５ｂは前記出力ポート２９に夫々接続さ
れ出力ポート２９からのスイッチ切換信号Ｇにより開閉
操作される。上記抵抗Ｒ１・Ｒ３・Ｒ４の抵抗値を夫々
Ｒ１・Ｒ３・Ｒ４とし、帰還抵抗の合計抵抗値をＲ２と
すると、上記反転増幅回路３５の増幅率ＡはＡ＝−Ｒ２
／Ｒｌとなる。

また閉成しているアナログスイッチ３５ｂの数をｎとす
ると、Ｒ２＝　（Ｒ３・Ｒ４）　／　（Ｒ３＋　ｎ　−
Ｒ４）　　となる。従って、増幅率Ａは、 Ａ＝　−（Ｒ３・Ｒ４）　／　（（Ｒ３＋ｎ　−Ｒ４）
　ＸＲＩ）つまり、閉成されたアナログスイッチ３５ｂ
の数ｎを増すと増幅率（絶対値）が小さくなり、数ｎを
減らすと増幅率（絶対値）が太き（なる。

結局、バンドパスフィルタ３４の出力をＶ、反転増幅回
路３５の出力を−ＶＳとすると−ＶＳ＝Ａ−ｖとなるが
、上記ノック検出信号は＋側と一側に略対称なので反転
増幅器３５の出力−ＶＳはＶＳに相当し、比較器３７の
子端子への入力ＶＳは、 ＶＳ＝ｖ　（Ｒ３・Ｒ４）　／　（（Ｒ３＋ｎ　−Ｒ４
）　　ｘＲｌ）上記のようにバンドパスフィルタ３４の
出力Ｖを可変の増幅率Ａにて増幅したノック出力信号■
Ｓが比較器３７の子端子へ入力され、また後述のように
ＣＰＵ２１にて演算処理した結果得られたノック判定レ
ベルＶＫを−Ｄ／Ａ変換器３０でＤ／Ａ変換したノック
判定レベル信号ＶＫが比較器３７の一端子へ入力され、
比較器３７からはノック判定レベル信号ＶＫよりも高い
電圧のノック出力信号■Ｓのみがカウンタ２８へ出力さ
れ、そのカウンタ２８へ入力された信号の数がカウンタ
２８にてカウントされることになる。

前記コントロールユニット２０のＲＯＭ２２には、以下
の制御に必要な制御プログラム及びこれに関連するマツ
プ（エンジン回転数と吸気充填量とをパラメータとする
基本点火時期のマツプなど）が予め入力格納されている
。

上記コントロールユニット２０にて実行するノック検出
制御（但し、ノック判定レベル設定制御及び点火時期補
正制御及び増幅率変更制御などを含む）について第５図
（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）のフローチャートに基いて説明
する。尚、図中符号Ｓｉ　　（ｉ＝１．２・・・）は各
ステップを示すものである。

第５図（ａ）はバックグラウンドルーチンを示し、エン
ジンの始動とともに制御が開始されると、Ｓｌにて必要
なイニシャライズがなされ、次に８２にてクランク角信
号に基いてＴＤＣ周期Ｔｏよりエンジン回転数ＮＥが演
算され、次に８３にてエアフローセンサ１１から吸入空
気ｆｉＱＡが読込まれ、次に８４にて気筒当りの吸気充
填量ＣＥが図示の演算式にて演算され、次に８５にてエ
ンジン回転数ＮＢと吸気充填量ＣＥとに基いてこれらを
パラメータとする基本点火時期マツプより基本点火時期
ＡＢが演算され、Ｓ５から８２へ移行する。

第５図（ｂｌのインタラブドルーチンは上記エンジン回
転数ＮＢを求めるＴＤＣ周期ＴＯを演算し、またカウン
タ２８をリセットするインクラブドルーチンであり、こ
のルーチンはクランク角信号が圧縮ＡＴＤＣ１０”にて
立上る毎に割込み処理にて実行される。

割込み処理が開始されるとＳＩＯにて割込み時１ｆＪＴ
１がフリーランニングカウンタ２４より読込まれ、次に
Ｓｌｌにて今回の割込み時刻Ｔｌと前回の割込み時刻Ｔ
２とから圧縮ＴＤＣ周期ＴＯがＴＯ＝ＴＩ−７２の式に
て演算され、次に３１２にて割込み時刻を更新後Ｓ１３
にて出力ポート２９を介してカウンタ２８へリセット信
号を出力することによりカウンタ２８がリセットされる
と、バックグランドルーチンへ復帰する。

第５図（Ｃ）のインクラブドルーチンは、ノッキングの
発生を検出する制御と、ノック判定レベルがノック出力
信号に含まれるノイズ成分の最大レベルとなるように設
定する制御と、ノック発生の有無に応じて基本点火時期
ＡＢを補正する制御と、ノック判定レベルが所定範囲（
１，５Ｖ〜３．５Ｖ）に収束するように反転増幅回路３
５の増幅率Ａを変更する制御などを含むインタラブドル
ーチンであり、このルーチンはクランク角信号が圧縮Ａ
ＴＤＣ５０°にて立下る毎に割込み処理にて実行される
。

この割込み処理が開始されると、３２０にてカウンタ２
８からノックパルス数ＮＫのカウント値が読込まれる。

前述の如く、カウンタ２８は圧縮ＡＴＤＣＩＯ°毎にリ
セットされまた上記のように圧縮ＡＴＤＣ５０°毎にカ
ウント値が読込まれるので、クランク角信号がｒＨＪレ
ベルにある期間に比較器３７から出力されるノックパル
ス（但し、ノックによって発生したものとは限らずノイ
ズによって発生したものも含む）の数が上記ノックパル
ス数ＮＫである。

上記期間には吸気弁７の着座や点火によるノイズ発生が
ないのでノイズの影響を少なくすることができる。

次に３２１にてノックパルス数ＮＫが設定値（本実施例
では１６）より大きいか否か判定することによりノック
発生の有無が判定され、ＮＫ＞１６のときにはノックが
発生しているので３２２へ移行し、Ｓ２２にてノックを
抑制する為に点火時期を遅角側へ補正する点火時期補正
ｆｉＡＫが図示の演算式にて演算される。尚、演算式中
の右辺のＡＫは前回の補正量である。一方、ＮＫ≦１６
のときにはノックが発生していないので３２１から３２
３へ移行し、Ｓ２３にて点火時期を進角側へ補正する点
火時期補正１ｉＡＫが図示の演算式にて演算される。尚
、演算式中の右辺のＡＫは前回の補正量である（第６図
（ａ）、（ｂ）参照）。

上記Ｓ２２又はＳ２３よりＳ２４へ移行し、Ｓ２４にて
ノックパルス数ＮＫについての判定がなされ、ＮＫ＝　
１のときつまりＡＴＤＣ１０°〜ＡＴＤＣ５Ｑ°の間に
発生する最大レベルのノイズ成分が１個だけ検出された
とき（即ち、ノック判定レベルＶＫがノイズ成分の量大
レベルに略合致しノック判定レベルＶＫが適正であると
き）にはＳ２７へ移行し、またＮＫ＝０でノック判定レ
ベルＶＫが高すぎるときにはＳ２５へ移行し、またＮＫ
＞１でノック判定レベルＶＫが低すぎるときには３２６
へ移行する。

Ｓ２５においてはノック判定レベルＶＫが高すぎるので
減少側へ補正され、またＳ２６においてはノック判定レ
ベルＶＫが低すぎるので増大側へ補正され、Ｓ２５から
Ｓ２７へまたＳ２６からＳ２７へ移行する。上記３２４
〜Ｓ２６のステップを設けたので、ノック判定レベルＶ
Ｋがノイズ成分の最大レベルとなるように制御されるこ
とになる。

次に３２７において、ノック判定レベルＶＫ＞３．５■
か否か判定され、Ｖ　Ｋ　＞　３．５のときにはＶＫが
高すぎるので３２８へ移行してＯＮ状態のアナログスイ
ッチ３５ｂの数を増すことにより増幅回路３５のゲイン
（増幅率）が減少側へ補正される。Ｓ２７にてＶ　Ｋ　
＞　３．５でないと判定されると８２９へ移行しＳ　２
９ニテＶＫ＜　１．５　Ｖか否か判定され、ＶＫ＜１．
５ＶのときにはＶＫが低すぎるので３３０へ移行してＯ
Ｎ状態のアナログスイッチ３５ｂの数を減らすことによ
り増幅回路３５のゲイン（増幅率）が増大側へ補正され
る。上記Ｓ２８又はＳ３０からＳ３１へ移行し、Ｓ３１
においてゲイン切換の過渡期における制御の連続性を確
保するため変更前後のゲイン比でノック判定レベルｖＫ
がＶＫ＝ＶＫ　（前回）ｘＧＢ／ＧＮ（７）式で補正さ
れる。ＶＫ（前回）は前回のＶＫ、ＣＢは前回のゲイン
、ＧＮは今回のゲインである。上記Ｓ２９にてＶＫ＜１
．５Ｖでないと判定されたときにはＳ２９から３３２へ
移行しまたＳ３１からＳ３２へ移行し、Ｓ３２において
最終点火時期ＡＳが基本点火時期ＡＢから点火時期補正
量ＡＫを減算することにより求められ、次に３３３にて
点火時期までの時間（点火時期信号）ＴＣがＴＣ＝（１
３０−ＡＳ）　／１８０　ｘ’［”、−ΔＴの演算式で
演算される。尚、ΔＴは第５図（１）のインクラブドル
ーチン実行時間であり、これはインクラブドルーチン開
始時と終了時においてフリーランニングカウンタ２４か
らデータを読込むことにより求められる。次に３３４に
おいて上記点火時Ｍ信号ＴＣをプログラマブルタイマ３
１に出力することにより点火処理がなされ、プログラマ
ブルタイマ３１ではＡＴＤＣ５０°の時点で入力される
トリガ信号の入力後上記点火時期信号に相当する時間経
過後に点火信号を出力バッファ３２を介して点火コイル
１７へ出力することになる。

次にＳ３５においてノック判定レベルＶＫがＤ／Ａ変喚
器３０へ出力されると、バックグラウンドルーチンへ復
帰することになる。

以上説明したように、ノック発生時には点火時期を徐々
に遅角側へ補正していくので、ノックを抑制することが
出来る。そして、３２４〜３２６のステップにおいてノ
ック判定レベルＶＫがノイズ成分の最大レベルに略合致
するように制御するので、ノイズの影響を排除してノッ
クによるエンジン振動を精度よく検出することが出来る
。

更に、３２７〜Ｓ３０のステップにおいて、ノック判定
レベルＶＫが、１．５〜３．５ｖの範囲に収束するよう
に、増幅回路３５のゲインを変更するのでノック判定レ
ベルＶＫは常に上記所定範囲に収まるようになるから、
ノック判定レベルＶＫが制御系の基準電圧５ｖ近くない
し５ｖ以上になって制御不能になることもなく、或いは
ノック判定レベルＶＫが１．５ｖ未満の低レベルになっ
て制御感度が低下することもない。

尚、反転増幅器３５においてアナログスイッチ３５ｂで
開閉し得る帰還抵抗Ｒ３は３個に限らず４個以上設けて
もよい。但し、増幅率Ａを変更可能な増幅回路であれば
上記実施例のものに限らず既存の各種のものを用いるこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図〜
第６図は実施例を示すもので、第２図はエンジンに組込
んだノッキング検出装置の全体構成図、第３図はコント
ロールユニットの構成図、第４図はノック検出回路の構
成図、第５図（ａ）〜（Ｃ）はノック検出制御のルーチ
ンのフローチャート、第６図（ａ）はノック発生時のノ
ックセンサ信号の説明図、第６図（ｂ）はノック発生な
しのときのノックセンサ信号の説明図である。 １４・・ノックセンサ、　２０・・コントロールユニッ
ト、　２７・・ノック検出回路、　２８・・カウンタ、
　　３４・・バンドパスフィルタ、３５・・反転増幅回
路、　３５ａ・・オペアンプ、３５ｂ・・アナログスイ
ッチ、Ｒ１・・抵抗、Ｒ３・Ｒ４・・帰還抵抗、　３７
・・比較器。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの振動を検出するノッキング検出手段と
   、 上記ノッキング検出手段の出力を受けて該出力を所定の
   増幅率で増幅する増幅手段と、 上記増幅手段の出力を受けてその出力に含まれるノイズ
   成分の最大レベルをノッキング判定レベルに設定するノ
   ッキング判定レベル設定手段と、上記増幅手段とノッキ
   ング判定レベル設定手段との出力を受け、上記両者の出
   力を比較してノッキング発生を検出するノッキング発生
   検出手段と、上記増幅手段の出力を受けて、上記ノッキ
   ング判定レベル設定手段により設定されたノッキング判
   定レベルが所定範囲に収束するようにノイズ成分に相関
   する値に基いて上記増幅手段の増幅率を変更する増幅率
   変更手段とを備えたことを特徴とするエンジンのノッキ
   ング検出装置。