JPH01207639A - 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、エンジンの振動レベルの最大値に基づいてノ
ック判定レベルを設定するようにしたエンジンのノッキ
ング検出装置に係り、特にエンジンの高速回転時におけ
る検出精度の向上対策に関する。

（従来の技術） 従来より、エンジンのノッキング検出装置として、例え
ば特開昭６１−２３２３８３号公報に開示される如く、
エンジンの振動状態を検出するノックセンサを配置して
、該ノックセンサの出力の平均値に基づいてノック判定
レベルを設定しておき、そのノック判定レベルとノック
制御時におけるノックセンサの出力レベルとを比較して
、その大小によってエンジンがノッキング状態にあるか
否かつまりエンジンのノッキングを検出しようとするも
のは知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、そのような場合、ノック信号を検出するノッ
ク検出区間はバルブの着座ノイズ、点火ノイズを除去す
るために所定クランク角間に限って行うのが通常である
が、エンジン回転数が変化するとクランク角間時間が変
化する一方、ノッキング状態はエンジンブロック等の固
有振動特性から定まる一定値である。その結果、ノック
検出区間内に存在するノック信号が変化することになり
、エンジンの回転数により、ノッキング状態と判断され
るべきノック振動の発生確率が変化してしまう。例えば
、ノック判定レベルとして所定のノック振動のパルス数
を設定し、そのノック判定レベルを越える出力パルス数
をノッキングと判定するようにすると、高回転側ではノ
ック検出時間が短くなるため、ノック検出区間に発生す
るノックパルス数が減少し、ノック検出感度が低下して
ノッキングを見逃してしまうという問題がある。この場
合、高回転側で、時間を延ばすことを目的として所定ク
ランク角を拡げることが考えられるが、前述のごとく、
着座ノイズ、点火ノイズの面から、このクランク角を拡
げることはできない。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、エンジンの回転数が変化してもノック検出感度を
所定の値に維持できる手段を講じることにより、ノイズ
による誤作動を防止しつつ高回転時におけるノッキング
の見逃しを有効に防止することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、第１図に
示すように、エンジンのノッキング検出装置として、所
定クランク角間におけるエンジンの振動状態を検出する
振動検出手段と、上記所定クランク角間の時間を検出す
るクランク角間時間検出手段と、上記両検出手段の出力
を受け、振動検出手段の出力レベルとクランク駒間時間
とにより、クランク駒間時間が短い時程、ノッキング検
出値をより大きいものと判別する判別手段とを設ける構
成としたものである。

（作用） 以上の構成により、本発明では、振動検出手段１６によ
りエンジンの振動についての信号が出力され、クランク
角間時間検出手段１７によりクランク駒間時間が検出さ
れると、判別手段５２により、上記振動状態検出手段１
６の出力レベルと所定のノック判定レベルとが比較され
、出力レベルがノック判定レベルを越えたときにはノッ
キング状態と判別されて、ノッキングが検出される。

その場合、判別手段５２により、上記ノック判定レベル
が振動検出手段１６の出力レベルを受けて、クランク駒
間時間が短いほどノッキング検出値をより大きいものと
して判別されるので、エンジンの回転数が高いときには
、ノック検出区間における検出可能なノックパルス数の
減少に対応して、ノッキンク判別におけるノッキング検
出値が適切に保持されることになる。

よって、エンジンの高回転時にもノック検出確率が低下
することなく、常に高い検出精度が維持されることにな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第２図以下の図面に基
づき説明する。

第２図は本発明を適用したエンジンのノック制御装置の
全体構成を示し、１はエンジン、２はエンジン１のシリ
ンダ３に摺動自在に嵌挿したピストン４により容積可変
に形成される燃焼室、５は一端が大気に連通し、他端が
上記燃焼室２に開口して吸気をエンジン１に供給するた
めの吸気通路、６は一端が上記燃焼室２に開口し、他端
が大気に解放されて排気を排出するための排気通路であ
って、上記吸気通路５の途中には、吸入空気量を制御す
るスロットル弁７と、該スロットル弁７下流側で燃料を
燃焼室２に向って噴射供給する燃料噴射弁８とが各々配
設されていて、該燃料噴射弁８からの燃料噴射の増減調
整により、エンジン１に供給する混合気の空燃比を調整
するようにしている。

また、上記吸気通路５の燃焼室２への開口部には吸気弁
１０が、排気通路６の燃焼室２への開口部には排気弁１
１がそれぞれ配設されているとともに、燃焼室２の頂部
には、該燃焼室２内の混合気に点火する点火プラグ１２
が配設され、該点火プラグ１２にはディストリビュータ
２１を介して点火コイル１３が接続されていて、該点火
コイル１３による点火プラグ１２の点火時期調整により
、エンジン１に供給する混合気の燃焼状態を調整するよ
うになされている。

さらに、１５は吸気通路５のスロットル弁７上流側で吸
入空気量を検出するエアフローセンサ、１６はエンジン
１に配設されてエンジン１の振動状態を検出する振動検
出手段としてのノックセンサ、１７はディストリビュー
タ２０に付設され、エンジン１のクランク角を検出して
所定のクランク色間時間を検出するクランク駒間時間検
出手段としてのクランク角センサであって、上記各セン
サ１５〜１８の出力信号は車両の運転制御をするための
コントローラ１９に入力されている。なお、２０は上記
排気通路６に介設された排気浄化用の触媒装置である。

次に、第３図は上記コントローラ１９内部の回路構成を
示し、２２は信号の波形を整形するための波形整形回路
であって、上記クランク角センサ１７からＡＴＤＣｌ　
０°でオンになりＡＴＤＣ５０″でオフになる角度信号
を受けて、各位置でそれぞれ独立のパルス信号を出力す
るようになされている。また、２３は上記ノックセンサ
１６およびエアフローセンサ１５の出力を緩衝するため
のアナログバッファ、２４は該アナログバッファ２３に
内蔵され、上記ノックセンサ１６の出力を受けてエンジ
ン１のノッキングを検出するノック検出回路である。

第４図は該ノック検出回路２４の詳細を示し、２５は上
記ノックセンサ１６の出力信号の雑音を除去するための
バンドパスフィルタ（Ｂ　Ｐ　Ｆ）、２６は該バンドパ
スフィルタ２５の出力信号を増幅するための増幅器（Ａ
ＭＰ）である。また、２７は、該増幅器２６の出力レベ
ルと後述のＤ／Ａ変換器３０から出力されるノック信号
とノイズとを区別するための判定レベルＶｋ　　（つま
り閾値としての機能を有するものである）とを比較する
比較器であって、該比較器２７からノック判定レベルＶ
ｋを越えた振動のパルス列よりなるノックパルス信号が
出力されるようになされている。

また、２５は上記ノック検出回路（２４）の出力を受け
、上記比較器（２７）から出力されたノックパルス信号
からノックパルス数Ｎｋをカウントするカウンタ、３０
は後述のごと＜　ＣＰＵ３２で車両の運転状態に応じて
設定されたノック判定レベルをアナログ信号からディジ
タル信号に逆変換するＤ／Ａ変換器、３１は上記アナロ
グバッファ２３を介して受けたエアフローセンサ１５の
信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器、３２はコントローラ１９全体の演算処理を行
うＣＰＵであって、該ＣＰＵ３２に上記波形成形回路２
２からのＡＴＤＣｌ　０”および５０’の角度信号がそ
れぞれインクラブド１およびインタラブド２の信号とし
て入力可能になされている。

さらに、３３は上記ＣＰＵ３２のクロック信号と波形成
形回路２２の角度信号とを受けてノック信号のカウント
を開始し、パルス変調してノック信号に応じた点火時期
信号を出力するパルス時変調回路（ＰＴＭ）　、３４は
フリーランニングカウンタ、３５は制御プログラム等を
記憶するＲＯＭ。

３６は上記ＣＰＵ３２で学習により得た各学習ゾーンに
おけるノック判定レベルについての学習内容を個別に記
憶する記憶手段としてのＲＡＭ、３７は上記ＰＴＭ３３
からの点火時期信号を緩衝して点火コイル１３に出力す
るための出力バッファである。

次に、上記ＣＰＵ３２によるノック制御について第５図
〜第７図に基づき説明する。

第５図はノック判定レベルを設定するためのバックグラ
ウンドルーチンを示し、まず、ステップＳ１でイニシャ
ライズして、ステップＳ２で後述のインタラブドルーチ
ン１により上記波形成形回路２２からのインタラブド信
号の間隔つまりＴＤＣ周期Ｔｏからエンジン回転数ＮＢ
を計算し、ステップＳ３で上記エアフローセンサ１５の
信号から吸入空気（ｌ　Ｑ　Ａを入力した後、ステップ
Ｓ４で１気筒当りの吸気充填量ＣＥ　（−３０・ＱＡ　
／ＮＥ）を、ステップＳ５で予め上記ＲＯＭ３５に記憶
されているＮＥとＣＢのマツプから基本点火時期ＡＢを
演算する。

次に、ステップＳ６で上記ＴＤＣ周期ＴＯから実際のノ
ック判定を行うべきノック判定レベルとしてのノック判
定パルス数ＮｋＲを次式％式％） （ただし、４０＠はＡＴＤＣｌ　０’からＡＴＤＣ５０
°までのクランク角区間に相当するノック検出区間、１
２５μｓはノック周波数に対応するノッキング周期）に
基づき演算する。すなわち、上式のＴｏＸ　（４０＠／
１８０°）は、所定のクランク角間の時間を表し、Ｔｏ
Ｘ（４０’／１８０’）／１２５μｍはクランク角間時
間とノッキング周期との比つまり所定のノック検出区間
における検出可能なノックパルス数を表していて、その
比全体に０．５を乗じることにより、ノック検出区間内
で検出可能なノックパルス数の半分を越えたときにノッ
キング状態と判定するようにしている。つまり、クラン
ク角間時間とノッキング周期との比に追随してノック判
定レベルを設定するようになされている。

そして、ステップＳ７で、クランク角間時間に応じて後
述の点火時期補正を行うためのノック強度補正係数Ｃｋ
を次式 ％式％ （ただし、Ｃｋｏは定数）に基づき演算する。すなわち
、ノック判定パルス数ＮｋＲが小さいほど少ないノック
パルス数で点火時期を大きく補正するようにしていて、
以上によりバックグラウンドルーチンによる制御を終了
する。

次に、第６図は上記クランク角センサ１７からＡＴＤＣ
１０’毎に出力されるインクラブド１信号に応じて行わ
れるインタラブドルーチン１のフロー゛を示し、ステッ
プＳ８で割り込み時刻Ｔ１をＦＲｃから読み、ステップ
Ｓ９でＴＤＣ周期つまり１８０’の周期Ｔｏを式　Ｔｏ
＝Ｔ＋　　Ｔ２　　（ただし、Ｔ２は前回の割り込み時
刻）により計算し、次いでステップＳＩＯで前四割り込
み時刻Ｔ２をＴ１に更新した後、ステップＳｏでイグニ
ッションノイズ、バルブ着火時のノイズ等による影響を
避。

けるべくカウンタをリセットしてＴＤＣ周期Ｔ。

の計算を終了する。

また、第７図は上記クランク角センサ１７からＡＴＤＣ
５Ｇ’毎に出力されるインタラブド２信号に応じて行わ
れるインクラブドルーチン２のフローを示し、まず、ス
テップＳ＋２で上記カウンタ２９の出力からノックパル
ス数Ｎｋを読み込み、ステップＳ１３でノックパルス数
Ｎｋが、上記ステップＳ６で設定したノック判定パルス
数ＮｋＲよりも大きいか否かを判別する。そして、その
判別がＮｋ＞ＮｋＲのＹＥＳの場合には、ノッキング状
態にあると判断し、ステップＳＩ４で、下記式％式％） に基づき、点火時期Ａｋを上記ステップＳ７で演算した
ノック強度補正係数Ｃｋで補正しなから遅角側に設定す
る一方、ステップＳ＋３における判別がＮｏの場合には
ノッキング状態にないと判断し、ステップＳＩ５で点火
時期Ａｋを下記式％式％ に基づき進角側に設定する。

そして、次に上記比較器２７におけるノックセンサ１６
の出力レベルに対してノック信号と判定する閾値として
のノック判定レベルＶｋの設定を行う。

すなわち、ステップＳ１６で、ノックパルス数Ｎｋの値
がどの位かを判別し、「０」であればノイズの最大値よ
りもノック判定レベルが高いと判断してステップブ１７
でＶｋ　＝Ｖｋ　−２０ｍＶとしてノック判定レベルＶ
ｋを減少させる一方、１よりも大きければノック判定レ
ベルＶｋが小さすぎると判断しテステップＳ’ｓ　テＶ
ｋ　−Ｖｋ　＋２０ａ＋ｖとしてノック判定レベルＶｋ
を増大させる。また、Ｎｋ−１のときには、ノック判定
レベルＶｋが適正範囲つまりノイズの最大値付近にある
と判断してそのままにしておき、それぞれステップＳ＋
９に進む。つまり、上記ステップＳ＋６〜Ｓ＋８により
、ノック判定レベルＶｋを越えるノック振動の波の数が
１個になるようにノック判定レベルＶｋのフィードバッ
ク制御を行って、ノック判定レベルＶｋをノックセンサ
１６の出力レベルの最大値に応じて設定するようになさ
れている。

最後に、以上によりノック判定レベルＶｋの設定を完了
すると、次の点火時期制御を行う。

すなわち、ステップ８１９で最終点火時期Ａｓを下記式 ％式％ で求め、ステップＳ２０で下記式 Ｔｃ＝（１３０−Ａｓ）／１８０・Ｔｏ−ΔＴ（ただし
、ΔＴは演算実行時間である）により、点火までの時間
Ｔｃを計算して、ステップＳ２＋でその点火時期Ｔｃを
上記パルス時変調回路３３１；出力した後、ステップＳ
２２でノック判定レベルＶｋの値を上記Ｄ／Ａ変換器３
０に出力して制御を終了する。

以上のフローにおいて、ステップＳ＋３により、ノック
センサ（振動検出手段）１６の出力レベルとクランク角
センサ（クランク角間時間検出手段）１７で検出された
クランク角間時間とにより、クランク角間時間が短い時
程、ノッキング検出値をより大きいものと判別する判別
手段５２が構成されている。

以上のエンジンのノック制御において、ノックセンサ（
振動検出手段）１６からエンジンの振動についての信号
が出力されると、閾値としてのノック判定レベルＶｋが
その出力レベルの最大値付近に収束するようにフィード
バック制御され、そのノック判定レベルの閾値Ｖｋを越
えるノックセンサ１６の振動成分がノック信号として、
比較器２７から出力され、カウンタ２９でノックパルス
信号Ｎｋに変換されて出力される。そして、判別手段５
２により、そのノックパルス信号Ｎｋとノック判定レベ
ルＮｋＲとの大小比較が行われ、ノックパルス信号Ｎｋ
がノック判定レベルＮｋｌ？を越える場合にはノッキン
グ状態にあると判別されてそれに応じた点火時期制御が
行われる。

その場合、ステップＳ６で、上記ノック判定レベルＮｋ
Ｒをクランク角間時間とノッキング周期との比に追随し
て設定されているので、エンジンの回転数が高回転側に
移行して、クランク角間時間の短縮により、ノック検出
区間において検出可能なノックパルス数が減少したとき
でも、ノック判定パルス数がそれに追随して小さく適切
な値に設定される。すなわち、上記判別手段５２による
判別時、クランク角間時間が短い時程、ノッキング検出
値がより大きいものと判別されることになる。

よって、ノック検出確率が低下することなく、高い検出
精度を維持することができるのである。

また、エンジンの低回転時にも、ノック検出区間におけ
るノックパルス数Ｎｋの増加に応じてノック判定レベル
ＮｋＲが大きく設定されるので、ノック状態でないのに
ノックと判定するような誤検知も有効に防止される。

そして、その結果、このようなノック検出装置をノック
制御に供することにより、必要以上の点火時期遅延によ
るエンジン出力の低下、燃費の悪化やノック音の発生、
エンジンの信頼性の悪化等を有効に防止することができ
るのである。

また、特に上記実施例では、ノッキング状態における点
火時期の遅角側への制御を行う場合、ノック判定レベル
ＮｋＲが小さいほど、少ないノックパルス数で点火時期
を大きく補正するようにしているので、エンジンの高回
転時における点火時期遅延をより確実に防止することが
できる。

なお、上記実施例において、設定手段５０により、点火
毎にノック判定レベルＶｋを越えるノック振動の波が１
個になるようにノック判定レベルＶｋをフィードバック
制御したが、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、点火毎にノックセンサ出力の最大値を所定回数サ
ンプリングし、その中心値に標準偏差と所定オフセット
値を加えた値をノック判定レベルとしてもよい。

また、上記実施例では、ノック判定レベルとして、ノッ
クセンサ１６の出力レベルに対する閾値としての値Ｖｋ
と、実際にノック判定を行うときのノック判定パルス数
ＮｋＲとを利用したが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、例えばＶｋのみをノック判定レベルと
してＶｋだけでノック判定を行うことも可能である。し
かし、上記各実施例は、ノック判定レベルを使い分ける
ことによって、バックグラウンドに含まれるノイズによ
る誤判定を回避し得る確率が非常に高くなるという著効
を有するものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のエンジンのノンキング検
出装置によれば、エンジンの振動状態を検出すると共に
クランク角間時間を検出して、りランク色間時間が短い
時程、ノッキング検出値を大きい、ものと判別するよう
にしたので、エンジンの回転数が高いときにも、ノッキ
ングの検出精度を維持することができ、エンジンの高回
転時におけるノッキングの見逃しを有効に防止すること
ができる。

また、その結果、このようなノッキング検出装置をエン
ジンのノック制御に供することにより、ノック音の発生
、エンジンの信頼性の悪化等を防止することができる。

【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である。 第２図以下は本発明の実施例を示し、第２図はその全体
構成図、第３図はコントローラ内部の回路構成図、第４
図はノック検出回路内部の電気回路図、第５図〜第７図
はノック制御のフローを示し、それぞれ順にバックグラ
ウンドルーチン、インクラブドルーチン１、インタラブ
ドルーチン２のフローチャート図である。 １・・・エンジン、１６・・・ノックセンサ（振動検出
手段）、１７・・・クランク角センサ（クランク色間時
間検出手段）、５２・・・判別手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定クランク角間におけるエンジンの振動状態を
   検出する振動検出手段と、上記所定クランク角間の時間
   を検出するクランク角間時間検出手段と、上記両検出手
   段の出力を受け、振動検出手段の出力レベルとクランク
   角間時間とにより、クランク角間時間が短い時程、ノッ
   キング検出値をより大きいものと判別する判別手段とを
   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
   。