JPH03267545A - 内燃機関のノッキング判定方法 - 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、ノックセンサからの検出信号に基づいて内燃
機関のノッキングの有無を判定するに際し、ノッキング
の判定レベルを適切に推定できるようにしたノッキング
判定方法に関する。

〈従来の技術〉 燃料としてガソリン等を使用する火花点火内燃機関（以
下、単に機関と略称する）の点火時期は、この機関が搭
載された車両に要求される機能や特性に応じ、機関の吸
入空気量や回転数等に基づいて予め設定された値が選択
されている。一般には、機関の吸入空気量を機関の回転
数で割って得られる吸気充填効率とこの機関の回転数と
で予め設定される基本点火時期のマツプから、機関の吸
入空気量を検出するエアフローセンサ及び機関の回転数
を検出するクランク角センサによる検出結果に基づいて
基本点火時期を求め、この基本点火時期に対して例えば
吸入空気の温度変化や冷却水温等に伴う補正を行い、こ
のようにして補正された点火時期に基づいて点火ドライ
バやパワートランジスタ等の点火手段を作動させている
。

通常、機関の点火時期はノッキングに対する安全性を見
込んで機関から最大トルクを引き出すことができる点火
時期（以下、これをＭＢＴと呼称する）よりも遅角側に
設定されているが、当然のことながら、機関にノッキン
グが発生しない限り、点火時期をできるだけＭＢＴに近
づけることが望ましい。

ところで、機関の燃焼室における通常の燃焼は、点火プ
ラグから与えられる火花で混合気の一部が着火され、そ
の火炎が混合気内を伝播することにより進行するが、ノ
ッキングは未燃焼部分の混合気の一部又は全部が圧縮に
よる温度上昇のため、火炎の伝播を待たずに自己着火し
て一時に燃焼することにより起こる。この急激な燃焼に
伴う燃焼室内の圧力の急上昇と圧力波の伝播により、機
関各部の機械的な振動や点火プラグ或いはピストン等の
過熱を生じるため、ノッキングは機関にとって最も有害
な現象の一つであるということができる。

以上のような観点から、機関の点火時期を常にＭＢＴ側
に進角させつつ機関にノッキングが発生しているか否か
を判定し、この点火時期を機関のノッキング発生直前の
進角量に規制することが望ましい。このノッキングを検
出するには、機関の燃焼室の圧力や、機関の振動加速度
や、或いは機関の発生音等を測定し、この測定データか
らノッキングに固有の値を読み出すことが考えられるが
、ノックセンサの取付場所や信頼性或いは検出信号の処
理等を考慮すると、機関の振動加速度を測定する方法が
最も実用的である。

しかし、この機関の振動加速度を測定する方法では、ノ
ッキングとは関係のない非常に多（の機械的な振動がノ
イズとしてノックセンサからの検出出力中に含まれるた
め、このノイズ成分をノックセンサの検出信号から差し
引く必要がある。そこで、従来ではノックセンサからの
検出信号中に含まれるノイズ成分を周波数フィルタによ
り除去したり、更には特公昭６１−６２７４号公報に示
すように、機関の運転中におけるノッキングの発生頻度
が稀であることから、この周波数フィルタを通過したノ
ックセンサの検出信号とこれを平均化処理したものとを
比較し、平均値に対してこれを大きく上回る信号をノッ
キングと判断するようにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来のノッキング検出方法では、ノックセンサからの検
出信号中に含まれるノイズ成分を除去する周波数フィル
タや、この周波数フィルタを通過したノックセンサの検
出信号を平均化処理するソフトウェアが必要であり、演
算装置が複雑化してそのコストが増大する欠点がある。

しかも、各機関毎にノイズの大きさが異なるため、これ
ら機関の種類や構造に関係な（単一の周波数フィルタを
兼用させた場合には、ノッキングの信号成分を正確に抽
出することが非常に難しく、ノッキングの判断に誤りを
生じる可能性が高い。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者らは、多くの機関を用いてノッキングに関する
種々の試験を行った結果、機関回転数とノックセンサ出
力との関係を表す第５図に示すように、機関のノッキン
グレベルとそのノイズレベルとの間には、機関回転数に
対応した比例的な関係が成立することを見出した。

本発明による内燃機関のノッキング判定方法は、かかる
点に着目してなされたものであり、ノックセンサからの
出力の大きさに基づいて機関のノッキングの有無を判定
するようにしたノッキング判定方法において、前記機関
がノッキングを発生すると推定される点火時期にこの機
関の点火時期を一時的に進角させ、この時の前記ノック
センサの出力に基づいて前記機関のノッキングの判定基
準となる前記ノックセンサの出力の大きさを設定するよ
うにしたことを特徴とするものである。

ここで、ノックセンサとしては機関の燃焼室の圧力や、
機関の振動加速度や、或いは機閏の発生音等を測定する
通常のものを採用することができる。又、機関に意図的
に発生させるノッキングとしては、ノッキングの内で最
も軽微ないわゆるスライドノッキング（以下、これをに
１ノツキングと呼称する）が、安全性や走行フィーリン
グ等の点で好ましい。

更に、機関の点火時期を一時的に進角させる場合、ノイ
ズレベルに対するノックレベルの絶対量が大きいことか
ら、ノッキングの判定精度を高めることが可能な高負荷
状態での運転領域にて行うことが望ましい。

く作用〉 内燃機関がノッキングを発生していない運転状態におい
て、この内燃機関がノッキングを必ず発生すると推定さ
れる点火時期に当該内燃機関の点火時期を一時的に進角
させる。

この時のノックセンサの出力は、内燃機関がノッキング
を発生している大きさとなっており、従って内燃機関の
点火時期を通常に戻した状態において、ノックセンサか
らの出力が点火時期を一時的に進角させた時のノックセ
ンサの出力以上となった場合、内燃機関は必ずノッキン
グを発生していると判定することができる。つまり、内
燃機関の点火時期をこの内燃機関がノッキングを必ず発
生すると推定される点火時期に一時的に進角させた時の
ノックセンサからの出力の大きさに基づいて、内燃機関
のノッキングの有無を判定するのである。

〈実施例〉 本発明による内燃機関のノッキング判定方法を直列４気
筒内燃機関に応用した一実施例の概念を表す第２図に示
すように、機関１１は吸気弁１２及び排気弁１３を介し
て燃焼室１４にそれぞれ連通する吸気通路１５及び排気
通路１６を有しており、前記吸気通路１５にはその上流
側から順にエアクリーナ１７及びスロットル弁１８及び
ソレノイド駆動の燃料噴射弁１９が設けられている。

各燃焼室１４に臨む点火プラグ２０は、点火コイル２１
及びパワートランジスタ２２を内蔵したディストリビュ
ータ２３に接続しており、パワートランジスタ２２のオ
フ動作により点火コイル２１に高電圧が発生し、四本の
点火プラグ２０の内の所定の一本が火花放電する一方、
パワートランジスタ２２のオン動作によって点火コイル
２１が充電を開始するようになっている。

従って、機関１１の通常の運転状態では、スロットル弁
１８の開度に応じてエアクリーナ１７を介し吸気通路１
５内に吸入された空気が、燃料噴射弁１９から噴射され
る燃料と適切な空燃比となるように混合され、燃焼室１
４内でこの混合気が点火プラグ２０により点火燃焼し、
排気ガスとなって排気通路１６から排出される。

この゛機関１１の運転状態を良好に維持するため、本実
施例では種々のセンサが設けられ、これらセンサからの
検出信号に基づいて点火プラグ２０の点火時期を制御し
ている。

具体的には、燃焼室１４内へ送り込まれる吸入空気量を
検出するカルマン渦流量形等のエアフローセンサ２４と
、この吸入空気の温度を検出する吸気温センサ２５と、
大気圧を検出する大気圧センサ２６とがエアクリーナ１
７内に組み込まれている。又、機関１１にはシリンダブ
ロックの振動に基づいてノッキングの有無を検出する一
個のノックセンサ２７が付設され、更に機関１１の冷却
水の温度を検出する水温センサ２８が設けられている。

この他、ディストリビュータ２３内には機関１１の各気
筒のクランク角位相を検出するクランク角センサ２９と
、四つの気筒の内の予め設定した第一気筒における圧縮
上死点位置を検出するＴＤＣセンサ３０とが組み込まれ
ている。

これらセンサ２４〜３０からの検出信号は、それぞれ電
子制御ユニット（以下、これをＥＣＵと呼称する）３１
へ入力されるようになっており、このＥＣＵ３１には、
クランク角センサ２９からの検出信号に基づいて算出さ
れる機関回転数Ｎ＋！とエアフローセンサ２４及びクラ
ンク角センサ２９からの検出信号に基づいて算出される
吸気充填効率Ａ／Ｎとで決まる基本進角量θ３、並びに
吸気温センサ２５により検出される吸気温Ａア及び大気
圧センサ２６により検出される大気圧Ａ、及び水温セン
サ２８により検出される冷却水温Ｗ７等から決まる点火
時期補正量θ３や、ノック量Δ■により決まる遅角量０
１等の固定値データや各種プログラムデータを記憶する
図示しないＲＯＭと、機関１１のノッキング判定を行う
ために後述する平均に１ノツクレベル■Ｍ等のデータを
更新して順次書き替えることが可能な図示しないＲＡＭ
とが組み込まれている。

そして、これらＲＯＭ及びＲＡＭとこのＥＣＵ３１との
間で点火時期制御のための各種データの授受が行われ、
ＥＣＵ３１はに１ノツクレベルＶ＋ｃや平均に１ノツク
レベル■Ｍ及びノイズレベルＶ。や後述するノック判定
閾値ｖＲの他にノック量Δ■を順次算出し、このノック
量Δ■に基づいて遅角量θ１及び点火時期θを算出した
後、これと対応する制御信号が、ＴＤＣセンサ３０から
の検出信号のタイミングに合わせてパワートランジスタ
２２に出力され、このパワートランジスタ２２から点火
コイル２１を介しディストリビュータ２３により、四つ
の点火プラグ２０に順次火花を発生させて行くようにな
っている。

本実施例におけるノッキング制御の流れを表す第１図に
示すように、まずＳｌのステップにてＥＣＵ３１を電源
である図示しないバッテリに接続してからこのノッキン
グ制御が一回目であるか否かを判定する。このＳｌのス
テップにてノッキング制御がバッテリ接続してから一回
目であると判断した場合には、Ｓ２にて平均に１ノツク
レベル■Ｍ及びノイズレベルＶＰ４を予めＥＣＵ３１内
に読み込まれた初期値ＶＭＯ，Ｖ、。にそれぞれ設定す
る。

つまり、車両の整備等でバッテリを取り外した場合、Ｅ
ＣＵ３１に組み込まれたＲＡＭのバックアップがキャン
セルされてしまうため、新たに平均に１ノツクレベル■
Ｍ及びノイズレベルＶＮ等を初期値Ｖ　１４０　＋　Ｖ
　Ｎｏに設定し直す必要があるが、二回目以降の場合に
は後述するＳ１５．Ｓ１６のステップにて算出された最
新の平均に１ノツクレベル■。及びノイズレベル■９が
読み出される。

そして、Ｓ３のステップにてノイズレベル算出済フラグ
Ｆをリセットし、Ｓ４にて機関回転数ＮＩＩや吸入空気
量Ａ、冷却水温ＷＴ。

吸気温Ａア、大気圧Ａ、及びノックセンサ出力Ｖ等の機
関ＩＩの運転情報を読み取る。

なお、Ｓｌのステップにてバッテリ接続してから一回目
ではないと判断した場合には、初期値Ｖ　ＭＯｖ　Ｖ　
Ｎｏを読み込む必要がないので、Ｓ２のステップを飛ば
して８３のステップに移行する。又、前記初期値Ｖ。ｓ
　ＶＮＯとしては予め複数種の機関１１を用い、実験等
に基づいて決定したに１ノツクレベル及びノイズレベル
の平均値等を採用する。

前記Ｓ４のステップにて機関１１の運転情報を読み取っ
たならば、Ｓ５にて吸気充填効率Ａ／Ｎを算出し、Ｓ６
にてノイズレベル算出済フラグＦがセットされているか
否かを判定する。イグニッションキーを操作した初回は
、Ｓ３のステップによりノイズレベル算出済フラグＦが
リセットされているので、Ｓ７のステップに移行し、冷
却水温Ｗアが予め設定した下限値ＷＴＬと上限値Ｗユと
の間にあるか否かを判定する。

このＳ７のステップにて冷却水温ＷＴが予め設定した下
限値ＷＴＬと上限値ＷＴＨとの間にあると判断したなら
ば、今度はＳ８にて吸気温ＡＴが予め設定した下限値Ａ
ＴＬと上限値Ａ１との間にあるか否かを判定する。そし
て、このＳ８のステップにて吸気温Ａ７が予め設定した
下限値Ａ　ＴＬと上限値ＡＴＨとの間にあると判断した
場合には、Ｓ９にて大気圧Ａｐが予め設定した下限値Ａ
　ＰＬよりも大きいか否かを判定する。

このＳ９のステップにて大気圧Ａ、が予め設定した下限
値ＡＰＬよりも大きい、つまり通常の空燃比で差し支え
ないことから、これら８７〜Ｓ９の判定ステップに基づ
いて機関１１が安定した運転状態にあると判断し、機関
１１がノック判定領域にあるか否かを次の８１０゜Ｓｌ
ｌにて判定する。

即ち、ＳＩＯのステップにて機関回転数Ｎ２が予め設定
した下限値Ｎゎと上限値Ｎいとの間にあるか否かを判定
し、このＳＩＯにて機関回転数Ｎ８が予め設定した下限
値Ｎ！ＩＬと上限値Ｎ８Ｍとの間にあると判断した場合
には、Ｓｌｌのステップにて吸気充填効率Ａ／Ｎが予め
設定した下限値（Ａ／Ｎ）Ｌよりも大きいか否かを判定
する。そして、このＳｌｌのステップにて吸気充填効率
Ａ／Ｎが予め設定した下限値（Ａ／Ｎ）　Ｌよりも大き
いと判断した、つまりこれらＳＩＯ及びＳｌｌのステッ
プ情報に基づいて機関１１がノック判定領域にあると判
断した場合には、図示しないタイマのカウントを開始し
、Ｓ１２にてこのタイマをカウントしてから一定時間経
過したか否か、つまり機関１１がこのノック判定領域に
過渡的ではな（安定状態で位置しているか否かを判定す
る。

なお、上述したノック判定領域は、ノッキングの判定精
度を向上させることが可能なノイズレベルＶＮに対する
に１ノツクレベルの絶対量が高い領域、例えば第３図中
の斜線で囲んだ機関１１の高負荷領域が選択される。

前記Ｓ１２にてタイマをカウントしてから一定時間経過
したと判断した場合には、このタイマのカウントを終了
し、Ｓ１３にて機関１１の点火時期θをｎ行程間、例え
ば１２行程間（四気筒機関ではクランク軸の６回転に相
当する）だけ予め設定した一定量だけ進角させる。この
進角量θ、は機関１１にに１ノツキングが必ず発生する
ような値であり、通常は基本点火時期θ３に対して５度
〜６度の進角量となる。

そして、Ｓ１４にてこのｎ行程間でのに＋ノイズレベル
ＶＫの平均値を下式に基づいて算出した後、これに続い
てＳ１５にて継続的な平均に１ノックレベルＶＭを下式
により算出し、これをＥＣＵ３１内のメモリに記憶させ
る。

Ｖ　ｗ　（ｎｌ　＝　Ｋ・ＶＭ（、−１１＋（Ｉ　　Ｋ
＞・ＶＫ但し、Ｖｌはｉ行程時におけるノックセンサ２
６の出力である。又、Ｋは前回に算出した平均ノックレ
ベルＶＭ（。−１，に対し、今回算出したに＋ノックレ
ベル■、の採用割合を決定するための重み付は係数であ
り、Ｋを大きく設定するほど平均ノックレベルＶ。の変
化を緩やかにすることができる。

次に、Ｓ１６にてノイズレベルＶＮを下式に基づいて算
出する。

Ｖｏ。１＝ＶＮｏ’ＬＬ比 Ｖｍ。

そして、Ｓ１７にてノイズレベル算出済フラグＦをセッ
トし、次いでＳ１８にてノック判定用閾値ＶＲを下式に
基づいて算出する。

■アーＶＮｆｍｌ＋α 但し、αは前式で算出されたノイズレベルＶＮに対し、
ノッキング制御の安全性を考慮してこれを嵩上げする安
全定数であり、本実施例では機関回転数Ｎ２に対応して
変化する第４図に示す如きマツプから読み出すようにし
ているが、車両の目的とする走行形態によっては固定値
とすることも当然可能である。

前記３１８のステップにてノック判定用閾値■アを算出
したならば、Ｓ１９にてノック量ΔＶを下式に基づいて
算出すると共に３２０にてこれと対応する遅角量θ１を
ＥＣＵ３１のＲＯＭに書き込まれたマツプから読み出す
。

ΔＶ＝Ｖ−Ｖ。

しかるのち、Ｓ２１にて点火時期θを下式に基づいて算
出し、Ｓ４のステップに戻る。

θ＝θ１＋θえ−θ。

一方、前記Ｓ７のステップにて冷却水温Ｗアが予め設定
した下限値Ｗ０と上限値ＷＴＭとの間にないと判断する
か、Ｓ８にて吸気温ＡＴが予め設定した下限値Ａ　ＴＬ
と上限値Ａユとの間にないと判断するか、或いはＳ９に
て大気圧Ａ、が予め設定した下限値Ａア、以下であると
判断したならば、機関１１が安定した運転状態ではない
ので、ノッキングの判定を未だ行えないと考え、Ｓ２２
にてノイズレベル算出流フラグＦをリセットし、３１８
のステップに移行してこの時の機関回転数ＮＩ！に対応
したノック判定用閾値Ｖ８を逐一算出する。

同様に、ＳＩＯのステップにて機関回転数Ｎ８が予め設
定した下限値ＮＩＬと上限値Ｎ□との間にないと判断し
たり、Ｓｌｌのステップにて吸気充填効率Ａ／Ｎが予め
設定した下限値（Ａ／Ｎ）Ｌ以下であると判断した場合
、或いはＳ１２にて機関１１の運転状態が安定してノッ
ク判定領域にない、つまり機関１１の運転状態が過渡的
にノック判定領域にあると判断した場合には、ノッキン
グの判定を行っても信頼性がないことから、Ｓ２２にて
ノイズレベル算出流フラグＦをリセットし、ＳｌＢのス
テップに移行する。

又、Ｋ１ノックレベル７Ｍを一度算出してしまったなら
ば、イグニッションキーをオフしない限り、ノイズレベ
ル算出流フラグＦがセット状態にあるため、Ｓ６にてノ
イズレベル算出流フラグＦがセットされていると判断し
たならば、８１８のステップに移行してこの時の機関回
転数Ｎ２に対応したノック判定用閾値ｖＲを逐一算出す
る。

なお、本実施例では全ての気筒のノッキング情報を一括
して平均化し、単一の平均に１ノックレベルｖＭやノイ
ズレベルＶＮを算出して各気筒のノッキングを判定する
ようにしたが、各気筒毎にそれぞれ平均に１ノックレベ
ルＶＭやノイズレベルｖＮを独立に算出することも可能
であり、この場合にはノックセンサが一個しかな（でも
より正確なノッキングの判定を行うことができる。

〈発明の効果〉 本発明の内燃機関のノッキング判定方法によると、内燃
機関の点火時期をこの内燃機関が必ずノッキングを発生
するような点火時期に一時的に進角し、この時のノック
センサからの検出信号に基づいて内燃機関のノッキング
の判定基準となるノックセンサの出力の大きさを設定す
るようにしたので、ノッキングの判断に誤りを生じる可
能性がほとんどない。

又、ノックセンサからの検出信号中に含まれるノイズ成
分を除去する周波数フィルタや、この周波数フィルタを
通過したノックセンサの検出信号を平均化処理するソフ
トウェアが全（必要がなくなり、簡単な演算装置によっ
てコストを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内燃機関のノッキング判定方法を
直列四気筒内燃機関に応用した一実施例のフローチャー
ト、第２図はその主要部の概念図、第３図はノック判定
領域を表すグラフ、第４図はノック判定閾値の加算値の
マツプ、第５図は機関回転数とノックセンサの出力との
関係を表すグラフである。 又、図中の符号で１１は機関、１４は燃焼室、２０は点
火プラグ、２１は点火コイル、２２はパワートランジス
タ、２３はディストリビュータ、２４はエアフローセン
サ、２５は吸気温センサ、２６は大気圧センサ、２７は
ノックセンサ、２８は水温センサ、２９はクランク角セ
ンサ、３０はＴＤＣセンサ、３１はＥＣＵであり、ＶＭ
は平均に１ノツクレベル、ＶＮはノイズレベル、Ｆはノ
イズレベル算出流フラグ、Ａ／Ｎは吸気充填効率、ＷＴ
は冷却水温、ＡＴは吸気温、Ａ、は大気圧、Ｎ８は機関
回転数、ＶＫはに１ノツクレベル、Ｋは重み付は係数、
ｖｌはノック判定閾値、αは補正定数、ΔＶはノック量
、θ１は遅角量、θ３は基本点火時期、θ、は点火時期
補正量である。 第 図 第 図 機関回転数ＮＥ（ｒｐｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ノックセンサからの出力の大きさに基づいて内燃機関の
   ノッキングの有無を判定するようにした内燃機関のノッ
   キング判定方法において、前記内燃機関がノッキングを
   発生すると推定される点火時期にこの内燃機関の点火時
   期を一時的に進角させ、この時の前記ノックセンサの出
   力に基づいて前記内燃機関のノッキングの判定基準とな
   る前記ノックセンサの出力の大きさを設定するようにし
   たことを特徴とする内燃機関のノッキング判定方法。