JPH03267546A - 内燃機関のノッキング制御方法 - 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、一つのノックセンサからの検出信号に基づい
て多気筒内燃機関のノッキングの有無を判定するに際し
、各気筒毎のノッキングの判定レベルを算出できるよう
にした内燃機関のノッキング制御方法に関する。

〈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く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。

又、コストや設置スペース等の点で一つのノックセンサ
にて機関の各気筒のノッキングの有無を判定する必要が
あるが、ノックセンサから各気筒までの距離を全て等し
く設定することが不可能なため、例えばノックセンサま
での距離が遠い気筒では信号が相当減衰した状態となっ
てノックセンサに伝わるため、ノッキングが発生してい
てもノイズとみなされたり、逆にノックセンサまでの距
離が近い気筒では信号の減衰がほとんどない状態でノッ
クセンサに伝わるため、ノイズ成分をノッキングとして
誤って判断してしまう虞がある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明による内燃機関のノッキング制御方法は、内燃機
関の振動を検出するノックセンサの出力の大きさに基づ
いてこの内燃機関のノッキングの有無を判定し、当該内
燃機関がノッキングを起こしていると判断した場合には
、点火時期を遅角するようにした内燃機関のノッキング
制御方法において、前記点火時期を遅角しても前記内燃
機関がノッキングを起こしていると判定し続けている場
合には、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高めに修正するように
したことを特徴とするものである。

ここで、前記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、或いは機関の発生音等を測定
する通常のものを採用することができる。

く作用〉 ノックセンサによって内燃機関の振動が検出され、この
ノックセンサの出力の大きさに基づいて内燃機関のノッ
キングの有無が判定される。そして、内燃機関がノッキ
ングを起こしていると判断した場合には、点火時期を遅
角してノッキングの発生を回避する。

前記内燃機関にノッキングが実際に発生している場合、
点火時期の遅角操作にてノッキングの発生を終了させる
ことができるが、この点火時期の遅角操作を行っても、
内燃機関がノッキングを起こしていると判定し続けてい
る場合には、こ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が低めに設定されていると考え、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
力の大きさを高めに修正する。

〈実施例〉 本発明による内燃機関のノッキング制御方法を直列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。な
お、本実施例の燃料噴射弁１９は、機関１１の気筒数に
対応して吸気通路１４の吸気マニホールド部分に四個設
けられたいわゆるマルチポイント形式のものを採用して
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を設けられ、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２
５と、対気圧を検出する大気圧センサ２６とがエアクリ
ーナ１７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Ｎ８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Ａｔ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Ｗｔ等から決まるる点火
時期補正量θ、や、ノック量ΔＶにより決まる遅角量０
８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
ために後述する更新変位量ΔＶ８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は更新変位量ΔＶＫやノイズレベルＶＮ及び
後述するノック判定閾値■１の他にノック量ΔＶを順次
算出し、このノック量ΔＶに基づいて遅角量θ３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、Ｔ
ＤＣ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にて更新変位量ΔＶ
、及びノイズレベルＶＮを予めＥＣＵ３１内に読み込ま
れた初期値０゜Ｖ　Ｎｏ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、新たに更新変位量ΔＶＫ及びノ
イズレベルＶ、４等を初期値０．ＶＮｏ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３１２〜Ｓ
１４のステップにて算出された最新の更新変位量Δ■３
及びノイズレベルＶＮが読み出される。

そして、Ｓ３のステップにて機関回転数Ｎ２や吸入空気
量Ａ、冷却水温Ｗア、吸気温Ａ７゜大気圧Ａ、及びノッ
クセンサ出力Ｖ等の機関１１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０．ＶＮＯを読み
込む必要がないので、Ｓ２のステップを跳ばしてＳ３の
ステップに移行する。又、前記ノイズレベルｖＮの初期
値ｖＮ０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ノイズレベルの平均値等を採用する
。

前記Ｓ３のステップにて機関１１の運転情報を読み取っ
たならば、Ｓ４にて吸気充填効率Ａ／Ｎを算出し、Ｓ５
にて機関１１のノッキングに伴って点火時期を遅角中か
否かを判定する。イグニッションキーを操作した初回は
ノッキング制御を行っていないので、Ｓ６のステップに
移行し、冷却水温ＷＴが予め設定した下限値ＷＴＬと上
限値ＷＴ）ｌとの間にあるか否かを判定する。

このＳ６のステップにて冷却水温Ｗ１が予め設定した下
限値ＷＴＬと上限値ＷＴＭとの間にあると判断したなら
ば、今度はＳ７にて吸気温Ａアが予め設定した下限値Ａ
　ＴＬと上限値Ａ７との間にあるか否かを判定する。そ
して、このＳ７のステップにて吸気温Ａアが予め設定し
た下限値Ａ　ＴＬと上限値ＡＴＭとの間にあると判断し
た場合には、Ｓ８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Ｓ８のステップにて大気圧Ａ、が予め設定した下限
値Ａ　ＰＬ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８６〜Ｓ８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３９゜ＳＩ
Ｏにて判定する。

なお、機関１１の運転状態がこのノック判定領域にある
か否かを判定するのは、ノッキング制御の信頼性を確保
　させるためであり、機械ノイズの信号に対するノッキ
ングの信号の割合が多くなる高負荷領域、例えば第３図
中の斜線で囲んだ領域が選択される。

即ち、Ｓ９のステップにて機関回転数Ｎ８が予め設定し
た下限値Ｎ　！ＩＬと上限値Ｎ２Ｍとの間にあるか否か
を判定し、このＳ９にて機関回転数Ｎ、が予め設定した
下限値ＮＲＬと上限値Ｎ工との間にあると判断した場合
には、Ｓ１０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ＳＩＯ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Ｓ９及びＳＩＯ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、Ｓｌｌにてノックセンサ出力Ｖが低下し
たか否がを判定する。

前記Ｓｌｌにてノックセンサ出力Ｖが低下したと判断し
た場合には、必要以上に点火時期を遅角している、つま
りノイズレベルＶｓを大きく設定しすぎている可能性が
考えられるので、Ｓ１２にて更新変位量ΔｖＫを下式に
基づいて算出し、これをＥＣＵ３１のＲＡＭに記憶させ
ると共に３１３にて下式によりノイズレベルｖＮを算出
する。

ΔＶ□、＝ΔＶｔｔｓ−ｎ−α≧ΔＶ、、。

Ｖ　Ｎ　（Ｉｌ＋　＝　（１＋”　’６÷−→・ＶＮ０
但し、αは予め設定された更新定数であり、ここで算出
される更新変位量ΔｖＫは制御の安全性を考慮して予め
設定された最小更新変位量ΔｖＫ、１．にその最小値を
クリップしている。要するに、このＳ１２のステップで
はＳ１３にて算出されるノイズレベルＶが小さめとなる
ように、更新変位量ΔＶＫを減少させている。

一方、前記Ｓｌｌのステップにてノックセンサ出力Ｖが
低下していないと判断した場合には、点火時期の遅角量
が不十分である、つまりノイズレベル■を小さ（設定し
すぎている可能性が考えられるので、Ｓ１２にて更新変
位量ΔＶＫを下式に基づいて算出し、これをＥＣＵ３１
のＲＡＭに記憶させると共に前記Ｓ１３のステップにて
ノイズレベルｖＮを算出する。

ΔＶ’Ｈ，ｒ＝ΔＶｉ＋ｔ−＋＋−β　≧ΔＶ　Ｋｍ＊
ｚ但し、βは予め設定された更新定数であり、ここで算
出される更新変位量ΔｖＫは制御の安全性を考慮して予
め設定された最大更新変位量ΔＶ　Ｋｍ　ａヨにその最
大値をクリップしている。要するに、このＳ１４のステ
ップではＳ１３にて算出されるノイズレベル■９が大き
めとなるように、更新変位量Δ■、を増加させており、
これらＳ１２．Ｓ１４のステップにて更新変位量ΔＶＫ
を最小更新変位量△Ｖ１１ｍｌ＋＋と最大更新変位量Δ
ｖＫ、。どの間の適切な値に保持している。

そして、Ｓ１５にてノッキング判定用閾値Ｖ１を下式に
基づいて算出する。

Ｖ、＝Ｖ□、＋α 但し、γは削成で算出されたノイズレベルＶＩｌ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Ｎ８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Ｓ１５のステップにてノック判定用閾値■１を算出
したならば、Ｓ１６にてノック量ΔＶを下式に基づいて
算出すると共に３１７にてこれと対応する遅角量θ、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、Ｓ１８にて点火時期θを下式に基づいて算
出し、前記Ｓ３のステップに戻る。

θ＝θ、十〇、−０８ 一方、前記Ｓ５のステップにてノッキング制御による点
火時期の遅角操作を行っていないと判断したならば、Ｓ
１５のステップに移行してこの時の機関回転数Ｎ８に対
応したノック判定用閾値Ｖ１を逐一算出する。

又、Ｓ６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との間にないと判断するか、
Ｓ７のステップにて吸気温ＡＴが予め設定した下限値Ａ
ＴＬと上限値Ａ７との間にないと判断するか、或いはＳ
８のステップにて大気圧Ａ、が予め設定した下限値ＡＦ
Ｌ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、正確なノイズレベルＶＮを算出す
ることができないと考え、Ｓ１５のステップに移行する
。同様に、Ｓ９のステップにて機関回転数ＮＥが予め設
定した下限値Ｎ２Ｌと上限値ＮＩＩＨとの間にないと判
断したり、或いはＳＩＯ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
断した場合には、機関１１がノック判定領域にないこと
から、ノイズレベルＶＮを算出しても信頼性が余りない
ので、そのままＳ１５のステップに移行する。

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、単一の更新変位量ΔＶＫやノイズレベル
ＶＰｉ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更新変位量Δ■、やノイズ
レベルＶｓ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制御方法によると、点火
時期を遅角しても内燃機関がノッキングを起こしている
と判定し続けている場合には、この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高め
に修正するようにしたので、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く必要がなくなり
、簡単な演算装置によってコストを下げることができる
。又、一つのノックセンサを用いて複数の気筒のノッキ
ングの有無を判断する場合、このノッキングの判断に誤
りを生じる可能性がほとんどな（なる。

【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制御方法を
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図はノックレベ
ル判定領域を表すグラフ、第４図はノック判定閾値の安
全定数のマツプである。 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、Δｖ
Ｋは更新変位量、■、はノイズレベル、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
、Ｎ２は機関回転数、α、βは更新定数、■、はノック
判定閾値、γは安全定数、ΔＶはノック量、θ８は遅角
量、θ、は基本点火時期、θ、は点火時期補正量である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の振動を検出するノックセンサの出力の大きさ
   に基づいてこの内燃機関のノッキングの有無を判定し、
   当該内燃機関がノッキングを起こしていると判断した場
   合には、点火時期を遅角するようにした内燃機関のノッ
   キング制御方法において、前記点火時期を遅角しても前
   記内燃機関がノッキングを起こしていると判定し続けて
   いる場合には、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高めに修正する
   ようにしたことを特徴とする内燃機関のノッキング制御
   方法。