JPH0347449A - 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〕 本発明はノッキング検出装置及びノッキング検出手段を
備えたエンジン制御装置に関する。

〔従来の技術〕

エンジンにノッキングが発生すると特有の共鳴周波数成
分を持った振動が発生する。ノッキングの発生の有無の
検出は、振動センサによって検出されるエンジン振動か
ら、ノッキングの発生による振動とノッキング以外で生
ずるバックグランド振動とを分離判別することによって
なされる。すなわち、従来のノッキング検出装置は、例
えば特開昭５８−４５５２０号公報に記載のように、エ
ンジン振動から、８〜１５ＫＨｚの範囲のなかの特定の
１又は２の共鳴周波数成分をあらかじめ定め、その周波
数に同調したバンドパスフィルターを用いて分離し、所
定レベルより大きくなったか否かの判定によりノッキン
グの発生の有無を判定していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、振動センサの出力に含まれる特定の周
波数成分のみを用いてノッキングの発生の有無の判定を
しているために、バックグランド振動が大きくなる高負
荷高速運転時にバックグランド振動の変動がノッキング
発生による振動よりも大きくなってしまう、このために
、振動センサの出力からノッキング発生による振動とバ
ックグランド振動とを分離できなくなりノッキングの発
生の有無の判定ができなかった。

第１の発明の目的は、高負荷高速運転時でもノッキング
の発生の有無の判定ができるノッキング検出装置を提供
することにある。

第２の発明の目的は、全てのエンジンの運転状態で微弱
なノッキングの発生の有無の判定ができるノッキング検
出装置を提供することにある。

さらにまた、上記従来技術は、ノッキングセンサの共振
周波数が１３ＫＨｚ程度に設定されていたために、１３
ＫＨｚ付近の共鳴周波数成分を分離して用いることが困
難であり、ノッキングの発生の有無の判定に用いること
ができなかった。このため、高負荷高速運転時でバック
グランド振動が小さくなる比較的に高い２０　ＫＨｚ程
度までの周波数帯域を、ノッキングの発生の有無の判定
に用いることができなかった。このため、高負荷高速運
転時でノッキングの発生の有無の判定ができなかった。

第３の発明の目的は高負荷高速運転時でもノッキングの
発生の有無の判定ができるノッキング検出装置を提供す
ることにある。

上記従来技術は１点火時期の演算のためにノッキングの
発生の有無の判定をする判定手段が高負荷高速運転時に
、ノッキング判定ができなかった。

このため、高負荷高速運転時に点火時期をノッキングが
絶対に発生しないような領域にまで遅角した制御をせざ
る得をなく、エンジン出力及び燃料効率を向上できなか
った。

第４の発明の目的は高負荷高速運転時にエンジン出力及
び燃料効率を向上できるエンジン制御装置を提供するこ
とにある。

上記従来技術は、点火時期の演算のためにノッキングの
発生の有無の判定をする判定手段がアナログ回路によっ
て構成されていたために、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒ
ｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒ＋ｍ）のような複雑な演算処
理をリアルタイムで実行できなかった。このため振動セ
ンサに含まれる情報を充分に活用できず、高精度のノッ
キング発生の有無の判定ができず、エンジン出力及び燃
料効率が最適となるように点火時期を制御できなかった
。

第５の発明の目的は、振動センサに含まれる情報を有効
に活用でき、エンジン出力及び燃料効率が最適となる点
火時期の制御ができるエンジン制御装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するために、第１の発明ではエン
ジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出する振動セ
ンサと、ディジタル周波数分析から振動センサの出力に
含まれる少なくとも２つの周波数成分からノッキングの
有無を判定をする判定手段を設けた。

上記第２の目的を達成するために、第２の発明ではエン
ジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出する振動セ
ンサと、エンジンのクランク角を検出するクランク角セ
ンサと、第１のクランク角から第２のクランク角まで所
定の時間間隔で振動センサの出力のディジタル値をサン
プリングするサンプリング手段と、サンプリング値を記
憶するメモリと、メモリの記憶内容に基づいて振動セン
サに含まれる周波数成分を解析する手段と、周波数成分
に応じてノッキング発生の有無を判定する判定手段を設
けた。

上記第３の目的を達成するために第３の発明では、５　
Ｋ　Ｈｚから１８ＫＨｚで検出感度がほぼ一定な振動セ
ンサと、振動センサの出力に基づいてノッキングの発生
の有無を判定する判定手段を設けた。

上記第４の目的を達成するために第４の発明では、エン
ジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出する振動セ
ンサと、振動センサの出力をディジタル信号に変えるＡ
／Ｄ変換器と、ディジタル信号を取り込み他の振動とノ
ッキングに基づく振動とをディジタル処理で分離判別す
ることによりノッキング発生の有無の判定する判定手段
と、判定手段の出力により点火時期を制御する点火時期
制御手段を設けた。

上記第５の目的を達成するために第５の発明では、エン
ジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出する振動セ
ンサと、プログラムを記憶する第１の記憶手段と、振動
センサの出力を取り込み、第１の記憶手段のプログラム
に従ってノッキングの発生の有無の判定をし１判定結果
を第２の記憶手段に記憶させる第１のマイクロコンピュ
ータと、エンジン状態を検出するエンジン状態センサど
、プログラムを記憶する第３の記憶手段と、エンジン状
態センサの出力及び第２の記憶手段の記憶内容に基づき
、第３の記憶手段のプログラムに従って点火時期を演算
する第２のマイクロコンピュータを設けた。

〔作用〕

第１の発明は、ディジタル周波数分析によって振動セン
サの出力に含まれる少なくとも２つの共鳴周波数成分を
求め、ノッキング発生の有無の判定をする。それによっ
て、振動センサに含まれる少なくとも２つの共振周波数
成分から複合的にノッキング発生の有無の判定ができる
ので、バックグランド振動が大きくなる高負荷高速運転
時でも、ノッキングの発生による振動とバックグランド
振動の分離判別ができ、ノッキング発生の有無の判定が
できる。

第２の発明は、振動センサの出力のディジタル値を第１
のクランク角から第２のクランク角まで所定時間間隔で
サンプリングしメモリに記憶し。

記憶内容に基づいて周波数成分を解析し、周波数成分に
よりノッキングの発生の有無の判定をする。

それによって、振動センサの出力に含まれる任意の周波
数成分を得ることができ、エンジンの運転状態に応じた
最もノッキングの発生による振動が顕著に表われる周波
数成分を用いてノッキングの発生の有無の判定ができる
ため、エンジンの全ての運転状態で微弱なノッキングの
発生の有無の判定ができる。

第３の発明は、５　Ｋ　Ｈｚから１８　Ｋ　Ｈｚの範囲
でエンジン振動をほぼ一様に検出し、この検出に基づい
てノッキングの発生の有無の判定をする。

それによって、高負荷高速運転時のようなバックグラン
ド振動が小さくなる周波数域でノッキング発生の有無の
判定ができるので、高速高負荷運転時でもノッキング発
生の有無の判定ができる。

第４の発明は、振動センサの出力をディジタル信号に変
え、このディジタル信号を用いて他の振動とノッキング
に基づく振動とをディジタル処理で分離判別することに
よりノッキング発生の有無を判定し、この判定により点
火時期の制御をする。

このように、ディジタル処理による分離判別ができるの
で、高負荷高速時でも確実なノッキング発生の有無の判
定ができ、点火時期の進角及び遅角の制御ができ、エン
ジン出力及び燃料効率を向上できる。

第５の発明では、振動センサのディジタル値に基づいて
第１のマイクロコンピュータが第１の記憶手段のプログ
ラムに従ってノッキング発生有無の判定をし、このノッ
キングの発生の有無に基づいて、第２のマイクロコンピ
ュータが第３の記憶手段のプログラムに従って点火時期
の演算をする。

これによって、第１のマイクロコンピュータはプログラ
ムに従って複雑な処理を、しかもリアルタイムでできる
ので、振動センサに含まれる情報と有効に活用でき、エ
ンジン出力及び燃料効率とが最適となるように点火時期
制御ができる。

〔実施例〕

まず始めに、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。エンジンの振動には多く
の振動成分が含まれている０例えば、ピストンの摩擦、
クランク軸の回転、弁の作動などによる振動成分などで
ある。さらに、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。

第８図（、）及び（ｂ）は、ノッキングが発生していな
い時の振動センサの出力及び、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、第８図（
ｃ）及び（ｄ）は、ノッキングが発生した時の振動セン
サの出力及び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。

第１表に示すように、シリンダの径方向の次数をｎ９周
方向の次数をｍとしたときの共鳴振動モードをρ□とす
ると、それに対応した共鳴周波数ｆ　ｎｍが存在する。

また、第８図の（ｂ）と（ｄ、　）を比較すれば分かる
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。

第　　１　　表 第９図を用いて、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。

なお、原理動作の説明のために、共鳴周波数ｆｒ。

（６，３ＫＨｚ）とｆａｘ　（１３，０ＫＨｚ）の周波
数成分を用いて説明する。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。

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Ｔ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■５となり、ノッキングが発生したときはバックグラ
ンド振動工ゎとノッキングの発生による振動Ｉ、を含ん
で定められる指標工となる。

上記ノッキング判定指標工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。

Ｉ　＝ωｔｏＰ（ｆｔｏ）＋ωｚｏＰ（ｆｚｏ）＋ωｏ
ｔＰ（Ｊｏｚ）−ｌ−ｃ、＋ａｏＰ（ｆａｏ）＋ωｔｔ
Ｐ（ｆｚｔ）　　　　　　−（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。

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。

第９図に示すようにバックグラ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工。

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Ｉｈ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がなように、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。

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ｆｏｌ、　ｆｘｏ
成分によるノック判定指標工は第９図（ａ）の場合では
ノック判定閾値Ｉｏｚを下回る領域に入り、また同図（
ｂ）で閾値Ｉｏｚ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
と定義する。

このように、ノッキング判定指標を用いるとバックグラ
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。

また、本発明はエンジンの燃焼実験から得られた以下に
説明する知見に基づいている。すなわち。

第１は、ノッキング発生の共鳴振動表はエンジンの型式
などによって定まる固有のものである。第２は、ノッキ
ングが発生すると各共鳴振動数の成分はそれぞれの強度
（パワースペクトル）を持つが、ノッキングにより発生
するエネルギーはこの強度（パワースペクトル）の総和
として把えられることも可能である。そして、第３は第
１０図に示すように燃焼サイクル毎に変動するエネルギ
ー及び共鳴振動数の成分の頻度分布は、ノッキングによ
り発生するエネルギーに対して、非ろ分布で観測される
。

ノッキングの発生の有無の判定の原理に続き。

具体的な構成について説明する。第１図はシステム構成
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．吸気管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。

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。

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Ｐｏｓ信号を出力する。Ｒｅｆ信号及びＰｏ
ｓ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１５１が取りつけて
あり、検出信号はコントロールユニット９に入力される
。

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１
６及び点火コイル１３に制御信号を出力する。

第２図は、コントロールユニット９の詳細を示す図であ
る。コントロールニット９はＣＰＵ２０゜Ａ／Ｄ変換器
２１．ＲＯＭ２２．入力ｌ１０２３゜ＲＡ　Ｍ　２４　
、　ＤＰＲＡＭ２５．出力Ｉ１０の２６およびバス３７
で構成される制御用ブロック３４、及び、ＣＰＵ２９．
ポート２７．タイミング回路２８゜Ａ／Ｄ変換器３０．
ＲＯＭ３１．ＲＡＭ３２．　クロック３３．オペレーシ
ョナル回路３８、およびバス３６で構成されるノッキン
グ検出用のブロック３５に分けられる。ここで、ＣＰＵ
２０．ＣＰＵ２９のデータの交換はデュアルポートＲＡ
ＭであるＤＰＲＡＭ２５　を通じてなされる。

熱線式流量計２によって検出された吸入空気量Ｑ＆はＡ
／Ｄ変換器２１によってディジタル値に変換され、ＣＰ
Ｕ２０に取りこまれる。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・Ｐｏｓ信号は入力ｌ１
０２３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
理し、演算結果は出力ｌ１０２６から燃料噴射量を意味
する燃料噴射時間信号ＴＩ２点火時期信号θ１ｌＩｎ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。

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　Ｃｅｎｔｅｒ）を示すＴ
ＤＣ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。

ノッキングを検出するための振動センサは、従来のもの
は第３図（、）に示すように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、第３図（ｂ）に示すような
１８ＫＨｚ以上で共振するものを用いる。

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ＲＡＭ３２に格納
すると共に、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ＣＰＵ２
０に伝えられる。

ＣＰＵ２０は点火時期の演算動作を毎点火サイクルにつ
いて第４図（ａ）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１０
ｍ５ｅｃ毎に起動される。ステップ２０１で、ＲＡＭ２
４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
回転数あたりの吸入空気量Ｑ／Ｎを演算しさらにＱ／Ｎ
から燃料噴射時間幅ＴＩをもとめ、燃料供給のためにＲ
ＯＭ２２内に保持している第５図に示すような基本点火
時期マツプから基本点火時期θｂａｓｅを求める。ステ
ップ２０３で、後述する第７図のフローチャートにより
判定したノックフラグ（ｋｎｏｃｋｆｌａｇ）の内容に
よってノッキングの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０口、
から所定の遅角量Δθｒａｔ　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、ＲＡＭ２４中にあり、ノッキング発生に
より、遅角させた点火時期を所定の回数例えば５０と比
較すること（ステップ２０５）でリカバーするペースを
決定する。カウントデータＡを初期化してステップ２０
８に進む。

ここで、ステップ２１３における遅角量Δθｒｅｔの演
算は、高速回転時における急激なノッキングの発生をお
さえるため、第４図（Ｑ）のフローチャートに示すよう
にリタード量Δθｒａｔ　を回転数に基づいては可変と
する場合について説明する。

すなわち、ステップ２０３でノッキング発生していれば
、ステップ２３１でエンジン回転数Ｎが所定の回転数Ｎ
２より大きいか否かを判断する。所定の回転数Ｎ２より
小さい場合は、ステップ２３２で、所定の遅角量Δθｒ
ａｔ　１　　を遅角値Δθｒａｔとする。また、所定の
回転数Ｎ２より大きい場合はステップ２３３でΔθｒｅ
ｔ１　より大きなΔθｒｅｔ２を遅角量Δθｙｅｔとす
ることによりノッキングを抑える適切な遅角量とするこ
とが可能である。

ステップ２０３でノッキングが発生していれば、ステッ
プ２０４で、カウントデータＡを１つカウントアツプす
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θａｄＶを進角量Δθ＆ｄＶ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に等くなっ
たかを判断する。この第４図（ａ）に示すフローは１０
ｍ５ｅｃ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＆４Ｖに所定の進角量Δ
θ＆ｄＶ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。　また、ステップ２０６において適
切な進角変更量とし、急激なノッキングの発生をおさえ
る為第４図（ｂ）のフローチャートに示すように、進角
量Δθ□−９を回転数に応じて可変としてもよい、すな
わち、ステップ２０５でＡ＝５０となった場合は、ステ
ップ２２１でエンジン回転数が所定の回転数Ｎ１よりも
大きいか否かの判断がなされる。所定の回転数Ｎ！より
も大きい場合には、ステップ２２２で所定の進角量Δθ
ａａｖ　ｌを進角値 ΔθａｉＶ　とする。所定の回転Ｎｘよりも大きくない
場合、ステップ２２３で、Δθｈａｙ　１　　よりも小
さい進角量Δθ＆−ｖ２　を進角値６０口、として少し
ずつ進角の変更をする。

この為、急激な進角変更によるノッキングの発生は防ぐ
ことができる。

このようにしてステップ２０８で基本点火時期θ−ａｘ
ｅに上記のごとくして求めた点火時期θ＆ｄＶを加える
ことにより点火時期θｔａｎを演算する。

ステップ２０９で、エンジン回転数Ｎ及び単位回転数あ
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、Ｏ５はＲＯＭ３１内に格納
されている最大進角値マツプから読みだすことによって
なされる。ステップ２１０で点火時期θ、■が最大進角
値θｒｅｓ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θｔｅｓを超えていると、進角しすぎている
ので、ステップ２１１で最大進角値θｒｅｓを点火時期
θｉｆｎとする。

又、ここで、２０２のステップを実行する前に第４図（
ｄ）のフローチャート図に示すように。

回転数Ｎ、吸入空気量Ｑを取りこんだ後に、振動センサ
の出力に基づいて、振動センサの異常を判断することに
より、振動センサの信頼性を向上する場合について説明
する。なお、振動センサが異常であれば異常の処理をす
る。

ステップ２０１で回転数Ｎ及び吸入空気量Ｑを取り込ん
だ後に、ステップ２３１でエンジン回転数Ｎが所定の回
転数Ｎ３より大きいか否かの判定をする。所定の回転数
Ｎａより小さければ、振動センサの出力が異常検出でき
るほど大きくなっていないのでステップ２０２に進む。

ステップ２３１でエンジン回転数が所定の回転数Ｎ８よ
りも大きければ、ステップ２３２で振動センサが所定レ
ベルにより大きいかを判定する。

大きければ、振動センサは正常であると判断しステップ
２０２に進む、振動センサの出力が所定レベルより小さ
ければ振動センサは異常であると判断し、ステップ２３
４で振動センサの異常時のための点火時期を求める。ス
テップ２３４では回転数Ｎ及び単位回転あたりの吸入空
気量に応じた異常時の点火時期θｘｒｒをＲＯＭ２２内
に格納されているマツプから検索する。なお、検索され
た異常時点火時期θｔｒｒは基本点火時期のマツプに格
納されている値より充分遅角した値であり、ノッキング
が発生しないようなものとなる。ステップ２３５で、θ
１２．を基本点火時期θいｓｅとし、ノッキング検出に
よる点火時期の演算をすることなくフローを終了する。

以上説明したごとく点火時期０□、が設定された後に、
ステップ２１２でエンジン状態に応じて、デイレイ時間
ｔａ、サンプリング点数ｎｓ　、分周比ｔｓ　をポート
２７に出力する。ステップ２１３でエンジン状態に応じ
て主比較共鳴周波数ｆをＤＰＲＡＭ２５にセットしフロ
ーを終了する。

なお、分局比ｔｓ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。

なお、サンプリング点数を３２とし、サンプリング周期
２５　μｓｅｃ、　２６．４　μｓｅｃ及び２５．９μ
ｓｅｃとした場合のＤＭＲＡＭ２５にセットし解析でき
る周波数成分を第２表に示す。

本表中の本を付す周波数のように、前述の第１表におけ
る主要な共鳴周波数と一致する周波数成分を得るには１
例えばｆｔｔ＝１８．１　　ＫＨｚならば、本表中のよ
うにサンプリングタイミングを２５．９　μｓｅｃとす
ればウェーブナンバ１５に１８．０９８ＫＨｚが得られ
、１８．１ＫＨｚ　　における正確な周波数分析が可能
となる。

第　２　表刷波数成分（単位：ＫＨｚ）このように、サ
ンプリング周期とサンプリング点数によって１周波数解
析の分解能が決まる。ステップ２１２でセットされるｔ
、ａ　ｒ　ｔｓ、ｎｓはエンジンの運転状態に応じて、
ノッキングの発生の有無の判定に必要となる共鳴周波数
成分が得られるように決定され、セットされる。

第６図は、タイミング回路２８及びその動作図である。

タイミング回路２８はデイレイカウンタ４１、サンプル
レートカウント４２．サンプルカウンタ４４．入力端子
にインバータを備えたアンドゲート４３より構成される
。ＴＤＣ信号はデイレイカウンタ４１のセット端子及び
サンプルカウンタ４４のセット端子に入力される。また
、クロック３３の出力はデイレイカウンタ４１のイネー
ブル端子及びアンドゲート４３のインバータを備えた端
子に入力される。アンドゲート４３の出力はサンプルレ
ートカウンタ４２のイネーブル端子に入力される。サン
プルレートカウンタ４２のゼロ出力はサンプルカウンタ
４４のイネーブル端子に入力される。またサンプルレー
トカウンタ４２自身のセット端子に入力され、さらに、
サンプリング信号として出力される。サンプリングカウ
ンタ４４のゼロ出力はアンドゲート４３に入力される。

ＣＰＵ２０からポート２７にデイレイ時間ｔｄ。

サンプリング数ｎｓ　、分局比ｔ５が出力されると、デ
イレイカウンタにｔ４がサンプルレートカウンタにｔｓ
が、サンプルカウンタにｎｓが、それぞれダウンカウン
タ４の初期値としてセットされる。

なお、それぞれのカウンタはセット端子に信号が入力さ
れるとゼロ端子が１となり、イネーブル端子に信号が入
力される毎にカウントダウンし、カウントが零となると
ゼロ端子出力が零となる。

デイレイカウンタ４１のセット端子にＴＤＣ信号が入力
されるとゼロ出力が１になり、クロック３３の信号がイ
ネーブル端子に入力される毎にカウンタが順にダウンカ
ウントしてい＜、ＴＤＣ信号はクランク軸の角度が上死
点（トッププツトセンター）に相当する角度になったと
きに出力される信号で、クランク角センサの出力するＲ
　ｅ　ｆ信号及びＰｏｓ信号からハードウェア又はＣＰ
Ｕ２０内のソフトウェアによって作られる。デイレイカ
ウンタのダウンカウント値が零になるとデイレイカウン
タのゼロ出力が零となり、アンドゲート４３に１が入力
される。なお、この状態ではサンプルカウンタ４４はす
でにＴＤＣ信号を受けているためにゼロ出力は１となっ
ているので、クロック３３の出力信号はそのままサンプ
ルレートカウンタ４２のイネーブル端子に入力される。

サンプルレートカウンタ４２はクロック信号が発生する
毎にカウントダウンし、カウント値が零となる毎にサン
プリング信号を出力する。また。

自身のセット端子に信号を入力し再びｔ４をカウント値
とする。ゼロ出力はサンプリングカウンタ４４のイネー
ブル端子に入力される。ダウンカウントしサンプルカウ
ンタ４４のカウンタ値が零になるとゼロ出力が零になる
とクロック信号がアンドゲートを通過できなくなりサン
プリング信号は出力されなくなる。

ＣＰＵ２９のノッキング発生の有無の判定の演算処理の
動作を第７図のフローチャート図を用いて説明する。こ
のフローチャートの動作は相連続する爆発サイクルにお
いて毎回実行され、ＴＤＣ信号で開始される所定回数ｒ
ｌｓ回のＡ／Ｄ変換の終了直後に起動される。つまり振
動センサ１５の出力のディジタル値が所定個数ＲＡＭ３
２内のメモリに保持されたとき、すなわち、サンプルカ
ウンタ４４のゼロ端子出力が１から零に立ち下がったと
きに、ＣＰＵ２９に割込信号が出力され起動される。

まずステップ３００で振動センサの測定データをＦＦＴ
により周波数分析する。分析するデータは、ＲＡＭ３２
の所定メモリに保持されているサンプリング値である。

振動センサの出力に含まれている共鳴周波数成分を解析
するために、サンプリング値からＦＦＴ手法（Ｆａｓｔ
　ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）をおこなう、な
お、ＷＦＴ手法（Ｗａｌｓｈｔｏ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔ
ｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて周波解析することもできる
。

ステップ３０１で（１）式でノッキング判定指標■を計
算する際に使用する共鳴周波数ｆを選択する。この選択
方法は５つの共鳴周波数に対するパワースペクトルＰ（
ｆａｘ）−Ｐ（ｆｔｏ）、　Ｐ（ｆｏｚ）。

Ｐ（ｆａｏ）、Ｐ（ｆｔｘ）のうちの最大のものからｎ
個（ｎｓ５）だけ選択するものである０次に、ステップ
３０２でノッキング判定指標工を計算する。

ノッキング判定指標工は、これら選択されたいくつかの
Ｐによって（１）式に基づいて計算される′。

例えば、Ｐ　（ｆｌｏ）及びＰＣｆｏｌ）が選択された
のならば、指標工の計算の様子は第９図のようになる。

ここで（１）式におけるＰの代わりにパワースペクトル
の平均値Ｐで標準化した値を使用することができる０例
えばＰ　（Ｊｌｏ）の代わりにＰＣＩｔｏ）／Ｐ　Ｃｆ
　ｉｏ）を使用してもよい、Ｐは毎爆発で計算されるＰ
の値から以下に示す（２）式によって計算される。

Ｐ　＝ａ−Ｐ＋（１−ａ）・Ｐ　　　　　・＝（２）た
だしａはＰの従来値の寄与率である。このＰの更新はノ
ッキング有と判定されなかった場合に限り実行される。

なお、Ｐの初期値はＲＯＭ３１に予め設定され、読み出
すことによって得られる。

ステップ３０３ではＲＡＭ３２からエンジン回転数Ｎと
吸入空気量Ｑを読みだす。ステップ３０４では、ＲＯＭ
３１内に格納されたテーブルに基づいて、エンジン回転
数Ｎと吸入空気量Ｑから閾値Ｉｏｚ又はＩｏｚを選択す
る。

ノッキング判定指標ＩがＩｏｒまたはＩｏｚより大きけ
ればステップ３０５でノッキング発生と判断しｋｎｏｃ
ｋフラグを１とし、ノッキング判定指標工が小さければ
ノッキングが発生していないと判断し１（ｎｏｃｋフラ
グを０とし、ＤＰＲＡＭ２５に書きこみフローを終了す
る。

第７図のルーチンは第４図（、）のルーチンが起動され
るより以前に実行される。すなわち第４図（ａ）のルー
チンはある気筒の爆発工程の以前にその点火時期を定め
るプログラムであり、通常圧縮工程もしくは吸入工程で
実行されるが、第７図のルーチンは爆発直後に実行され
るものである。

〔発明の効果〕

第１の発明はノッキング指標からノッキング発生の有無
の判定ができるので、バックグランド振動が大きくなる
高負荷高速時でもノッキングの発生の有無の判定ができ
る。

第２の発明は振動センサに含まれる任意の周波数成分を
用いることができるので、エンジンの運転状態に応じて
適切な共鳴周波数成分を用いてノッキングの発生の有無
の判別ができる。そのために、全てのエンジンの運転状
態で微弱なノッキングの発生の有無の判定ができる。

第３の発明では高負荷高速時にバックグランド振動が小
さくなる共鳴周波数成分を用いてノッキングの発生の有
無の判定ができるので、高負荷高速時でもノッキング発
生の有無の判定ができる。

第４の発明では高負荷高速時でノッキング発生の有無の
判定ができるので、エンジン出力及び燃料効率が向上で
きる。

第５の発明では振動センサの出力に含まれる情報を有効
に活用できるので、エンジン出力及び燃料効率が最適と
なるように制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシステム図、第２図はコントロールユニットを
示す図、第３図は振動センサの特性を示す図、第４図は
点火時期の演算を示すフローチャート図、第５図は基本
点火時期マツプ、第６図はタイミング回路及びその動作
図、第７図はノッキング判定の動作を示すフローチャー
ト図、第８図は振動センサの出力信号と周波数分析結果
を示す図、第９図はノッキング判定指標を示す図、第１
０図はノッキング発生の頻度とノッキング強度Ｊ関係を
示す図である。 ９・・・コントロールユニット、１２・・・クランク角
センサ、１５・・・振動センサ、２８・・・タイミング
回路、第１図 第 ３ 図 第 図（ｂ） 第 図（ｃ） 第 ４ 図（ｄ） 第 図 （ａ） （Ｃ） 第 図（ａ） Ｗ＋ｏＰ（ｆ＋ｏ） 第 図 （ｂ） ０ ０　ｋＨｚ 周波数 （ｄ） 時間 １゜ ２０　　ｋＨｚ 周波数 第１０図 （ノッキングエネルギー）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出し
   てノッキングの発生の有無を判定するノッキング検出装
   置において、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動
   を検出する振動センサと、この振動センサ出力をＡ／Ｄ
   変換し、ディジタル周波数分析を行つた結果から、少な
   くとも２つの周波数成分を求めて前記ノッキングの有無
   を判定する判定手段を設けたことを特徴とするノッキン
   グ検出装置。 ２、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出し
   てノッキングの発生の有無を判定するノッキング検出装
   置において、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動
   を検出する振動センサと、この振動センサ出力に含まれ
   る少なくとも２つの周波数成分を求め、この一方の周波
   数成分と他の周波数成分との加算結果からノッキングの
   有無を判定する判定手段を設けたことを特徴とするノッ
   キング検出装置。 ３、エンジンの振動あるいはシリンダ内振動を検出して
   ノッキングの発生の有無を判定するノッキング検出装置
   において、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を
   検出する振動センサと、エンジンのクランク角を検出す
   るクランク角センサと、第１のクランク角から第２のク
   ランク角まで所定の時間間隔で前記振動センサの出力の
   ディジタル値をサンプリングしディジタル値として出力
   するサンプリング手段と、前記サンプリング値を格納す
   るメモリと、前記メモリの内容に基づいて前記振動セン
   サの出力に含まれる周波数成分を解析する解析手段と、
   前記解析結果に基づいて前記ノッキングの有無を判定す
   る判定手段を設けたことを特徴とするノッキング検出装
   置。 ４、請求項３において、サンプリング手段はサンプリン
   グの間隔が可変であるように構成したことを特徴とする
   ノッキング検出装置。 ５、請求項４において、解析手段は周波数解析をＦＦＴ
   手法（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）あ
   るいはＷＦＴ手法（ＷａｌｃｈｔｏＦｏｕｒｉｅｒＴｒ
   ａｎｓｆｏｒｍ）を用いておこなうことを特徴とするノ
   ッキング検出装置。 ６、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出し
   てノッキングの発生の有無を判定するノッキング検出装
   置において、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動
   を検出する振動センサは少なくとも５ＫＨｚから１８Ｋ
   Ｈｚまでは検出感度がほぼ一定であり、前記振動センサ
   の出力に基づいてノッキングの判定の有無を判定する判
   定手段を備えたことを特徴とするノッキング検出装置。 ７、エンジンの燃焼時に発生するノッキング現象を検出
   し、この検出値に基づき点火時期を制御するものにおい
   て、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出す
   る振動センサと前記振動センサの出力をディジタル信号
   に変えるＡ／Ｄ変換器と、前記ディジタル信号を取り込
   み他の振動とノッキングに基づく振動とをディジタル処
   理で分離判別することによりノッキング発生の有無を判
   定する判定手段と、この判定手段の出力により点火時期
   を制御する点火時期制御手段を設けたことを特徴とする
   エンジン制御装置。 ８、エンジンの燃焼時に発生するノッキング現象を検出
   し、この検出値に基づき点火時期を制御するものにおい
   て、少なくとも５ＫＨｚから１８ＫＨｚのエンジン振動
   あるいはシリンダ内圧振動をほぼ一定に検出する振動セ
   ンサと、前記振動センサの出力を取り込み前記ノッキン
   グに基づく振動の有無を判定する判定手段と、この判定
   手段のノッキング発生の判定により点火時期を遅角する
   点火時期制御手段を設けたことを特徴とするエンジン制
   御装置。 ９、エンジンの燃焼時に発生するノッキング現象を検出
   し、この検出値に基づき点火時期を制御するものにおい
   て、エンジンの運転状態に基づいて基本点火時期を演算
   する基本点火時期演算手段と、エンジン回転数を予め決
   められた所定値と比較する比較手段と、前記比較に基づ
   いて遅角値を決定する遅角値決定手段と、前記基本点火
   時期と前記遅角値に基づいて点火時期の演算をする点火
   時期演算手段を設けたことを特徴とするエンジン制御装
   置。 １０、請求項９において、エンジン回転数を予め決めら
   れた第２の所定値と比較する第２の比較手段と、前記第
   ２の比較手段の出力に基づいて進角値を決定する進角値
   決定手段を備え、前記点火時期演算手段は、基本点火時
   期、遅角値及び進角値に基づいて点火時期を演算するよ
   うに構成されたことを特徴とするエンジン制御装置。 １１、エンジンの燃焼時に発生するノッキング現象を検
   出し、この検出値に基づき点火時期を制御するものにお
   いて、エンジンの振動あるいはシリンダ内振動を検出す
   る振動センサと、前記振動センサの出力を所定値と比較
   する比較手段と、前記比較手段の出力に基づいて振動セ
   ンサの異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特
   徴とするエンジン制御装置。 １２、エンジンの運転状態を検出する手段と、前記運転
   状態から点火時期を演算する手段と、前記点火時期から
   点火時期を制御する点火時期制御手段を備え、前記点火
   時期を４５゜以上進角させることを特徴とするエンジン
   制御装置。 １３、エンジンの燃焼時に発生するノッキング現象を検
   出し、この検出値に基づいて点火時期を制御するものに
   おいて、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検
   出する振動センサと、プログラムを記憶する第１の記憶
   手段と、前記振動センサの出力を取り込み、前記第１の
   記憶手段のプログラムに従つてノッキングの発生の有無
   の判定をし、判定結果を第２の記憶手段に記憶させる第
   １のマイクロコンピュータと、エンジン状態を検出する
   エンジン状態センサと、プログラムを記憶する第３の記
   憶手段と、前記エンジン状態センサの出力及び前記第２
   の記憶手段の記憶内容に基づき、前記第３の記憶手段の
   プログラムに従つて点火時期を演算する第２のマイクロ
   コンピュータとを備えたことを特徴とするエンジン制御
   装置。 １４、エンジンの燃焼時に発生するノッキング現象を検
   出し、この検出値に基づき点火時期を制御するものにお
   いて、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出
   する振動センサと、前記振動センサの出力のデジタル値
   をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリ
   ングが所定回数なされたときに信号を発生する信号発生
   手段と、前記信号手段の信号発生毎に前記サンプリング
   に基づいてノッキングの発生の有無を判定する判定手段
   と、所定の周期毎に周期信号を発生する周期信号発生手
   段と、前記周期信号の発生毎に前記判定手段の判定結果
   に基づいて点火時期を制御する点火時期制御手段とを備
   えたことを特徴とするエンジン制御装置。 １５、エンジンの燃焼時に発生するノッキング現象を検
   出し、この検出値に基づき点火時期を制御するものにお
   いて、エンジンの振動あるいはシリンダ内圧振動を検出
   する振動センサと、前記振動センサに含まれる振動と予
   め決められたノック判定指標とを比較し、ノッキングの
   発生の有無の判定をする比較手段と、前記比較手段の出
   力に基づいて点火時期の補正値を演算する補正演算手段
   と、エンジン状態に基づいて基本点火時期を演算する基
   本点火時期演算手段と、前記補正値と基本点火時期に基
   づいて点火時期を演算する点火時期演算手段を備えたこ
   とを特徴とするエンジン制御装置。