JPH0380979B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明はエンジンに発生するノツキングを所定
のレベル以下に制御する装置に関する。

（従来技術） 周知のようにエンジンは、一般に点火時期を進
めると燃費がよくなるが、余り進め過ぎるとノツ
キングが発生する。

非常に軽いノツキングは、エンジンに対して障
害とはならず、かつわずかにノツキングが発生す
る程度の状態が最も燃費がよくなる。

しかし、ひどいノツキングを放置するとエンジ
ンのピストンやピストンリングを破損させてしま
う。

また、それより軽いノツキングの場合は、エン
ジンを破損させるようなことはないが、音が耳ざ
わりであつたり、乗員に不快感を与えるおそれが
ある。

したがつて、ノツキング・レベルの制御におい
ては、エンジンの保護と音の大きさとの２つの要
素を考離しなければならない。

第１図は、エンジンに発生する振動のレベルと
回転速度との関係図である。

第１図において、破線Ｌ１はエンジン保護に必
要な振動レベルの上限値である。

なお、この図ではほぼ一定の値で示している
が、運転状態に応じて変えても良い。

また１点鎖線Ｌ２は、エンジンが発生する音の
レベルを示す。

エンジンが発生する音は主として、吸排気弁の
離着座振動、すなわち吸排気弁が弁座に接すると
きの振動衝撃などによるものであり、エンジン回
転速度が大きくなるに従つて大きくなる。

ノツキングによる音がこのエンジンから発生す
る音よりも低ければ、乗員には感知できないため
気にならないが、これを超えると前記のように不
安になつたり、不快になつたりする恐れがある。

従来のノツキング・レベル制御装置としては、
たとえば特願昭54−97940号がある。

上記の従来例においては、エンジンのシリンダ
ブロツクの振動を振動センサで検出する。

そして、その信号をノツキングに起因する振動
が有する周波数範囲のバンドパスフイルタを通し
た後整流し、その整流した信号の平均値を基準と
して、第１図に破線Ｌ３で示すような基準レベル
を作る。

そして、その基準レベルと振動センサの信号と
を比較した結果を点火信号を起点として積分し、
その積分結果が所定値を上回わつた場合にノツキ
ングを生じたものと判定し、点火時期を遅らせて
ノツキング・レベルを制御するものである。

上記のごとき従来のノツキング・レベル制御装
置においては、基準レベルをエンジンの振動信号
の特定の周波数範囲の成分の平均値として得るも
のであつたため、第１図のＬ３からわかるよう
に、回転速度の上昇に伴つて単純に右上がりのカ
ーブとなる。

この基準レベルの上限は、エンジン保護に必要
な上限レベルＬ１を超えることはできないので全
体的に低いレベルとなり、ノツキングを必要以上
に低いレベルに押さえてしまうことになる。

上記のように、従来のノツキング・レベル制御
装置においては、エンジンが発生する音との相関
を考慮しておらず、ノツキングを必要以上に低い
レベルに押さえてしまうので、燃費の改善効果が
少ないという問題があつた。

特に、近年DOHCエンジン等のように高回転
域まで使用するエンジンが多くなつてきたが、そ
のようなエンジンでは、上記の問題が特に顕著で
ある。

（発明の目的） 本発明は、上記のごとき従来技術の問題点を解
決するためになされたものであり、エンジン保護
に必要な振動のレベルとエンジンが発生する音の
レベルとの両方を満足させることにより、運転者
に不快感を与えることなく、かつ燃費を出来るだ
け向上させるように制御することのできるノツキ
ング・レベル制御装置を提供することを目的とす
る。

上記の目的を達成するため本発明においては、
エンジンの保護に必要な振動レベルの上限値をエ
ンジンの回転速度などの運転条件に応じて設定す
ると共に、吸排気弁の着座振動や離座振動に基づ
いてエンジンが発生する音（ノツキングによる音
を除いたもの、以下同様）のレベルを検出し、ノ
ツキングによる振動のレベルを上記の両方のレベ
ルのどちらをも超えない範囲に制限するように構
成している。

第２図は、本発明の全体の構成を示すブロツク
図である。

第２図において、１はエンジンのノツキングに
よる振動レベルに対応した第１の信号を出力する
第１の手段である。

これは、たとえば上死点から上死点後50度まで
のエンジンの振動を検出し、その振動波形の包絡
線を求める装置である。

次に２は、吸排気弁の着座振動と離座振動との
うちの少なくとも一方のレベルに対応した第２の
信号を出力する第２の手段である。上記吸排気弁
の着座振動や離座振動のレベルは、エンジンが発
生する音のレベルに対応したものである。上記第
２の手段は、例えば、上死点前40度から上死点ま
で及び上死点後50度以降のエンジンの振動を検出
し、その振動波形の包絡線を求める装置である。

つぎに３は、エンジン保護に必要な振動レベル
の上限値に対応した第３の信号を出力する第３の
の手段である。

これは、たとえば一定レベルの信号を出力する
装置、あるいはエンジンの回転速度のみ、または
エンジン回転速度と吸入空気量とを軸としたデー
タ・テーブルから、エンジンの運転状態に応じた
値を読み出して出力する装置を用いることができ
る。

つぎに４は、比較手段であり、第１の信号と第
２及び第３の信号とをそれぞれ比較し、第１の信
号が第２または第３の信号の少なくとも一方より
大きい場合にノツキングと判定するものである。

一方、６は基本点火時期算出手段であり、公知
の方法、たとえば回転速度、吸入空気量、冷却水
温等に応じて基本点火時期を算出する。

５は、修正手段であり、基本点火時期算出手段
６が算出した基本点火時期を比較手段４の信号に
応じて修正する。

たとえば、比較手段４がノツキングと判定した
場合には基本点火時期を遅らせ、またノツキング
でないと判定した場合には基本点火時期をそのま
ま出力するか、あるいは基本点火時期を進める。

７は、点火装置であり、修正手段５から与えら
れる点火時期信号に応じて点火動作を行う。

（発明の実施例） 第３図は、本発明の一実施例のブロツク図であ
る。

第３図において、８は点火プラグとシリンダヘ
ツドとの間に装着された圧力センサ（詳細後述）
である。

圧力センサ８の出力は、バンドパスフイルタ９
を通して不必要な振動成分を除去した後、包絡線
検出回路１０に入る。

包絡線検出回路１０は、いわゆるピーク・ホロ
ア回路で構成されており、振動成分の包絡線（後
記第５図の破線Ｌ５）信号を出力する。

この包絡線信号をAD変換器１１でデジタル信
号に変換した後、演算装置（マイクロコンピユー
タ）１２に与える。

演算装置１２には、基準位置信号Ｓ１、単位角
信号Ｓ２、吸入空気量信号Ｓ３、冷却水温信号Ｓ
４等も与えられる。

なお、基準位置信号Ｓ１と単位角信号Ｓ２と
は、クランク軸が所定角度回転するごとに出力さ
れる信号であり、たとえば基準位置信号Ｓ１は、
クランク軸が２回転すなわち720度回転するごと
に出力される信号であり、単位角信号Ｓ２は、ラ
ンク軸が１度回転するごとに出力される信号であ
る。

なお、上記の信号Ｓ１乃至Ｓ４はそれぞれ周波
数カウンタ、AD変換器などを介して、回転速度
データＮ、吸入空気量データＱ、冷却水温データ
Twなどに変換される。

また、上記の基準位置信号Ｓ１と単位角信号Ｓ
２とはそれぞれ演算装置１２に割込要求を発す
る。

また、１３は公知の点火装置である。

つぎに第４図は、圧力センサ８の一例の装着状
態を示す図である。

第４図において、１４はシリンダヘツド、１５
は点火プラグ、１６は気筒（燃焼室）、１７は絶
縁体、１８は圧電体、１９は電極、２０はリード
線である。

上記の１７乃至２０が圧力センサ８を構成して
いる。

すなわち、ドーナツ状の圧電体１８の両側を電
極１９ではさみ、さらにその外側に絶縁体１７が
設けられている。

２つの電極１９からリード線２０で信号が取り
出される。

この圧力センサ８は、点火プラグ１５とシリン
ダヘツド１４とに締めつけられて荷重がかかつて
いる。

エンジン作動時には、気筒内圧力によつて点火
プラグ１５が外側に押されるため、圧力センサ８
にかかる荷重は気筒内圧力によつて変化する。

この圧力変化に応じて、圧電体１８に電荷変化
が発生する。この電荷の変化をチヤージアンプで
電圧に変換して圧力信号が得られる。

なお、エンジン（厳密には点火プラグ装着部）
の振動が点火プラグ１５を振動させるため、気筒
内圧力以外のエンジンの振動による荷重変化もあ
り、そのため第５図に示すような振動波形が得ら
れる。

なお、第５図はバンドパスフイルタ９を通した
後の波形図である。

第５図において、BTDC40度から50度までの
間のピークＢ１は、吸気弁の着座振動であり、０
度からATDC50度までの間のピークＢ２は、エ
ンジンの混合気の燃焼による圧力（ノツキングに
よる気筒内圧力振動を含む）であり、ATDC50
度以降のピークＢ３は排気弁の離座振動である。

すなわち、圧力センサ８の出力は、ノツキング
に相関の大きい振動成分Ｂ２とエンジンの発生す
る音に相関の大きい振動成分Ｂ１，Ｂ３との両方
を含んでいる。

また、第５図において破線Ｌ５は、振動波形の
包絡線であり、これに対応した信号が演算装置１
２に与えられる。

以下演算装置１２で行う演算について説明す
る。

第６図は、演算装置１２が実行するプログラム
のフローチヤートである。

なお、このフローチヤートはノツキング・レベ
ル制御の部分のみであり、基本点火時期の演算は
図示しない周知の方法でエンジン回転速度、吸入
空気量、冷却水温などのデータをもとに行われ
る。

このフローチヤートは、たとえば100μSごとの
定時割込によつて起動される割込プログラムであ
る。

まずＰ１では、前回起動されてすでに変換が完
了しているAD変換データ（圧力センサ８の信号
の包絡線データ）を読み込む。

つぎにＰ２では、つぎの新しいデータを得るた
めのAD変換を起動する。

つぎにＰ３，Ｐ４及びＰ５においては、クラン
ク角の角度範囲を判定する。

この場合には、単位角信号Ｓ２をカウントし、
基準位置信号Ｓ１が入るごとにクリアされる角度
カウンタの値（クランク角度データ）を読み込ん
で、その値から角度範囲を判定する。

まずＰ３でYESの場合、すなわちクランク角
がBTDC40度から０度までの範囲の場合には、
Ｐ８へ行き、包絡線信号を着座信号レベルとして
測定する。

Ｐ３でNOの場合には、Ｐ４へ行く。

Ｐ４でYESの場合、すなわち０度から
ATDC50度までの範囲の場合には、Ｐ９へ行き、
包絡線信号を気筒内圧力振動として測定する。

Ｐ８及びＰ９における振動の測定は、たとえば
つぎのような方法によつて行う。

たとえば、各レベルの最大値を求める方法、面
積（積分値）を求める方法、持続時間を求める方
法などが適用できる。

最大値を求める方法の場合には、各演算ごとの
データを比較しながら最も大きいものを残してい
くようなプログラムで実現できる。

また、面積を求める場合は、一定時間ごとの演
算なので各回のデータを加算していけばよい。

また、持続時間は所定の比較値を定め、それよ
り大きな値となつた回数をカウントする方法を用
いればよい。

また、これらを組み合わせる方法、たとえば最
大値と持続時間の積を求める方法を用いることも
できる。

つぎにＰ４でNOの場合には、Ｐ５へ行き、
ATDC50度以上か否かを判定する。

Ｐ５でYESの場合は、Ｐ６へ行き、ノツキン
グの判定を行う。

ノツキングの判定は、Ｐ９で求めた気筒内圧力
振動（ノツキングによる振動に対応したレベル）
と、Ｐ８で求めた着座振動（エンジンが発生する
音に対応したレベル）及びエンジンの保護のため
に必要な上限値とをそれぞれ比較し、気筒内圧力
振動が他の２つのレベルの少なくとも一方より大
きい場合にノツキングと判定する。

したがつて、本実施例の場合のノツキングの判
定レベルは、第１図に実線Ｌ４で示すようにな
る。

なお、エンジンの保護のために必要な上限値
は、ほぼ一定値でもよいが、運転状態に応じてそ
の要求値は若干異なる。たとえば、ノツキングに
よるピストンの温度上昇を考えると、温度はノツ
キングによる圧力変動のエネルギーに比例する。
そしてエネルギーは振動の大きさと発生頻度すな
わちエンジン回転速度との積に比例する。したが
つて温度の許容値を一定とすると、振動の大きさ
の許容値は、エンジン回転速度に反比例する。こ
のように運転状態に応じてその要求値は、検出す
る信号によつて異なるので、たとえばエンジン回
転速度のみ、あるいはエンジン回転速度と吸入空
気量（エンジン１回転当たりの吸入空気量）を軸
としたデータテーブルで与えておくとより精密な
制御を行うことができる。

なお、この実施例においては、エンジンの発生
する音のレベルに対応した信号として、着座振動
のみを測定しているが、第５図のＢ１とＢ３とを
比較すればわかるように、一般に離座振動に比べ
て着座振動の方が大きいので、着座振動のみを測
定すれば実用上支障はない。

また、離座振動を測定することももちろん可能
である。

つぎにＰ７では点火時期の修正を行う。すなわ
ち、Ｐ６でノツキングであると判定した場合に
は、前記のごとき他の方法で求めておいた基本点
火時期を遅らせることによつて、ノツキングを減
少させる。

Ｐ６でノツキングではないと判定した場合に
は、基本点火時期をそのまま出力するか、あるい
は基本点火時期を進めて出力する。

また、この修正の早さ、すなわち点火時期の各
演算ごとの修正量を各信号の比率に応じて変える
ように構成すれば応答性と安定性を兼ね備えた制
御を行うことができる。

なお、この実施例においては、１つの圧力セン
サの出力をクランク角範囲で分けることによつ
て、ノツキングによる振動レベルに対応した信号
と、エンジンが発生する音のレベル（具体的には
吸排気弁の着座振動のレベル）に対応した信号と
を検出しているが、２つのセンサを用いてノツキ
ングの振動と発生した音とを別々に検出してもよ
いことはもちろんである。

つぎに第７図は、本発明の他の実施例のブロツ
ク図であり、第３図と同符号は同一物を示す。

この実施例は、前記第６図に示したプログラム
による着座振動レベル及び気筒内圧力振動レベル
の測定を行う場合に、振動レベルの面積を求める
方法を演算装置１２の外部回路で行うように構成
したものである。

第７図において、２１は整流回路、２２は積分
器である。

圧力センサ８の信号は、整流回路２１で整流さ
れた後、積分器２２で積分されてその面積に比例
したアナログ信号が得られる。

このアナログ信号をAD変換器１１でデジタル
信号に変換した後、演算装置１２に送る。

演算装置１２は、基準位置信号Ｓ１と単位角信
号Ｓ２からクランク角度データを求め、積分器２
２が積分すべき範囲を判定して、積分器２２をリ
セツトしたりその出力を読み込んだりする。

第８図は、演算装置１２が行う演算のプログラ
ムのフローチヤートである。

第８図のプログラムは、単位角信号Ｓ２が入力
するごとに行われる割込によつて実行される。

まずＰ１０では角度データ、すなわち角度カウ
ンタの出力を読み込む。

つぎにＰ１１では、クランク角がBTDC40度
か否かを判定する。

Ｐ１１でYESの場合には、Ｐ１２へ行き、積
分器２２のリセツトを解除する。したがつて、積
分器２２はBTDC40度から積分を開始する。

Ｐ１１でNOの場合には、Ｐ１３へ行き、クラ
ンク角が０度か否かを判定する。

Ｐ１３でYESの場合には、Ｐ１４へ行き、積
分器の出力をAD変換して積分出力を読み込み、
これを着座振動レベルとする。すなわち、クラン
ク角でBTDC40度から０度までの範囲の積分値
が着座振動レベルとなる。

つぎにＰ１５では、積分器２２をいつたんリセ
ツトし、Ｐ１６で積分器のリセツトを解除する。
したがつて、積分器はクランク角の０度において
いつたんリセツトされた後、再び積分動作を開始
する。

一方、Ｐ１３でNOの叙合にはＰ１７へ行き、
ATDC50度か否かを判定する。

Ｐ１７でYESの場合には、Ｐ１８へ行き、積
分器２２の出力をAD変換して積分出力を読み込
み、これを気筒内圧力振動レベルとする。したが
つて、０度からATDC50度までの積分値が気筒
内圧力振動レベルとなる。

つぎにＰ１９では、積分器２２をリセツトし、
Ｐ２０ではノツキングの判定を行い、Ｐ２１では
点火時期の修正を行う。

このＰ２０及びＰ２１の内容は前記第６図のＰ
６及びＰ７と同様である。

第８図のフローチヤートにおいては、AD変換
を行うのはＰ１４とＰ１８との２回だけであるた
め高速のBD変換器が不必要になるという利点が
ある。

また単位角信号を計測する角度カウンタに判定
回路を組み合わせて、所定の角度になると割込を
発生させるように構成すれば、単位角度ごとの割
込も不要となり、たとえばBTDC40度になつた
場合とか０度になつた場合に割込を行わせればよ
いので、その間他の制御のためのプログラムを実
行することができ、計算時間に余裕ができるの
で、他の制御を精密に行うことができるという利
点もある。

なお比較判定の方法は、前記のように、直接大
小を比較してもよいが、気筒内圧力振動と他の２
つのレベルとの比を算出し、その比と基準値とを
比較しても等価なことが出来る。その場合、測定
系のゲイン（例えば測定時間）の違いや判定レベ
ルの調整などを基準値の値で行なうことが出来
る。

（発明の効果） 以上、説明したごとく本発明においては、エン
ジンから発生する音のレベル（具体的には吸排気
弁の離着座振動のレベル）とエンジンを破損から
防ぐための上限レベルとの両方を設定し、ノツキ
ングによる振動のレベルを上記の両者と比較する
ことによつてノツキング・レベルの制御を行うよ
うに構成しているので、エンジンの保護を確実に
行うと同時に、乗員に不快感等を与える恐れがな
く、しかも安全な範囲で点火時期を最大限に進め
ることができるので、燃費を大幅に向上させるこ
とができる。

第１図のＬ３とＬ４を比較すれば明らかなよう
に、本発明においては斜線部分だけ従来のノツキ
ング・レベル制御装置よりも点火時期を進めて運
転することができるので、燃費を向上させること
ができる。

また、第７図及び第８図の実施例によれば、高
速のAD変換器が不要になるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動レベルと回転速度との関係図、第
２図は本発明の全体の構成を示すブロツク図、第
３図は本発明の一実施例のブロツク図、第４図は
圧力センサの一例の取付状態を示す図、第５図は
圧力センサの出力の振動波形の一例図、第６図は
第３図の実施例で行う演算のプログラムのフロー
チヤート、第７図は本発明の他の実施例のブロツ
ク図、第８図は第７図の実施例で行うプログラム
のフローチヤートである。 符号の説明、１……第１の手段、２……第２の
手段、３……第３の手段、４……比較手段、５…
…修正手段、６……基本点火時期算出手段、７…
…点火装置、８……圧力センサ、９……バンドパ
スフイルタ、１０……包絡線検出回路、１１……
AD変換器、１２……演算装置、１３……点火装
置、１４……シリンダヘツド、１５……点火プラ
グ、１６……気筒、１７……絶縁体、１８……圧
電体、１９……電極、２０……リード線、２１…
…整流回路、２２……積分器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンの運転状態に応じて基本点火時期を
   算出する基本点火時期算出手段と、該基本点火時
   期算出手段の算出結果に応じて点火動作を行う点
   火装置とを備えた点火時期制御装置において、 エンジンのノツキングによる振動レベルに対応
   した第１の信号を検出する第１の手段と、 吸排気弁の着座振動と離座振動とのうちの少な
   くとも一方のレベルに対応した第２の信号を検出
   する第２の手段と、 エンジン保護に必要な振動レベルの上限値に対
   応した第３の信号を検出する第３の手段と、 上記第１の信号と第２及び第３の信号とをそれ
   ぞれ比較し、第１の信号が第２または第３の信号
   の少なくとも一方より大きい場合にノツキングと
   判定する第４の手段と、 上記第４の手段の判定結果に応じて、ノツキン
   グと判定された場合は、上記基本点火時期演算手
   段で算出した基本点火時期よりも遅角させた値を
   点火時期として出力し、ノツキングではないと判
   定された場合は、上記基本点火時期演算手段で算
   出した基本点火時期をそのまま、もしくは進角さ
   せた値を点火時期として出力する第５の手段と、 を備えたことを特徴とするノツキング・レベル制
   御装置。