JPH04140453A - 内燃機関用ノック制御方法 - 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］ この発明は、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関の
ノックを検出して抑制する方法に関し、特に制御性の改
善及びコストダウンを実現した内燃機関用ノック制御方
法に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関は複数
の気筒により駆動されており、各気筒において圧縮され
た混合気を最適な点火位置で燃焼させる必要がある。こ
のため、内燃機関制御用にマイクロコンピュータ（ＥＣ
Ｕ）を用い、各気筒毎ヨ のイグナイタによる点火時期及びインジェクタによる燃
料噴射順序等を最適に制御している。

しかし、点火位置が進角側に制御され過ぎると、異常燃
焼によりノッキングと呼ばれる振動が発生し、気筒を損
傷するおそれがあるため、異常振動を検出したときには
、気筒の点火値１を遅角側に制御する必要がある。

第４図は従来の内燃機関用ノック制御装置を示すブロッ
ク図である。

図において、（１）は内燃機関駆動用の気筒の１つ又は
それぞれに取り付けられたノックセンサであり、振動を
検出するための圧電素子等からなっている。

（２）はノックセンサ（１）の出力信号Ａを受信するノ
ック検出回路であり、ノッキング特有の周波数（例えば
、７ｋＨｚ）を通過させるフィルタ（２１）と、フィル
タ（２１）の出力信号を所定のタイミングで周期的に通
過させるゲート（２２）と、ゲート（２２）の出力信号
へ′に基づいてバックグランドレベルＢＧＬを生成する
ＢＧＬ発生器（２３）と、ゲート（２２）の出力信号へ
′とバックグランドレベルＢＧＬとを比較して出力信号
Ａ′がバックグランドレベルＢＧＬを越えたときに出力
信号をオンにする比較器（２４〉と、比較器（２４）の
出力信号を積分する積分器（２５）とを備えている。

（３ンは積分器（２５）の出力信号をデジタル信号ＶＲ
に変換するＡＤ変換器である。

（４）はＡＤ変換器（３）の出力信号ｖ８に基づいて各
気筒の点火位置を遅角制御すると共に、ゲート（２２）
に対するマスク信号Ｍ及び積分器（２５）に対するリセ
ット信号Ｒを出力するマイクロコンピュータ（以下、Ｅ
ＣＵという）であり、ＡＤ変換器（３）の出力信号Ｖ、
に基づいて気筒点火位置を遅角させるための遅角制御角
θ、を生成する遅角反映処理部（４５）を備えている。

次に、第５図の波形図を参照しながら、第４図の内燃機
関用ノック制御装置を用いた従来の内燃機関用ノックｆ
ｆ１ｌｔ１１方法りこついて説明する。

通常、各気筒はＴＤＣ（上死点−０°）から５°程度手
前の位置（Ｂ５°）で点火され、混合気の爆発は、ＴＤ
Ｃから１０”〜６０°程度過ぎたクランク角度位置（Ａ
　１０”〜Ａ６０°）付近で起こるので、異常燃焼によ
るノックも、この爆発タイミングで発生する。

従って、気筒の振動ノイズ、特にノックが発生した場合
、ノックセンサ（１）の出力信号Ａは、第５図のように
周期的で且つ振幅の大きい波形となる。

ＥＣＵ（４）は、ノック検出回路（２）が出力信号Ａを
効率的に受信するように、ゲート（２２）に対して所定
周期毎に反転するマスク信号Ｍを出力する。

このマスク信号Ｍは、例えば検出対象となる気筒に対し
て、立ち上がりがＢ７５°程度、立ち下がりがＢ５°程
度に設定され、レベルがｒＨＪのときにゲー）　（２２
）を禁止する。又、積分器〈２５）に対して所定周期毎
にリセット信号Ｒを出力するが、このリセット信号Ｒの
出力タイミングは、マスク信号Ｍの立ち上がりと一致す
る。

ノック検出回路（２）内のフィルタ（２１）は、ノック
発生時の周波数成分を通過させ、ゲート（２２）は、マ
スク信号Ｍが「Ｌｊレベルの期間だけ出力信号Ａを通過
させる。ＢＧＬ発生器（２３）は、ゲートク２２）の出
力信号Ａ′に基づいて、出力信号Ａ′に含まれるバック
グランドを判別し、ノック検出の基準となるバックグラ
ンドレベルＢＧＬを生成する。

比較器（２４）は、出力信号Ａ′がバックグランドレベ
ルＢＧＬを越えたときに、ノック発生レベルであること
を判別して、出力信号をｒＨ，レベルとする。積分器（
２５）は、リセット信号Ｒでリセットされる毎に比較器
（２４〉の出力信号を積分し、ＡＤ変換器（３）は、積
分器（Ｚ５）の出力信号をデジタルの積分値Ｖ、に変換
してＥ　ＣＵ　（４）に入力する。

ＥＣＵ（４）は、ＡＤ変換された積分値Ｖ８を気筒の点
火毎に取り込み、これに基づいて遅角制御角θ８を生成
しノックを抑制する方向に点火位置を遅角補正する。こ
のとき、遅角反映処理部（４５）は、前回の遅角制御角
θ１に今回の遅角量Δθ、を累積加算して、今回の遅角
制御角θ真を生成する。従って、今回の遅角制御角θ。

は、 θ、＝θ−＋Δθ８　　　　　　・・・■で表わされる
。又、今回の遅角量Δθ０は、Δθ、＝Ｖ、ｘＬ 但し、Ｌ：反映率 で表わされる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関用ノック制御方法は以上のように、ハー
ドウェア構成のノック検出回路（２）を用いて、ＢＧＬ
発生器（２３〉、比較器（２４）及び積分器（２５）等
からなるノック判別手段によりノック制御を行うため、
制御におけるハードウェアの負担が大きくなるうえ、全
体構成が複雑となり、コストダウンが計れないという問
題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、簡略化したハードウェア構成を用い、ＥＣＵ
の制御性の自由度を高くすることにより、コストダウン
を実現した内燃機関用ノック制御方法を得ることを目的
とする。

し課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関用ノック制御方法は、ノックセ
ンサの出力信号に基づいて気筒の基準位置における振動
レベルＶｐを取得するステップと、振動レベルが所定値
以下か否かを判定するステップと、振動レベルが所定値
以下の場合に、所定の定数Ｎ、に基づいて振動レベルを
平均化処理し、ＢＧＬ１＝　ＢＧＬＩ”（Ｎ　１１）／
　Ｎ　１＋　Ｖ　ｐ／　Ｎ（但し、ＢＧＬＩ富＝前回の
平均値） から平均値ＢＧＬＩを生成するステップと、振動レベル
が所定値より大きい場合に、定数Ｎ１より大きい定数Ｎ
、′に基づいて振動レベルを平均化処理し、ＢＣＬ１＝
　ＢＧＬＩ”（Ｎ　　ｌ　’　　　１）／　Ｎ　　１　
′＋　　Ｖ　ｐ／　Ｎから平均値ＢＧＬＩを生成するス
テップと、平均値に基づいて、ノック判別用のスレッシ
ョルドレベル■ア、を生成するステップと、振動レベル
とスレッショルドレベルとを比較してノックを判別する
ステップと、振動レベルがスレッショルドレベルを越え
たときに、気筒の点火位置を遅角させるための遅角制御
角を生成するステップとを備えたものである。

［作用］ この発明においては、ノックセンサの出力信号から気筒
基準位置における振動レベルを求め、振動レベルが所定
値以下の場合は所定の寄与率で振動レベルを平均化処理
し、所定値より大きい場合は小さい寄与率で振動レベル
を平均化処理し、得られた平均値に基づいてスレッショ
ルドレベルを生成し、振動レベルがスレッショルドレベ
ルを越えたときにノックの発生を判別して気筒点火値！
を遅角するための遅角制御角を生成する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例が適用される内燃機関用ノック
制御装置を示すブロック図であり、（１）及び（３）は
前述と同様のものである。

（２０）はノックセンサ（１）とＡＤ変換器（３）との
間に挿入されたインタフェース回路であり、例えばピー
クホールド回路（２６）から構成されている。

尚、ピークホールド回路（２６）に対するリセット信号
Ｒ′は−Ｅ　ＣＵ　（４０）から生成されている。リセ
ット信号Ｒ′は、内燃機関の回転に同期しており、例え
ば各気筒に対する基準位置（Ｂ７５°）で立ち上がり、
他の基準位置（Ｂ５°）で立ち下がるパルスからなって
いる。従って、ピークホールド回路（２６）は、各気筒
の基準位置Ｂ７５°におけるピークレベルを生成し、こ
れをＡＤ変換器を介して、振動レベルＶｐとしてＥ　Ｃ
Ｕ　（４０）に入力するようになっている。

Ｅ　ＣＵ　（４０）は、振動レベルＶｐを平均化処理し
て第１のバックグランドレベル（第１平均値）ＢＧＬＩ
を生成する第１フイルタ（４１）と、第１平均値ＢＧＬ
Ｉを所定期間毎に平均化処理して第２のバックグランド
レベル（第２平均値）ＢＣｌ２を生成する第２フイルタ
（４２）と、第２平均値Ｂｆ；Ｌ２に基づいてノック判
別用のスレッショルドレベルｖｔＪ＋を生成する演算部
（４３）と、振動レベル■ｐ゛とスレッショルドレベル
Ｖ□とを比較して振動レベルＶｐがスレッショルドレベ
ル■□を越えたときにノック判別信号Ｖｋを出力する比
較部（４４）と、ノック判別信号Ｖｋに基づいて遅角制
御角θ８を生成する遅角反映処理部り４５）と、第２平
均値ＢＧＬ２に基づく所定値と振動レベルＶｐとを比較
して第１フイルタ（４１）のフィルタ定数切換信号Ｃを
出力する振動レベル判定部（４６）とを備えている。

次に、第１図、並びに、第２図の波形図及び第３図のフ
ローチャート図を参照しながら、この発明による内燃機
関用ノック制御方法について説明する。

まず、ノックセンサ（１）は、前述と同様に内燃機関駆
動用の気筒の振動を検出し、ノック状態を検出するため
の出力信号Ａを生成する。又、ＥＣＵ　（４０）は、気
筒の点火毎に、ノックセンサく１）の出力信号Ａのピー
クレベルをＡＤ変換して取り込む。

即ち、ピークホールド回路（２６）は、ノックセンサ（
１）の出力信号Ａのピークレベルを保持し、このピーク
レベルは、ＡＤ変換器（３）によりデジタルの振動レベ
ルＶｐに変換された後、Ｅ　ＣＵ　（４０）に入力され
る（ステップＳｌ）。

Ｅ　ＣＵ　（４０）は、基準位置Ｂ７５°における振動
レベルＶｐがサンプリングされると、第２図のようにリ
セット信号Ｒ′を立ち上げて、ピークホールド回路（２
６）を基準位置Ｂ７５°（実際にはＢ７５゛のわずか後
）でリセットする（ステップＳ２）。

ピークホールド回路（２６）は、リセット信号Ｒ′がオ
ンの間はリセットされ続け、リセット信号Ｒ′の立ち下
がりの時点（例えばＢ５°）から動作を開始する。従っ
て、Ｅ　ＣＵ　（４０）は、基準位置７５°の振動レベ
ルＶｐが得られる毎に第３図のＢ７５°の割込処理ルー
チンを繰り返す。

第２図のように、各気筒の基準位置Ｂ７５°毎に得られ
る振動レベルＶｐは、ノックセンサ（１）の出力信号Ａ
の変動に応じてサンプリングサイクル毎に変動する。こ
の変動にはノック及びノック以外のノイズが含まれてい
るが、振動レベルＶｐの経時変化等を考慮すると、゛ノ
ックを確実に検出するなめには、振動レベルＶｐにある
程度追従するバックグランドレベルを求める必要がある
。しかし、振動レベルＶｐが急に増大した場合に、バッ
クグランドレベルが振動レベルＶｐに追従すると、スレ
ッショルドレベル■１．ｌが急増して正確にノック検出
が行われなくなる。

従って、Ｅ　ＣＵ　（４０）内の振動レベル判定部（４
６）は、第２フイルタ（４２）から予め得られた第２平
均値ＢＧＬ２に基づいて所定値Ｇ−ＢＧＬ２（例えば、
Ｇ＝２）を求め、振動レベルＶｐを所定値と比較し、Ｖ
　ｐ　≦Ｇ　−Ｂｌ；Ｌ２　　　−Ｏを満たすか否かを
判定する（ステップ５２１）。

もし、ｖｐが所定値より小さく、■式が満たされる場合
は、振動レベル判定部（４６）は切換信号Ｃを出力せず
、第１フイルタ（４１）は、所定の定数Ｎ１に基づいて
振動レベルＶｐを平均化処理し、ＢＧＩ、１＝ＢＧＬ１
”（Ｎｉ−１）／Ｎ、＋Ｖｐ／Ｎ＋・・・■（但し、Ｂ
ＧＬＩ’　：前回の平均値）から第１平均値ＢＧＬＬを
生成する（ステップＳ３）。

一方、振動レベルＶｐが所定値より大きく、■式が満た
されない場合は、振動レベル判定部（４６）は切換信号
Ｃを出力し、０式内のフィルタ定数をＮより大きい定数
Ｎ　＋　′に切換える。

従って、第１フイルタ（４１）は、定数Ｎ１′に基づい
て振動レベルＶｐを平均化処理し、 ＢにＬｌ　＝　ＢＧＬＩ富（Ｎ　＋　’　−１＞／Ｎ　
＋　’＋　Ｖ　ｐ／Ｎ　Ｉ・・・■から平均値ＢＧＬＩ
を生成する（ステップ５３１）。

０式及び０式より、第１平均値ＢＧＬＩは、前回までの
第１平均値ＢＧＬ１”に対して今回の振動レベルＶｐが
反映された値にシフトし、その都度書換えられる１通常
の振動レベルＶｐの反映率を決定する０式内のフィルタ
定数Ｎ、は、例えば８程度に設定されるが、第１平均値
ＢＣＬＩのレベルシフトの追従性を大きくしたい場合に
は、定数Ｎ、を更に小さい値に設定することもできる。

又、■式内のフィルタ定数Ｎ　＋　′は、例えば定数Ｎ
、の２倍以上に設定される。

一方、第２フイルタ（４２）においては、所定期間毎に
タイマ割込処理が行われている。即ち、第１フイルタ（
４１）で得られた第１平均値ＢＣ：Ｌｌに対して、更に
平均化処理を行い、第２平均値ＢＧＬ２を、ＢＧＬ２＝
　ＢＣｌ２京（Ｎ　２−１）／Ｎ　２＋　ＢＣＬＩ／Ｎ
　２・・・■但し、ＢＣＩ、２オニ前回の第２平均値Ｎ
２＝平均化処理定数 から求める（ステップＳ３′）、０式より、第２平均値
ＢにＬ２は、前回までの第２平均値ＢにＬ２”に対して
現在の第１平均値ＢＧＬＩが反映された値にシフトし、
その都度書換えられる。この場合も、定数Ｎ２は必要に
応じて任意の値に設定され得る。この平均化処理ステッ
プＳ３′により、第２平均値ＢＧＬ２は、振動レベルＶ
ｐの変動にあまり寄与しない安定した値となる。

次に、Ｂ７５゛７５処理ルーチンにおいて、演算部（４
３）は、第２平均値ＢＧＬ２を増幅し且つオフセット■
。、を加算して、最終的にノックの判別に用いられるス
レッショルドレベル■□を、 Ｖ　？Ｈ−Ｋ　−ＢＧＬ２＋　Ｖ　、１１Ｆ　　　　　
−・・■但し、Ｋ：増幅係数 から求める（ステップＳ４）、このとき、第２平均値Ｂ
ＧＬ２が十分に平滑化されているため、０式で得られる
スレッショルドレベル■、は、サイクル毎の変動のバラ
ツキが抑制され、信頼性の高い値となる。

次に、ノック検出手段となる比較部（４４）は、振動レ
ベルＶｐとスレッショルドレベル■ＴＩＩとを比較する
ため、 Ｖ　ｋ＝　Ｖ　ｐ　−Ｖア。

から両者の差Ｖｋを求め（ステップＳ５）、続いて、差
Ｖｋが正か否かを判定する（ステップＳ６）。

そして、振動レベルＶｐが閾値Ｖ　ｙ　Ｈを越えたとき
、即ち、Ｖｋ＞Ｏのとき、これをノッキングの発生を示
すノック判別信号ＶＫとして出力する。

ノック判別信号Ｖｋが得られた場合、遅角反映処理部（
４５）は、ノック抑制に必要な遅角量Δθ８を、Δθ、
−（Ｖｋ／Ｖ□）ＸＬ′　・・・■但し、Ｌ′・反映率 から演算するくステップＳ７）、■式より、ノック判別
信号ＶｋとスレッショルドレベルＶｙｌとの比に基づい
て遅角量Δθ８が演算されるので、振動レベルＶｐその
ものが経時変動しても、常に適切な遅角量Δθ８が得ら
れる。

更に、遅角反映処理部（４５）は、遅角量Δθ１に基づ
いて、ノック抑制方向に点火値１を遅角させるための遅
角制御角θ、を、前述の０式により、θ、＝θ、。＋Δ
θ病 但し、θ−：前回の遅角制御角 から求める（ステップＳ８）。

一方、ステップＳ６において、Ｖｋ＜０と判定された場
合は、ノック判別信号Ｖｋは出力されず、■式より、遅
角量Δθ８は、 Δθ、＝０ となる（ステップＳ９）。従って、遅角制御角θ８は前
回の値のままとなる。

こうして得られた遅角制御角θ、により、制御対象とな
る気筒の点火位置は遅角側に補正され、ノックは発生し
なくなる。

この発明の実施例においては、ハードウェアで構成され
るのはピークホールド回路（２６）のみであり、他のノ
ック判別手段はＥ　ＣＵ　（４０）内に構成されるので
、制御性の自由度が高くなり、且つ、ハードウェア負担
が軽減されてコストダウンが実現する。

尚、上記実施例では、振動レベルＶｐを生成するための
インタフェース回路（２０）をピークホールド回路（２
６〉で構成したが、従来例と同様の積分器（２５）で構
成しても同等の効果を奏することは言うまでもない。

又、比較部（４４）が、振動レベルＶｐとスレッショル
ドレベルｖｙｌｌとの差Ｖｋをノック判別信号として出
力するよつにしたが、振動レベルＶｐがスレッショルド
レベルＶ□を越えたときに、比較部（４４）が単にｒＨ
，レベルの出力信号を生成するようにしてもよい。

又、スレッショルドレベルｖＴ□を生成するための平均
値として第２平均値Ｂ（：Ｌ２を用いたが、第１フイル
タ（４１）による平均化処理で十分平滑化できれば、第
１平均値ＢＧＬＩを用いてもよい、この場合、第２フイ
ルタ（４２）は省略することができる。

更に、振動レベルＶｐの寄与率を抑制するための定数Ｎ
１′は、必要に応じて任意に設定することができ、例え
ば、 Ｎ　　’＝ω と設定すれば、第１平均値ＢＧＬＬは、０式より、ＢＧ
ＬＩ　＝　ＢＧＬＩ” となる、従って、明らかにノイズレベル又はノックレベ
ルの振動レベルＶｐに対しては、平均値が全く追従され
ないようにすることができる。この場合、振動レベルＶ
ｐが大きいときには、切換信号Ｃにより、実質的にステ
ップＳ３１が実行され］にスキップされることになるの
で、ステップ５３１Ｇ；省略することができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、ノックセンづの出力信
号に基づいて気筒の基準位置における襲動レベルＶｐを
取得するステップと、振動レベルが所定値以下か否かを
判定するステップと、振動レベルが所定値以下の場合に
、所定の定数Ｎ、に基づいて振動レベルを平均化処理し
、 ＢＧＬｌ、　＝　ＢＧＬｌ寡（Ｎ　、−１）／　Ｎ　、
＋　Ｖｐ／　Ｎ（但し、ＢＧＬＩ”　：前回の平均値〉
から平均値ＢＧＬＩを生成するステップと、振動レベル
が所定値より大きい場合に、定数Ｎ１より太き一定数Ｎ
１′に基づいて振動レベルを平均化処理し、ＢＧＬ１＝
ＢＣＬ１”（Ｎ、′−１）／ＮＩ′＋Ｖｐ／Ｎから平均
値ＢＧＬＬを生成するステップと、平均値に基づいて、
ノック判別用のスレッショルドレベルＶ、工を生成する
ステップと、振動レベルとスレッショルドレベルとを比
較してノックを判別するステップと、振動レベルがスレ
ッショルドレベルを越えたときに、気筒の点火位置を遅
角させるための遅角制御角を生成するステップとを設け
、振動レベルが小さいときには所定の寄与率で振動レベ
ルを平均化処理し、所定値より大きいときには小さい寄
与率で振動レベルを平均化処理するようにしたので、振
動レベルの急変に影響されることなく、経済的で信頼性
が高い内燃機関用ノック制御方法が得られる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例が適用される内燃機関用ノ
ック制御装置を゛示すブロック図、第２図は第１図の装
置の動作を説明するための波形図、第３図はこの発明に
よる内燃機関用ノック制御方法を示すフローチャート図
、第４図は従来の内燃機関用ノック制御装置を示すブロ
ック図、第５図は第４図の従来装置の動作を説明するた
めの波形図である。 （１）・・・ノックセンサ　　（４０）・・・ＥＣＵ（
４１）・・・第１フイルタ　　（４２）・・・第２フイ
ルタ（４３）・・・演算部　　　　　（４４）・・・比
較部（４５）・・遅角反映処理部 ＜４６）・・・振動レベル判定部 Ａ・・・ノックセンサの出力信号 Ｂ７５°・・・基準位置　　　Ｖｐ・・・振動レベルＢ
ＧＬ１・・・平均値　　　　　Ｎ、・・・所定の定数Ｎ
、′・・・Ｎ１より大きい定数 ■、）・・・スレッショルドレベル θ、・・・遅角制御角

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ノックセンサの出力信号に基づいて気筒の基準位置にお
   ける振動レベルＶｐを取得するステップと、 前記振動レベルが所定値以下か否かを判定するステップ
   と、 前記振動レベルが所定値以下の場合に、所定の定数Ｎ＿
   １に基づいて前記振動レベルを平均化処理し、 ＢＧＬ１＝ＢＧＬ１＾＊（Ｎ＿１−１）／Ｎ＿２＋Ｖｐ
   ／Ｎ＿１（但し、ＢＧＬ１＾＊：前回の平均値） から平均値ＢＧＬ１を生成するステップと、前記振動レ
   ベルが所定値より大きい場合に、前記定数Ｎ＿１より大
   きい定数Ｎ＿１′に基づいて前記振動レベルを平均化処
   理し、 ＢＧＬ１＝ＢＧＬ１＾＊（Ｎ＿１−１）／Ｎ＿１′＋Ｖ
   ｐ／Ｎ＿１′から平均値ＢＧＬ１を生成するステップと
   、前記平均値に基づいてノック判別用のスレッショルド
   レベルＶ＿Ｔ＿Ｈを生成するステップと、前記振動レベ
   ルと前記スレッショルドレベルとを比較してノックを判
   別するステップと、 前記振動レベルが前記スレッショルドレベルを越えたと
   きに、前記気筒の点火位置を遅角させるための遅角制御
   角を生成するステップと、 を備えた内燃機関用ノック制御方法。