JPH04292553A - エンジンのノッキング制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジン制御におけるエ
ンジンのノッキング検出方式に関し、特に、従来検出困
難であったノッキング現象の検出及び、ノッキングの回
避に有効な方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ノッキング検出装置はノックセン
サからの信号に含まれる周波数成分のうち、バンドパス
フィルタで単一の周波数成分のみを取り出し、この信号
の大小によってノッキングの有無を判断していた。これ
に類似の装置として、特開昭６０−２０４９６９号があ
げられる。

【０００３】これらの装置ではノックセンサ信号に含ま
れる雑音成分と検出しようとする周波数との弁別をよく
するためにバンドパスフィルタを用いているが、実際の
ノック発生では決して単一周波数のみが発生するのでは
なく複数のノッキング振動モードを含んでいる。

【０００４】また、ノッキング回避の手段としてもっぱ
ら点火時期を遅角側に一定量動かしているが、ノック発
生の頻度と強度を考慮に入れていないためエンジンの寿
命に影響を与えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、複
数のノッキング振動モードの検出について考慮されてお
らず、ノッキング検出能力に限界があり、ノッキング検
出可能な運転条件領域が制限される問題があった。

【０００６】また、ノック発生の頻度と強度は運転条件
に左右されるが、ノッキングの回避手段として点火時期
を一定量遅角させているため、エンジンの寿命が縮まる
という問題がある。

【０００７】本発明は、複数のノッキング振動モードに
ついてそれぞれノッキング検出を行い、ノック発生の頻
度と強度を考慮に入れることでノッキング検出能力の向
上と、ノック制御の可能な運転条件領域を拡大すること
を目的とする。

【０００８】また、ラムダ制御により空燃比がリーンに
なった時にもノッキングを起こしやすくなる問題があり
、点火時期だけのノッキング制御では不十分である。

【０００９】従来のラムダ制御ではＯ２　センサの応答
性が遅いために、ラムダ制御の周期も遅く、リーンやリ
ッチの期間がエンジンの点火周期よりも長くなり、制御
性が悪い。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、まずノックセンサ信号を該当するノッキング振動モ
ードに対応して複数の周波数成分を同時に分析する手段
と、各周波数成分について非ノック発生時の信号レベル
と比較して、ノッキング発生の有無を判定する手段と、
ノッキング発生時の発生の間隔を測定し、単位時間あた
りの発生頻度とそのときの信号強度とを記憶して、エン
ジンへの影響度を演算する手段により達成される。

【００１１】

【作用】複数の周波数成分を同時に分析する手段は例え
ば複数のバンドパスフィルタを並べたり、フーリエ変換
による分析手段がある。分析結果によって、該当するノ
ッキング振動モード毎に成分を割り振る。

【００１２】また、ノッキング振動モード毎に非ノック
発生時の信号レベルと比較することで、各モード毎にノ
ック判定を行うことができるので、すべての振動モード
にわたってノッキング発生を見逃すことがない。

【００１３】さらに、単位時間あたりのノッキング発生
頻度と強度とによりエンジンへの影響度を演算すること
で、点火時期や空燃比を細かく設定できるのでエンジン
の寿命を延ばすことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。

【００１５】エンジンはエアクリーナ１熱線式吸入空気
量計２スロットルバルブ５インテークマニホールド６吸
気弁を経て、燃焼室内に空気を取り入れる。燃焼室の近
傍には水温センサまたは燃焼室壁温センサ１７とノック
センサ１８を取り付ける。水温センサや壁温センサ，ノ
ックセンサは各気筒に取り付ける必要はなく、複数の気
筒について１個あればよい。

【００１６】エンジンのクランクシャフトには気筒判別
用のレファレンスセンサ１２−１とクランクシャフトの
回転角度を測るポジションセンサ１２−２を取り付ける
。単位時間あたりのポジション信号の数により、エンジ
ン回転数を測ることができる。

【００１７】熱線式吸入吸気量計の出力電圧はインテー
クマニホールドを通過する空気量に対応した電圧が出力
される物で、この他、ポテンシオメータ式の吸気量計で
もよい。

【００１８】ノックセンサは燃焼室内でのノッキング振
動をシリンダブロックの振動として捕らえるものである
が、この他、燃焼室内の振動を直接捕られる筒内圧計１
９や点火プラグの座金部分での圧力変動を捕られるセン
サ２０でもよい。

【００１９】熱線式吸入空気量計の出力電圧やレファレ
ンスセンサ信号，ポジションセンサ信号，水温センサ信
号，壁温センサ信号，ノックセンサ信号等はエンジン制
御装置に入力される。内部で吸入空気量と回転数とを計
算し、所定の空燃比が得られるように燃料噴射弁の開弁
時間を設定し、燃料噴射弁（インジェクタ１６）を駆動
する。

【００２０】また、燃焼室には点火プラグ１５が取り付
けられ、所定のクランク角度の時点で、エンジン制御装
置からの信号によって点火コイル１３により高電圧を発
生させて、燃焼室内の混合気に着火させる。

【００２１】ノッキング発生時には点火プラグによる着
火ではなく、燃焼室内での局部的な自発火が起き、燃焼
室内に圧力変動を生じる。この際、燃焼室の大きさと燃
焼温度に対応して周波数の振動を生じる。

【００２２】この振動は表１に示すように振動モード毎
に周波数が異なる。表の中で、＋−は振動の腹を示し、
区切り線は振動の節を意味する。

【００２３】

【表１】

【００２４】こうした振動はエンジンのシリンダブロッ
クへも波及し同様の周波数の振動をノックセンサでも検
出が可能である。しかし、シリンダブロックでの振動に
はエンジン自身の振動も畳重しているので、ノック発生
時と非ノック時との信号のレベルの差がノックの振動に
相当する。また、シリンダブロックの周波数伝達特性は
一定ではないため、感度補正を行う必要がある。

【００２５】図２にノッキング検出の構成を示す。

【００２６】ノックセンサまたは、筒内圧センサ、座金
センサ等の信号の内、表１で求められる周波数帯（例え
ば６から１８ｋＨｚ）のみを増幅し、同時に所定の時間
間隔でＡＤ変換を行う。

【００２７】ＡＤ変換の時間間隔は標本化定理により、
測定しようとする周波数の２倍以上の周波数の逆数であ
り、１８ｋＨｚまで測定する場合は、１／（２＊１８＊
１０＾３）＝２８マイクロｓｅｃ　以下であればよい。

【００２８】ＡＤ変換結果は一時的にＲＡＭ１に送られ
、２＾ｎ個たまる毎に周波数分析を行い、分析結果（Ｆ
１からＦ５）をＲＡＭ５に送り、周波数分析結果を加算
する。

【００２９】各周波数毎にそれまでの非ノック時の信号
レベル（ＢＧＬ１からＢＧＬ５）と比較してその差分（
ＩＫ１からＩＫ５）をとり、差の大きい物について、３
個以上を加算しノック強度Ｉとする。ノック強度が所定
のレベル以上あればノック発生とする。ノック発生が検
出されなければ非ノック時の信号レベルを更新する。 ノック検出時には前回のノック検出時との時間差Ｔを求
め、単位時間あたりのノックの発生頻度ｆを求める。ま
た、ノック検出時の信号レベルをノック強度Ｉとし、ノ
ック検出時のエンジンへの損傷度Ｄを求める。

【００３０】Ｄ＝Ｉ／Ｔ＝Ｉ＊ｆ 損傷度Ｄに応じて、ノッキング発生の回避手段の制御量
を変化させる。

【００３１】従来のノック制御ではノック強度によらず
遅角量は一定値としているが、ノック強度が大きい時は
遅角量が不足し、ノック検出が連続するので、エンジン
の寿命を著しく縮めることがある。そこで、損傷度Ｄに
応じて遅角量を変える必要がある。

【００３２】例えば図３に示すようにノック発生頻度と
ノック検出時の信号レベル（ノック強度Ｉ）とで、点火
時期の遅角量を変化させる。そして、エンジン破壊にな
らないような制御量になるようにノック制御が可能にな
る。ノック強度がトレースからライト，ミドル，ヘビー
になるにつれ、遅角量を大きくする。さらに、ノック発
生頻度が高くなるにつれ、やはり遅角量を大きくしてノ
ックを回避する。

【００３３】さらに、従来のノック制御では遅角量を徐
々に一定の割合で０に戻すようにしているが、遅角量が
大きい場合０に戻るのに時間がかかり、出力の低下はま
ぬがれない。

【００３４】そこで、本発明では回転数や水温に応じて
点火時期を戻す時間を変化させればよい。図４に示すよ
うに、ノック制御量を変えるようにする。

【００３５】また、ノックを回避する手段として空燃比
を変える方法がある。従来、高回転側で空燃比を低くし
てエンジンを保護するようにしているが、排気ガスのエ
ミッションや燃費の悪化が避けられない。そこで、高回
転までラムダ制御により空燃比を一定にしながらノック
制御にするには、前述の損傷度Ｄに応じてノック検出時
に燃料噴射量に補正量を加算する。例えば、図５に示す
ように点火時期とラムダ制御量をノック検出時に補正を
加えて協調制御をおこなう。

【００３６】従来のラムダ制御では制御周期が遅いため
、ノック発生によるリッチ化が実際の空燃比に影響が出
るのは数回転後になる。そこで、ノック発生時にはノッ
ク発生気筒またはノック発生気筒を含めた他の気筒に対
してもノックを回避する補正分を割り込み噴射の形で追
加噴射してもよい。

【００３７】この制御により、従来空燃比がリーンにな
った時にノッキングしやすくなる現象を押さえることが
できる。

【００３８】図６にノック判定までのタイミングチャー
トを示す。

【００３９】レファレンスセンサで気筒判別を行い、所
定の角度θｋからＡＤ変換を開始し、２＾ｎ回行う毎に
ＲＡＭ１へ送る。これをｍ回行い、θｍの角度まで行う
。次のＡＤ変換開始までのアイドル時間ｔｋの間にノッ
ク判定を行う。

【００４０】図７にフローチャートを示す。

【００４１】まずレファレンス割り込みで気筒判別を行
う（７１）。そして、ＡＤ変換を開始するθｋを設定す
る。クランク角度がθｋと一致した時にアングル割り込
みが発生し、ＡＤ変換を開始して（７２）ＲＡＭ１のポ
インタを先頭アドレスに初期化する。

【００４２】ＡＤ変換が終了する度に、または複数回の
ＡＤ変換が終了した時点で割り込みを発生させ、ＡＤ変
換結果をポインタの指示するアドレスのＲＡＭ１に格納
する。（７３）そして、ポインタを１つ進める。ポイン
タが２＾ｎ個になった時点で、終了フラグをたててポイ
ンタを０に戻す（７４）。

【００４３】バックグランド側では、終了フラグがたつ
毎に周波数分析を行い、これをｍ回行った時にＡＤ変換
割り込みを停止する。

【００４４】周波数分析結果についてそれまでの非ノッ
ク判定時の信号レベルとの差を求めて、差の大きい物に
ついて３個以上を加算し、ノック強度とする（７５）。

【００４５】ノック強度が所定値以上の時にはノック有
りと判定する。そして、前回のノック判定時との時間差
を求め損傷度を求める。損傷度に応じてノック制御量を
設定する（７６）。

【００４６】ノックなしと判定した時は非ノック時の信
号レベルを更新する（７７）。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば従来のノック制御による
点火時期の遅角量による制御だけでなく、空燃比でも制
御できるのでノック制御の運転条件を拡大する効果があ
る。

【００４８】また、ノックが発生する限界まで空燃比を
リーン化できるので、ラムダ制御領域を高回転，高負荷
領域まで拡大できる効果がある。

【００４９】さらに、ノック発生時に点火時期だけを遅
らせてノックを回避すると出力の低下がまぬがれないが
、同時にノック回避の割り込み噴射を行うことにより、
出力の低下を補正できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の主な構成を示す図である。

【図２】ノッキング検出のための構成図である。

【図３】損傷度と遅角量の関係を示す図である。

【図４】ノック制御の例（点火時期制御）を示す図であ
る。

【図５】ノック制御の例（点火時期とラムダ制御）を示
す図である。

【図６】ノック判定のタイミングチャートを示す図であ
る。

【図７】ノック判定のフローチャートを示す図である。

【図８】ノック判定のフローチャートを示す図である。

【図９】ノック判定のフローチャートを示す図である。

【符号の説明】

１…エアクリーナ、２…熱線式吸入空気量計、５…スロ
ットルバルブ、６…インテークマニホールド、９…エン
ジン制御装置、１１…ラムダセンサ、１３…点火コイル
、１５…点火プラグ、１６…インジェクタ、１７…水温
センサまたは壁温センサ、１８…ノックセンサ、１９…
筒内圧センサ、２０…座金センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの燃焼室の近傍に取り付けたノッ
   クセンサまたは、燃焼室の圧力変動を検出する筒内圧セ
   ンサや座金センサのセンサ信号出力を周波数分析してノ
   ッキング発生のする有無を検出するエンジンのノッキン
   グ制御装置において、ノッキング発生時のノック強度と
   ノック発生の時間間隔によってエンジンに対する損傷度
   を算出し、損傷度の大きさに応じて点火時期と空燃比と
   を変化させてノックを回避することを特徴とするエンジ
   ンのノッキング制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のエンジンのノッキング制御
   装置において、非ノック検出時に点火時期や空燃比をマ
   ップ値に戻す割合をエンジンの運転状態に応じて変化さ
   せることを特徴とするエンジンのノッキング制御装置。
3. 【請求項３】請求項２又は請求項３記載のエンジンのノ
   ッキング制御装置において、ノック検出時にノッキング
   発生を止めるための補正燃料噴射分を割り込み噴射また
   は、追加噴射して、ノッキングを回避することを特徴と
   するエンジンのノッキング制御装置。