JPH0534504B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関で発生するノツキングを検出
し、ノツキングの状態により点火時期等のノツキ
ング制御要因をコントロールする装置（ノツクコ
ントロールシステム）に関するものである。

〔従来技術〕

従来のこの種のシステムでは、ノツクセンサの
信号が所定の基準レベルを超えたか否かによつて
ノツク判定をしており、この時に用いられる基準
レベル（ノツク判定レベル）は、一般的にノツク
センサ信号の平均値に相当する量から作られてい
る（例えば特開昭56−135128号公報）。しかもこ
の平均値は、ほとんどの場合サンサ信号を単純に
順次平均していつた値であり、言わば気筒の区別
なく平均化された値である。これに対し、まだ一
般的ではないが、気筒毎に平均値を作り出す方法
も検討されている。この方法はノツク検出のSN
比を上げるために導入された方法であつて、セン
サ信号を気筒毎に分割してサンプリングし、それ
ぞれの気筒に対応して別々の平均値をつくり出す
方法である。このようにすることにより、どの気
筒に対しても適切なノツク判定レベルを設定する
ことができる。

しかしながら、この気筒別に平均化する方法
（気筒別平均化法と以下記す）には、応答性が悪
いという欠点がある。すなわち、気筒毎に平均値
を算出するために、それぞれの気筒の平均値が新
しいデータによつて更新されるのは、４気筒の場
合には４回に１回、６気筒の場合には６回に１回
である。従つて、エンジン条件、特にエンジン回
転数が急激に変化するような運転状件では、平均
値そのものが定常値に達するまでに長い時間かか
つてしまい、それまでの間、不適切なノツク判定
レベルが供給されることになる。例えば、レーシ
ング時に平均値の追従が遅れ、従つて不適切に低
い判定レベルがつくられる結果、本来ノツクがな
いにもかかわらず、ノツク判定して誤遅角すると
いうような不具合が発生する。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点に鑑み、気筒を区別しない
平均値（全気筒平均値と以下に記す）と、これに
対する気筒別平均値の差もしくは比を求め、これ
ら２つの値から最終的な気筒別平均値を作り出す
ことにより、各気筒に適切な応答性の高い気筒別
ノツク判定レベルを作り出すことができる装置の
提供を目的とする。

〔発明の概要〕

第１図は本発明の概要を明示するための全体構
成図であり、多気筒エンジンｇに発生するノツキ
ングをノツクセンサａにより検出し、このノツク
センサの信号に応じてノツク判定を行ないその結
果に応じて点火時期等のノツク制御要因を調整手
段ｆにより制御するようにしたノツクコントロー
ル装置である。そして、ｂは気筒の区別なく全気
筒の前記ノツクセンサ信号の平均値を演算する全
気筒平均値演算手段、ｃは各気筒毎の前記ノツク
センサ信号の平均値を演算する各気筒平均値演算
手段、ｄは前記全気筒のノツクセンサ信号平均値
に対する前記各気筒毎のノツクセンサ信号平均値
の差もしくは比を演算する偏差演算手段、ｅはこ
の差もしくは比に応じて各気筒毎のノツク判定レ
ベルを決定し、この判定レベルと前記ノツクセン
サ信号とからノツクを判定するノツク判定手段で
あり、このノツク判定結果に応じてノツクの制御
要因を調整する。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき説明する。第２
図はその全体構成図である。また第３図は動作説
明のための各部の電圧波形説明図である。第２図
において、２１はノツクセンサで図に示さないが
内燃機関のシリンダブロツクにねじ止めされてお
り、内燃機関で発生するノツキングにより生じる
内燃機関の振動を電気信号に変換するものであ
り、第３図の信号を出力する。２２はノツクセ
ンサ２１の出力信号の包絡線を出力する、公知の
包絡線検出回路であり、第３図の信号を出力す
る、その出力は、マイクロコンピユータ（以下
MPUと記す。）２４のアナログ入力端子Ａ１に、
接続されている。

２３は、負圧センサであり、内燃機関の吸気圧
に応じた電圧値を出力する周知の半導体型負圧セ
ンサであり、その出力は、MPU２４の他のアナ
ログ入力端子Ａ２に、接続する。MPUはまた、
機関回転数測定用の電磁ピツクアツプからの信号
を入力される端子iNT、及びノツク制御された
点火時期制御信号を出力する端子Ｐ１を有してい
る。

MPU２４は後述のRAM、アツプカウンタ、
タイマレジスタ、タイマ／インベントカウンタア
ウトプツトレジスタ、フリーランカウンタ等の機
能を有するもので、例えば日本電気社製μPD7811
であり、Ａ／Ｄ変換器内蔵型である。

２５は内燃機関の基準回転位置を検出するため
にデイストリビユータ内に内蔵したシグナルロー
タであり、例えば各気筒毎に、BTDC60℃Ａの
位置に突起を有する構造である。２６は、電磁ピ
ツクアツプであり、シグナルロータ２５とによる
鎖交磁束変化により電気信号を発生するものであ
り、第３図の信号を出力する。

２７は、波形整形回路であり、電磁ピツクアツ
プ２６より出力される信号の整形をする周知の波
形整形回路であり、その出力信号はMPU２４
の外部割込み端子iNTに接続されている。

２８は、イグナイタ回路であり、MPU２４の
入出力端子Ｐ１の出力信号である第３図の信号
を電力増幅して点火コイルを駆動する周知のイグ
ナイタ回路である。

次に第４図のフローチヤートにより第２図装置
の動作を説明する。図示しないキースイツチを閉
じると第２図の各ブロツクに所定電圧が印加され
起動される。次にスタータを始動するとシグナル
ロータ２５が回転し、電磁ピツクアツプ２６に出
力信号を発生する。400は点火時期制御メインル
ーチンであり、401は、スタートステツプでMPU
２４が起動されると本ステツプより始動する。
402は、初期化ステツプであり、各種割込み設定、
入出力端子の設定、RAMの初期化を行なう。
403は後述のステツプ412で求める内燃機関の180
℃Ａ期間経過時間より内燃機関回転数を演算する
ステツプである。404は、回転数により予め設定
されている点火時期表（マツプ）より、現時点に
おける回転数に応じた点火時期を演算するステツ
プである。405は負圧センサ２３の出力電圧によ
り予め設定されている点火時期表より、現時点に
おける、内燃機関の吸気負圧に応じた点火時期を
演算するステツプである。406は、ステツプ404と
405とで得られた点火時期の総和を演算して基本
点火時期とするステツプである。これはノツキン
グの状態により点火時期を進遅角制御する場合の
進角上限値となる。

４１０は点火時期設定ルーチンである。４１１
は第３図の信号の立上りより外部割込み処理を
開始するステツプであり、レジスタセーブ等を行
なう。４１２は前回点火時期設定ルーチン４１０
に割込みした時刻と今回割込みした時刻との差を
求めることで内燃機関が180℃Ａ期間経過した時
間を求めるステツプであり、内燃機関の回転数を
求めるステツプ403の入力情報となる。4120はノ
ツクセンサ２１の異常（フエイル）の有無を検出
するステツプで後述のノツク検出ルーチン４４０
のフエイル判定ステツプ445の判定結果を見て、
フエイルを生じている場合はステツプ4121へ進み
最大遅角量を設定し、フエイルの無い場合はステ
ツプ413へ進む。ステツプ413，414，415で遅角量
制御を行なう。後述のノツク検出ステツプ413に
よりノツク有の場合はステツプ414に進み遅角量
を前回値よりも大きくする、又ノツク無の場合は
ステツプ415に進み遅角量を前回よりも小さくす
る。

ステツプ416では、ステツプ406で演算した基本
点火時期より遅角量を減算して現時点における点
火時期を演算し、さらに基準位置である例えば
BTDC60℃Ａからの遅れ角度に変換する。417は
ステツプ416で求めた遅れ角度を、第３図の信
号の立上りよりの遅れ時間に変換するステツプで
ある。ステツプ418はステツプ417で求めた遅れ時
間をタイマ／イベント・カウンタ・アウトプツ
ト・レジスタに設定するステツプである。タイ
マ／イベント・カウンタ・アウトプツト・レジス
タ値とフリーランカウンタ値が一致するとMPU
２４の入出力端子P₁に“０”レベルを出力しイ
グナイタ２８に第３図の信号を出力する。波形
の立下り時点が点火時期を示す。419はノツク・
サンプル期間スタートステツプであり、第３図の
信号の立上り時刻からノツクが発生し得る期間
の所定スタート時刻T₀，T₃（例えば、ATDC10℃
Ａ）まで経過する時間に相当する数値をタイマ・
レジスタに設定する。するとアツプカウンタが０
にリセツトされた後、アツプカウントを開始し、
タイマ・レジスタ値と一致すると内部割込み信号
を発生する。420は、リターンステツプであり、
点火時期設定ルーチン410からメインルーチン400
へ復帰するための後処理を行なうステツプであ
る。

430は、サンプリング期間選定ルーチンであり、
第３図のノツク信号を、MPU２４に、読み込
む（サンプリング）期間を設定する。431は前記
したタイマ・レジスタ値とアツプカウンタ値の一
致により発生した内部割込み信号でサンプリング
期間設定ルーチン430へ割込みする場合の割込み
処理開始ステツプであり、レジスタセーブ等を行
なう、又、MPUのRAM内に指定したサンプリ
ング期間信号領域を“１”レベルにする。

433はサンプリング期間ストツプステツプであ
り、内燃機関におけるノツキングが終了する時期
（例えばATDC90℃Ａ）を示す時刻T₁，T₄（第３
図）を設定するステツプである。さらに説明する
と例えばT₀時刻においてT₁時刻までの時間をタ
イマ・レジスタに設定するとアツプカウンタは０
にクリヤされた後にアツプカウントを開始し、タ
イマ・レジスタ値とアツプカウンタ値が一致する
とRAM内に指定したサンプリング期間信号領域
を“０”レベルにする。

434は閉角度設定ステツプであり、例えばT₁時
刻において第３図信号の立上り時刻までの予め
決定された所定時間を設定するステツプである。
さらに説明するとT₁時刻においてタイマ／イベ
ント・カウンタ・アウトプツト・レジスタに設定
した前記所定時間値とフリーランカウンタ値が一
致するとMPU２４の入出力端子P₁には“１”レ
ベルを出力し、結果的に第３図の信号になる。

435はリターンステツプでありサンプリング期
間設定ルーチン430からメインルーチン400へ復帰
するための後処理ステツプである。

440は、ノツク検出ルーチンである。441は、例
えば第３図のT₀時刻より、ノツク検出ルーチン
440の割込み処理開始ステツプであり、レジスタ
セーブ等を行なう。442はRAM内のサンプリン
グ期間信号領域の“１”、“０”をチエツクするこ
とにより現時点がサンプリング期間内の場合は、
ステツプ443へ、サンプリング期間外の場合は、
ステツプ445へ進む。

ステツプ443では、サンプリング期間中、230μs
毎に包絡線回路２２の出力信号（第３図の信
号）をサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、このＡ／
Ｄ値と、後述する判定レベル作成ステツプ446で
作られたノツク判定レベルとをサンプリング毎に
比較する。そしてＡ／Ｄ値がノツク判定レベルを
超えるたびに、MPu内部のソフトカウンタを初
期値０からインクリメントさせてその超えた回数
を計数してゆく。このカウントはサンプリング期
間が終わるまでステツプ443，444，442のループ
を通じて続けられ、最終的なカウント値がノツク
強度を表わすことになる。例えば、カウント値が
０の場合はノツクなし、１〜４の場合は小ノツ
ク、５〜８の場合は中ノツク、９以上の場合には
大ノツクというように区別される。このノツク強
度に応じて、ノツク１回当たりの遅角量を変化さ
せることにより、きめのこまかい点火時期制御が
可能になる。ステツプ443において、Ａ／Ｄ値が
ノツク判定レベルと比較されると、次にステツプ
444に進む。このステツプ444はその燃焼サイクル
におけるＡ／Ｄ値の平均値を求めるステツプであ
る。

これを第５図を用いて詳細に説明する。第５図
において、はセンサ信号の包絡線で、第３図の
信号を説明のために拡大表示したものである。
またこの図には、その気筒のために設けられた
気筒別ノツク判定レベルVrefが同時に描かれて
いる。Vrefの詳細な作り方は後述するが、Vref
は気筒毎に変化する判定レベルである。第５図の
はデータサンプリング期間であり、この実施例
の場合にはノツク判定区間に等しく、T₀
（ATDC10℃Ａ）からT₁（ATDC9℃Ａ）までの間
がこの区間である。

ノツク判定区間がスタートすると、230μs毎の
データがＡ／Ｄ変換されてMPUに取込まれる。
同図においてV₁，V₂，V₃…Vi，Vi₊₁…V_Nの値
が順次取込まれていくわけである。ステツプ444
はこのV₁〜V_Nの平均値を求めるステツプであ
る。この平均値は判定レベル作成の基礎となるデ
ータである。平均値を求めるにはV₁からV_Nまで
を順次加えていき、最終的にデータの数で割れば
良い（＝ΣVi／Ｎ）。しかしながら、記憶素子
であるRAMのデータ長が大きくとれない場合に
は、データを加えていくことによりオーバーフロ
ーを引きおこすこともあるため、厳密な意味での
平均値を求めるかわりにデータなましを行つてい
く方が良い場合もある。すなわち、求める平均値
をとすれば、＝（７＋Vi）／８のように
次々とデータなましを行つていけばよい。（本式
は８データなましの例である）。そして最終的に
V_Nまでデータなましした値がそのサイクルの
センサ信号平均値になる。

なお、第５図の例で言えばノツク判定レベル
VrefをＡ／Ｄ値が超えた回数は５回であるから、
前述のノツク強度の定義（５〜８回の場合は中ノ
ツク）に従えば、中ノツクを検出したことにな
る。

次に再び第４図にもどつてプログラムの流れを
説明する。サンプリング期間（ノツク判定区間）
が終了するとステツプ445に進む。このステツプ
はノツクセンサあるいはノツクセンサにつながる
ハーネス系統の断線またはシヨートを検出するた
めのフエイル判定ステツプである。すなわちその
サイクルのセンサ信号平均値が、予め回転数等
によつて定められたレベルを超えている場合には
正常とみなし、MPu内のフエイルカウンタ（ソ
フトウエアによるカウント）の値をリセツトす
る。もしこえていなければ異常とみなしフエイル
カウンタを１つだけインクリメントさせる。既述
の4120のステツプでは、このカウンタの値を調べ
て所定の回数以上の場合にセンサフエイルとみな
して点火時期を安全側である最遅角の状態にす
る。すなわちセンサ信号が何回も続けて小さな値
を示したときにフエイルと判定するわけである。
こうすることにより、フエイル判定の信頼性が向
上できる。フエイル判定が終了すると、判定レベ
ル作成のステツプ446に進む。

この部分は本発明の重要部分であるから第６図
を用いて詳細に説明する。第６図は第５図におけ
る判定レベル作成ステツプ446をさらに詳しいス
テツプに分けたものである。第６図において、ま
ずステツプ4461で全気筒のセンサ信号平均値
Vmeanを算出する。すなわちそのサイクルの平
均値（前述）を気筒にかかわらず点火なましし
てVmeanを求める。次にステツプ4426で今のサ
イクルのとVmeanの偏差Δ＝−Vmeanを求
める。その次のステツプ4463では気筒毎のΔ量の
点火なましを行ない、気筒別のΔ量（ΔVmean）
を求める。例えば４気筒のエンジンで、今のサイ
クルが第１気筒の燃焼行程であつたとすると、今
回得られたは第１気筒のであつて、従つてΔ
量（＝−Vmean）はその気筒ののVmeanか
らの偏りである。このΔ量を気筒毎に点火なまし
した量がΔVmeanである（ΔもΔVmeanもプラ
ス、マイナスの符号付の量である）。今回は第１
気筒の燃焼行程であるから１サイクル前の第１気
筒のときに算出されたΔVmeanと点火なましさ
れるわけである。この結果が第１気筒の
ΔVmeanとなる。従つてΔVmeanは気筒数分、
すなわち４気筒エンジンなら４つ、６気筒エンジ
ンなら６つだけある。すなわちその気筒の
ΔVmeanの更新は４気筒の場合には点火４回に
１回、６気筒の場合には点火６回に１回ずつ行わ
れる。なおこれに対し全気筒Vmeanの更新は点
火毎におこなわれるのは言うまでもない。

次のステツプ4464では、次の燃焼サイクルため
のノツク判定レベルの基礎となる気筒別Vmean
（V′mean）の作成が行われる。すなわち今、点
火順序が１，３，４，２の気筒順であり、第１気
筒の燃焼が終了した時点とすれば、次の第３気筒
のノツク判定レベルを作成するわけである。これ
は、今作られたばかりの全気筒Vmeanに４点火
前に作成された第３気筒のためのΔVmeanを加
え合わせることにより作られる。ΔVmeanには
先回の第３気筒までのデータしか反映されていな
いが、Vmeanには直前のデータ（すなわち今の
例の場合第１気筒の結果）までが反映されてい
る。つまり、全気筒Vmeanの変化（全気筒の平
均的なセンサ信号の動き）を使つて次の適切な気
筒別判定レベルを予測設定しているわけである。

次にステツプ4465で最終的なノツク判定レベル
が作られる。即ち、エンジン条件毎に予め定めら
れた定数Ｋとオフセツト値Osを用いてV′meanと
の一次結合を作り、気筒別ノツク判定レベルをつ
くる。このＫとOsはエンジンの適合要素である。
さらに性能を上げるために定数Ｋを気筒別にもつ
ことも考えられるが、この場合には気筒判別信号
が必要となる。

以上説明してきた判定レベル作成の効果を第７
図に示す。第７図はコンピユータシミユレーシヨ
ン結果である。Ａ図は応答性の比較、Ｂ図は安定
性の比較である。まず、Ａ図は単位ステツプ入力
による応答性比較であり、目標値１に対してどれ
だけ早く応答するかを調べたものである。本発明
の場合の全気筒Vmeanの点火なまし回数及び気
筒別Δ量の点火なましの回数は共に16回、従来の
判定レベルの点火なまし回数は４回に設定してあ
る。本発明の方が従来よりも応答性が高いことが
判る。

またＢ図は判定レベルの安定性を比較したもの
で、点火なましの回数はＡ図と同じにしてある。
判定レベルの変動は、正規分布入力信号の標準偏
差に対する判定レベルの出力標準偏差の比で定義
してある。Ｂ図を見ればわかるように本発明の方
が安定性も良い。すなわち本発明は応答性、安定
性共に従来よりも優れている。なお、点火なまし
の回数は必要に応じて任意に選ぶことができる。
例えば全気筒Vmeanの点火なましを４回、気筒
別ΔVmeanのなましを16回というように設定す
ると、過渡状態の間は全気筒Vmeanの影響が強
く従つて全気筒ほぼ同じ判定レベルが設定され、
定常状態になつて全気筒Vmeanが落ちつくにつ
れて気筒別ΔVmeanの影響が大きくなり、気筒
別判定レベルが設定されるようになる。

なお、上記実施例では、全気筒Vmeanからの
差Δで気筒別ΔVmeanを作つている。この場合
にはΔ、ΔVmean共にプラス、マイナスの符号
付の量になつている。そこでこれをさけるために
全気筒Vmeanとの比Ｒで判定レベルをつくるこ
ともできる。すなわち、第６図におけるステツプ
4462のΔ＝−VmeanのかわりにＲ＝／
Vmeanを、ステツプ4463のΔVmean＝
（15ΔVmean＋Δ）／16のかわりにRmean＝
（15Rmean＋Ｒ）／16を、ステツプ4464の
V′mean＝Vmean＋ΔVmeanのかわりにV′mean
＝Rmean・Vmeanとすれば良い。この場合は
Rmeanは正の値で、数値１前後の値をとること
になる。

また上記実施例では、１サイクルの平均値を
用いて判定レベルをつくつているが、これをその
サイクルの最大値Vmaxで代用することもでき
る。すなわち第１図の包絡線検出回路２２のかわ
りにピークホールド回路を用い、そのサイクルに
おける最大値VmaxをMPu２４に取り込む。そ
して本実施例ののかわりにVmaxをつかつて判
定レベルをつくれば良い。この場合のノツク判定
はVmaxそのものと判定レベルの大小関係で行な
うことになる。もちろも、Vmaxを使うよりも
を使つた方がセンサの平均値信号がより正しく取
り込まれるから性能が良い。しかしコスト等の関
係からVmaxを使つても実用上はさしつかえな
い。すなわちそのサイクルの平均値出力に略対応
する量ならのかわりにどんな値をつかつても良
い。

さらに上記実施例は点火時期を操作するノツク
コントロールシステムについて記述されている
が、点火時期以外たとえばターボの過給圧、空燃
比（Ａ／Ｆ）、EGR等を操作するノツクコントロ
ールシステムにも適用できることはもちろんであ
る。

〔発明の効果〕

従来の気筒判定レベルをもつノツクコントロー
ルシステムでは、ある気筒について見れば４気筒
の場合は４点火に１回しかデータが更新されない
から、その間にエンジン状態が大きく変わつてし
まうと、ノツク判定レベルの追従が次々に遅れて
いつてしまう。これを改善するために平均化（点
火なまし）の回数を減らすと、判定レベルが大き
く動きすぎ、安定性が低下し、従つてノツク検出
の性能が落ちてしまう。

これに対し本発明では、全気筒のセンサ信号平
均値をもとに気筒別平均値を算出しているから、
エンジン条件等が急変しても、それに追従できる
応答性の高い気筒別判定レベルが供給でき、しか
も個々の気筒についてみればデータの平均化回数
は多くても良いから、安定性も良く、またエンジ
ンが定常状態にある場合には、全気筒のセンサ信
号平均値はあまり変化しないから、気筒別判定レ
ベルはそのまま安定している等の優れた効果を有
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要を明示するための全体構
成図、第２図は本発明の一実施例を示す構成図、
第３図は第２図各部の信号波形図、第４図は第２
図中のMPUにおける処理手順を示すフローチヤ
ート、第５図は第３図の信号波形の一部拡大図、
第６図は第４図中の判定レベル作成ステツプの詳
細フローチヤート、第７図は本発明と従来例の効
果比較図である。 ２１…ノツクセンサ、２２…包絡線検出回路、
２４…MPU、２５…シグナルロータ、２８…イ
グナイタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多気筒エンジンに発生するノツキングを検出
   するノツクセンサと、このノツクセンサの信号に
   応じてノツク判定を行いその結果に応じてノツク
   制御要因を調整するための調整手段とを備えたノ
   ツクコントロール装置において、 気筒の区別なく全気筒の前記ノツクセンサ信号
   の平均値を演算する全気筒平均値演算手段と、 前記全気筒のノツクセンサ信号平均値に対する
   各気筒毎のノツクセンサ信号の差もしくは比を演
   算する偏差演算手段と この気筒別に演算された差もしくは比を気筒別
   に平均化する偏差平均化手段と、 この平均化した気筒別の差もしくは比と全気筒
   のノツクセンサ信号の平均値に応じて気筒別のノ
   ツク判定レベルを決定するノツク判定レベル決定
   手段と、 この気筒別のノツク判定レベルと前記ノツクセ
   ンサ信号とからノツクを判定するノツク判定手段
   とを備えたことを特徴とする内燃機関用ノツクコ
   ントロール装置。 ２ 前記全気筒のノツクセンサ信号平均値、及び
   前記差もしくは比は、所定の区間内における前記
   各気筒毎のセンサ信号平均値をもとに演算される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内
   燃機関用ノツクコントロール装置。 ３ 前記全気筒のノツクセンサ信号平均値、及び
   前記差もしくは比は、所定区間内における前記各
   気筒毎のセンサ信号最大値をもとに演算されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃
   機関用ノツクコントロール装置。