JPH0772527B2 - 内燃機関用ノッキング検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の発生するノッキングを検出する装
置に関する。

［従来の技術］ 現在、内燃機関に生じるノッキングを検出して点火時期
を遅角させる、いわゆるノッキングフィードバックシス
テムがある。これは、内燃機関の気筒内圧力によって気
筒内外に生じる振動もしくは音などをノックセンサで検
出し、それらの振動もしくは音などが、設定レベル（ノ
ッキング判定レベル）を越えた場合に、ノッキングと判
定し、ノッキング信号を出す。このノッキング信号が生
じた場合には、点火時期を遅角させ、ノッキング信号が
生じなかった場合には、点火時期を進角させて点火時期
をコントロールするものである。

このノッキング検出装置では、通常、ノックセンサから
常時発生している出力信号の平均値をノッキングが発生
していない時の基準値（バックグランド値）とみなし、
このバックグランド値を定数倍したものをノッキング判
定レベルとし、このノッキング判定レベルとノックセン
サで検出する振動レベルとの大小を比較してノッキング
の判定を行うものである。

しかるに、内燃機関の回転上昇率が変化する場合（ノッ
クセンサによって検出する振動が前回に検出した出力と
比較して増加または減少するような時）においては、ノ
ッキング判定レベルがノックセンサによって検出された
現在までの出力信号の履歴（平均値）を基に設定される
ため、次回の点火時期にノックセンサの出力信号と比較
されるノッキング判定レベルが応答遅れを生じて正確な
ノッキング判定ができないという問題点を有していた。

上記問題点を解決する手段として特開昭59−193335号公
報が公知である。この公知技術は、ノックセンサによっ
て検出された現在までの出力信号の平均値を、内燃機関
の回転加速度に従って変化するなまし係数をもつ演算式
によりノッキング判定レベルを算出し、ノッキング判定
レベルの応答性を改善するものである。つまり、この公
知技術は、なまし係数を内燃機関の回転加速度に従って
変化させることで、内燃機関の回転上昇率が増加する場
合には、バックグランド値算出式のなまし係数を変える
ことにより、応答性を向上させて、バックグランド値を
求めた後、これを定数倍してノッキング判定レベルとす
るものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、上記公知技術のものは、バックグランド値
が、ノックセンサによって検出された現在までの出力信
号の平均値と、内燃機関の回転上昇率に応じて変化する
なまし係数とに応じて設定されることから、公知技術の
ノッキング検出装置で算出されるバックグランド値は、
なまし係数を変化させて最も応答性を上げても、現在ま
でに検出した現在に一番近いノックセンサからの出力信
号の値に近付くことしかできない。このため、公知技術
のノッキング検出装置の算出するノッキング判定レベル
は、内燃機関の回転上昇率が変化する場合において、従
来の応答遅れに対してなんら対策を施さなかったものよ
りは応答遅れをある程度解消するものの、やはり、次回
の点火におけるノックセンサの出力信号に対して応答遅
れを生ずる問題点を有していた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、ノッキング判定レベルが加速時などのように、内燃
機関の回転上昇率が変化する場合でも、次回の点火時期
に対応したノッキング判定レベルが設定でき、ノックセ
ンサの検出に応答遅れのない内燃機関用ノッキング検出
装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、第１図に示すごと
く、内燃機関101のノッキング現象に基づく振動を検出
し、該振動に応じた出力信号を発生するノックセンサ10
2と、該ノックセンサ102の検出した現在までの出力信号
の履歴をもとに平均値を算出する平均値算出手段103
と、前記平均値に基づいて第２ノッキング判定レベルを
算出する第１ノッキング判定レベル算出手段104と、前
記内燃機関101の回転速度と前記内燃機関101の回転速度
上昇率とに対応した補正値を算出する補正値算出手段10
5と、前記第１ノッキング判定レベルと前記補正値から
第２ノッキング判定レベルを算出する第２ノッキング判
定レベル算出手段106と、前記第２ノッキング判定レベ
ルと前記ノックセンサ102が検出する出力信号との大小
により前記内燃機関101のノッキングの発生の有無を判
定するノッキング判定手段107とを備えることを技術的
手段とする。

［作用］ 上記構成よりなる本発明は、ノッキング判定手段によ
り、内燃機関のノッキング現象に基づく内燃機関本体ま
たは外部の振動を検出するノックセンサからの出力信号
の平均値に基づいて第１ノッキング判定レベルを算出す
るとともに、内燃機関の回転速度と内燃機関の回転速度
の上昇率とに対応した補正値を算出し、第１ノッキング
判定レベルと補正値とから、次回の点火時期に対応した
第２ノッキング判定レベルを算出する。そして、第２ノ
ッキング判定レベルとノックセンサが検出した出力信号
との大小により内燃機関のノッキングの発生の有無を判
定する。

［発明の効果］ 本発明によれば、ノックセンサからの出力信号の平均値
に基づいた第１ノッキング判定レベルと、内燃機関の回
転速度、内燃機関の回転上昇率に対応した補正値とか
ら、次回の点火時期に対応した第２ノッキング判定レベ
ルを算出することができるため、加速時などのように、
内燃機関の回転速度が変化する場合でも、ノッキングの
検出を応答性良く正確に行うことができる。

［実施例］ 次に、本発明の内燃機関用ノッキング検出装置を図面に
示す一実施例に基づき説明する。

第３図は本発明の内燃機関用ノッキング検出装置を備え
た内燃機関の概略図である。内燃機関１は、後述する各
種センサからの出力信号にもとづき本発明の制御装置を
構成する電子制御装置（ECU）２により集中制御され
る。

吸気マニホールド３の各気筒の吸気ポート近くには、電
子制御装置２により制御される電磁作動式の燃料噴射弁
４が配設されている。この燃料噴射弁４は、内燃機関１
の作動中に、図示しない燃料ポンプから一定圧に調整さ
れた燃料が圧送され、電子制御装置２により制御される
開弁時間に応じて燃料噴射量が調節されるようになって
いる。

各気筒に設けられた点火プラグ５に配電するディストリ
ビュータ６は、内部にクランク軸の特定位置を検出する
基準角センサ７およびクランク軸の一定クランク角度毎
（例えば30゜毎）に出力信号を発生する回転角センサ８
を備えている。ディストリビュータ６に接続される点火
コイル９は、点火コイル９への通電遮断を行うイグナイ
タ10と一体に構成されている。

エアクリーナ11から吸気マニホールド３に連通する吸気
通路には、内燃機関１の運転状態を検出するため、吸入
空気量を電圧比として検出するエアフローメータ12、エ
アフローメータ12内に組み込まれて吸気温度を検出する
吸気気温センサ13、スロットルボディ14に取り付けられ
たスロットル弁15と連動するレバーによりスロットル弁
15の開度を検出するスロットル弁開度センサ16が設けら
れている。内燃機関１の本体には冷却水温センサ17が設
けられ、排気通路には排気ガスの酸素濃度を検出する酸
素センサ18が設けられている。

内燃機関１のシリンダブロックには、内燃機関１のノッ
キング現象に対応した内燃機関１の本体の振動、あるい
は内燃機関１に伝わった振動を圧電素子（ピエゾ素子）
によって検出するノックセンサ19が取り付けられてい
る。

上記した各センサ（基準角センサ７、回転角センサ８、
エアフローメータ12、吸気気温センサ13、スロットル弁
開度センサ16、冷却水温センサ17、酸素センサ18、ノッ
クセンサ19）は、それぞれ検出した信号を電子制御装置
２に出力する。電子制御装置２は、それらの信号をもと
に内燃機関１の集中制御を行う。

ここで電子制御装置２と各機器との関連を第２図に示す
ブロック図に基づき説明する。

基準角センサ７および回転角センサ８は電磁ピックアッ
プ式の検出器であり、それぞれの出力信号は波形整形回
路20、21によりパルス状に波形整形され、それぞれ基準
角信号Ｇおよび回転角信号Neとしてマイクロコンピュー
タ22に入力される。また、内燃機関１の運転状態を検出
する各センサ（エアフローメータ12、吸気気温センサ1
3、スロットル弁開度センサ16、冷却水温センサ17、酸
素センサ18）からの信号がマイクロコンピュータ22に入
力される。

ノックセンサ19の出力信号は、振幅検出回路23の入力さ
れる。振幅検出回路23は、ノックセンサ19の出力信号か
らのノッキング固有の周波数成分（例えば8KHZ）のみを
取り出すバンドパスフィルタ24、その出力を増幅する増
幅器25、増幅器25の出力である振動信号のピーク値を例
えばコンデンサ等により保持し、マイクロコンピュータ
22からの気筒切換信号Ｒによりリセットされるピークホ
ールド回路26を備える。そして、ピークホールド回路26
は、各気筒の爆発行程毎に振動信号のピーク値を保持
し、振幅検出回路23の出力電圧信号としてマイクロコン
ピュータ２に伝える。

マイクロコンピュータ22は基準角センサ７および回転角
センサ８からの回転角情報、内燃機関１の運転状態を検
出する各センサ（エアフローメータ12、吸気気温センサ
13、スロットル弁開度センサ16、冷却水温センサ17、酸
素センサ18）からの運転状態情報、およびノックセンサ
19からのノッキング情報に基づいて燃費および出力など
の性能が最良となる最適な点火時期および点火コイル９
への通電時間を算出し、点火信号を出力する。そして、
出力バッファ27を介してイグナイタ10を駆動し点火コイ
ル９に通電し、電子制御装置２により演算された点火時
期に通電を遮断することにより通電遮断時に発生する高
電圧をディストリビュータ６を経由して所定の気筒の点
火プラグ５に導き、各気筒に順次点火する。また、マイ
クロコンピュータ22は算出された燃料噴射量に対応した
パルス幅で所定のクランク角位置に噴射弁駆動回路28を
作動し、各気筒毎に燃料噴射弁４を開弁して燃料を噴射
する。

なお、電子制御装置２は上記に示した波形整形回路20、
21、マイクロコンピュータ22、振幅検出回路23、出力バ
ッファ27および噴射弁駆動回路28から構成される。また
本発明の制御装置29はマイクロコンピュータ22および振
幅検出回路23により構成される。

次に、マイクロコンピュータ22の内部構成を説明する。

８ビット構成の中央処理装置（CPU）30にはCPUバス31を
介して、制御プログラムおよび演算に必要な定数を記憶
しておく読みだし専用メモリ（ROM）32、演算データを
一時記憶する一時記憶メモリ（RAM）33、中央処理装置3
0に割込制御をおこなわせるための割込制御部34、中央
処理装置動作の基本周期となるクロック周期毎に１つず
つカウント値が上がるように構成された16ビットのタイ
マ35、マルチプレクサー36で選択されたアナログ信号を
デジタル信号に変換するA/D変換器37、入力ポート38、
出力ポート39が接続されている。アナログ信号が入力さ
れるマルチプレクサー36には、エアフロメータ12、吸気
温センサ13、冷却水温センサ17、およびピークホールド
回路26からの信号が入力される。入力ポート38には、ス
ロットル弁開度センサ16からの２ビットの接点信号、お
よび酸素センサ18からのリッチリーン信号が入力され
る。出力ポート39からは、イグナイタ10へ点火信号、燃
料噴射弁４への噴射信号、ピークホールド回路26への気
筒切換信号、およびマルチプレクサー36への制御信号が
出力される。割込制御部34には基準角センサ７および回
転角センサ８からの基準角信号Ｇおよび回転角信号Neが
入力される。

次に、電子制御装置２内に設けられた本発明の制御装置
29の作動を、第３図に示したフローチャートを用いて説
明する。

第４図は、クランク角30゜ごとの回転角度信号Neによる
外部割込み処理に基づくフローチャートである。

始めに、ステップ301において、現在のタイマ35の値を
読み出し、一時記憶メモリ33に記憶するとともに、前回
割込み時の時刻との差を求め、それを現在のクランク角
30゜の所要時間T30（ｉ）として一時記憶メモリ33に記
憶する。次に、ステップ302において、過去５回分のク
ランク角30゜の所要時間T30すなわちT30（i5）、T30（i
4）、…T30（i1）と今回の所要時間T30（ｉ）を加算
し、１点火周期T180を算出する。次に、ステップ303に
おいて、１点火周期T180に基づき現在の内燃機関１の回
転速度N1を求める。続くステップ304において、クラン
ク軸が180゜回転したか否かの判断を行う。その判断結
果がNOの場合はリターンし、YESの場合にはステップ305
において、内燃機関１の回転上昇率ΔＮを求めるため、
現在の内燃機関１の回転速度N1と前回の内燃機関１の回
転速度N2より回転上昇率ΔＮを求める。

次に、ステップ306において、ステップ305で求めた回転
上昇率ΔＮと現在の内燃機関１の回転速度N1および定数
Ｋとを積算することにより、第５図に示すような補正値
ΔＶを求める。なお、定数Ｋは適用される内燃機関に応
じて設定される値である。次に、ステップ307におい
て、振幅検出回路23のデータすなわちノックセンサ信号
のピークホールド値26aを中央処理装置30内に読み込
む。次に、ステップ308において、このピークホールド
値26aを過去の点火時のデータと一緒に平均化すること
により基準レベルを算出する。次に、ステップ309にお
いて、基準レベルを定数倍することにより、ノッキング
の比較基準値となる第１ノッキング判定レベルV1を算出
する。

次に、ステップ310において、第１ノッキング判定レベ
ルV1にステップ306で求めた補正値ΔＶを加算して最終
的な第２ノッキング判定レベルV2を算出する。次に、ス
テップ311において、今回のピークホールド値26aと最終
的な第２ノッキング判定レベルV2とを比較してノッキン
グの有無を判定する。次に、ステップ312において、こ
の判定結果に基づいて、遅角量であるノックコントロー
ル補正角θｋを算出する。

次に、ステップ313において，図示しないメインルーチ
ンから求められた基本点火進角からステップ312で求め
たノックコントロール補正角θｋを差し引いて最終的な
点火時期θigを算出し、この点火時期θigにてイグナイ
タ10に送出するIGt信号のタイミング処理を行う。

以上述べた処理を行うことにより、内燃機関１の回転速
度が急変するような場合でも、補正値を求めて第１ノッ
キング判定レベルに加することで、次回の点火時期に対
応した第２ノッキング判定レベルの設定が可能となる。
その結果、加速時などのように、内燃機関の回転速度が
急変する場合でも、応答性の良いノッキングの検出を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は本発明の内燃機関用
ノッキング検出装置を含む点火時期制御装置のブロック
図、第３図は本発明の内燃機関用ノッキング検出装置を
備えた内燃機関の概略図、第４図は制御装置の作動を示
すフローチャート、第５図は回転上昇率と補正値との関
係を示すグラフである。 図中 19……ノックセンサ、29……制御装置、V1……第
１ノッキング判定レベル、V2……第２ノッキング判定レ
ベル、ΔＶ……補正値

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イ）内燃機関のノッキング現象に基づく振
   動を検出し、該振動に応じた出力信号を発生するノック
   センサと、 ロ）該ノックセンサの検出した現在までの出力信号の履
   歴をもとに平均値を算出する平均値算出手段と、 ハ）前記平均値に基づいて第１ノッキング判定レベルを
   算出する第１ノッキング判定レベル算出手段と、 ニ）前記内燃機関の回転速度と前記内燃機関の回転速度
   上昇率とに対応した補正値を算出する補正値算出手段
   と、 ハ）前記第１ノッキング判定レベルと前記補正値から第
   ２ノッキング判定レベルを算出する第２ノッキング判定
   レベル算出手段と、 ヘ）前記第２ノッキング判定レベルと前記ノックセンサ
   が検出する出力信号との大小により前記内燃機関のノッ
   キングの発生の有無を判定するノッキング判定手段と からなる内燃機関用ノッキング検出装置。