JPS5828644A - 内燃機関のノツキング検出方法 - 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】 本発明は、内燃機関のノッキング発生の有無を検出する
方法に関する。

機関の異常燃焼に伴って発生する機械的振動、即ちノッ
キングをノックセンサと称する振動検出素子により電気
的振幅変動として検出するノッキング検出方法において
は、ノックセンサから出力される電気信号の振幅を比較
−準備と比較することによシ、その検出した振動がはた
してノッキングによるものなのか否かを判別することが
行われる。

従来技術においては、点火後にノックセンサから出力さ
れる電気信号の振幅値が比較基準値を上回る場合祉直ち
にノッキング発生と認識して次の点火の点火時期を遅ら
せるような制御が行われていた。このような方法は、大
きなノッキングを検出し、これを抑制する場合には有利
である。即ち、大きなノッキングは各点火時に連続して
発生する可能性が高いためである。しかしながら、非常
に微小程度のノッキングを検出しこれを抑制しようとす
る場合には、この様な微小ノッキングが１００乃至２０
０点火毎に１同根度の割合で発生するものであるため、
上述の如き従来技術によると、次の点火時には実際にノ
ー、キングが発生しないのに点火時期を遅角制御してし
まう恐れがある。また、微小ノッキング発生時には、も
ともとノックセンサ出力の振幅が非常に小さいため、ノ
ックセンサの個体差（バラツキ）Ｋよりては、ノッキン
グ発生を検出できない恐れもある。逆にノッキングが発
生していないのに誤ってノッキング発生と検出してしま
う恐れもある。

従来技術の上述の如き問題を解決する目的で、本出願人
扛、ノックセンサからの電気信号の振幅値を所定点火サ
イクル分検出してその平均値を求め、この平均値からノ
ッキング発生の有無を検出して次の所定サイクルの点火
時期を制御する技術を既に提案している。この場合、平
均化する点火サイクル数を大きくすればする程安定した
ノック１ンサ出力が得られるので望ましい、しかしなが
ら、平均化する点火サイクル数を大きくとると、機関が
過渡運転状態となった際に、ノッキングが発生している
のに誤ってノッキング発生なしと誤判定してしまう恐れ
があった。

従って本発明は上述の如き問題点を解決するためのもの
であり、本発明の目的は、ノッキング検出時の応答特性
を機関の運転状態に応じて変えることＫよシ、ノッキン
グの検出誤〕を大幅に低減できるノッキング検出方法を
提供することＫある。

即ち、本発明によれば、機関が過渡運転状態にあるか否
かを検出し、過渡運転状態時鉱、ノックセンサ出力の振
幅値の平均値算出用の点火回数ｎが小さく制御せしめら
れるのである。

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の全体の構成を概略的に表わ
している。同図において、１０は機関のシリンダプロ、
り、１２はシリンダプロ、り１０に取シ付けられ九ノ、
クセンサである。ノックセンサ１２は、例えば圧電素子
あるいは電磁素子等から構成され、機械的振動を電気的
な振幅変動に変換する周知のものである。第１図におい
て、さらに、１４はディストリビュー夕を示しておシ、
このディストリビュータ１４にはクランク角センサ１６
及び１８が設けられている。クランク角センサ１６は、
気筒判別用であシ、この機関が６気筒であるとすると、
ディストリビュータ軸が１回転する毎、即ちクランク軸
が２回転する毎（７２０゜Ｃム毎）に１つの／４ルスを
発生する。その発生位置は、例えば第１気筒の上死点の
如く設定される。

クランク角センサ１８は、ディストリビュータ軸が１回
転する毎に２４個のノダルス、従ってクランク角３０°
毎のノ臂ルスを発生する。

ノックセンサ１２、クランク角センナ１６及び１Ｂから
の電気信号は、制御回路２０に送シ込壕れる。制御回路
２０には、さらに機関の吸気通路２２に設けられたエア
フローセンサ２４からの吸入空気流量を表わす信号が送
り込まれる。一方、制御回路２０からは、イグナイタ２
６に点火信号が出力され、イグナイタ２６によりて形成
されたスノ譬−り電流は、ディストリビュータ１４を介
して各気筒の点火プラグ２８に分配される。

機１１には、通常、運転状態ノ臂うメータを検出するそ
の他の種々のセンサが設けられ、また、制御回路２０扛
、燃料噴射弁３０等の制御をも行うが、仁れらは本発明
とは直接関係しない丸め、以下の説明ではこれらを全て
省略する。

第２図は、第１図の制御回路２０の一構成例を表わすブ
ロック図である。エアフローセンサ２４からの電圧信号
は、バッファ３０を介してアナログマルチプレクサ３２
に送シ込まれマイクロコンぎ、−夕からの指示に応じて
選択されて〜０変換器３４４Ｃ印加され、２過信号に変
換された後、入出力ポート３６を介してマイクロコンビ
、−夕内に取９込まれる・ クランク角センサ１６からのクランク角７２０゜毎のノ
９ルスは、バッファ３Ｂを介して割込み要求信号形成回
路４０に印加される。一方、クランク角センナ１８から
のクランク角３０°毎の／臂ルスは、ノ臂ツファ４２を
介して割込み要求信号形成回路４０及び速度信号形成回
路４４に印加される・割込み要求信号形成回路４０は、
クランク角７２０’毎及び３０°毎の各ノ々ルスから、
＠ｋＯ＠込み要求信号を形成する。これらの割込み要求
信号は入出力ポート４６を介してマイクロコンビ、−夕
に印加される。速度信号形成回路４４は、クランク角３
０°毎の・中ルスの周期から機関の回転速ｆＮ＊を表わ
す２進信号を形成する。形成された回転速度信号は、入
出力ｄ’　−）　４６を介してマイクロコンビ、−タに
送シ込まれる。

ノックセンサ１２の出力信号は、インピーダンス変換用
のバッファ及びノッキング個有の周波数帯域（７〜８　
ｋＨｚ　）が通過帯域であるパントノ譬スフィルタから
成る回路４８を介してピークホールド回路５０に送〕込
まれる。ピークホールド回路５０は９５２及び入出カポ
−）４６ｆｔ介して＠１ルベルの信号がマイクロコンビ
、−夕から自加されている際にのみ、ノックセンサ１２
からの出力信号を取シ込み、その最大振幅のホールド動
作を行つ・−一りホールド回路５０の出力は、んΦ変換
器５４によって２進信号に変換され、入出力ポート４６
を介してマイクロコンビ、−タに送〕込まれる。良だし
、〜Φ変換器５４０〜勺変換開始は、入出力ポート４６
及び線５６を介してマイクロコンビ、−夕から印加され
る〜Φ変換起１傭号によって行われる。ま九、〜Φ変換
が終了すると、〜０変換器５４は、線５８及び入出力ポ
ート４６を介してマイクロコンビ、−夕に〜重質換完了
通知を行う。

一方、マイクロコンピュータから、入出力ポート４６ｔ
−介して駆動回路６０に点火信号が出力されると、これ
が駆動信号に変換されてイグナイタ２６が付勢され、そ
の点火信号の持続時間及び持続時期に応じた点火制御が
行われる。

マイクロコンピュータは前述の入出力ポート３６及び４
６と、マイクロコンビ、す（ＭＰＵ）　６２、ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）　６４％　リードオンリメモ
リ（ＲＯＭ）　６６　、図示しないクロ、り発生回路、
メ篭り制御回路及びこれらを接続するパス６８等から主
として構成されておＦ）　、ＲＯＭ　６６内に格納され
ている制御！ロダラムに従って種々の処理を実行する。

第３図乃至第８図は、その制御内容のうち、特に本発明
に関連した部分を表わすフローチャートである。第３図
乃至第６図の処理ルーチンによれば、ノックセンサ１２
からの信号がノッキングはもちろんのことパルプ打音等
の機械振動ノイズを含まず、機関の基本振動のみを含ん
でいる如き安定した期間（）脅ツクグランド信号検出期
間）にノックセンサ出力のピークホールド動作が行われ
、その最終値が２進信号として取）込まれる。このパ、
ツクグランド信号検出期間は、好ましくは、各気筒ある
いはあらかじめ定め九特定の気筒の圧縮行程における３
０°ＣＡ−ＢＴＤＣ〜１０°ＣＡ−ＢＴＤＣ付近に選ば
れる。第６図乃至第８図の処理ルーチンによれば、ノッ
クセンサ１２からの信号中に主にノ。

キング信号のみが含まれるような期間（ノッキング検出
期間）Ｋノ、クセンサ出力のピークホールド動作が行わ
れ、その最終値が２進信号として塩９込まれる。そして
さらにｂ回の点火動作に基づいてそれぞれ塩９込まれた
２進信号の平均値、換言すれば、ｎ回のノッキング検出
期間にそれぞれ取り込まれた２進信号の平均値が算出さ
れ、この平均値と前述のパックグランド信号検出期間に
取シ込んだ２進信号（比較基準値）との比較が行われる
ことによりノッキング発生の有無が判別される。さらＶ
ｃｔた、本発明ではこれが最も重畳であるが、機関や運
転状態が過渡状態であるか否かが判別され、過渡運転状
態の場合は、前述の平均化処理を行う際のｎが低減せし
められる。なお、前述のノッキング検出期間は、好まし
くは各気筒あるいはあらかじめ定めた特定の気筒の爆発
行程における１０°ＣＡ−ＡＴＤＣ〜５０’　ＣＡ−Ａ
ＴＤＣ付近に選ばれる。

以下ｊＩ３図乃至第８図の処理ルーチンの内容について
詳細に説明する。

割込み費、求信号形成回路４０から、各気筒あるいはあ
らかじめ定めた特定の気筒の圧縮上死点よ〕所定クラン
ク角度０゜ＣＡ千手前位置、例えば６０°Ｃム・ＢＴＤ
Ｃで所定の割込み要求信号が印加されると、ＭＰＵ６２
は第３図の割込み処理ルーチンを実行する。即ち、ステ
ップ７０において、ハ。

フグランド検出期間の始まる時刻ｔｓｔ−算出する。

この時刻ｔ１は、ソフトウェア上のタイマの時刻であ〕
、パックグランド検出期間の始まるクランク角度位置（
例えば３０°ＣＡ−ＢＴＤＣ）、現在のクランク角度位
置（θ。ＣＡ−ＢＴＤＣ）　、タイマの現在の時刻ｔ・
、及び機関の回転速度Ｎ０が知られてｈれば容易に算出
できることは明らかである。ステ、デフ０の処理が終る
と、この割込み処理ルーチンが終了しメインルーチンに
復帰する。

ソフトタイマの時刻がｔｌとなると、時間割込み要求が
発生し、これにょシＭＰＵ　６２は第４図の割込み処理
ルーチンを実行する。ｔずステップ７１において、ピー
クホールド回路５ｏにノックセンサ１２の出方のピーク
ホールド動作を開始させる。これは、ＩＩ　ｓ　Ｚを介
してピークホールド回路５０に＠１”レベルのピー　ク
ホールド指示信号を送り込むことによって成される０次
いで、ステップ７２において、パックグランド検出期間
の終る時刻１．を算出する。パックグランド検出期間の
終るクランク角度位ｔ（例えば１０’　ＣＡ・ＢＴＤＣ
）があらかじめ定められているため、このステップ７２
の算出方法拡ステ２．デフｏのそれと同様である０次い
で、ステラｆ７３において、〜０変換器５４に対してん
重質換開始の指示を行った後、メインルーチンに復帰す
る。

ソフトタイマの時刻がｔｌとなると、時間割込み要求が
発生し、これによ、９　ＭＰＵ　６２は第５図の割込み
処理ルーチンを実行する。まずステップ７４において、
ピークホールド回路５ｏのピークホールド動作を終了さ
せる。これは、ピークホールド指示信号を１０”Ｋ反転
させること罠よって達成される。次いでステ、デフ５に
おいて、ノ。

キング検出期間の始る時刻ｔｓを算出する。ノッキング
検出期間の始るクランク角度位置（例えば−１０°ＣＡ
−ＡＴＤＣ’　）はあらかじめ定められておシ、′従っ
てこのステップ７５の算出方法もステップ７゜のそれと
＃１ぼ同様となる０次いでプログラムはメインルーチン
に戻る。

〜０変換器５４にょるＡ／Ｄ変換が終了し、ヤ勺変換完
了による割込み要求信号が線５８を介して印加されると
、ＭＰＵ　６’２は第６図の割込み処理ルーチンを実行
する。まず、ステ、デ、７６において、ピークホールド
回路５ｏの出力を今回Ａ／Ｄ変換した値ん１五と前回の
〜重質換値〜Φト１とを比較し、次のステップ７７及び
７８において、大きい方０Ａ７０Ｒ換値をＸに代入する
０次いで、ス□テ、シフ９において、現在ピークホール
ド動作を行っているのはパックグランド検串期間につい
てであるかあるいはノッキング検出期間についてである
かを判別する。前者の場合、ステップ８０において、そ
の時のＸの内容をｂｒＩｃ移し、これｔ−ＲＡＭ６４に
格納する。ｔた後者の場合、ステ、デ８１において、そ
の時のＸの内容をａＫ移し、ＲＡＭ６４に格納する０次
のステップ８２においては、現在ピークホールド動作中
であるか否かを判別し、動作中の場合はステップ８３に
進んで再び〜重質換を起動する。このように本実施例で
は、１回のピークホールド動作期間中に複数回の〜重質
換を繰り返して行いその最大値を検出している。これは
、ピークホールド値が時間の経過と共にピーク値を維持
せず、′ダレ“てきてしまうために行われるものである
。なお、優秀なピークホールド回路を用いて上述の如き
１ダレ”を防止した際には、ん重質換動作扛、各ピーク
ホールド動作期間の終了時に１回だけ行えば良いことに
なる。

一方、ソフトタイマの時刻がｔｌとなると、時間割込み
要求が発生し、これにより、ＭＰＵ６２は第７図の割込
み処理ルーチンを実行する。ｔず、ステップ８４におい
て、ピークホールド指示信号を＠１”に反転させてピー
クホールド動作を開始させる０次いでステ、デ８５にお
いて、ノッキング検出期間の終了する時刻ｔ４を算出す
る。ノッキング検出期間終了のクランク角質位置（例え
ば５０°ＣＡ−ＡＴＤＣ）ＩＩｉあらかじめ定められて
おり、従ってこのステップ８５の算出方法もステップ７
０のそれとほぼ同じである０次いでステ、デ８６１Ｃお
いて〜重質換の起動を行った後、メインルーチンに復帰
する。

ソフトタイマの時刻がｔ４となると、時間割込み要求が
発生し、これによｆｉ、ＭＰＵ６２は第８図の割込み処
理ルーチンを実行する。ｔずステップ８７において、″
ピークホールド指示信号を＠０”に反転させ、ピークホ
ールド動作を終了させゐ・次いでステップ８８に進み、
ソフトウェア上のカウンタの内容Ｃが零であるが否かが
判別される。

Ｃ”４０の場合は、ステップ８９に進み、ノッキング検
出期間中に検出したビークホール′ド値の最大値、即ち
、この期間中のノックセンサ１２の最大振幅に対応する
値ａをＲＡＭ　６４　Ｋ設けられた平均値算出用の領域
（第９図参照）のアドレスに＋Ｃの位置Ｆ　ａｘ＋。と
して格納する０次いでステップ９０において、カウンタ
の内容Ｃを１つ減少させる。即ち、Ｃ＋−Ｃ−１の演算
を行う０次いで、後述するステップ９１及び９２の処理
を行ってこの割込み処理ルーチンを終了する。以後、上
述の処理が繰返された後、ステ、デ８８において、ｃ＝
０であると判別された場合、プログラムはステ。

デ９３に進み、過渡状態７ラグＦよが１１”であ名か否
かが判別される。この過渡状態フラグＦは機関が過渡運
転状態にある際は＠１″、定常運転状１１ＫＴｏｂ際扛
１０”にそれぞれセットされている０例えばメインルー
チン中で、ＣＰ０６０は回転速ＫＮの変化度合が所定値
以上か、吸入空気流量の変化度合が所定値以上か、ある
いはスロットル弁の開度の変化度合が所定値以上が等を
判別することによ〕、機関が過渡運転状態にあるが否か
を識別し、過渡状態時はフラグＦ？ｌを′１”にセット
する。Ｆ？ｌ　＝１の場合、即ち、過渡運転状態にある
場合、プログラムはステップ９４に進み、後述する処理
で用いるフラグＦＡ’ｔ　’　１”にセットし、次のス
テ、グ９５で前述のカウンタに一定の初期値ｍをセット
する。即ち、ｃ＋−ｍの演算を行う。次いで、ステ、プ
９６において、過渡状態フラグＦ？ｌを１０”にリセッ
トした後ステ、１９７に進む、ステ、グ９７においては
、ＲＡＭ６４の平均値算出用領域に収納されているａ１
ヤ、乃至ａ。

Ｏ算術平均”ＡＹ＠が算出される。即ち１、　　　　、
、、　　ａｘ＋ｔ　＋ａＫ＋２　＋　’　”　ａｘ＋Ｈ
ａマ・ の演算が行われる。次いでプログラムはステ、デ９１へ
進む。

一方、ステップ９３において、Ｆ、ｌ：０であると判別
された場合、即ち、機関が定常運転状態にある場合、プ
ログラムはステ、ｆ９８へ進み、前述のカウンタに初期
値ｎをセットする。即ち、Ｃ４−Ｈの演算を行う、ただ
し、ｏ）ｍである０次いで、ステ、デ９９において、フ
ラグＦ、が＠１”であるか否かを判別し、ＦＡ＝００場
合はステ、デ１００へ進む、ステップ１００においては
、ＲＡＭ６４の平均値算出用領域に格納されている−＋
１乃至軸＋ゎの算術平均ａａｖ＊　が算出される。即ち
、の演算が行われる。

上述したように、機関が定常運転状態にある場合は、１
個の入力データの平均値が求められ、過、種運転状態に
ある場合はｎよ）も小さいｍ個の入力データの平均値が
求められるのである。このようにして求められた平均値
’ａｗｅはステップ９１にシいて、パックグランド検出
期間中に検出したピークホールド値の最大値、換會すれ
ば、この期間中のノックセンサ１２の最大振幅に対応す
る値ｂ１即ちパックグランド信号値すと比較判別される
。

’ａｖ＊≧ｂの場合はノッキング発生有り、ａａｖ、　
＜　ｂの場合はノッキング発生無しと判別される。ノッ
キング発生有りの場合は、ステ、デ９２に進み、点火時
期算出処理ルーチンで用いられる進角補正値θをΔθだ
け減少させ遅角制御を行う、即ち、θ′←θ−Δ０の演
算を行う、なお、上述の点火時期算出処理ルーチンは、
エアフローセンサ２４によって検出した吸入空気流量Ｑ
１回転速度信号形成回路４４によって求められた回転速
ｆＮｅ等のノ譬うメータから周知の方法でノッキングが
ないと仮定した場合の最適点火時期を算出し、これを進
角補正値０で補正するものである。ステ、デ９２では、
このような進角補正値０をΔ０だけ減少させ、その結果
次の点火サイクルにおける点火時期を４０だけ遅らせて
いる。これにより、ノッキング抑圧が計られることにな
る。

なお、ステップ９９において、Ｆ、＝１であると判別さ
れた場合は、ステ、プ１００へは進まず、ステ、プ１０
１においてＦＡｔ−＠ｏ’にリセットしり後ステップ９
９へ進む、これは過渡状態から定常状態に移った直後で
は、ＲＡＭ６４内の平均値算出用の領域のア、ドレスに
＋ｍ＋１乃至に＋ｎの部分には、関係のない値が入って
いるため、ステップ１００の式で平均値”ａｖｅを求め
ると誤った値が算出されてしまう、このような不都合を
防止するため、過渡状態から定常状態に移りた際線１度
だけ、ステッｆ９７０式から平均値’ａｖｅを求めてい
るのである。

第１０図は、ノックセンサ１２の出力からパックグラン
ド信号及びノッキング信号にそれぞれ対応する成分を取
〕分ける様子、即ち、第３図乃至第７図、及び第８図の
一部の処理内容を示している。同図における ■は燃焼室内の圧力（指圧）、 （６）はノックセンナ１２の出力信号波形、（Ｑはピー
クホールド指示信号波形、 （２）はピークホールド回路５０の出力値をそれぞれ示
している。同図においてｓ　Ｔ１はパックグランド検出
期間を示しておシ、この期間Ｔ１は、ノックセンサ１２
の出力信号にパルプ打者等のノイズｓｌ、ｓ、やノッキ
ングＳ３が含まれない機関の基本振動のみの安定な期間
に設定されている。ｔた、Ｔ！はノッキング検出期間で
あシ、この期間？、はその気筒の点火後のノッキング８
ｍが発生するべき期間に設定される。

第１１図は、本発明による作用効果を説明する図であ〕
、（６）は機関の回転速度、（６）はノックセンサ出力
振幅値に基づいてコンビ、−夕が取シ込むノッキング信
号ａ及びその平均値ａ□＠　％　／ｆ　ｙフグランド信
号すの値、（Ｃ）ａノッキング発生有か無かの判別結果
をそれぞれ表わしている。■に示す如く回転速度が変化
して過渡運転状態となった際に平均化する点火サイクル
数が固定の１１であると、ノッキング信号の平均値１□
Ｖ、はの）の破線に示す如くなり、この平均値’ｍｖ′
、とパックグランド値すとを比較してノッキング発生の
有無を検出すると、鋤の破線に示す如く、ノッキングが
発生しているのにノッキング無しと誤った判別を行うこ
とがある。しかしながら、本発明の如く、平均化する点
火サイクル数を過渡状態時に小さく制御すれば、平均値
ａ工、ａ（Ｂ）の実線の如くな９、（ｑに示すように、
誤った判別を引き起す恐れがなくなるのである。

以上詳細に説明したように本発明の方法によれば、機関
の過渡運転状態時の）、キング検出誤）を確実に防止す
ることができ、また、定常運転状態時に微小ノッキング
について安定した検出を行うことができる。その結果、
ノッキング検出精度を著しく向上せしめることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図線本発明の一実施例の全体の概略構成図、第２図
は第１図の制御回路のブロック図、第３図乃至第８図は
制御回路の各側込み処理ルーチンのフローチャート、第
９図は平均値算出用のＲＡＭ領域のメモリアップ、第１
０図は、第３図乃至゛第８図の処理内容を説明する図、
第１１図社本発明の作用効果を説明する図である。 １０−−シリンダプロ、り、１２・・・ノックセンサ、
１４・・・ディストリビュータ、１６．１８・・・クラ
ンク角センナ、２０・・・制御回路、３６．４６・・・
入出力ｙｌ−）、４ｇ・・・パ、ファ及びフィルタ回路
、５０・・・ピークホールド回路、５４・・・〜重質換
器、６２・・・ＭＰＵ、６４−・ＲＡＭ、６６・・・Ｒ
ＯＭ。 特許出願人 ト冒夕自動車工業株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　山　口　昭　之 第３図　　　第５図 第４図 第６図　　　　　第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、機械的振動を電気信号の振幅変動に変換する少なく
   とも１つの振動検出素子を機関本体に装着し、あらかじ
   め定めた少くとも１つの気筒の点火後の所定クランク角
   度範囲で発生する骸振動検出素子からの電気信号の振幅
   値をｎ点火回数分検出してその平均値を算出し、該算出
   した平均値と比較基準値との大小を比較することにより
   ノッキング発生の有無を検出する方法であって、機関が
   過渡運転状態にあるか否かを検出し、過渡運転状態時は
   、前記平均値算出用の点火回数ｎを小さくするようにし
   たことを物像とする内燃機関のノッキング検出方法。