JPS60164232A - ノツキング・レベル制御装置 - 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】 （発明の利用分野） 本発明はエンジンに発生するノッキングを所定のレベル
以下に制御する装置に関する。

（従来技術） 周知のようにエンジンは、一般に点火時期を進めると燃
費がよくなるが、余り進め過、きるとノッキングが発生
する。

非常に軽いノッキングは、エンジンに対して障害とはな
らず、かつわずかにノッキングが発生する程度の状態が
最も燃費がよくなる。

しかし、ひどいノッキングを放置するとエンジンのピス
トンやピストンリングを破損させてしまう。

また、それより軽いノッキングの場合は、エンジンを破
損させるようなことはないが、音が耳ざわりであったり
、乗員にエンジンが破損するのではないかという不安感
を抱かせる恐れがある。

したがって、ノッキング・レベルの制御においては、エ
ンジンの保護と音の大きさとの２つの要素を考慮しなけ
ればならない。

第１図は、エンジンに発生する振動のレベルと回転速度
との関係図である。

第１図において、破線Ｌ１はエンジン保護に必要な振動
レベルの上限値である。

なお、この図ではほぼ一定の値で示しているが、運転状
態に応じて変えても良い。

また１点鎖線Ｌ２は、エンジンが発生する音のレベルを
示す。

エンジンが発生する音は主として、吸排気弁の離着座振
動、すなわち吸排気弁が弁座に接するときの娠動笥撃な
どによるものであり、エンジン回転速度が大きくなるに
従って大きくなる。

ノッキングによる音がこのエンジンから発生する音より
も低ければ、乗員には感知できないため気にならないが
、これを超えると前記のように不安になったり、不快に
なったりする恐れがある。

従来のノッキング・レベル制御装置としては、たとえば
特願昭５４−９７９４０号がある。

上記の従来例においては、エンジンのシリンダブロック
の振動を振動センサで検出する。

そして、その信号をノッキングに起因する振動が有する
周波数範囲のバンドパスフィルタを通した後整流し、そ
の整流した信号の平均値を基準として、第１図に破線Ｌ
３で示すような基準レベルを作る。

そして、その基準レベルと振動センサの信号とを比較し
た結果を点火信号を起点として積分し、その積分結果が
所定値を上回わった場合にノッキングを生じたものと判
定し、点火時期を遅らせてノッキング・レベルを制御す
るものである。

上記のごどき従来のノッキング・レベル制御装置におい
ては、基準レベルをエンジンの振動信号の特定の周波数
範囲の成分の平均値として得るものであったため、第１
図のＬ３かられかるように、回転速度の上昇に伴って単
純に右上がりのカーブとなる。

この基準レベルの上限は、エンジン保護に必要な上限レ
ベルＬ１を超えることはできないので全体的に低いレベ
ルどなり、ノッキングを必要以上に低いレベルに押さえ
てしまうことになる。

上記のように、従来のノッキング・レベル制御装置にお
い又は、エンジンが発生する音との相関を考慮しておら
ず、ノッキングを必要以上に低いレベルに押さえてしま
うので、燃費の改善効果が少ないという問題があった。

特に、近年ＤＯＨＣエンジン等のように高回転域まで使
用するエンジンが多くなってきたが、そのようなエンジ
ンでは、上記の問題が特に顕著である。

（発明の目的）　・ 本発明は、上記のごとき従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであり、エンジン保護に必要な振動の
レベルと音の高さとの両方を満足し、かつ燃費等もでき
るだけ向上させるように制御ｎ′ｔｌ°ることのできる
ノッキング・レベル制御装置を提供することを目的とす
る。

上記の目的を達成するため本発明においては、エンジン
が発生する音に相関の強い信号を検出するとともに、エ
ンジンの保護に必要な上限レベルをエンジンの回転速度
などの運転条件に応じて設定し、ノッキングによる振動
のレベルを上記の両方のレベルのどちらをも超えない範
囲に制限するように構成している。

第２図は、本発明の全体の構成を示すブロック図である
。

第２図において、１はエンジンのノッキングに相関の大
きい第１の信号を出力する第１の手段である。

これは、たとえば上死点から上死点後５０度までのエン
ジンの振動を検出し、その振動波形の包絡線をめる装置
である。

つぎに２は、エンジンが発生ずる音に相関の大ぎい第２
の信号を出力する第２の手段である。

これは、たとえばエンジンの吸排気弁の離着塵による振
動を検出するものであり、上死点前４０度から上死点ま
で及び上死点後５０度以降のエンジンの振動を検出いそ
の振動波形の包絡線をめる装置である。

つぎに３は、エンジン保護に必要な振動レベルの上限値
に対応した第３の信号を出力する第３のの手段である。

これは、たとえば一定レベルの信号を出力する装置、あ
るいはエンジンの回転速度のみ、またはエンジン回転速
度と吸入空気量とを軸としたデータ・テーブルから、エ
ンジンの運転状態に応じた値を読み出して出力する装置
を用いることができる。

つぎに４は、比較手段であり、第１の信号と第２及び第
３の信号とをそれぞれ比較し、第１の信号が第２または
第３の信号の少なくとも一方より大きい場合にノッキン
グと判定するものである。

一方、６は基本点火時期算出手段であり、公知の方法、
たとえば回転速度、吸入空気量、冷却水温等に応じて基
本点火時期を算出する。

５は、修正手段であり、基本点火時期算出手段６が算出
した基本点火時期を比較手段４の信号に応じて修正する
。

たとえば、比較手段４がノッキングと判定した場合には
基本点火時期を遅らせ、またノッキングでないと判定し
た場合には基本点火時期をそのまま出力するか、あるい
は基本点火時期を進める。

７は、点火装置であり、修正手段５から与えられる点火
時期信号に応じて点火動作を行う。

（発明の実施例） 第３図は、本発明の一実施例のブロック図である。

第３図において、８は点火プラグとシリンダヘッドとの
間に装着された圧力センサ（詳細後述）である。

圧力センサ８の出力は、バンドパスフィルタ９を通して
不必要な振動成分を除去した後、包絡線検出回路１０に
入る。

包絡線検出回路１０は、いわゆるピーク・ホロア回路で
構成されており、振動成分の包絡線（後記第５図の破線
Ｌ５）信号を出力する。

この包絡線信号をＡＤ変換器１１でデジタル信号に変換
した後、演算装置（マイクロコンピュータ）１２に与え
る。

演算装置１２には、基準位置信号Ｓ１、単位角信号Ｓ２
、吸入空気ｍ信号Ｓ３、冷却水温信号８４等も与えられ
る。

なお、基準位置信号Ｓ１と単位角信号Ｓ２とは、クラン
ク軸が所定角度回転するごとに出力される信号であり、
たとえば基準位置信号Ｓ１は、クランク軸が２回転すな
わち７２０度回転するごとに出力される信号であり、単
位角信号Ｓ２は、ランク軸が１度回転するごとに出力さ
れる信号である。

なお、上記の信号Ｓ１乃至Ｓ４はそれぞれ周波数カウン
タ、ＡＤ変換器などを介して、回転速度データＮ１吸入
空気量データＱ１冷却水温データＴｗなどに変換される
。

また、上記の基準位置信号Ｓ１と単位角信号Ｓ２とのは
それぞれ演算装置１２に割込要求を発する。

また、１３は公知の点火装置である。

つぎに第４図は、圧力センサ８の一例の装着状態を示す
図である。

第４図において、１４はシリンダヘッド、１５は点火プ
ラグ、１６は気ＩＩ（燃焼室）、１７は絶縁体、１８は
圧電体、１９は電極、２０はリード線である。

上記の１７乃至２０が圧力センザ８を構成している。

すなわち、ドーナツ状の圧電体１８の両側を電極１９で
はさみ、さらにその外側に絶縁体１７が設けられている
。

２つの電極１９からリード線２０で信号が取り出される
。

この圧力センサ８は、点火プラグ１５とシリンダヘッド
１４とに締めつけられて荷重がかかっている。

エンジン作動時には、気筒内圧力によって点火プラグ１
５が外側に押されるため、圧ツノセンサ８にかかる荷重
は気筒内圧力によって変化１−る。

この圧力変化に応じて、圧電体１８に電荷変化が発生す
る。この電荷の変化をチ１７−ジアンプで電圧に変換し
て圧力信号が得られる。

なお、エンジン（厳密には点火プラグ装着部）の振動が
点火プラグ１５を振動さぜるため、気筒内圧力以外のエ
ンジンの振動による荷重変化もあり、そのため第５図に
示すような振動波形が得られる。

なお、第５図はバンドパスフィルタ９を通した後の波形
図である。

第５図において、ＢＴＤ０４０度から０痕までの間のビ
ークＢ１は、吸気弁の着座振動であり、０度からＡＴＤ
０５０度までの間のビークＢ２は、エンジンの混合気の
燃焼による圧力（ノッキングによる気筒内圧力振動を含
む）であり、ＡＴＤ０５０度以降のビークＢ３は排気弁
の離座振動である。

ずなわち、圧力センサ８の出力は、ノッキングに相関の
大きい振動成分Ｂ２とエンジンの発生する音に相関の大
きい振動成分８１　、Ｂ３との両方を含んでいる。

また、第５図において破線Ｌ５は、振動波形の包絡線で
あり、これに対応した信号が演算装置１２に与えられる
。

以下演算装置１２で行う演舞について説明する。

第６図は、演算装置１２が実行するプログラムのフロー
チャートである。

なお、このフローチャートはノッキング・レベル制御の
部分のみであり、基本点火時期の演算は図示しない周知
の方法でエンジン回転速度、吸入空気量、冷却水温など
のデータをもとに行われる。

このフローチャートは、たとえば１００μｓごとの定時
割込によって起動される割込プログラムである。

まずＰｌでは、前回起動されてすでに変換が完了してい
るＡＤ変換データ（圧力センサ８の信号の包絡線データ
）を読み込む。

つぎにＰ２では、つぎの新しいデータを得るためのＡＤ
変換を起動する。

つぎにＰ３、Ｐ４及びＰ５においては、クランク角の角
度範囲を判定する。

この場合には、単位角信号Ｓ２をカウントし、基準位置
信号Ｓ１が入るごとにクリアされる角度カウンタの値（
クランク角度データ）を読み込んで、その値から角度範
囲を判定する。

まずＰ３でＹＥＳの場合、すなわちクランク角がＢＴＤ
０４０度から０度までの範囲の場合には、Ｐ８へ行き、
包絡線信号を着座信号レベルとして測定づる。

Ｐ３でＮｏの場合には、Ｐ４へ行く。

Ｐ４でＹＥＳの場合、すなわち０度からＡＴＤ０５０度
までの範囲の場合には、Ｐ９へ行き、包絡線信号を気筒
内圧力振動して測定する。

Ｐ８及びＰ９における振動の測定は、たとえばつぎのよ
うな方法によって行う。

たとえば、各レベルの最大値をめる方法、面積（積分値
）をめる方法、持続時間をめる方法などが適用できる。

最大値をめる方法の場合には、各演算ごとのデータを比
較しながら最も大きいものを残してぃりにうなプログラ
ムで実現できる。

また、面積をめる場合は、一定時間ごとの演肺なので各
回のデータを加算していけばよい。

また、持続時間は所定の比較値を定め、それより大きな
値となった回数をカウントする方法を用いればよい。

また、これらを組み合わせる方法、たとえば最入植と持
続時間の積をめる方法を用いることもぐきる。

つぎにＰ４でＮｏの場合には、Ｐ５へ行ぎ、ΔＴＤＣ５
０度以上か否かを判定する。

Ｐ５でＹＥＳの場合は、Ｐ６へ行き、ノッキングの判定
を行う。

ノッキングの判定は、Ｐ９でめた気筒内圧力振動（ノッ
キングに相関の大きいレベル）と、１）８でめた着座振
動（エンジンが発生ずる音に相関の大きいレベル）及び
エンジンの保護のために必要な上限値とをそれぞれ比較
し、気筒内圧ツノ振動が他の２つのレベルの少なくとも
一方より大きい場合にノッキングと判定する。

したがって、本実施例の場合のノッキングの判定レベル
は、第１図に実線Ｌ４で示すようになる。

なお、エンジンの保護のために必要な上限値は、はぼ一
定値でもよいが、運転状態に応じてその要求値は若干異
なる。たとえば、ノッキングによるピストンの温度上昇
を考えると、温度はノッキングによる圧ツノ変動のエネ
ルギーに比例する。そし゛（エネルギーは撮動の大きさ
と発生頻度すなわちエンジン回転速度との積に比例Ｊ゛
る。したがって温度の許容値を一定とすると、振動の大
きさの許容値は、エンジン回転速度に反比例する。この
ように運転状態に応じてその要求値は、検出する信号に
よって異なるので、たとえばエンジン回転速度のみ、あ
るいはエンジン回転速度と吸入空気量（エンジン１回転
当たりの吸入空気量）を軸としたデータテーブルで与え
ておくとより精密な制御を行うことができる。

なお、この実施例においては、エンジンの発生ずる音に
相関の大きい信号として、着座振動のみを測定している
が、第１図の８１と８３とを比較づ°ればわかるように
、一般に離座振動に比べて着座振動の方が大きいので、
着座振動のみを測定すれば実用上支障はない。

また、離座振動を測定することももちろん可能である。

つぎに２７では点火時期の修正を行う。すなわち、Ｐ６
でノッキングであると判定した場合には、前記のごとき
他の方法でめておいた基本点火時期を遅らせることによ
って、ノッキングを減少さける。

Ｐ６でノッキングではないと判定した場合には、基本点
火時期をそのまま出力するか、あるいは基本点火時期を
進めて出力する。

また、この修正の早さ、Ｊなわち点火時期の各演算ごと
の修正聞を各信号の比率に応じて変えるように構成すれ
ば応答性と安定性を兼ね備えた制御を行うことができる
。

なお、この実施例においては、１つの圧力センサの出力
をクランク角範囲で分けることによって、ノッキングに
相関の大きい信号と、エンジンの発生ずる音に相関の大
きい信号とを検出しているが、２つのセンサを用いてノ
ッキングの振動と発生した音とを別々に検出してもよい
ことはもちろんである。

つぎに第７図は、本発明の他の実施例のブロック図であ
り、第３図と同符号は同一物を示す。

この実施例は、前記第６図に示したプログラムによる着
座振動レベル及び気筒内圧力振動レベルの測定を行う場
合に、振動レベルの面積をめる方法を演算装置１２の外
部回路で行うように構成したものである。

第７図において、２１は整流回路、２２は積分器である
。

、圧力センサ８の信号は、整流回路２１で整流された後
、積分器２２で積分されてその面積に比例したアノ−ロ
グ信号が得られる。

このアナログ信号をＡＤ変換器１１でデジタル信号に変
換した後、演算装置１２に送る。

演算装置１２は、基準位置信＠Ｓ１と単位角信号Ｓ２か
らクランク角度データをめ、積分器２２が積分すべき範
囲を判定して、積分器２２をリセットしたりその出力を
読み込んだりする。

第８図は、演算装置１２が行う演算のプログラムのフロ
ーチャートである。

第８図のプログラムは、単位角信号Ｓ２が入力するごと
に行われる割込によって実行される。

まずＰＩＯでは角度データ、すなわち角度カウン夕の出
力を読み込む。

つぎにＰｌｌでは、クランク角がＢＴＤ０４０度か否か
を判定する。

ＰｌｌでＹＥＳの場合には、Ｐｌ２へ行き、積分器２２
のリレットを解除する。したがって、積分器２２はＢＴ
Ｄ０４０度から積分を開始する。

１〕１１でＮｏの場合には、Ｐｌ３へ行き、クランク角
が０度か否かを判定する。

Ｐｌ３でＹＥＳの場合には、Ｐｌ４へ行き、積分器の出
ツノをＡＤ変換して積分出力を読み込み、これを着座振
動レベルとする。すなわち、クランク角−ＣＢ　Ｔ　Ｄ
　Ｃ４０度から０度までの範囲の積分値がる座振動レベ
ルとなる。

つぎにＰｌ５では、積分器２２をいったんリセットし、
ＰｌＧで積分器のリセットを解除する。したがって、積
分器はクランク角の０度においていったんリセットされ
た後、再び積分動作を開始する。

一方、Ｐｌ３でＮｏの場合にはＰｌ７へ行き、ＡＴＤ０
５０度か否かを判定する。

Ｐｌ７でＹＥＳの場合には、Ｐｌ８へ行き、積分器２２
の出力をＡＤ変換して積分出力を読み込み、これを気筒
内圧力振動レベルとする。したがって、０度からＡＴＤ
０５０度までの積分値が気筒内圧力振動レベルとなる。

つぎにＰｌ９では、積分器２２をリセットし、Ｐ２Ｏで
はノッキングの判定を行い、Ｐ２１では点火時期の修正
を行う。

このＰ２Ｏ及びＰ２１の内容は前記第６図のＰ６及びＰ
ｌと同様である。

第８図のフローチャートにおいては、ＡＤ変換を行うの
はＰｌ４とＰｌ・８どの２回だけであるため高速のＡＤ
変換器が不必要になるという利点がある。

また単位角信号を計測する角度カウンタに判定回路を組
み合わせて、所定の角度になると割込を発生させるよう
に構成すれば、単位角度ごとの割込も不要となり、たと
えばＢ　Ｔ　Ｄ　Ｃ４０度になった場合とか０度になっ
た場合に割込を行わせればにいので、その間他の制御の
ためのプログラムを実行することができ、計算時間に余
裕ができるので、他の制御を精密に行うことができると
いう利点もある。

なお比較判定の方法は、前記のように、直接大小を比較
してもよいが、気筒内圧力振動と他の２つのレベルとの
比を算出し、その比と基準値とを比較しても等価なこと
が出来る。その場合、測定系のゲイン（例えば測定時間
）の違いや判定レベルの調整などを基準値の値で行なう
ことが出来る。

（発明の効果） 以上、説明したごとく本発明においては、エンジンから
発生する音のレベルとエンジンを破損から防ぐための上
限レベルとの両方を設定し、ノッキングによる振動のレ
ベルを上記の両者と比較することによってノッキング・
レベルの制御を行うように構成しているので、エンジン
の保護を確実に行うと同時に、乗員に不安感や不快感を
与える恐れがなく、しかも安全な範囲で点火時期を最大
限に進めることができるので、燃費を大幅に向上させる
ことができる。

第１図のＬ３と１４を比較すれば明らかなように、本発
明においては斜線部分だ番プ従来のノッキング・レベル
制御装置よりも点火時期を進めて運転することができる
ので、燃費を向上させることかできる。

また、第７図及び第８図の実施例によれば、高速のＡＤ
変換器が不要になるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動レベルと回転速度との関係図、第２図は本
発明の全体の構成を示ずブロック図、第３図は本発明の
一実施例のブロック図、第４図は圧力セン勺の一例の取
付状態を示す図、第５図は圧力センサの出力の振動波形
の一例図、第６図は第３図の実施例で行−う演算のプロ
グラムのフローチャート、第７図は本発明の他の実施例
のブロック図、第８図は第７図の実施例で行うプログラ
ムのフローチャートである。 符号の説明 １・・・第１の手段 ２・・・第２の手段 ３・・・第３の手段 ４・・・比較手段 ５・・・修正手段 ６・・・基本点火時期算出手段 ７・・・点火装置 ８・・・圧力センサ ９・・・バンドパスフィルタ １０・・・包絡線検出回路 １１・・・ＡＤ変換器 １２・・・演算装置 １３・・・点火装置 １４・・・シリンダヘッド １５・・・点火プラグ １６・・・気筒 １７・・・絶縁体 １８・・・圧電体 １９・・・電極 ２０・・・リード線 ２１・・・整流回路 ２２・・・積分器 、５Ｂ５１　図 メパ２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンの運転状態に応じて基本点火時期を算出す
   る基本点火時期算出手段と、該基本点火時期算出手段の
   算出結果に応じて点火動作を行う点火装置とを備えた点
   火時期制御装置において、エンジンのノッキングに相関
   の大ぎい第１の信号を出カリ−る第１の手段と、エンジ
   ンが発生ずる音に相関の大きい第２の信号を出力する第
   ２の手段と、エンジン保護に必要な振動レベルの上限値
   に対応した第３の信号を出力する第３の手段と、上記第
   １の信号と第２及び第３の信号とをそれぞれ比較し、第
   １の信号が第２または第３の信号の少なくとも一方より
   大きい場合にノッキングと判定する第４の手段と、上記
   第４の手段の判定結果に応じて上記基本点火時期算出手
   段で算出した基本点火時期を修正する第５の手段とを備
   えた連記装置。 ２、上記第１の手段は、気筒内圧力に対応した信号を上
   記第１の信号として出力するものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の連記装置。 ３、上記第２の手段は、吸排気弁の着座によるｉｌｉ撃
   振動に対応した信号を上記第２の信号として出力するも
   のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   連記装置。 ４、上記第１の手段及び第２の手段は、エンジンに設け
   られた１個の圧力センサと、該圧力センサの出力をエン
   ジンのクランク角の範囲で区別し、第１の所定クランク
   角範囲の出力に対応した信号を第１の信号とし、第２の
   所定クランク角範囲の出力に対応した信号を第２の信号
   とする手段とからなるものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の連記装置。