JPS6117036A - 内燃機関の筒内圧検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野Ｊ この発明は、内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧検出装
置に関する。

［従来の技術」 −ＩＩに５内燃機関においては、シリンダ内の未燃焼混
合気の早期着火による急激な燃焼によって、シリンダ寸
法（特にそのボア径）と燃焼温度とによって定まる複数
の固有振動数でシリンダ内圧力（筒内圧力）が減衰振動
し、この減衰振動によって内燃機関が金属的な叩き音を
発生する所謂ノツキング現象が生じることがある。

そこで、従来、例えば特開昭５４−１４２４２５号公報
、特開昭５６−５５４号公報等に記載されているように
、機関の筒内圧を検出してノッキングを検出し、この検
出結果に応して点火時期を制御してノッキングを回避す
るようにした内燃機関の制御装置かある。

このような内燃機関の制御装置において使用される筒内
圧検出装置は、内燃機関のシリンダブロックにあるいは
点火プラグの座金として取付けた圧力センサ（筒内圧セ
ンサ）と、この筒内圧センサから出力される電荷信号を
電圧信号に変換して増幅するチャージアンプとによって
構成されている。

そして、内燃機関の制御装置は、このような筒内圧検出
装置から出力される検出信号からノッキングセンサから
出力される検出信号から、ノッキングに関連する特定周
波数帯域（約５〜６ＫＨｚ以上）の信号を抽出し、所定
の信号処理をして機関の燃焼圧力振動に対応した検出信
号を生成し、この検出信号を予め定めた基準レベルと比
較してノッキングの有無を判定し、この判定結果に基づ
いて点火時期を遅角、進角制御する。

［発明が解決しようとする問題点Ｊ しかしながら、このような筒内圧検出装置にあっては、
筒内圧センサの破壊、配線の断線あるいはショート、チ
ャージアンプの故障等が発生して、検出出力がノッキン
グ無と同様の状態に固定されてしまうことがある。

このような事態が発生すると、特に近来の機関制御は機
関の燃焼効率を常に最大とするために限界近くで制御さ
れているため、ノックの限界を越えて点火時期が進角制
御され、機関の破壊につながることがある。

そこで、この点を考慮して、点火時期の進角に予め制限
を加えることも考えられるが、ノック限界は種々のパラ
メータ、例えば冷却水温、吸入空気量、空燃比等によっ
て大幅（例えば５°〜８゛、）に変化するため、筒内圧
検出装置が正常な場合に効率的な制御ができなくなる。

（問題を解決するための手段」 そのため、この発明による内燃機関の筒内圧検出装置は
、第１図に示すように内燃機側の筒内圧力を検出する筒
内圧検出手段Ａと、この筒内圧検出手段Ａの検出結果を
予め定めた複数のクランク角位置でサンプルリングする
サンプル手段Ｂと゛、このサンプル手段Ｂがサンプリン
グした複数のサンプル値に基づいて前記筒内圧検出手段
Ａの異常を判定する常異判定手段Ｃとを設けたものであ
る。

［作用〕 筒内圧力の検出結果の複数のクランク角位置におけるサ
ンプル値から筒内圧検出手段の異常を判定して出力し、
その異常に対する処置を促がす。

し実施例〕 以下、この発明の実施例を添付図面を参照して説明する
。

第２図は、この発明を実施した筒内圧検出装置を備えた
内燃機関の制御装置の全体概略構成図である。

この内燃機関においては、エアクリーナ１．エアフロメ
ータ２及びスロットルバルブ３を介してインテークマニ
ホールド４に取入れられた空気と。

インジェクタ５によって供給される燃料とが混合された
混合気が内燃機関６に供給され、点火プラグ７によって
点火されて燃焼し、この燃焼によって発生した排気ガス
は排気管から触媒コンバータ８及びマフラー９を介して
排出される。

一方、全体の制御を司るコントロールユニット１１には
、エアフロメータ２からの吸入空気流量信号、スロット
ルバルブ乙の開度を検出するスロットルスイッチ１２か
らのスロットルバルブ位置信号、クランク角センサ１３
からの回転信号、トランスミッション１４のニュートラ
ル位置を検出するニュートラルスイッチ１５からのニュ
ートラル信号、車速センサ１６からの車速信号が入力さ
れる。

また、燃料温度を検出する燃温センサ１７からの燃温信
号、排気カス中の酸素濃度を検出する０２センサ１８か
らの酸素濃度信号、冷却水温度を検出する水温センサ１
９からの水温信号が入力される。

さらに、機関６の燃焼圧力振動を検出する筒内圧センサ
２１からの筒内圧信号が入力される。

そして、コントロールユニット１１は、これ等の各入力
信号及び内部に格納した各種テークに基づいて、インジ
ェクタ５を駆動制御して燃料供給量を制御し、点火プラ
ク７へ高電圧を供給するイグニッションコイル２２の一
次電流を断続制御して点火を制御する。

また、ＡＡＣバルブ２３を駆動制御してスロットルバル
ブ３をバイパスする空気流量を制御してアイドル回転数
を制御し、ＶＣＭバルブ２４を制御してＥＧＲバルブ２
５を制御してＥＧＲ量を制御等する。

なお、この第２図中、２日はフューエルポンプ。

２７はキャニスタ−９２８はＢＣバルブ、２Ｂはチェッ
クバルブである。

第３図及び第４図は、この内燃機関の制御装置における
コントロールユニット１１の構成を示すブロック図及び
その機能ブロック図である。

ます、筒内圧センサ２１は、圧電変換型圧力センサであ
り、”第５図（イ）、（ロ）に示すようにシリンダヘッ
ド６Ａに取付けた点火プラグ、７の座金として取付けら
れ、前述したように内燃機関６の筒内圧（シリンダ内圧
力）に応じた電荷信号Ｓｌ　を出力する。

また、クランク角センサ１３は１機関が所定角度回転す
る毎に、例えば６気筒機関ではクランク角の１２０度（
４気筒機関ではクランク角の１８０度）毎に基準信号Ｓ
２．を出力すると共に、クランク角の１度又は２度毎に
位置信号Ｓ３を出力する。

なお、その位置信号Ｓ３は、その他の例えば０゜１度等
の角度毎に出力するようにしてもよく、細くする程制御
精度が向上する。

一方、コントロールユニット１１のチャージアンプ３１
は、例えば第６図に示すように、オペオンブＯＰＩ　、
抵抗Ｒ，，Ｒ２，コンテンサＣ１゜ダイオードＤ１．Ｄ
２からなる電荷−電圧変換回路によって、筒内圧センサ
２１からの電荷信号Ｓｌを電圧信号に変換した後、この
電圧信号をオペ゛アンプＯＰ、、抵抗Ｒ３〜Ｒ８及びダ
イオードＤ３からなる増幅回路によって増幅して、検出
信号Ｓ４として出力する。

このチャージアンプ３１と前述した筒内圧センサ２１と
によって第１図の筒内圧検出手段Ａを構成している。

バンドパスフィルタ３２は、チャージアンプ３１からの
検出信号Ｓ４から所定周波数、すなわちノッキングに関
連する周波数帯域（約６〜１７ＫＨ１）の信号成分のみ
を抽出して、この抽出した信号成分を検出信号Ｓ５とし
て出力する。

積分器３３は、後述する主制御回路３７からのセット／
リセット信号ＳＳＲでタイミングをとられて、バントパ
スフィルタ３２からの検出信号Ｓ５を積分して、この積
分結果を積分信号Ｓ６として出力する。

この積分器３３は、バンドパスフィルタ３２からの検出
信号Ｓ５を、オペアンプＯＰ３．抵抗Ｒ＋ｏ　−Ｒ−＋
ａ及びコンデンサＣ２からなる増幅回路によって増幅す
る。

そして、この増幅した検出信号を、オペアンプｏ　ｐ　
ｔ’　、抵抗Ｒ＋５〜Ｒ１８，コンデンサＣ３＋ダイオ
ードＤ　４　＋　Ｄ　Ｓからなる整流回路によって整流
する。

その後、この整流回路の整流出力と増幅された検出信号
とを、オペアンプｏｐ、、、抵抗Ｒ，９〜Ｒ２２、コン
デンサＣ４，ツエナダイオードＺＤからなる積分回路で
合成して積分し、この積分値を積分信号Ｓ６として出力
する。

そして、この積分器３３は、主制御回路３７からのセッ
ト／リセット信号ＳＳＲかハイレベル′Ｈ゛′のときに
、抵抗Ｒ品及びトランジスタＱ１からなるリセット回路
のトランジスタＱ１がオフ状態になって積分可能状態に
なり、そのセット／リセット信号ＳＳＲがＬ′′のとき
に、トランジスタＱ、がオン状態になってコンデンサＣ
４の両端がショートされて積分停止状態になる。

第３図に戻って、プリセッタブルカウンタ３５は、クラ
ンク角センサ１３の基準信号Ｓ２が入力されたときに予
め定めた値がプリセットされ、そのクランク角センサ１
３からの位置信号Ｓ３をカウントして、カウント値がプ
リセット値になった時に、第１の外部割込み要求信号Ｉ
ＲＱＩを出力する。

なお、このフ”リセツタブルカウンタ６５による外部割
込み要求信号ＩＲＱＩは、機関の吸入行程中の所定クラ
ンク角度（機関により異なるが例えばＴＤＣ前１６０“
〜１５０”）で出力されるようにプリセット値を選択す
る。

プリセッタブルカウンタ３６は、クランク角センサ１３
の基準信号Ｓ２が入力されたときに予め定めた値がプリ
セットされ、そのクランク角センサ１３からの位置信号
Ｓ３をカウントして、カウント値がプリセット値になっ
た時に、第２の外部割込み要求信号ＩＲＱ２を出力する
。

なお、このプリセッタブルカウンタ３５による外部割込
み要求信号ＩＲＱ２は、機関の上死点（ＴＤＣ）で出力
されるようにプリセット値を選択する９ 一方、主制御回路３７は、ｃｐｕ３Ｂ’、ＲｏＭ３９、
ＲＡＭ４Ｑ及びＡ／Ｄ変換器等を内蔵した１１０４１か
らなるマイクロコンピュータによつ、て構成しである。

この主制御回路３７は、クランク角センサ１３からの基
準信号Ｓ２及び位置信号Ｓ３と、チャージアンプ３１か
らの検出信号Ｓ４と、積分器３３からの積分信号Ｓ６と
、プリセッタブルカウンタ３５．３６からの各外部側込
み信号ＩＲＱＩ、ＩＲＱ２と、前述した第２図で説明し
たような各種の検出信号を入力する。

そして、クランク角センサ１３からの基準信号Ｓ２及°
び位置信号Ｓ３゜に基づいて積分器３３にセット／リセ
ット信号ＳＳＲを出力してその積分動作を制御する。

なお、ここでは主制御回路３７は、圧縮上死点前４０度
（ＢＴＤＣ４０”）で積分器３３の積分動作を開始させ
、圧縮上死点（ＴＤＣ）でその積分動作を停止させ、圧
縮上死点後５度（ＡＴＤＣ５”）で再度積分動作を開始
させ、ＡＴＤＣ４５”で積分動作を停止させる。

また、主制御回路３７は、前述した各入力信号に基づい
て、チャージアンプ３１からの検出信号Ｓ４の所定クラ
ンク角位置におけるサンプリング。

筒内圧センサ２１．チャージアンプ３１の異常判定２発
生したノッキングレベルの判定、頻度の判定１点火時期
の修正量の決定２点火時期の決定等の点火時期制御に関
する処理をして、この処理結果に基づいて点火装置４２
のパワートランジスタ４３をオン・オフ制御して点火時
期を制御する。

なお、この点火時期の制御（パワートランジスタ４１の
オン・オフ制御）は、ｌ１０４１の内部に設けた図示し
ない進角値（、Ａ　Ｄ　Ｖ　）レジスタ。

ドウエル角（ＤＷＥＬＬ）レジスタに決定した点火時期
に相当する値（進角値、ドウエル角）をセラ１へし、こ
れ等のレジスタの値と位置信号Ｓ３をカウントするカウ
ンタの値とを比較して、一致した時点でパワートランジ
スタ４３をオン状態又はオフ状態にする。

なお、その点火装置４２は、パワートランジスタ４３が
オン・オフ制御されることによって、イクニツションコ
イル２２の一次電流を断続されてその二次側に高電圧が
発生し、この高電圧を点火プラグ７に印加して火花点火
する。

この主制御回路３７の点火時期制御に関する機能を第４
図の機能ブロックで説明する。

まず、比算出部３７Ａは、積分器３３からのＢＴＤＣ４
０°〜ＴＤＣの間の積分結果である積分信号Ｓ６と、Ａ
ＴＤＣ５”〜４５”の間の積分結果である積分信号Ｓ６
との比（差でもよい）を算出し、この算出結果を出力す
る。

判定・修正量決定部！１７Ｂは、比算出部３７Ａからの
燃焼圧力振動の検出値を予め定めた基準値と比較して、
ノッキングの発生の有無、その発生したノッキングの種
類の判定等の処理をし、この判定結果及び後述する異常
判定部３７Ｆの判定結果に基づいて点火時期の修正量を
決定する。

点火時期制御部３７Ｃは、吸入空気量及び機関回転数等
に基づいて決定した点火時期を、判定・修正量決定部３
７Ｂが決定した修正量だけ修正して、この結果に応じて
点火装置４２を制御する。

第１のサンプル部３７Ｄ（ここでは第３図のプリセッタ
ブルカウンタ３５を含む）は、第１図のサンプル手段Ｂ
を構成し、吸入行程の所定クランク角でチャージアンプ
３１からの検出信号Ｓ４をサンブリンクする。

第２のサンプル部３７Ｅ（ここでは第３図のプリセッタ
ブルカウンタ３６を含む）も、第１図のサンプル手段Ｂ
を構成し、ＴＤＣでチャージアンプ３１からの検出信号
Ｓ４をサンプリングする。

異常判定部３７Ｆは、第１．第２のサンプル部３７０．
３７Ｅのサンプル結果に基づいて筒内圧センサ２１及び
チャージアンプ３１で構成される筒内圧検出手段の異常
を判定する。

なお、この主制御回路３５は、点火時期に関する制御以
外の制御もするが、その詳細な説明は省略する。

また、上記説明では筒内圧センサ２１及びチャージアン
プ３１は、１気筒分についてのみ示したが、実際には各
気筒分設けてあり、各チャージアンプ３１の出力をマル
チプレクサで切換えてバンドパスフィルタ３２に入力す
る等する。

同様に、点火装置４２についても各気筒分設けるが、あ
るいは点火装置４２のパワートランジスタ４３及びイグ
ニッションコイル２２を各気筒共通として、イグニッシ
ョンコイル−２２で発生する高電圧をディストリビュー
タによって各点火プラク７に分配するようにする。

次に、このように構成したこの実施例の作用について第
８図以降をも参照して説明する。

ます、この実施例におけるノッキングの検出原理につい
て説明する。

先ず、筒内圧力振動のパワースペクトルは、例えば第８
図に示すように、非ノツク時には線Ｉで、比較的大きな
レベルを有するノック時には線■で示すようになる。

なお、これは４気筒１８００ｃｃの内燃機関について全
負荷ｊ、４８００ＲＰＭで運転した場合の本出願人によ
る実験結果であるが、他の内燃機関についても略同様で
あることを確認している。

この第８図から分るように、ノック時と非ノツク時とで
は６〜１７ＫＨｚの周波数帯域においてパワーレベルに
大きな差がある。

そこで、筒内圧センサの電荷信号を電圧信号に変換して
、この信号から上記周波数帯域の信号成分を抽出するこ
とによって、非ノツク時およびノック時に例えば第９図
（イ）及び同図（ロ）に示すような信号（以下「抽出信
号」と称す）が得られる。なお、これ等は筒内圧の高周
波振動の波形を示すものである。

ここで、特定周波数帯域の信号ｘ　（ｔ）のパワで表わ
される。つまり、信号振幅の２乗の時間平均として得ら
れる。

したがって、第９図に示す信号の絶対値の積分を考えれ
ば、 となる。

この第０式の右辺は、信号ｘ（ｔ）のＲＭＳ　（二乗平
均）を示すことから、この第０式の左辺は。

信号ｘ（ｔ）のパワーを示す量、あるいは少なくともパ
ワーと一価に相関のある量と考えることができる。

なお、ここでは、第（０式および第０式の信号Ｘ（１）
を単一周波数の信号と仮定したが複数の周波数成分を含
んでいても実用上さしつかえない。

そこで、第９図（イ）に示す非ノツク時の抽出信号を、
クランク角で上死点前４０度（ＢＴＤＣ４０”）から上
死点（ＴＤＣ）までの範囲について絶対値積分をしたと
き、その積分信号は例えば第１０図（イ）に示すように
なる。

同様に、第９図（ロ）に示すノック時の抽出信号を、ク
ランク角で上死点から上死点後４０度（ＡＴＤＣ４０”
）までの範囲について絶対値積分をしたとき、その積分
信号は例えば第１０図（ロ）に示すようになる。

これ等の各積分信号は、上記クランク角範囲における筒
内圧振動工不ルキに対応するものである。

つまり、上記第０式で（１／２Ｔ）の項を落したもので
ある。

その第１０図（イ）から分るように、非ノツク時には、
積分信号はほぼ線型に増加しており、クランク角によら
ず常に一定の振幅エネルギが存在している。すなわち、
非ノツク時には上死点（Ｔの関係が成立している。

一方、第１０図（ロ）から分るように、ノック時には、
ＴＤＣ後の膨張行程においてノッキングに起因するエネ
ルギの増分が現われる。

ところで、一般に人間の聴感によるノックレベルの判定
は、定常的に発生している背景雑音による音圧レベルと
、ノッキング振動による音圧レベルとの相対的な強度差
によっておこなわれていると考えられている。

したがって、非ノツク時における筒内圧の振動エネルギ
と、ノッキング時における筒内圧の振動のエネルギとを
直接比較すれば、官能評価と良く一致するノッキングレ
ベルの検出が可能となる。

ここで、上記第０式によれば、経験的に上死点前にノッ
キングが発生することは無いと考えて良いことから上死
点前の積分信号は、上死点後のノッキングの発生の有無
にかかわらず、非ノツク時の上死点後の膨張行程におけ
る筒内圧力の振動エネルギの予測値となっていると云え
る。

したがって、上死点前のクランク角所定範囲内における
筒内圧振動の（整流〕積分値と、上死点後のクランク角
所定範囲内、あるいは上死点前の範囲を含む所定範囲内
における筒内圧振動の（整流）積分値とを比較すること
により、非ノツク時の筒内圧の振動エネルギと、燃焼行
程中の筒内圧の振動エネルギとを直接比較することにな
り、人間の官能表価と良く一致したノッキングレベルを
検出できる。

なお１本出願人による種々の実験によれば、第１０図に
示す関係は、殆んどの運転条件下で成立していると看す
ことができる。

ただし、積分区間は、点火プラグの振動、吸・排気弁の
着座・離座の振動による影響を受けて第０式の関係が成
立しなくなるようなことがないように選択する必要があ
る（この場合はＴＤＣ前後４０度を選択している）。

次に、このような処理をするための主制御回路３７によ
る積分器３乙の積分動作の制御について第１１図（以下
ここでは「同図」と称す）を参照して説明する。

ます、り°ランク角０−１２０度付近において。

チャージアンプ３１からは同図（ハ）に示すような検出
信号Ｓ４が出力され、この検出信号Ｓ４がバントパスフ
ィルタ３２を通過することによって例えば同図（ニ）に
示すような検出信号（抽出信号）Ｓｓが積分器３乙に入
力される。なお、ここでは、この検出信号Ｓ５はノック
成分を含んでいる。

そこで、主制御回路３７は、クランク角０度（ＢＴＤＣ
７０“ンでクランク角センサ１３から出力される同図（
イ）に示す基準信号Ｓ２が入力された時点ｔ１から内部
カウンタを起動して、クランク角センサ１３から出力さ
れる同図（ロ）に示す位置信号Ｓ２のカウントを開始す
る。

そして、クランク角３０度（ＢＴＤＣ４０°〕になった
時点ｔ２で、同図（へ）に示すようにセット／リセット
信号ＳＳＲをＨ”にして積分器３３の積分動作を開始さ
せ、ＴＤＣになった時点ｔ３でセット／リセット信号Ｓ
ＳＲをＬ″にして積分動作を停止させる。

その後、クランク角７５度（ＡＴＤＣ５“）になった時
点ｔ４で同様にして積分器３３の積分動作を開始させ、
クランク角１１５度（ＡＴＤＣ４５°）になった時点ｔ
５で積分動作を停止させる。

それによって、積分器３３から出力される積分信号ＳＧ
は、例えば同図（ホ）に示すようになり、時点１２〜１
３間の積分動作によって非ノック時振勘エネルギに相関
する積分値が得られ１時点ｔ４〜ｔ５間の積分動作によ
ってノック時振動エネルギに相関する積分値が得られる
。

そこで、この両者の比又は差を算出して、ノック時振動
エネルギに相関する積分値を非ノック時振蛎エネルギに
相関する積分値に基づいて正規化°することによって、
正確なノンキンク検出ができる。

ところで、この場合筒内圧センサ２１の破壊。

断線、チャージアンプ６１の故障等が生じてチャージア
ンプ３１の出力（検出信号Ｓ４）が（＋）側又は（−）
側に固定されると、バントパスフィルタ３２の出力は略
０付近になるが、積分器３３は微少な電気的ノイズを検
出するため、非ノツク時と略同様の積分信号ＳＧが出力
される。なお、以下では、筒内圧センサ２１及びチャー
ジアンプ３１からなる筒内圧検出装置を「筒内圧力セン
サ」と称する。

つまり、第１２図（イ）に示す正常時のチャージアンプ
ろ１からの検出信号Ｓ４がバンドパスフィルタ３２を通
過して検出信号Ｓ５として出力されたとき、積分器３３
からの積分信号Ｓ６は、ノック時には同図（ロ）に実線
で示すようになり。

非ノツク時には同図に破線で示すようになる。

一方、筒内圧力センサ・の異常時にバンドパスフィルタ
３２から出力される略０近付の検出信号Ｓ５を積分した
ときの積分器３３からの積分信号Ｓ６は、第１２図（ハ
）番ご示すようになり、同図（ロ）に破線で示す非ノツ
ク時と略同様になる。

したがって、この積分器６３の非ノック時振動エネルギ
検出区間の積分値とノック時振動エネルギ検出区間の積
分値との比又は差を筒内圧ないしノンキングを検出出力
として、ノッキングを判定すると、筒内圧力センサの異
常時にはノッキング無しと判定されることになる。

そこで、この発明の筒内圧検出装置（筒内圧力センサ）
では、チャージアンプ３１の出力に基づいて筒内圧セン
サの異常を判定する。

つまり、正常燃焼時の筒内圧力センサの出力（検出信号
Ｓ４）は、例えば第１３図（イ）に示すようになり、筒
内圧は吸気弁が閉じた後ピストンにより圧縮されて次第
に上昇し、点火後若干の着火遅れの後、ＴＤＣ後１０数
度で最大圧力に達し、燃焼の終了と共に下降し、やがて
排気弁が開くことによって略大気圧力に戻り、１燃焼サ
イクルが終了する。

また、不整燃焼（失火）時の筒内圧力センサの出力は、
例えば第１６図（ロ）に示すようになり、この場合には
シリンダ容積の減少による圧縮圧力波形、所謂モータリ
ンク波形となる。

この第１３図（イ）、（ロ）から分るように。

いずれの場合であっても蕾に吸入行程中のクランク角Ｘ
における圧力よりもＴＤＣにおける圧力の方が大きくな
るので、両者を比較することによって筒内圧力センサの
正常、異常を判定できることになる。

次に、主制御回路３７が実行するこのような筒内圧力セ
ンサの異常判定処理について第１４図を参照して説明す
る。

主制御回路３７は、プリセッタブルカウンタ３５．３６
からの外部割込み要求信号ＩＲＱＩ、ＩＲＱ２のいずれ
かか入力されたときに、この異常判定処理の実行を開始
する。

そして、ます５ＴＥＰ　１で、外部割込み要求信号■Ｒ
ＱＩか否かを判別する。

このとき、外部割込み要求信号ＩＲＱＩであれば、５Ｔ
ＥＰ　２でチャージアンプ３１からの検出信号Ｓ４のＡ
／Ｄ変換を開始して、５ＴＥＰ３のそのＡ／Ｄ変換の終
了を判別し、Ａ／Ｄ変換が終了したときには、５ＴＥＰ
　４でＡ／Ｄ変換の変換結果をＲＡＭ４０の所定のアド
レス（以下［アドレスＩＮＴ・ＡＤＪ　と称す）に格納
する。

これによって、吸入行程中の所定のクランク角位置にお
けるチャージアンプ３１　（筒内圧力センサ）の出力が
サンプリングされてホールトされる。

これに対して、外部割込み要求信号Ｉ　ＲＱ　１でなけ
れば、すなわち外部割込み要求信号ＩＲＱ２であれば、
５ＴＥＰ５でチャージアンプ３１からの検出信号Ｓ４の
Ａ／Ｄ変換を開始して、５ＴＥＰ　６のそのＡ／Ｄ変換
の終了を判別し、Ａ／Ｄ変換が終了したときには、５Ｔ
ＥＰ　７でＡ／Ｄ変換の変換結果をＲＡＭ４［］の所定
のアドレス（以下「アドレスＴＤＣ−ＡＤＪと称す）に
格納する。

これによって、ＴＤＣにおけるチャージアンプ３１　（
筒内圧力センサ）の出力がサンプリングされてホールド
される。

その後、５ＴＥＰ８で偏差Ｘを、 Ｘ＝ＴＤＣ−ＡＤ−ＩＮＴ−ＡＤ の演算をして算出し、５ＴＥＰ９でその偏差Ｘが所定値
（１０とする）以上（Ｘ≧１０）か否かを判別する。

このとき、Ｘ≧ＩＯであれば、すなわち吸入行程中の所
定クランク角における筒内圧力の検出値のサンプル値と
、ＴＤＣにおける筒内圧力の検出結果のサンプル値との
差が所定値以上であれば、筒内圧力センサは正常である
ので、そのまま処理を終了する。

これに対して、Ｘ≧ＩＯでなければ、すなわち吸入行程
中の所定クランク角における筒内圧力の検出値のサンプ
ル値と、ＴＤＣにおける筒内圧力の検出結果のサンプル
値との差が所定値以上でなければ、筒内圧力センサが異
常であると判定して、フラグＥＭＧ−ＦＬＧをセットし
て（”　ｉ　″にして〕処理を終了する。

なお、異常判定は、基本的には　ＴＤＣ−ＡＤ＞ＩＮＴ
−Ａ’Ｄの判別をして行なうことができる。

ただ、ここでは、ＴＤＣ−ＡＤ−ＩＮＴ　−ＡＤ≧１０
の判別をして異常を判定するようにしたのは、次のよう
な理由に基づく。

つまり、一般に、吸入行程における圧力は３００ｍｍＨ
ｇ（約−４００ｍｍＨｇＪ　　（アイドル時）−７８０
ｍｍＨｇ　（全開時）であり、ＴＤＣにおける圧縮圧力
は、機械的な圧縮比８〜１０に断熱圧縮による温度上昇
分が加わるため、上記値の約１０倍以上となる。

一方、燃焼圧力最大時の圧力は、略６０〜８０気圧とな
り、Ａ／Ｄ変換器の分解能を８ビツトとすると、例えば
８０気圧のときにはＦＦＨ（ヘキサ表現）（１０進２５
５）となるように調整するのか一般的である。

したがって、最大圧力差の小さなアイドル時のＴＤＣ−
ＡＤ値とＩＮＴ−ＡＤ値との差は。

２５５Ｘ　（３０００−３’００）　／７８０Ｘ　（８
０−１）蔦１２となるためである。

次に、主制御回路”３７が実行するノッキング判定・修
正量決定処理について第１５図を参照して説明する。

まず、　５ＴＥＰＪ　１で前述した異常判定処理でセッ
トするフラグＥＭＧ−ＦＬＧが「０」か否かをチェック
して筒内圧力センサが正常か否かを判定する。。

このとき、フラグＥＭＧ−ＦＬＧが「０」であれば、筒
内圧力センサは正常であるので、５ＴＥＰ１２で非ノッ
ク時振動エネルキ相関値Ｂとノック時振動エネルギ相関
値にとの比に／Ｂ　（差に−Ｂでもよい）を算出して、
ノック時振動エネルギ相関値Ｋを非フツク時振動エネル
ギ相関値Ｂに基ついて正規化するに／Ｂ値算出処理をす
る。

なお、非ノック時振動エネルキ相関値Ｂは、第１１図の
時点ｔ３における積分信号Ｓ６のＡ／Ｄ変換結果てあり
、ノック時振動エネルギ相関値には、同しく時点ｔ５に
おける積分信号Ｓ６のＡ／Ｄ変換結果であり、これ等の
Ａ／Ｄ変換処理を図示しない処理において実行され、そ
の結果がＲＡＭ４０の所定のアドレスに格納されている
。

また、このに／Ｂ値算出処理では、＠間開転数（クラン
ク角センサ１３からの位置信号Ｓ３を所定時間計数して
得る）に対応したに／Ｂ値からノッキングを判定するた
めの基準値をＲＯＭ３日に格納した基準値テーブルから
読出す処理もする。

そして、５ＴＥＰ１３でノッキングの有無あるいはその
頻度２強度等を判定して、点火時期の修正量ＡＤＶＦＢ
Ｋを決定する修正量決定処理をして処理を終了する。

これに対して、フラグＥＭＧ−ＦＬＧが「０」でなけれ
ば、筒内圧力センサは異常であるので、その出力に基づ
いて点火時期の修正量を決定することはできないので、
点火時期の修正量Ａ　Ｄ　Ｖ　ＦＢＫを予め定めた所定
量１例えば−１０°に固定する。

それによって、筒内圧力センサに異常が発生したときで
も、機関に対するダメージを避けることができ、しかも
運転性をさほど損なわない状態で走行を継続することが
できる。

なお、このノッキング判定・修正量決定処理における５
ＴＥＰ１３の修正量決定処理の一例を第１６図に示しで
ある。

これを説明する前に、まず同図中の第１．第２の基準値
ＳＬ、、ＳＬ２について説明しておく。

ます、６気筒エンジンにおける各種ノンキング現象につ
いてのに／Ｂ値の累積頻度の分布は、第１７図に示すよ
うになる。

つまり、非ノツク時のに／Ｂ値の累積頻度の分布は線Ｉ
で、トレースノック時のに／Ｂ値の累積頻度の分布は線
■で、ライトノック時のに／Ｂ値の累積頻度の分布は線
■で、ミテイアムノック時のに／Ｂ値の累積頻度の分布
線■で、／＼ビーノシクの時のに／Ｂ値の累積頻度の分
布は線■で示すようになる。

そこで、基本的には第１の基準値ＳＬ、及び第２の基準
値ＳＬ２を、第１７図に示すような値に設定して、第１
の基準値ＳＬ、によってノッキングの有無の判定をし、
第２の基準値ＳＬ２によって発生したノンキングが小さ
な（軽微な）ノッキングか大きなノンキングかを判定す
る。

ところが、機関回転数が高回転域にあるときには、エン
ジン自体の機械的振動の影響によって人間の官能評価が
低下するので、ノックの許容ソ〜ンが広くなる。

そこで、前述したように機関回転数に応じて第１の基準
値ＳＬＩ及び第２の基準値ＳＬ２を変化させ、効率の高
い運転を実現できるようにしている。なお、第１の基準
値ＳＬ、及び第２の基準値ＳＬ２は、両者共あるいはい
ずれか一方を固定値としてもよいことは勿論である７ また２修正量ＡＤＶＦＢＫをインクリメントしたときに
点火時期が進角し、チクリメントしたときに点火時期が
遅角するものとする。

次に、この第１６図の各処理を簡単に説明すると、５Ｔ
ＥＰ２０で上述した処理によって算出したに／Ｂ値を第
２の基準値ＳＬ２と比較し、Ｋ／Ｂ値＞　Ｓ　Ｌ　２か
否かを判定して、大なるノッキングか発生したか否かを
判別する。

、二のとき、Ｋ／Ｂ（直）ＳＬ２でなければ、すなわち
小さなノッキングの発生あるいはノック無であれば、そ
のいずれかを判定するため、５ＴＥＰ　２’　１でに／
Ｂ値を第１の基準値ＳＬ、と比較して、Ｋ／Ｂ値）Ｓ　
Ｌ、か否かを判別する。

このとき、Ｋ／Ｂ値＞ＳＬ、でなければ、ノッキングか
発生していなければ、５ＴＥＰ２２で５ＴＥＰ３３でノ
ッキング発生時にセットするノックＫＦＬＧか「０」か
否かを判別する。

そして、フラグＫＦＬＧが「０」であれば、５ＴＥＰ２
３〜２６でノッキングが発生した時からに／Ｂ値≦ＳＬ
１の状態が２８サイクル以上継続したときに点火時期を
１度進角する処理をし、フラグＫＦＬＧが「０」でなけ
れば、５ＴＥＰ　２７〜３１においてに／Ｂ値＞Ｓ　Ｌ
、になった時から２８サイクル以上に／Ｂ値≦ＳＬ１の
状態が継続したときにはノック無とする処理をする。

二九に対して、５ＴＥＰ２１でに／Ｂ値＞　Ｓ　Ｌ　Ｉ
　になったとき、すなわち小さな（軽微な）ノックが発
生したときには、　５ＴＥＰ３２でノックＫＦＬＧか「
０」か否かをチェックして、最初のノッキング発生か否
かを判別する。

、二のとき、ノックＫＦＬＧがｒＯＪであれば、５ＴＥ
Ｐ３．３でノックＫＦ、ＬＧをセット（ＫＦＬＧ＝１）
した後、５ＴＥＰ３４　テカウント値ＫＣＮＴを’７リ
アして処理を終了する。

、これに対して、フラグＫＦＬＧが「ｏ」でなければ、
すなわち２回目以降のノッキングの発生であれば、５Ｔ
ＥＰ３５で過去の点火回数が１４回以内（Ｋ　ＣＮ　、
Ｔ≦１４）か否が、すなわち１４サイクル以内にに／Ｂ
値＞ＳＬＩになったが否かを判別する。

二のとき、ＫＣＮＴ≦１４でなければ、前述した５ＴＥ
Ｐ３４を実行して処理を終了し、またＫＣＮＴ　ｓ　１
４　テ８ｈハ、　５ＴＥＰ３６　テ修正量−Ａ　Ｄ　Ｖ
　Ｆ　ＢＫをチクリメント（−１）して点火時期を１度
遅角させた後、前述した５ＴＥＰ３４を実行して処理を
終了する。

なお、ここで１４サイクル以内にに／Ｂ値〉ＳＬｌにな
ったときに、すなわちノックが発生した後火のノックが
１４サイクル以内に発生したときに、点火時期を遅角す
るのは、前述した第１７図から分るようにトレースノッ
ク時には７／１００の割合でに／Ｂ値か第１の基準値Ｓ
Ｌ、を越えるので、確率的にｔｏｏ／７＝１４、すなわ
ち１４回に１回の割合でこの条件（、Ｋ　／　Ｂ値＞Ｓ
Ｌりか発生することなるということに基づいている。

したがって、同様にこの値をライトノックの場合は１０
０／１６＝６　Ｃ回）、ミディアムノックの場合は１．
００／２５＝４　　（回）とすることによって、機関を
所望のノックレベルに制御できる。

このことは、本出願人による実験によって確認した。

このように、ここでは、小さなノックが発生したときに
は、その小さなノックの発生頻度を判定して、この頻度
の判定結果に基づいて点火時期の修正量を決定する。

なお、この場合二こては点火時期の遅角量を１度にして
いるが、これを例えば１／４度、ｌ／２度等の他の値に
設定することもできる。

また、小さなノックの発生頻度に基づくだけでなく、小
さなノックの強度、すなわちに／Ｂ値の大きに応して遅
角量を決定するようにすることもでき、このようにすれ
ばより適切に運転性能等を損なうことなく、ノッキング
の抑制を図ることができる。

これに対して、５ＴＥＰ２０てに／Ｂ値〉ＳＬ２になっ
たとき、すなわち大きなノックが発生したときには、５
ＴＥＰ３７で修正量ＡＤＶＦＢＫを予め定めた所定量Ａ
だけチクリメント（−Ａ）して、点火時期をＡ度遅角さ
せた後、５ＴＥＰ３４を実行して処理を終了する。

なお、その所定量Ａは、機部あるいは運転条件等に応し
て定めた定数であり、前述した小さなノック発生時の遅
角量（１度）よりも大きな値を設定している。

このように、この内燃機関の制御装置においては、Ｋ／
Ｂ値≦ＳＬ、（ノック無）のときには、所定の条件か満
足されたときに点火時期の修正量を所定角度進角し、Ｓ
ＬＩ＜Ｋ／Ｂ値≦値上５Ｌ２さなノック）のときには、
所定の頻度になったときに点火時期の修正量を所定角度
（１度）遅角し、、に／Ｂ値＞５Ｌ２（大きなノック）
のときには直ちに点火時期の修正量を所定角度（Ａ度）
遅角させる修正量を決定する。

そして、図示しない処理において吸入空気量及び機関回
転数等に応じて決定した基本点火時期を、上述したよう
な処理によって決定される点火時期の修正量たけ修正す
る。

このように、この内燃機関の制御装置における筒内圧検
出装置は、の機関の筒内圧を検出する筒内圧力センサの
異常をも判定して出力する。

それによって、筒内圧力センサに異常が発生したときに
は、点火時期の修正量を所定遅角量に表定する等して、
機関にダメージを与えるこ・となく。

しかも運転性をさほど損なわないで走行を継続できるよ
うにする等の処理を採ることができるようになる。

なお、上記各実施例においては、筒内圧センサを点火プ
ラグに設けたが、所謂振動センサをシリンダブロックに
設ける構成等にすることもできる。

また、上記実施例においては、吸入行程中の所定のクラ
ンク角位置及びＴＤＣで筒内圧力センサの検出結果をサ
ンブリンクしたが、サンブリンクするクランク角位置及
びサンブリンクするクランク角位置の個数共これに限る
ものではない。

（発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、筒内圧検出装
置の異常を検出できるので、異常時にも機関の安全性を
維持できると共に、異常時における制約がなくなって燃
焼効率が最大となるような制御が可能なり、トルク、燃
費、運転性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の構成を示す機能ブロック図、第２
図は、この発明を実施した内燃機関の制御装置の概略構
成図、 第３図は、第２図のコントロールユニットの一例を示す
ブロック図、 第４図は、同じくそのコントロールユニットの要部の機
能ブロック図、 第５図は、同じく筒内圧センサの一例を示す断面図及び
平面図、 第６図は、同じくチャージアンプの一例を示す回路図、 第７図は、同じく積分器−例を示すブロック図、第８図
、第Ｓ図及び第１０図は、この実施例におけるノッキン
グ検出の原理説明に供する波形図、 第１１図は、積分器の動作説明に供するタイミングチャ
ート図、 第１２図及び第１３図は、この実施例における異常判定
の原理の説明に供する波形図、 第１４図は、主制御回路が実行する異常判定処理の一例
を示すフロー図、 第１５図は、主制御回路が実行するノッキング判定・修
正量決定処理の一例を示すフロー図。 第１６図は、第１５図の修正量決定処理の一例を示すフ
ロー図。 第１７図は、第１６図の説明に供する各ノック現象にお
けるに／Ｂ値の累積発生頻度の一例を示す説明図である
。 １１・・・コントロールユニット １３・・・クランク角センサ　２１・・・筒内圧センサ
３１・・・チャージアンプ　　３７・・・主制御回路第
５図 第６図 第８図 第９図 （イ） （Ω〕　執Ｑ〜へ禰トん、１− 第１０図 第１１図 ｔ＋　　　　　ｔａ　　　　　ｂ１４１４第１２図 第１３図 ＾　　　　　　ＩＬＩＬ 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
   該筒内圧検出手段の検出結果を予め定めた複数のクラン
   ク角位置でサンプリングするサンプル手段と、該サンプ
   ル手段の複数のサンプル結果に基づいて前記筒内圧検出
   手段の異常を判定する異常判定手段とを設けたことを特
   徴とする内燃機関の筒内圧検出装置。 ２　サンプル手段が、機関の吸入行程の所定のクランク
   角位置で筒内圧検出手段の検出結果をサンプリングする
   手段を備えている特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
   の筒内圧検出装置。 ３　サンプル手段が、機関の圧縮上死点で筒内圧検出手
   段の検出結果をサンプリングする手段を備えている特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の内燃機関の筒内圧検
   出装置。 ４　サンプル手段が、機関の点火時期又は該点火時期前
   で該点火時期の近傍で筒内圧検出手段の検出結果をサン
   プリングする手段を備えている特許請求の範囲第１項乃
   至第３項のいずれかに記載の内燃機関の筒内圧検出装置
   。 ５　異常判定手段が、サンプル手段の複数のサンプル結
   果の大小関係の判別結果に基づいて異常を判定する手段
   を備えている特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれ
   かに記載の内燃機関の筒内圧検出装置。