JPS61182465A - 内燃機関のノツキング制御装置 - Google Patents

内燃機関のノツキング制御装置

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JPS61182465A
JPS61182465A JP60024144A JP2414485A JPS61182465A JP S61182465 A JPS61182465 A JP S61182465A JP 60024144 A JP60024144 A JP 60024144A JP 2414485 A JP2414485 A JP 2414485A JP S61182465 A JPS61182465 A JP S61182465A
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crank angle
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初雄 永石
Kuniaki Sawamoto
沢本 国章
Tatsuro Morita
森田 達郎
Yoshihisa Kawamura
川村 佳久
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    • F02P5/145Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15Digital data processing
    • F02P5/152Digital data processing dependent on pinking
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L23/22Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
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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) 本発明は内燃機関のノッキング制御装置に関し、詳細に
は内燃機関の発生するバックグランドノイズの影響を除
去してノッキングを的確に検出するノッキング制御装置
に関する。
(従来の技術) 一般に、内燃機関のノッキング制御装置は、機関の異常
燃焼に伴って発生するノッキングを圧力センサ等のノッ
キング検出手段で検出し、この検出結果を所定の比較基
準値と比較してノッキングの発生の有無を判断している
。そして、この判断結果に基づいて点火時期を調整して
ノッキングを回避するとともに適切な燃焼を行わせるこ
とを目的としている。
この場合、ノッキング検出手段はノッキングのみを検出
するのではなく、内燃機関の発生するバックグランドノ
イズ、例えば、正常な燃焼に伴う気筒内圧力変化、加減
速に伴う圧力変化等を含んでおり、これらのバンクグラ
ンドノイズは一定ではなく、内燃機関の運転状態によっ
て経時変化する。また、ノッキング検出手段の出力特性
にもバラツキがあり、バンクグランドノイズとして作用
する。
このバックグランドノイズよりノッキングをいかに的確
に判別するかがノッキング回避にとって重要な問題とな
る。
従来、この問題点に着眼して提案されたものとしては、
例えば、特開昭59−39972号公報に記載されたも
のが知られている。このノッキング制御装置は、所定ク
ランク角期間のノッキング検出手段の出力の平均値をバ
ンクグランドノイズとして採用し、このバックグランド
ノイズのk(定数)倍を第1比較基準値とする。そして
、所定クランク角期間のノッキング検出手段の出力の最
大値を第1比較基準値と比較し、最大値が第1比較基準
値より大きいと、ノッキング発生と判断して点火時期を
遅角させる。また、ノッキング検出手段の出力の最大値
をあらかじめ定めた固定値である第2比較基準値と比較
し、最大値が第2比較基準値より大きいと、ノッキング
発生と判断して点火時期を遅角させる。したがって、バ
ンクグランドノイズの影響を防止しつつ、ノッキングを
検出することができるとともに、バックグランドノイズ
として採用している平均値が上昇して第1比較基準値よ
りも大きくなり過ぎた場合においても、ノッキングの検
出を第2比較基準値に基づいて行うことができる。そし
て、バックグランドノイズとして採用しているノッキン
グ検出手段の出力の平均値は、ノッキング検出手段の出
力波形を整流回路で整流し、積分回路で平均した値であ
る。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の内燃機関のノッキング
制御装置にあっては、比較基準値としてノッキング検出
手段の出力の平均値に一定数を乗じた値を採用している
ため、機関の高回転域においては、ノッキングが発生し
ていなくても、高レベルのバックグランドノイズが長期
間継続され、また、運転条件によりバックグランドノイ
ズのレベルが急激に変化するため、比較基準値が高く演
算されることとなり、バックグランドノイズを区別して
ノッキングを的確に検出することができない。その結果
、ノッキングを確実に回避することができず、機関の最
大トルクのかせぎ代が小さくなり、また、ノック音を発
生させるだけでなく、機関の耐久性を悪化させるという
問題点があった。
(発明の目的) そこで、本発明は、ノッキング検出手段の所定クランク
角期間の出力を定量化するとともに、さらに重みづけし
て平滑化した値をバックグランドノイズとし、この平滑
値と定量値とを加減算することにより、ノッキングをバ
ックグランドノイズから分離し、この演算値を所定の比
較基準値と比較することにより、ノッキングの大きさを
的確に判別して、ノッキングを精度よく°回避すること
を目的としている。
(発明の構成) 本発明による内燃機関のノッキング制御装置は、その基
本概念図を第1図に示すように、内燃機関のノッキング
を検出するノッキング検出手段aと、所定クランク角期
間のノッキング検出手段の出力を定量化する定量化手段
すと、定量化手段の出力を重みづけして平滑化する平滑
化手段Cと、定量化手段の出力と平滑化手段の出力とを
加算あるいは減算する演算手段dと、演算手段の演算結
果を所定の比較基準値と比較し、ノッキングの大きさを
判別する判別手段eと、判別手段の判別結果に基づいて
ノッキングを回避するノッキング回避手段fと、を備え
ており、バックグランドノイズが分離してノッキングを
的確に判別し、ノッキングを精度よく回避するものであ
る。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第2〜第11図は本発明の第1実施例を示す図であり、
本実施例は、多気筒内燃機関に適用したものである。
まず、構成を説明すると、第2図において、1は内燃機
関のシリンダヘッド2に各気筒毎に取り付けられた点火
プラグであり、各点火プラグ1はシリンダヘッド2との
間にノッキング検出手段としての座金型の圧力センサ3
を挾持している。
圧力センサ3は圧電素子で形成され、気筒内圧力の変化
を電荷量の変化として出力する。圧力センサ3の出力は
コントロールユニット4に入力されており、コントロー
ルユニット4はチャージアンプ5、マルチプレクサ6、
バンドパスフィルタ7、整流器8、積分器9およびマイ
クロコンピュータ10により構成されている。
チャージアンプ5は、例えば第3図に示すように、コン
デンサ(例えば、0.01μF)11、抵抗(例えば、
IMΩ) 12およびオペアンプ13で構成されており
、圧力センサ3の電荷量の変化を電圧変化として出力す
る。このチャージアンプ5は各気筒毎に設けられた圧力
センサ3の数に対応した数だけ備えられている。
マルチプレクサ6は各チャージアンプ5より入力される
信号をマイクロコンピュータ10からの信号に基づいて
各圧力センサ3で所定のクランク角期間検出した値を時
分割して出力しており、このクランク角期間は各気筒毎
のノッキングとパックグランドノイズを十分検出できる
期間(例えば、圧縮上死点前70°から圧縮上死点後5
0°の期間)に設定されている。
バンドパスフィルタ7は5〜20 K Hz 程度のバ
ンドパスフィルタであり、ノッキングによる信号のみを
燃焼による低周波の圧力変化から分離している。
整流器8はバンドパスフィルタ7を通過した信号を整流
する。
積分器9は整流器8で整流された信号を所定のクランク
角期間のみ積分し、積分開始および終了はマイクロコン
ピュータ10からの信号により制御される。本実施例で
は上死点後10°で積分を開始し、上死点後50°で積
分を終了する。上記チャージアンプ5、マルチプレクサ
6、バンドパスフィルタ7、整流器8および積分器9は
全体として所定クランク角期間の圧力センサ3の出力を
定量化する定量化手段101を構成している。
マイクロコンピュータ10は、A/D変換器14、I1
0ボート15、CPU16、RAM17およびROM1
Bで構成され、平滑化手段、演算手段、判別手段および
ノッキング回避手段として作用する。A/D変換器14
には前記積分器9からの信号が入力され、A/D変換器
14は積分値をディジタル信号に変換してI10ボート
15に出力する。I10ポート15はA/D変換器14
からの信号を取り込むとともに、図外のクランク角セン
サからのクランク角を表示する信号等を取り込み、前記
マルチプレクサ6および積分器9に制御信号を出力する
。また後述するパワートランジスタ19に点火信号を出
力するCPU16はROM18に書き込まれているプロ
グラムに従ってI10ポート15より必要とする外部デ
ータを取り込んだり、また、RAM17との間でデータ
の授受を行ったりしながら演算処理したデータをI10
ポート15へ出力する。ROM18はCPU16を制御
するプログラムを格納しており、RA M 17は、例
えば、不揮発性メモリにより構成されて演算に使用する
データをマツプ等の形で記憶するとともに、その記憶内
容を機関の停止後も保持する。
パワートランジスタ19はコントロールユニット4から
点火信号が入力されると、ONとなり、点火コイル20
の一次電流が流れる。このパワートランジスタ19の0
NSOFFにより点火コイル20で昇圧された高電圧が
、配電器21で選定された気筒の点火プラグlに供給さ
れ、該気筒の混合気が点火される。
次に作用を説明する。
圧力センサ3の出力信号は、第4図(al、(blに示
すように、燃焼に伴う筒内圧力変化の波形に高周波のノ
ッキング波形が乗ったものとなっている。
したがって、まず、この高周波の波形を取り出さなくて
はならない。また、この高周波の中にノイズが含まれて
おり、このバックグランドノイズの中からノッキング波
形を判別しなくてはならない。
本実施例では、燃焼に伴う大きな波形より高周波の波形
を取り出し、これを定量化するまでの第1の処理をチャ
ージアンプ5から積分器9までの定量化手段101で行
っており、高周波のバックグランドノイズの中よりノッ
キングを判別して点火時期を制御する第2の処□理をマ
イクロコンピュータ10で行っている。
まず、第1の処理について説明する。
各圧力センサ3の出力波形は、第4図(alに示すよう
に、燃焼に伴う低周波の波にノッキング等による高周波
の波が乗っており、この低周波の波は該気筒で1行程光
たり1回発生する。チャージアンプ5は圧力センサ3の
出力を電圧信号に変換し、マルチプレクサ6で、マイク
ロコンピュータ10からの指示に従って、所定クランク
角期間(例えば、圧縮上死点前70°から圧縮上死点後
50°の期間)毎に各気筒の圧力センサ3を時分割して
、第4図(blの波形とする。次いで、バンドパスフィ
ルタ7で高周波の波だけを取り出して第4図(C1の波
形とし、整流器8で半波整流して第4図(dlの波形と
する。この整流した波を積分器9で積分して第4図(e
+の波形とし、高周波成分を定量化する。
したがって、燃焼による低周波の大きな圧力変化からノ
ッキング等による高周波の圧力変化のみを検出し、かつ
定量化することができる。なお、第4図(C1、fdl
中にパルス状の大きな波形があられれているが、これは
、マルチプレクサ6での切換えによるショックで発生す
るものである。
次に、第2の処理について説明する。
第2の処理はマイクロコンピュータ10内で行われるた
め、第5図〜第7図に示すフローチャートに従って説明
する。
まず、第5図のイニシャライズルーチンについて説明す
る。
機関のイグニッションスイッチがONとなると、CPU
16はステップM1でRAM17をクリアして初期デー
タをセットする。次いで、説明およびステップ図は省略
するが、燃料噴射量等の演算を行って、ステップM2で
基本点火時期TaをあらかじめROM1B内に記憶され
たデータテーブルよりルックアップする。この基本点火
時期Taは、例えば、機関回転速度と基本噴射量をパラ
メータとしてあらかじめROM18内に記憶されている
ステップM3でこの基本点火時期Taを冷却水温度に基
づいて補正して点火時期Tavを演算する。
次に、第6図に示す割込み処理ルーチンについて説明す
る。ステップR1でクランク角が圧縮上死点後50°か
否かを判別し、圧縮上死点後50’であるときには、ス
テップR2で第7図に示す圧縮上死点後50°の割込み
処理ルーチンを実行する。
ステップR1でクランク角が圧縮上死点後50°でない
ときは、ステップR1で、クランク角が圧縮上死点後1
0°であるか否かを判別し、圧縮上死点e:10°であ
るときには、ステップR4で前記積分器9をセットして
整流器8からの信号を積分する。
次に、第7図に示す圧縮上死点後50’の割込み処理ル
ーチンについて説明する。
ステップP、で、クランク角センサからの信号により、
圧縮上死点後50°にあるのが何番気筒であるかを判別
、すなわち気筒判別を行い、ステップP2で当該、圧縮
上死点後50°にある気筒の積分器9の出力をA/D変
換器14に出力してディジタル値に変換(A/D変換)
する。ステップP、で、積分器9の積分結果SをRAM
17の気筒番号nに相当するアドレスに該気筒番号nの
データSnとして記憶し、ステップP4で、データSn
より後述する平滑値SAnを減算して差値DSn(DS
n=Sn−3An)を求める。ステップP、で、比較基
準値S/Lをルックアップする。比較基準値S/Lは機
関回転数NをパラメータとしてあらかじめROM18内
に記憶されており、例えば、第8図に示すように与えら
れる。ステップP6で差値DSnを比較基準値S/Lと
比較し、DSn≦S/Lのときには、ノッキングは発生
していないと判別して、ステップP7で差値DSnを比
較基準値S/Lの2倍の値(%XS/L)と比較する。
DSn≧’A X S / Lのときには、そのままス
テップP8に進み、D S n < ’/2 S / 
Lのときには、ステップP、で当該気筒の点火時期補正
量TcnをTcn=Tcn−に、(k、は例えば0゜0
5°〜0.2°程度)として点火時期’l’avを進角
させる。
ステップP6でD S n > S / Lのときには
、ノッキングが発生していると判別してステップP、1
.、で、差値DSnを比較基準値S/Lの4倍の値(4
XS/L)と比較し、ノッキングの大きさを判別する。
DSn≦4XS/Lのときには、ノッキングは大して大
きくないと判断して、ステップpHで、点火時期補正量
TcnをTcn=Tcn+に2 (k2は例えば1°程
度)として点火時期Tavを少し遅角させ、D S n
 > 4 X S / Lのときには、ノッキングは相
当に大きいと判断して、ステップP 12で、点火時期
補正量TcnをTcn−Tcn+に3  (k、は、例
えば、2〜4°程度)として点火時期T a vを大き
く遅角させる。したがって、ノッキングレベルの大きさ
に対応して点火時期’[” a vを制御することがで
きる。
ステップpHで、点火時期補正量Tcnが負の値か否か
を判別し、負の値のときには、ステップP13で、点火
時期補正1iTcnを零(T c n =0)として、
ノッキングが発生していない場合に、進角しすぎて、燃
費の悪化、排気性能の悪化等を生しるのを防止している
。ステップP、4で、点火時期補正量Tcnを上限値U
Lと比較し、Tcn>ULのときには、ステップPIS
で、Tcn=ULとして、遅角しすぎるのを防止してい
る。なお、上限値ULとしては、機関出力等への影響も
考慮して、10°〜20°程度を設定する。
ステップP16で、前記平滑値SAnを次式により演算
する。
5An−3nx (1/16)+5Anx (15/1
6)−−一−・・(11 (1)式から明らかなように、今回実行時のデータSn
が大きな値(ノッキングが大きい)であっても、平滑値
SAnは大きく変化しないので、機関の高回転域におい
て、高レベルのバンクグランドノイズが長期間継続され
ても、平滑値SAnを低く設定でき、ステップP4で演
算する差値DSnとステップP、で行う比較基準値S/
Lとの比較により、ノッキングを的確に検出することが
できる。
ステップp、7で、当該気筒の点火時期Tavnを次式
により演算する。
Tavn=Tav−Tcn   −−−−−−(21こ
こで、Tavは、第4図のイニシャライズ処理において
求めた点火時期である。
ステップP、gで、積分器9をリセ、7トし、ステップ
P+qで、マルチプレクサ6を次の気筒に切換え、本ル
ーチンは終了する。
上記処理が各気筒毎に行われ、各気筒毎に点火時期を制
御することができる。
上記作用をグラフを用いて説明すると、いま、ノッキン
グレベルを、ノッキングの無い状態から大きなノッキン
グレベル((イ)〜(ホ))まで、5段階に変えたとき
、A/D変換器14でディジタル変換したデータSの大
きさと、データSの累積頻度との関係は、第9図に示す
ように、ノッキングの大きさに伴ってデータSの変動が
大きくなる。
第9図中、×印はデータSの大きい方から10%目のデ
ータSの大きさを示しており、以下、10%Sという。
この10%Sは安定したノッキング制御を行う場合の比
較基準値S/Lを選定する目安となる。
この10%Sは、第10図に示すように、機関の回転数
が低いときには、はぼ原点を通る特性であるのに対し、
回転数が高いときには、同じノッキングレベルであって
も10%Sの大きさには大きな変動幅があり、かつ、ノ
ッキングの無い状態でもデータSは大きな値となる。し
たがって、従来のように、このデータSを定数倍して比
較基準値と比較しても、ノッキングの発生を的確に検出
することはできない。ところが、データSから平滑値S
Aを減算した値(S −S A)の10%値(10%(
S−3A))は、第11図に示すように、高回転数の場
合においても変動幅が小さく、かつ、原点近くを通る特
性となり、比較基準値S/Lとの比較においてノッキン
グをバックグランドノイズと分離して的確に検出するこ
とができる。
第12図は本発明の第2実施例を示すフローチャートで
あり、本実施例はデータSnを平滑値SAnと比較して
平滑値SAnを低い値に設定している。
第12図の説明において、ステップP1からステップP
、4まで、および、ステップP1グから以降は第1実施
例の第7図と同様であるので説明を省略する。ステ、ブ
plo+で、データSnと平滑値SAnを比較し、Sn
>SAnのときには、ステップP1゜2で、平滑値SA
nを前記第!11式に従って演算する。Sn≦SAnの
ときには、ステップP +o3で、平滑値SAnを次式
に従って演算する。
S A n = S n X (1/ 4 ) + S
 A n X (3/ 4 ニー・−・−・(3) すなわち、データSnが前回実行時の平滑値SAnより
大きいときには、平滑値SAnの演算に際して、データ
Snの影響を小さくし、データSnが小さいときには、
平滑値SAnの演算に大きく影響させて、平滑値SAn
が大きい方へ以降するときには緩やかに以降させ、小さ
い方へ以降するときには速く以降させている。したがっ
て、平滑値SAnを、第13図に破線で示すように、一
点鎖線で示す第1実施例の平滑値SAnより小さく設定
することができ、ノッキングの検出感度をより一層向上
させることができる。
第14図は本発明の第3実施例を示すフローチャートで
あり、本実施例は差値DSnを比較基準値S/Lと比較
して平滑値SAnを低い値に設定している。
第14図において、ステップP、からステップP、4ま
で、およびステップP17以降は第1実施例の第7図と
同様であるので説明を省略する。ステップP1,1にお
いて、差値DSnと比較基準値S/Lを比較し、DSn
≦S/Lのときには、ノッキングが発生していないとき
であり、ステップPutで、前記第(1)式に従って平
滑値SAnを演算し、D S n > S / Lのと
きには、ノッキング発生時であるので、このときのデー
タSnは平滑値SAnの演算に使用しないで、ステップ
P l+3で、前回実行時の平滑値SAnを採用する。
したがって、ノッキング発生時の大きなデータSnに影
響されず、平滑値SAnを、第13図に2点鎖線で示す
ように、小さな値に設定することができ、ノッキングの
検出感度をより一層向上させることができる。
上記、第1実施例、第2実施例および第3実施例の差値
DSnを比較すると、第15図に示すように、差値DS
nは、第1実施例、第3実施例、第2実施例の順でその
傾きが大きくなる。したがって、例えば、ノッキングの
発生していない状態(イ)から急に小さなノッキングが
発生(ロ)した場合、第1実施例に比較して、第3実施
例、第2実施例の順でノッキングの感度が良好なものと
なる。なお、第15図中、(イ)〜(ニ)は第9図と同
様である。
なお、上記各実施例においては、データSnと平滑値S
Anの差値DSnを比較基準値S/Lと比較してノッキ
ングレベルを判別しているが、データSnと平滑値SA
nとの加算値を所定の比較基準値S/Lと比較しても同
様にノッキングレベルを判別することができる。
また、ノッキングを回避するのに点火時期を変更してい
るが、これに限るものでないことはいうまでもない。
(効果) 本発明によれば、機関の高回転域においてもバックグラ
ンドノイズから分離してノッキングを的確に検出するこ
とができるので、機関の運転状態にかかわらず、ノッキ
ングを精度よく回避することができる。
第2および第3実施例においては、平滑値を小さく設定
することができ、より一層ノッキングの検出感度を向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の内燃機関のノッキング制御装置の基本
概念図である。第2図から第11図は本発明の第1実施
例を示す図であり、第2図はその全体構成図、第3図は
そのチャージアンプを示す回路図、第4図はその定量化
手段における作用を示す波形図、第5図〜第7図はその
作用を示すフローチャートであり、第5図はイニシャラ
イズ処理のフローチャート、第6図は割込み処理のフロ
ーチャート、第7図は圧縮上死点後50°の割込み処理
のフローチャート、第8図はマイクロコンピュータのR
OM内にあらかじめ機関回転数をパラメータとして記憶
された比較基準値のデータテーブル、第9図はデータS
とデータSの累積頻度の関係を示す図、第10図はノッ
キングレベルと10%Sの大きさとの関係を示す図、第
11図はノッキングレベルと10%(S−3A)との関
係を示す図である。第12図は本発明の第2実施例の作
用を示すフローチャートである。第13図は各実施例の
平滑値SAnを比較基準値S/LおよびデータSnとと
もに示す図である。第14図は本発明の第3実施例の作
用を示すフローチャートである。第15図は各実施例の
差値DSn (DSn=Sn−3An)を10%Snと
ともにノッキングレベルをバラメークとして示す図であ
る。 3−・−圧力センサ(ノッキング検出手段)、10〜・
・−マイクロコンピュータ(演算手段、判別手段、ノッ
キング回避手段)、 101− ・一定量化手段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 a)内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出手
    段と、 b)所定クランク角期間のノッキング検出手段の出力を
    定量化する定量化手段と、 c)定量化手段の出力を重みづけして平滑化する平滑化
    手段と、 d)定量化手段の出力と平滑化手段の出力とを加算ある
    いは減算する演算手段と、 e)演算手段の演算結果を所定の比較基準値と比較し、
    ノッキングの大きさを判別する判別手段と、 f)判別手段の判別結果に基づいてノッキングを回避す
    るノッキング回避手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のノッキング制御装
    置。
JP60024144A 1984-06-29 1985-02-08 内燃機関のノツキング制御装置 Expired - Lifetime JPH0742921B2 (ja)

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US06/749,478 US4750103A (en) 1984-06-29 1985-06-27 System and method for detecting and controlling knocking in an internal combustion engine
DE19853523017 DE3523017A1 (de) 1984-06-29 1985-06-27 Einrichtung und verfahren zum ermitteln und beeinflussen des klopfens einer brennkraftmaschine

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JPH0742921B2 (ja) 1995-05-15

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