JPS6146466A - 内燃機関のノツキング判定装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関のノッキング判定装置に関し、特に
、内燃機関の点火時期を最大トルク発生角度に保ちつつ
ノッキングレベルを所定の範囲内に収めるように制御す
る点火時期制御装置に用いて好適なノッキング判定装置
に関するものである。

（従来の技術） 一般にノッキング現象とはシリンダ内の未燃混合気の早
期着火による異常燃焼を言い、その結果、シリンダの寸
法、特にそのボア径と、燃焼ガス温度とにより定まる複
数の固有振動数を持つシリンダ内の圧力（筒内圧）の減
衰振動として現われる。この固有振動数は概ね５〜６ｋ
Ｈｚ以上であり、この圧力の振動がシリンダ壁、シリン
ダブロック等をへて空気中に伝わり、人間の聴感に達し
た不快な高周波音がいわゆるノック音と呼ばれるもので
ある。

点火時期制御装置に適用した従来のノッキング判定装置
としでは、例えば特開昭５４−１４２４２５号や特願昭
５８−１３７４！３号に開示されたものがある。

この装置は、点火プラグの座金に設けたシリンダ内圧力
センサ等のノッキングセンサと、信号増幅器と、低域ろ
波器と、ノッキング信号の包路線処理回路等の平均化回
路と、比較回路と、点火時期制御回路とを具えたもので
ある。而して、シリンダ内圧力信号のほぼ５〜６　ｋＨ
ｚ以上の特定周波数帯域成分をノック信号として検出し
、これにピークホールド処理、包路線処理等を施した信
号をノッキングエネルギに対応する信号とみなして所定
の基準値と直接比較し、当該比較結果に基づいて点火時
期を進角あるいは遅角させることによりノッキングレベ
ルを制御するようにしていた。

（発明が解決しようする問題点） しかしながら、かかる従来装置にあっては、次の如き問
題点が生ずる。

一般に良く知られているように、ノッキングが発生しな
い非ノック時においてもセンサの出力信号には上述の特
定周波数帯域の成分が含まれている。

第９図は筒内圧力振動のパワースペクトルの一例を示す
、これは本出願人の実験により、４気筒１８００ｃｃエ
ンジンにつき、全負荷、４８００ＰＰＭで運転した場合
の例であるが、これより明らかなように、非ノック時に
おいてもノック時と同様の上記特定周波数帯域成分を含
んでおり、この傾向は他のエンジンでもほぼ同様である
ことが確認されている。

従って、センサ出力の特定の周波数帯域の信号に、包路
線処理、ピークホールド処理等の信号処理を加えた電気
信号をノッキングエネルギーに対応した信号量とみなし
、これを直接基準比較レベルと比較するようにした従来
装置にあっては、ノックレベルの判定が困難となること
がある。

特に、第９図においては比較的大きなレベルを有するノ
ックについて示し、非ノック時Ａとノッり時Ｂとのパワ
ーレベルの差は約１０ｄＢ以上であるが、ノック有無の
限界とされるいわゆるトレースノック状態においてはこ
の差は概ね２〜３ｄＢであるので、従来の装置において
はノックの判定は非常に困難なものとなる。

しかも、センサの初期特性、経時変化による劣化、さら
に上述の点火プラグ座金に設けたセンナにあっては装着
時においてセンサ面に作用する荷重の影響により、ある
いは点火プラグ締付トルク等に起因した機械振動系の変
化などにより非ノック時におけるセンサ出力信号のレベ
ル自体が大きく変化し、この変化はノック時にお番する
それら影響による出力信号の変化より大となることもあ
る。

さらに、数種類のエンジンを用いた本出願人による実験
によれば、非ノー、り時におけるセンサ出力の変動は、
アイドリングないしスロットル全開状態の負荷の変化に
対しては３〜４倍、８００ＲＰＭないし４８０ＯＲＰＭ
のエンジン回転の変化に対しては２〜３倍にも達するこ
とが確認されている。

従って、従来装置においては、このように変動の大きな
信号を直接的に基準値と比較するようにしていたので、
ノックおよび非ノックを正しく判定できる装置を実現す
るためには、エンジン毎、運転条件毎、さらにはセンサ
毎に膨大な実験を必要とするという問題点があった。

このような問題点に関しては、ノッキングは圧縮上死点
前に発生することがないことに着目し、エンジンの１燃
焼サイクル毎に、圧縮上死点前の区間の燃焼圧力振動か
ら非ノック時の振動エネルギに関連した量を得、圧縮上
死点後の区間あるいは圧縮上死点前後の区間の燃焼圧力
振動からノック時の振動エネルギに関連した量を得て、
それら量の比を求めてノッキング発生を行うようにすれ
ば対処することができ、ノッキング判定が容易に行える
ことになる。

さらに、本発明では、非ノック時の振動エネルギの計測
区間について考慮する。第１２図につき後述するように
、点火ノイズの影響を排除するためにはその計測区間を
点火時期以降に設定するのが好適である。しかしながら
、計測区間の長さを固定すると、次のような問題点が生
じる。

すなわち、第１２図（Ａ）を参照するに、この例では上
死点前（ＢＴＤＣ）　１５度（時点工）で点火が行われ
、その後上死点後（ＡＴＤＣ：）約１２度で筒内圧が最
大となり、さらにその直後よりノッキングによる圧力振
動が発生しているのが観測できる。したがって、非ノッ
ク時の燃焼圧力振動エネルギの測定区間を点火時クラン
ク角位置から所定のクランク角範囲、例えば４０度の区
間とすると上死点後２５度までが計測区間となり、図中
（Ｃ）に示すように、それ自体にノッキングエネルギを
含んだ信号となってしまうことになる。特に、機関の低
回転域ではクランク角速度に対して燃焼が早いので、点
火時のクランク角から、ノッキング発生のクランク角ま
での角度が小さく、非ノック時の燃焼圧力振動エネルギ
に相当する信号にノッキングエネルギが含まれる比率が
高くなり、計測精度の低下が著しい、そこで、計測に係
る区間を小となし、低回転域において非ノック時の燃焼
圧力振動エネルギに相当する信号にノッキングエネルギ
が含まれないようにすると、高回転域において、非ノッ
ク時の燃焼圧力振動エネルギの計測時間を十分に確保で
きないので、検出の精度を向上できないという問題点が
生ずる。

すなわち、非ノック時の燃焼圧力振動エネルギに相当す
る信号の計測区間を点火時クランク角位置から所定のク
ランク角範囲とすると、検出精度を確保することが困難
となる問題点が生ずることになる。

そこで、本発明の目的は、非ノック時の燃焼圧力振動エ
ネルギに関連する物理量の計測区間を点火時クランク角
位置から筒内圧が最大となるクランク角位置までの可゛
変区間とし検出精度の向上を図ることにある。

また、本発明の他の目的は上記可変区間において得られ
た非ノック時の燃焼振動エネルギに関連する物理量を所
定区間における非ノック時の燃焼振動エネルギに関連す
る物理量に補正するようになし、以てノッキング検出の
検出精度を一層高めることにある。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 以上の点に鑑みて、本発明の第１の形態では、内燃機関
の燃焼圧力振動を検出する検出手段と、内燃期間の点火
時期から注力が最大となるまでの間に第１期間を設定す
る設定手段と、当該設定された第１期間において検出さ
れた燃焼圧力振動から非ノック時の燃焼振動エネルギに
関連した第１物理量を得る第１手段と、圧縮上死点後の
期間を含む第２期間において検出された燃焼圧力振動か
らノック時の燃焼振動エネルギに関連した第２物理量を
得る第２手段と、第１期間を内燃機関の点火時期以降の
圧力が最大となる以前の間に設定する設定手段と、第１
物理量と第２物理量との比から内燃機関のノッキングの
有無を判定する判定手段とを具えたことを特徴とする。

また、本発明の第２の形態では、上記検出手段、設定手
段、第１および第２手段に加え、第１物理量を所定区間
における非ノック時の燃焼振動エネルギに相当する物理
量に補正する補正手段と、当該補正された第１物理量と
第２物理量との比から内燃機関のノッキングの有無を判
定する判定手段とを具えたことを特徴とする。

（作用） すなわち、本発明の第１の形態では、設定手段により、
点火時期およびノッキングによる高周波振動が発生する
時期を含まない範囲で第１期間が設定される。而して第
１手段および第２手段により、それぞれ、第１および第
２期間において非ノック時およびノック時の燃焼振動エ
ネルギに関連した第１および第２の物理量が得られる。

この第１の物理量には、点火ノイズの影響やノッキング
による高周波振動・の影響が及ばないので、判定手段に
よるノッキング判定は精度の高いものとなる。

また、本発明の第２の形態では、第１物理量を補正手段
により補正した後に第２物理量との比較を行うようにし
たので、運転条件によらずメツキング検出をより精密に
行うことができる。

［実施例〕　　゛ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず、本発明の概要を述べる。第９図から明らかなよう
に、ノック時と非ノック時とでは、図示の周波数成分に
おいて大きなパワーレベルの差を観測することができる
。そこで、特にその差異の大きな帯域、すなわち図示の
例では６ｋＨｚ〜１７ｋＨｚの周波数成分に着目し、そ
の帯域を通過帯域とする帯域ろ波器（バンドパスフィル
タ）を用いてセンサ出力からその成分を取出す。

第１Ｏ図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、非ノック時
およびノック時におけるセンサ出力のバンドパスフィル
タ通過後の波形を示す、なお、これらは筒内圧の高周波
振動の波形を示すものである。

ここで、ある特定帯域のパワー、すなわちエネルギの時
間平均値を求める。

で表わされ、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１０図示の信号の絶対値の積分を考え
れば、 となる、第（２）式右辺は信号ｘ（ｔ）のＲ，Ｍ、Ｓ、
（二乗平均を示すことから、第（２）式左辺は信号ｘ（
ｔ）のパワーを示す量、あるいは少なくともパワーと一
価的に相関のある量と考えて良い。

なお、ここで第（１）式および第（２）式の信号ｘ（ｔ
）は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がえない。

第１１図（Ａ）および（Ｂ）はクランク角の上死点、す
なわちＴＯＯ前４０度・からＴＤＣ後４０度までの範囲
について、それぞれ第２図（Ａ）およびＣＢ）に示した
信号の積分信号であり、そのクランク角範囲での筒内圧
振動エネルギを示す、すなわち、第（２）式で１／２Ｔ
の項をおとしたものである。

図中（Ａ）は非ノック時の積分信号を示し、この時には
この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動エネルギが存在していることが分
る。すなわち、非ノック時には上死点（ＴＤＣ）をＴ＝
０として 本出願人による種々の実験によれば、第（３）式の関係
は、はとんどすべての運転条件で成立していると見なす
ことができる。ただし、積分区間（この場合は、丁［Ｉ
Ｃ前後４０度）は注意ぶか〈選定する必要がある。その
理由は、特に点火プラグの振動をも検出してしまうので
、積分区間の選定によっては吸・排気弁の着座、１ｌｌ
ｉＩ座の振動の影響を受けて第（３）式の関係が成立し
なくなるからである。

一方、図中ＣＢ）はノッキング時の積分器の出力を示す
、すなわち、この場合には、　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
ことになる。

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
ック時における筒内圧の振動のエネルギと、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精度の高いノッキングレベル
の検出が可能となる。

ここで、第（３）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、非ノッ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こと
がわかる。この点に着目すれば、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区
間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、非ノッ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の直接比
較が可能となり、従って非常に精度の高いノッキング検
出装置が実現できることになる。

ここで、第１物理量、すなわち非ノック時の筒内圧力振
動エネルギの検出区間について述べる。

第１２図（Ａ）は、本願人の製作にかかる４気筒エンジ
ンにおいて、機関回転数１２０ＯＲＰＭ　、　スロット
ル全開状態にて運転したときの筒内圧力波形の一例、同
図（Ｂ）はそのほぼ８ＫＨｚ以上の高周波振動成分の振
動波形の一例を示す０図中矢印■で示したのが点火のタ
イミングであり、高周波成分に大きなスパイクノイズと
なって表われている。一般によく知られているように、
この点火のエネルギは非常に強力で、これを低減化する
のは極めて困難であり、またその伝播経路についても複
雑であるので、ランダムなノイズとなりやすく、信号処
理回路を含む制御系に大きな外乱を与えることになる。

第１２図（Ｃ）はこの点火ノイズの影響で積分値がステ
ップ状に変化した状態を示したものである。

しかも、点火ノイズによる変化幅は、積分器出力信号の
最大レベルを越えるものから、まったく信号レベルに影
響を与えないものまで、ランダムに生じるので、計測に
重大な支障をきたすことになる。

さらに、同図中（Ａ）において矢印θｍで示したのが、
筒内圧力が最大となるクランク角位置である。ノッキン
グ現象は筒内圧力が最大となった後に起こり、ノッキン
グによる高周波振動が観測できる。また、図中（Ｄ）に
示す積分信号でも筒内圧が最大となるクランク角位置θ
ｍ直後からその出力レベルが急増するのが観測できる。

したがって、非ノック時の燃焼圧力振動エネルギの検出
の精度を保ち、同図（Ｅ）に示す如き信号を得るために
は１点火ノイズの影響がなく、しかもノッキングによる
高周波振動の影響を受けないようにその検出区間を選ぶ
のが好適である。

そこで、まず、その検出区間を、点火時期ないし筒内圧
ピーク時期の間の所定期間とすることが考えられる。

ここで、点火時クランク角θｉから筒内圧が最大となる
クランク角位置θ却までのクランク角度θは機関回転数
に対し強い相関があり、一般に、機関回転数が低い程ク
ランク角度θは小さくなり、その変化幅は２０度〜７０
度程度である０例えば、機関回転数８０ＯＲＰＭなどの
低回転域では、点火時クランク角位置θｉから、筒内圧
が最大となるクランク角位置θｍまでのクランク角度θ
は２０度程度であり、また、機関回転数８００ＯＲＰＭ
などの高回転域では、点火時クランク角位置θｉから、
筒内圧力が最大となるクランク角位置θｍまでのクラン
ク角度θは７０度程度にも及ぶ。

従って、上述の所定期間は、かかる変化幅を考慮する必
要が生ずる。すなわち、点火時クランク角から２０度の
範囲に検出区間を設定すれば、低回転域〜高回転域にわ
たって非ノック時の燃焼圧力振動エネルギの検出精度を
保つことができることなる。

しかしながら、回転数が大となるに従って同一のクラン
ク角変位に要する時間は小となるので、高回転域におけ
る検出区間を低回転域における検出区間に等しくするこ
とは、高回転域において検出区間を十分に確保できず、
従って検出精度の低下にもつながる。

そこで、本発明では、非ノック時の燃焼振動エネルギの
検出区間を１点火時期ないし筒内圧ピーク時期までの期
間、すなわち、回転数に対応した可変期間として、高回
転域においても検出時間が十分に確保されるようにする
。

このように回転数に対応した検出を行うにあたっては、
点火時期のクランク角θｉおよび筒内圧ピーク時期のク
ラ、ンク角θｌが認識される必要がある０点火時期クラ
ンクθｉについては、例えば、第６図につき後述するよ
うに、点火時期修正量等が演算された後に設定すること
ができる。

これに対して、筒内圧ピーク時クランク角θｍについて
は、本願人による特願昭５８−７４０４５号〜５８−７
４０４８号に開示されているように、直接束めることが
できる。あるいは、第１３図（Ａ）および（Ｂ）に示す
ように、運転条件、主に回転数と吸入空気量とが定まれ
ば１点火時期（上死点前の角度）に対し、点火時期から
筒内圧ピーク位置（上死点後の角度）までの角度がノッ
ク、非ノックを問わずほぼ一定になることから、あらか
じめこの角度を、例えばマイクロコンピュータのメモリ
に格納しておき、運転条件に応じて読み出すようにして
もよい。

なお、第１３図（Ａ）および（Ｂ）は本願人の製作に係
る４気筒、２０００ｃｃエンジンを用いて実験を行った
例であるが、この性質はほぼすべてのエンジンについて
共通である。また、第４図（Ｃ）において、実線、破線
および一点鎖線は、それぞれ、点火時期を上死点前２０
度としてノックが発生しなかった状態、点火時期を上列
前３２度としてライトノックが発生した状態および点火
時期を上死点前３４度としてミディアムノックが発生し
た状態における筒内圧ピーク位置（上死点後の角度′）
の発生頻度（％）を示したものである。

次に、このように設定されたクランク角θｌ。

０ｍに基づいて得られた非ノック時の燃焼圧力振動エネ
ルギをノッキング判定に用いる際の態様について述べる
。

本発明では、運転条件により非ノック時の燃焼圧力振動
エネルギの検出区間が異なるので、その検出区間に応じ
て積分出力に対し補正演算を行うのが好適である。これ
は、前述のように、点火クランク角位置から筒内圧力が
最大となるクランク角位置までのクランク角度は運転条
件により大きく変動し、すなわち、非ノック時の燃焼圧
力振動エネルギの検出クランク角度が運転条件により異
なってくるからである。

例えば、検出に楳′るクランク角度が４０度から５０度
に変動したとすると、非ノック時の燃焼圧力振動エネル
ギに相当する積分値Ｂも検出クランク角度が２５％増し
たのとほぼ同様に２５％増加する。従って、ノッキング
エネルギを含む燃焼圧力振動エネルギに相当する積分値
にとの比に／Ｂが、非ノッり時の燃焼圧力振動のエネル
ギに相当する積分値が２５％増加したのに伴って、２０
％減少するという量のばらつきが生ずる。

そこで、非ノック時の燃焼圧力振動エネルギの検出クラ
ンク角度が運転条件により異なるという直接ノッキング
に係わりのない要因に、よって、非ノック時の燃焼圧力
振動エネルギＢと、ノッキングエネルギを含む燃焼圧力
振動エネルギにとの比に／Ｂが変動し、比に／Ｂがノッ
キングの強さを表わす指標として扱うのが困難となるこ
とを排除するために、非ノック時の燃焼圧力振動エネル
ギに関連する積分値に対して補正を加えるようにする。

その補正の一態様としては、あるクランク角度、例えば
４０度あたりの積分値に換算する方法がある。すなわち
、第１２図（Ｅ）に示したように、非ノック時には積分
出力がほぼ直線的に増加していくことから、例えばクラ
ンク角度にして４０度に相当する出力レベルとなるよう
に、得られた非ノック時の燃焼圧力振動エネルギを補正
演算するには、４０度と検出区間との比を、得られた積
分信号の値Ｅに乗ずればよい、これを式に表わせば第（
４）式のようになる。

例えば、検出区間がクランク角度で５６度であれば補正
出力レベルは４０１５［１を値Ｅに乗じたものとなり、
検出区間がクランク角で２５度であれば、補正出力レベ
ルは４Ｇ／２５を値Ｅに乗じたものとなる。

本実施例においては、ノックの判定を次のように行う。

非ノック時の筒内圧振動エネルギに相当する［８と、ノ
ッキング振動成分を含む筒内圧振動エネルギに相当する
量゛にとの比を直接求め、種々のノックレベルにおける
この比に／Ｂの頻度分布から、ノックを判定するように
する。

第１４図はエンジンを回転数３２０ＯＲＰＭ、スロット
ル全開状態で駆動した場合の種々のノックレベルにおけ
る比に／Ｈの頻度分布を示す、ここで、実線で示す曲線
Ｉ、破線で示す曲線■、一点鎖線で示す曲線■、および
二点鎖線で示す曲線■は、それぞれ、非ノック状態、ト
レースノック状態、ライトノック状態、およびミディア
ムノック状態におけるに／Ｂ比の頻度分布である。なお
、図示の例は、そのに／Ｂ比の算出において、量日の積
分区間を上死点前４０度より上死点前３度、量にの積分
区間を、筒内圧ピーク位置から４０度としたものである
。

第１４図から明らかなように、ノックなしの場合はに／
Ｂ−Ｌ、８以上のものの存在確率は１／１００以下であ
るので、この値を越えるものがあられれた場合にはノッ
ク状態、それ以外の場合は非ノック状態と判定すること
ができる。

ざらにに／Ｂ−Ｌ、８以上の存在確率は、トレースノッ
クでに／Ｂキ７／１００　、ライトノックでに／Ｂ　−
１８／１００、ミディアムノックではに／Ｂ−２５／Ｉ
ＱＯ程度となっているので、この存在比率でノッキング
のレベルを判定することもできる。

以上を前提として、本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例として、本発明ノッキング判
定装置を点火時期制御装置に適用した場合を示す、ここ
で、１０は、例えば圧電変換形の筒内圧センサであり、
筒内圧を電気信号に変換する。

第２図はこの筒内圧センサの一例を示すものであり１本
実施例においては、図中（Ａ）に示すように、シリンダ
ヘッド１８に取りつけられている点火プラグ１８の座金
として設【する０図中（Ｂ）は筒内圧センサ１０の平面
図である。

第１図において、１１はクランク角センサであり、例え
ば、ｅ気筒エンジンにあってはクランク角の１２０度、
４気筒工、ンジンにあっては１８０度毎に基準信号Ｓ２
を発生し、さらにクランク角の２度または１度毎に位置
信号Ｓ３を発生する。

１は筒内圧センサ１０の出力を電圧信号に変換し増幅す
るアンプであり、例えば、第３図に示すような一般にチ
ャージアンプと称される回路を用いて実現することがで
きる。

２はバンドパスフィルタであり、前述のように、例えば
ノック検出に関連する６〜１７ｋＨ２の周波数帯域の信
号を通過させる。３および４は、それぞれ、非ノック時
およびノック時の振動エネルギ検出回路、５はそれら検
出回路３および４の出力信号の比を演算する演算器であ
る。７はノックレベルを判定するための比較基準値を発
生する比較基準値発生器であり、例えばマイクロコンピ
ュータのメモリに展開したテーブルとすることができる
。

６は演算器５および比較基準値発生器７の出力信号を比
較してノックの有無の判定、ノックの評価を行う比較器
、８はその比較結果に応じて点火時期の修正量を算出す
る算出器、８はその算出神果に応じて、エンジ゛ンの回
転数、負荷等により定まる基準点火時期に補正演算を施
し、点火装置１２の最終的な点火時期を制御する点火制
御装置である０点火装置１２ば点火コイルおよび前述の
点火プラグ１８を含み、制御回路８の指令に応じて火花
点火を行う。

１３は非ノック時振動エネルギ検出回路３に検出開始角
度および検出終了角度、すなわち本実施例では点火時ク
ランク角θｉおよび筒内圧ピーク時クランク角θｍを設
定する検出区間指令装置であり、この指令装置１３およ
び各部５〜９は、例えばマイクロコンピュータにより実
現することができる。

第４図は第１図示の各部３〜Ｓおよび１３の具体的な構
成の一例を示す、ここで、非ノック時振動エネルギ検出
回路３は、基準信号Ｓ２により、バントハスフィルタ２
の出力信号についての積分値のリセットおよびホールド
を行う絶対値積分器１０３と、量Ｂの検出範囲に関連し
たクランク角に対応する値をプリセットされ、基準信号
Ｓ２に応じて位置信号Ｓ３の計数を行うプリセッタブル
カウンタ１０４および１０５と、カウンタ１０４および
１０５の出力に応じて、積分器１０３の動作を制御する
フリップフロップ１０８とを有する。また、ノック時振
動エネルギ検出回路４は、各部１０３，１０４，１０５
および１０８にそれぞれ相当する積分器１０６、プリセ
ッタブルカウンタ１０７，１０８およびフリップフロッ
プ１１０を有する。なお１本発明をＢ気筒のエンジンに
適用するものとし、クランク角基準位置信号Ｓ２の発生
が圧縮上死点前７０度とする。また、点火時期のクラン
ク角θｉから筒内圧が最大となるクランク角θｍまでの
範囲で非ノック時の振動エネルギを検出するようにし、
さらに圧縮上死点後４０度の間にてノック時の振動エネ
ルギを検出するようにした場合には、プリセ２・タプル
カウンタ１０４゜１０５　、１０？および１０８には、
それぞれ、クランク角Ｏｉ、θｍ、７０度および１１０
度に対応する値がプリセットされるようにする。

２００は本発明に係るノッキング判定を実現するための
一手段としてのマイクロコンピュータであり、例えば特
開昭５７−２１２３４９号に開示された本出願人による
自動車用電子制御装置におけるコントロールユニットと
同様のものを用いることができる。第４図においてはそ
の概略構成を示した。ここで、２０１は入力信号Ｓ？、
Ｓ８のＡ／Ｄ変換、割込み信号Ｓ６のマイクロプロセッ
サ（ＭＰＵ）　２０２へノ送出、および基準点火角と後
述する修正量とから最終的な点火時期を算出し、点火装
置１２に点火指令を送出する等の処理を行うＩ１０イン
ターフェースである。さらにＩ１０インタフェース２０
１はＭＰＵ　２０２の指令に応じて、点火時期のクラン
ク角θｌに係る信号Ｓ８および筒内圧最大時のクランク
角θｍに係る情報信号ＳＩＯにより、それぞれ、カウン
タ１０４および１０５をプリセットする。

ＭＰＵ２０２は本発明に係る第６図示の処理手順を含め
、運転状態制御用の処理手順を実行する。２０３はそれ
ら処理手順や、運転条件に応じて定まる点火時期から筒
内圧ピーク位置までのクランク角度θ、比較基準値等を
格納したＲＯＭ　、　２０４はデータメモリ等として用
いるＲＡＭである。

第５図はクランク角０〜１２０度における各部の信号波
形の一例を示す、すなわち、圧縮上死点前７０度の基準
信号Ｓ２により、積分器１０３および１０Ｂがリセット
され、カウンタ１０４　、１０５　、１０？および１０
Ｂには上述の諸値がプリセットされる。而してそれらカ
ウンタはクランク角位置信号Ｓ３の計数を開始し、まず
クランク角θｉに同期してカウンタ１０４の出力信号が
反転する。これに応じてフリップフロップ１０８の信号
Ｓ４により積分器１０３のリセット状態が解除され、積
分器１０３はバンドパスフィルタ２の出力信号Ｓｔ’の
積分を開始する。筒内圧が最大となったときのクランク
角θｍにおいては、カウンタ１０５の出力が反転するの
で積分器１０３はその時点での積分値をホールドする。

同様に、カウンタ１０７の出力が反転するので、これに
応じてフリップフロップ１１０の信号Ｓ５により積分器
１０Ｂのリセット状態が解除され、積分器１０６は信号
Ｓ１　　の積分を開始する。さらに、クランク角１１０
度にて、カウンタ１０Ｂの出力が反転するので、積分器
１０８はその時点での積分値をホールドする。

このように、第４図示の回路により、点火時期から筒内
圧ピーク時までの積分値、すなわち非ノック時の振動エ
ネルギに関連する信号値と、上死点から上死点後４０度
までの積分値、すなわち、ノック時の振動エネルギに関
連する信号値とを得ることができる。

なお、クランク角１１０度におけるカウンタ１０８の出
力Ｓ８を、マイクロコンピュータ２００に対する割込信
号として用い、これに応じてマイクロコンピユー、夕２
００が後述するＡ／Ｄ変換開始のスケジューリングを行
う。

第６図（Ａ）およびＣＢ）は本発明に係るノッキング判
定処理手順の一例を示す０本発明に上述の特開昭５７−
２１２３４９号に開示された装置を適用する場合にあっ
ては、信号Ｓ６を外部割込みパルスとして、積分信号Ｓ
？、Ｓ８のＡ／Ｄ変換が行われるようにする。

図において、ＳＬは、例えば、ＲＯＭ２０３に設けた比
較基準値テーブルから読出された比較基準値、Ｂおよび
Ｋは、それぞれ、積分信号Ｓ７をＡ／１１変換した量を
補正した量および積分信号Ｓ８を変換した量、ＫＦＬＧ
はノッキングの有無を判定するために用いるフラグ、Ｂ
ＣＮＴおよびＫＣＮＴは、それぞれ、フラグＫＦＬＧが
リセットおよびセットされてから何回点火が行われたか
を示す値、ＡＤＶＦＢＫは点火角度の基臨僅に対する修
正量を示し、この修正量ＡＤＶＦＢＫを歩進したときに
点火時期を進角させるものとす−る。これらは、処理の
過程でそれぞれＲＡＭ　２０４の所定アドレスに割付け
たデータエリアに格納されるようにすることができる。

まず、ステップＳＴＰ　１において、ＭＰＵ　２０２は
、信号Ｓ８に応じ、　Ｉ１０インタフェース２０１に積
分信号Ｓ７のＡ／Ｄ変換を指令し、次いでステップ５Ｔ
Ｐ２にてその時点でのエンジン回転数に対応した比較基
準値ＳＬをＲＯＭ２０３内のテーブルから読出す。なお
、ここで、Ｋ／Ｂ比の評価を、固定した比較基準値、す
なわち１例えば比較基準値５Ｌ＝１．８に対して行うこ
ともできることは勿論である。

しかしながら、第７図に示すように、特に高回転域にお
いては、エンジン自体の機械的振動音の影響で、人間の
官能評価が低下し、ノックの許容ゾーンが広くなるので
、本例ではエンジン回転数に応じて比較基準値を変化さ
せることにより、効率の高い運転が実現できるようにす
る。なお、第７図において、実線、破線、一点鎖線およ
び二点鎖線は、それぞれ、非ノック、トレースノック。

ライトノックおよびミディアムノックの状態を示す。

再び第６図を参照するに、ステップ５ＴＰ３においてＡ
／Ｄ弯換の終了を待機し、終了した場合にはステップ５
ＴＰ４にて変換結果に、例えば、第（４）式に基づく補
正を施した後、すなわち４０を　（θｍ−θｉ）で除し
た値に変換結果を乗じた後、その補正値を非ノック時の
振動エネルギに関連した量Ｂとして格納する０次いでス
テップ５ＴＰ５にて積分信号Ｓ８についてのＡ／Ｄ変換
を指令し、ステップ５ＴＰ６にてその終了を待機し、終
了後にはステップ５ＴＰ７にて変換結果をノック時の振
動エネルギに関連した量にとして格納する。

而して量ＢおよびＫにつき、ステップ５ＴＰ８にて比に
／Ｈの値を求め、さらにステップ５ＴＰ９にて値に／Ｂ
と値ＳＬとの比較を行う、すなわち、Ｋ／Ｂ　＞ＳＬで
あればノック状態、Ｋ／Ｂ≦ＳＬであれば非ノック状態
であると判定することができる。

このように得られた判定結果に基づき点火時期制御を以
下のように行うことができる。

Ｋ／Ｂ　＞Ｓｌ、のとき、すなわち、ノッキングが検出
された場合には、ステップ５ＴＰＩＯに進み、フラグＫ
ＦＬＧが°°１″であるか否かを判定する。ここで、否
定判定、すなわちノッキングが最初に検出された場合に
はステップ５ＴＰ１３に進み、フラグＫＦＬＧをセット
する。一方、肯定判定がなされた場合には、ステップ５
ＴＰ１１にて、例えば、過去の点火回数１４回以内、す
なわち１４サイクル以内にに／Ｂ　＞ＳＬなる場合が観
測されたか否かを判定する。肯定判定の場合にはステッ
プ５ＴＰ１２にて修正量ＡＤＶＦＢＫを１度減じ、点火
時期が１度遅角されるようにする。ステップ５ＴＰＩＩ
にて否定判定された場合、ステップ５ＴＰ１２の処理終
了後またはステップ５ＴＰ１３の終了後にはステップ５
ＴＰ１４に進み、　ＫＣＮＴの値をクリアしてステップ
５ＴＰ４０に進む。

Ｋ／Ｂ≦ＳＬの場合、すなわち、ノッキングが検出され
なかった場合には、ステップ５ＴＰ２０に進み、フラグ
ＫＦＬＧが°１゛°であるか否かを判定する。ここで、
肯定判定であればステップ５ＴＰ２１〜５ＴＰ２５から
成る一連の処理を行う、この処理はに／Ｂ　＞ＳＬが観
測された後２８サイクル以上に／Ｂ≦ＳＬの状態が続い
た場合には非ノックと判定するものである。

すなわち、ステップ５ＴＰ２１にてＫＣＮＴを歩進じた
後、ステップ５ＴＰ２２にてＫＧＮＴの値が２８を越え
たか否かを判定する。ここで、肯定判定であればステッ
プ５ＴＰ２３〜５ＴＰ２５にて、フラグＫＦＬＧのリセ
ット、値ＫＣＮＴおよびＢＣＮＴのクリアを行い、ステ
ップ５ＴＰ４０に進む、ステップ５ＴＰ２２にて否定判
定がなされた場合には直ちにステップ５ＴＰ４０に進む
、なお、値ＫＣＮＴが１４以上２８未満である場合にノ
ッキングが発生した場合には、次の割込み処理中ステッ
プＳＴＰ　ｌ　１にて否定判定がなされ、ＫＣＮＴの値
がクリアされるので、新たに点火時期の遅角制御が行わ
れることになる。

ステップ５ＴＰ２０にて否定判定がなされた場合には、
ステップＳＴρ３０〜５ＴＰ３３から成る一連の処理を
行う、この処理はフラグＫＦＬＧがリセットされてから
に／Ｂ≦ＳＬの状態が２８サイクル以上続いた場合に修
正量ＡＤＶＦＢＫを＋１歩進して点火時期を一度進角さ
せるものである。すなわち、ステップ５ＴＰ３０にて値
ＢＣＮＴを歩進し、ステップ５ＴＰ３１にて値ＢＣＮＴ
が２８を越えたか否かを判定する。ここで肯定判定であ
れば点火時期を１度進角させ、さらにステップ５ＴＰ３
３にてＢＮＣＴのクリアを行いステップ５ＴＰ４０に進
み、否定判定であれば直ちにステップ５ＴＰ４０に進む
。

ステップ５ＴＰ４０においては、運転条件に応じて割つ
けた点火時期から筒内圧ピーク位置までのクランク角度
のテーブルデータを、そのときの運転条件をパラメータ
としてＲＯＭ２０３から読み出す０次いでステップ５Ｔ
Ｐ４１にて、この結果と修正量ＡＤＶＦＢＫに基づいて
定まる点火時期の値θｉとを加算して、筒内圧ピーク位
置に相当するクランク角θｍを求め、それら値θ１．θ
ｍが信号ＳＳ、ＳＩＯによりカウンタ１０５および１０
６にプリセットされるようになし、１回の割込み処理を
終了する。

このように得られた修正量Ａ［１ＶＦＢＫをＩ／’０イ
ンタフェース回路２０１に送出することにより１点火装
置１２の最適な点火制御を行うことができることになる
。

なお、ステップＳＴＰ　１１において、Ｋ／Ｂ　＞ＳＬ
なる場合が１４サイクル以内に観測されたときにノッキ
ングと判定するようにしたのは、トレースノック時には
実験結果の一例によれば略？／１００の割合で基準値を
こえるに／Ｂ値がｌｄｌ測されるので、確率的に１００
／７χ１４回に１回の割合でこの条件がおこることにな
るということに基づくものである。そこで、この値を例
えばライトノックの場合は１００／１Ｂ＝６、ミディア
ムノックの場合は１００／２５＝４とすることにより、
エンジンを所望のノックレベルに制御することができる
ことになる。このことは、水出願人による実験に′よっ
て確認されている。すなわち、このように、ノック発生
の割合または周期を適切に定めることにより、精度良く
ノッキンダレベルの制御を行うことができる。

よく知られているように、エンジンをノッキング限界で
運転することは燃焼効率の上からＩＰ常に好ましい、し
たがって、本発明のようにノッキングレベルをきわめて
高い精度で判定できるようにんなる結果ノッキング限界
ぎりぎりでの高効率運転に反映させることができる点火
時期の制御が可能となるのである。

もちろん本発明は、点火時期の制御に用いられるだけで
なく、ノッキングに影響を与え得るその他のエンジンの
運転パラメータ、例えば空燃比のの制御などにも適用す
ることができる。

なお、上記実施例中ステップＳＴＰ　１２および５ＴＰ
３２の処理に関して、修正量ＡＤＶＦＢＫの値に制限を
設け、それぞれ点火時期が所定値以上進角および遅角し
ないようにすることも容易である。

また、本発明を特開昭５７−２１２３４１号の発明に適
用する場合には、その角度一致割込みによるプログラム
５２００内で修正量ＡＤＶＦＢＫがｒ１０インタフェー
ス回路２０１に書き込まれるようにすればよい。

さらに、この点火角修正量ＡＤＶＦＢＫが算出されるの
は、クランク角基準信号の１０度前であり、また点火時
期がＩ１０インタフェース回路２０１にセットされるの
は基準信号入力時であるので、点火の毎に最新の修正量
が制御出力に反映されることになる。

なお、非ノック時の燃焼振動エネルギに関連する物理量
Ｂの補正演算は、上述のようにソフトウェア＋行うもの
のみならず、ハードウェアにて行うこともできる。

第８図はそのような補正手段の他の実施例であり、ここ
では、第４図における積分器１０３とＩ１０インターフ
ェース２０１との間に補正回路１４を介挿する。ここで
、１４０および１４１は、例えば、それぞれ、ゲイン１
／１６倍の反転増幅器、および２５８／２５５α１ない
し２５６までゲインを２５５段階に切換え可能な反転増
・幅器である０反転増幅器１４１としては、例えば、Ｏ
Ｐアンプやアナログデバイス社のＡＤ７５２０．７５２
１を用いて構成することができる。

反転増幅器１４１のゲインの切換えは、スイッチＢＩＴ
Ｏ〜ＢＩＴ？によって行う、それぞれのスイッチが図に
おいて左側にあるときを１、右側にあるときを０として
その値をスイッチＢＩＴＯ〜ＢＩＴ７に対応させてＡＯ
〜Ａ７とすると、ゲインは次式（５）によって定まる。

すなわち、スイッチＢＩＴＯのみが１であるとき、ゲイ
ンは２５６、すべてのスイッチが１であるときゲインは
約１となる。

従って、反転増幅器１４０および１４１の組合せならび
にスイッチＢＩＴＯ〜ＢＩＴ？を適切に切換えることに
より、１７１Ｂないし１６倍まで、２５５段階にゲイン
の切換えが可能となる。

ここで、スイッチＢＩＴＯ〜ＢＩＴ７の切換えは、ＣＰ
υ２０２の指令に応じて、Ｉ１０インターフェース２０
１から８ビツトの信号Ｓｌｌを介して行うようにするこ
とができる。これは、クランク角θｉ。

０ｍの値をカウンタ１０４，１０５にプリセットすると
き、例えば、第６図（Ｂ）のステップＳ４１の処理終了
後に行えばよい、この処理に際しては、まず、４０を検
出に係るクランク角度θで除し、次に１６をこの除算値
４０／θで除すことにより、スイッチＢＩＴＯ〜ＢＩＴ
７を切換える信号Ｓｌｌに適合させることができる。す
なわち、例えば、４０／θ＝１であれば、１８／　１−
１１３であるので、信号Ｓｌｌとして、スイッチＢＩＴ
４のみを１とする信号”　０００１００００”を出力す
れ、ばよい。

このような補正回路１４により、信号Ｓ７が補正され、
マイクロコンピュータ２００は補正された信号Ｓ？’　
を用いて直接ノッキング判定を行うことができる。

また、実施例では、マイクロコンピュータを用いたエン
ジン制御装置、特に点火時期制御装置に本発明を適用し
た場合を示したが、ノッキング判定装置単体として用い
ることができることは勿論である。

［効果］ 以上説明してきたように、本発明の第１の形態によれば
、内燃機関の燃焼圧力振動を検出する手段と、この燃焼
圧力振動を非ノック時の燃焼振動エネルギに関連する第
１物理量に変換する第１手段と、前記燃焼圧力振動をノ
ッキングエネルギを含む燃焼振動エネルギに関連する第
２物理量に変換する第２手段と、上記第１及び第２の信
号の比を求める手段を有し、この比をエンジンの運転条
件に応じ定められた所定値と比較することによりノッキ
ングを判定する判定手段と、第１手段の計測区間を変更
できる計測区間設定手段とを具え、その計測区間設定手
段により、点火時期を含まず、かつノッキングによる高
周波振動が発生する時期を含まないクランク角度範囲に
計測区間を設定することにより１点火ノイズの影響、ノ
ッキングによる高周波振動の影響を受けずに精密な非ノ
ック時の筒内圧力振動エネルギの計測を容易に行うこと
が可能になる。

また、本発明の第２の形態によれば、第１物理量をその
計測区間に応じて補正する手段を設けたので、運転条件
によらず、より精密な非ノック時の筒内圧力振動エネル
ギの計測を行うことができる。

従って、本発明によれば、人間の官能評価に忠実でかつ
非常に再現性および精度ともに良いノッキングの検出を
行うことができる。また、本発明を内燃機関のノッキン
グ制御装置に適用すれば、内燃機関の燃焼効率の向上、
特にトルク特性の改善により、燃費および運転性能の向
上が達成できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ノッキング判定装置の一実施例を示すブ
ロック図、 第２図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、ノッキングセ
ンサの一構成例を示す正面図および平面図、 第３図はそのセンサ出力を電圧信号に変換し、増幅する
チャージアンプの構成の一例を示す回路図、 第４図は本発明の主要部の一構成例を示すブロック図、 第５図はその各部の信号状態を示すタイミングチャート
、 第６図は本発明に係るノッキング判定および点火時期修
正量決定の手順の一例を示すフローチャート、 第７図は各種ノック状態に対応したエンジン回転数とパ
ワーレベルとの関係を示す線図。 第８図は第１物理量の補正回路の一構成例を示す回路図
、 第９図はノック時および非ノック時におけるエンジンの
燃焼圧力振動のパワースペクトルの一例を示す線図、 第１０図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、非ノック時
およびノック時における所定帯域の筒内圧振動の例を示
す信号波形図、 第１１図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、第１０図（
Ａ）８よび（Ｂ）に示す信号の積分信号を示す波形図、 第１２図（Ａ’）および（ｉ３）は、それぞれ、筒内圧
力波形の一例、およびその高周波振動成分の振動波形の
一例を示す線図、同図（Ｃ）〜（Ｅ）はその積分信号を
示す線図、 第１３図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、点火時期を
変化させたときにおいて１点火時期から筒内圧ピーク位
置までのクランク角度の変化、および種々のノックレベ
ルにおける筒内圧ピーク位置の頻度を示す線図、 第１４図はノック時および非ノック時の筒内圧振動エネ
ルギに関連した物理量の比の発生頻度の一例を示す線図
である。 １・・・チャージアンプ、 ２・・・バンドパスフィルタ、 ３・・・非ノック時振動エネルギ検出回路、４・・・ノ
ック時振動エネルギ検出回路、５・・・演算器、 ６・・・比較器、 ７・・・比較基−゛個発生器、 ８・・・修正量算出器、 ９・・・点火時期制御装置、 １０・・・筒内圧センサ、 １１・・・クランク角センサ、 １２・・・点火装置、 １３・・・検出区間指令装置、 １４・・・補正回路、 １０３．１０６・・・積分器、 １０４．１０５，１０７，１０８・・・プリセッタブル
カウンタ、 １０９．１１０・・・フリップフロップ、２００・・・
マイクロコンピュータ、 ２０１・・弓１０インタフェース、 ２０２・・・ＭＰＵ、 ２０°−ＲＯＭ・　　　　　　　　　　　　　（Ａ）２
０４・・・ＲＡＭ　。 ＣＢ　） エ〉ジン田転牧（ｒｐｍ） 第１Ｏ図 （Ａ） 第１１図 ！ ＴＤＣ−４０°　　　　　　　ＴＤＣ＋４０’第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内燃機関の燃焼圧力振動を検出する検出手段と、 前記内燃機関の点火時期から圧力が最大となる時点まで
   の間に第１期間を設定する設定手段と、 当該設定された第１期間において前記検出された燃焼圧
   力振動から非ノック時の燃焼振動エネルギに関連した第
   １物理量を得る第１手段と、 前記圧縮上死点後の期間を含む第２期間において前記検
   出された燃焼圧力振動からノック時の燃焼振動エネルギ
   に関連した第２物理量を得る第２手段と、 前記第１物理量と前記第２物理量との比から前記内燃機
   関のノッキングの有無を判定する判定手段とを具えたこ
   とを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。 ２）内燃機関の燃焼圧力振動を検出する検出手段と、 前記内燃機関の点火時期から圧力が最大となる時点まで
   の間に第１期間を設定する設定手段と、 当該設定された第１期間において前記検出された燃焼圧
   力振動から非ノック時の燃焼振動エネルギに関連した第
   １物理量を得る第１手段と、 当該得られた第１物理量を所定の期間における非ノック
   時の燃焼振動エネルギに関連する物理量に補正する補正
   手段と、 前記圧縮上死点後の期間を含む第２期間において前記検
   出された燃焼圧力振動からノック時の燃焼振動エネルギ
   に関連した第２物理量を得る第２手段と、 前記補正された第１物理量と前記第２物理量との比から
   前記内燃機関のノッキングの有無を判定する判定手段と
   を具えたことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装
   置。