JPS6262225A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンのノッキングを検出する方法に関す
る。

〔従来の技術〕

エンジンの燃費、出力等の性能は点火時期の影響を強く
受ける。これら燃費、出力等の性能が最良となるように
点火時期を制御するとノッキングを発生することがある
。強いノッキングは不快な打音を生じると共にエンジン
に損傷を与える虞れがあり好ましくない。通常の点火時
期においては、点火時期が早くなる程ノッキングが強く
なることはよく知られており、ノッキングを発生直前の
状態若しくは極く軽微な状態に抑制するように点火時期
を補正制御することが望ましい。そこで、エンジンのシ
リンダブロック等に機械的振動を検出する振動検出器を
取付けで７ツキングを検出し、点火時期を補正制御する
ノッキング制御が用いられる。

振動検出器では、ノッキングによる振動ばかりではなく
、ノッキングに無関係な機関の正常な運転に伴う振動も
検出される。それ故、正常な運転に伴う振動とノッキン
グによる振動とを判別する方法が必要になる。その一つ
が、特定の周波数帯域における振動の強度の差違に着目
したものであり、振動検出器の出力信号からバンドパス
フィルタにより特定の周波数帯域だけ取出した振動信号
の振幅と所定の判定レベルとの大小を比較し、ノッキン
グを判別する方法である。さらに判別を正確にするため
、上記判定レベルをノッキングに無関係な振動の強度に
追従して緩やかに変化させ、振動検出器や機関の製造上
のばらつき及び経時変化に伴う振動検出器からの振動信
号の変動に対応することができる方法が提案されている
（特開昭５６−１５１２７２）。

しかし、上記の方法においても、バルブダウンまたはピ
ストンスラップ等が原因で生ずる機械振動が問題になる
。これらに起因する振動波形は機関の回転数あるいは機
関の機種によってはノッキングによる振動波形と近接し
た波形となる。そのため、バルブダウン等による急激に
増大する振動信号が緩やかに変化する前記判定レベルを
超えでしまい、ノッキングによる振動であると誤判定し
てしまうことがあるという問題点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、バルブダウン等による振動とノッキングによる振
動とを峻別し、誤検出なく確実に７ツキングを検出する
ことができるノッキング検出方法を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ノッキング制御を必要とする高負荷時におい
てはノッキングによる振動とバルブダウン等による振動
とが混在することがあるが、軽負荷においではノッキン
グは発生せず、一方、バルブダウン等による振動は高負
荷時と同じ程度の強度で発生している点に着目したもの
である。

そこで本発明では、機械的振動を電気信号の振幅変動に
変換する振動検出器を内燃機関の本体に装着し、この振
動検出器からの振動信号の振幅を平均化した値に基いて
比較基準値を算出し、その比較基準値と前記振動検出器
からの振動信号の振幅値との大小を比較することにより
、ノッキングの発生の有無を判定するノッキング検出方
法において、軽負荷時に、前記振動検出器からの振動信
号を測定し振幅値に応じた学習値を記憶しておき、ノッ
キング判定時に、記憶されている前記学習値に基いて算
出された限界比較基準値と前記比較基準値とのいずれか
大きい方の値と、前記振動検出器からの振動信号の振幅
値との大小を比較することにより、ノッキングの発生の
有無を判定することを特徴とする内燃機関のノッキング
検出方法が提供される。

〔作用〕

上記の構成によれば、軽負荷時においてバルブダウン等
に起因するノッキングに無関係な振動信号を測定して学
習しでおき、その学習値に基いて算出された限界比較基
準値をノッキングの有無を判定する判定レベルの下限値
とすることにより、判定レベルを当該機関のノッキング
に無関係な振動信号のレベルより僅かに大きな値とする
ことができ、誤検出なく確実に７ツキングを判別するこ
とができる。さらに、前記学習値を機関の運転状態や気
筒毎に記憶しておき、機関の運転状態等に応じた限界比
較基準値を算出することにより、より厳格にノッキング
による振動と正常な運転に伴う振動とを峻別することが
できる。

〔実施例〕 本発明の実施例について図面に従って具体的に説明する
。

第１図は全体構成図であり、１はエンジン本体、２は電
子制御装置である。吸気マニホールド３の各気筒吸気ボ
ートの近くに電磁作動式の燃料噴射弁４が配設されてい
る。各燃料噴射弁４には図示しない燃料ポンプから一定
圧に調整された燃料が圧送され、燃料噴射弁４を作動さ
せ開弁する時間によって噴射量が制御されるようになっ
ている。

各気筒に設けられた点火プラグに配電するディストリビ
ュータ５は周知の如くクランク軸の２回転に１回転せら
れるもので、内部にはエンジンの回転を検出して一定ク
ランク角毎に出力信号を発生する回転角センサ７及びク
ランク軸の特定位置を検出する基準角センサ６を備えて
いる。ディストリビュータ５に接続される点火コイル８
は、点火コイル８への通電遮断を行うイグナイタ９と一
体に構成されでいる。エンジンの運転状態を検出するた
め、エアクリーナ１０から吸気マニホールド３に連通す
る吸気通路に吸入空気量を検出するエア７０−メータ１
２、吸気温度を検出する吸気気温センサー１３、それに
スロットル弁１１の開度を検出するスロットル弁開度セ
ンサ１４が設けられ、エンジン本体１には冷却水温セン
サ１５が、排気通路には排気〃スの酸素濃度を検出する
０２センサ１６が設けられている。

また、圧電形の振動検出器であるノックセンサ１７がエ
ンジンブロックに取付ちれ、エンジンの振動波形を検出
する。ノックセンサは圧電形の他、動電形、ピエゾ抵抗
形、ひずみゲージ形等何を用いてもよいことは勿論であ
る。

第２図は電子制御装置２と各機器との接続を示すブロッ
ク図である。

基準角センサ６及び回転角センサ７は電磁ピックアップ
式の検出器であり、それぞれの出力信号は波形整形回路
２１．２２によりパルス状に整形され、それぞれ基準角
信号Ｇ及び回転角信号Ｎｅとしてマイクロコンピュータ
２３に入力される。

また、運転状態を検出する各センサ１２〜１６からの信
号がマイクロコンピュータ２３のデジタル人力又はアナ
ログ入力端子に入力される。

ノックセンサ１７の出力信号は振幅検出回路２４に入力
される。振幅検出回路２４は、ノックセンサ１７の出力
信号からのノッキング固有の周波数成分（たとえば８Ｋ
）（Ｚ）のみを取出すバンドパスフィルタ２５、その出
力を増幅する増幅器２６、増幅器２６の出力である振動
信号２６ａのピーク値を例えばコンデンサ等により保持
し、マイクロコンピュータ２３からの気筒切換信号Ｒに
よりリセットされるピークホールド回路２７を備える。

そして、ピークホールド回路２７は、各気筒の爆発行程
毎に振動信号２６ａのピーク値を保持し、振幅検出回路
２４の出力電圧信号としてマイクロコンピュータ２３に
伝える。

マイクロコンピュータ２３は基準角センサ６及び回転角
センサ７からの回転角情報と、各種運転状態センサ１２
〜１６からの運転状態情報と、ノックセンサ１７からの
ノッキング情報とに基いて燃費及び出力等の性能が最良
となる最適な点火時期及び点火コイルへの通電時間を算
出し、点火信号を出力する。そして、出力パラ７７２８
を介してイグナイタ９を駆動し点火コイル８に通電し、
演算された点火時期に通電を遮断することにより通電遮
断時に発生する高電圧をディストリビュータ５を経由し
て所定の気筒の点火プラグ３０に導か、各気筒に順次点
火する。また、マイクロコンピュータ２３は算出された
燃料噴射量に対応したパルス幅でもって所定のクランク
角位置に噴射弁駆動回路２９を作動し、各気筒毎に燃料
噴射弁４を開弁じて燃料を噴射する。

第３図はマイクロコンピュータ２３の内部構成を示すブ
ロック図である。８ビツト構成の中央処理ユニット（Ｃ
ＰＵ）４１にはＣＰＵバス４２を介して、制御プログラ
ム及び演算に必要な定数を記憶しておく読出し専用メモ
リ（ＲＯＭ）４３、演算データを一時記憶する一時記憶
メモリ（ＲＡＭ）４４、ＣＰＵ４１に割込制御を行なわ
せるための割込制御部４５、ＣＰＵ動作の基本周期とな
るクロック周期毎に１つづつカウント値が上るように構
成された１６ビツトのタイマ４６、マルチプレフサ４７
で選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ
−Ｄ変換器４８、デジタル信号のための入力ボート４９
．そしてデジタル信号を出力するための出力ボート５０
が接続されている。

アナログ信号が入力されるマルチプレクサ４７には、エ
ア７０メータ１２、吸気温センサ１３、冷却水温センサ
１５、及びピークホールド回路２７からの信号が入力さ
れる。入力ポート４９には、スロットル弁開度センサ１
４からの２ビツトの接点信号、及び０２センサ１６から
のりγチリーン信号が入力される。出カポ−）５０から
は、イグナイタ９への点火信号、燃料噴射弁４への噴射
信号の他に、ピークホールド回路２７への気筒切換信号
、及びマルチプレクサ４７への制御信号が出力される。

割込制御部４５には基準角センサ６及び回転角センサ７
からの基準角信号及び回転角信号が入力される。タイマ
４６と割込制御部４５によってエンジン回転数、及びク
ランク角度位置が次のようにして検出される。すなわち
基準角センサ６からの基準角信号により割込が発生する
ごとにＣＰＵ４１はタイマ４６のカウント値を読み出す
。タイマ４６のカウント値はクロ？り周期（たとえば１
μＳ）毎に上っていくため、今回の割込時のカウント値
と先回の割込時のカウント値との差を計算することによ
り、基準角信号の時間間隔すなわちエンジン１回軟に要
する時間が計測できる。こうしてエンジン回転数が求め
られる。また、クランク角度位置は、回転角センサ７か
らの回転角信号が一定りフンク角度（たとえば３０°Ｃ
Ａ）毎に出力されるので基準角センサ６からの基準角信
号（たとえば上死点位置）を基準にしてそのとかのクラ
ンク角度を３０°ＣＡ単位で知ることができる。この３
０°ＣＡ毎の回転角信号は点火信号発生の基準点と、ピ
ークホールド回路２７の気筒切換信号に使用される。

以上の構成に基いて本発明に係るノッキング検出方法に
ついて説明する。

第４図はマイクシコンピユータ２３での実際の処理を示
すフローチャート、第５図は作動概念を説明する波形図
である。

内燃機関が起動し点火時期演算の割込が行なわれると、
ステップ１００より割込み処理がスタートされる。ステ
ップ１０１で回転数Ｎ及び負荷Ｑ／Ｎ（＝吸入空気量Ｑ
／回転数Ｎ）が算出される。

ステップ１０２では、ステップ１０１で算出された回転
数Ｎ、負荷Ｑ／Ｎをもとに予かじめ記憶されている基本
点火時期のマツプを検索補間し、基本直火時期θＢが算
出される。ステップ１０３では、機関の状態がノックコ
ントロールを行なう領域、即ち高負荷時であるが否かの
判定を行ない、ＹＥＳと判定された場合はステップ１０
８へ移行する。Ｎｏと判定された場合、即ち軽負荷時に
はステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４以下では、軽負荷時における振動信号２
６ａの学習が行なわれる。

ステップ１０４では、ノックセンサ１７からの振動信号
２８ａの気筒別のピーク値を読み込み、ステップ１０５
にてそのピーク値に応じた学習値を記憶更新する。学習
値が記憶されるメモリ領域は、気筒別及び一定回転数ご
とに分割されたデー夕格納エリアを有し、２次元の学習
値マツプを構成しでいる。たとえば今回の読み込み時に
おいで、回転数がＮ　ｒｐｉａ、ピーク値がＶｐであっ
たとすると、このピーク値Ｖｐを回転数Ｎ　ｒｐｍをは
さむ学習値マツプ上の２つの回転数ポイントにそれぞれ
の鉗離に逆比例した重みづけで分配し、更新用データと
する。ただし、先に書き込まれでいる学習値が今回の更
新用データより大軽い場合は更新しない。

以上で、軽負荷時における振動信号２６ａの学習を終る
。次にステップ１０６にて、点火時期を所定のレジスタ
にセットし点火信号を出力する準備をしてステップ１０
７から図示しないメインルーチンへ戻る。

また、ステップ１０３にてノックコントロール領域と判
定された場合は、ステップ１０８以下のノッキング判定
処理及び点火時期の７ツキング制御処理が行なわれる。

まず、ステップ１０８でノックセンサ１７からの振動信
号２６ａの気筒別のピークホールド値■ｐ′　　が読み
込まれる。ステップ１０９ではこのピークホールド値ｖ
ｐ′を過去のエンジン数回転の間のデータと平均化を行
ないベースレベルを算出する。次にステップ１１０で、
ベースレベルを定数倍することにより、比較基準値とな
るノック判定レベルＶ　ｒｅｆを算出する。ステップ１
１１においては、軽負荷時に学習し記憶した２次元の学
習値マツプを検出し、現在の気筒及び回転数に適用する
限界比較基準値となる判定レベルの最下限値Ｖ　ｗｉｎ
を補間演算にて求める。

また、求めた値にある一定値を加える、ないしはある定
数を掛は合わせる等の補正をしたものを判定レベルの最
下限値Ｖ鵡ｉｎとしてもよい。次のステップ１１２にお
いて、ステップ１１０にて求めた判定レベルＶ　ｒｅｆ
とステップ１１１にて求めた判定レベルの最下限値７輪
ｉｎを比較し、もし判定レベルＶ　ｒｅｆの方が低けれ
ば、ステップ１１３にで、判定レベルの最下限値Ｖａｉ
ｎを最終の判定レベルＶ　ｒｅｆとする。

ステップ１１４では、このようにして求められた判定レ
ベルＶ　ｒｅｆによりノッキング発生の有無の判定を行
なう。すなわち今回のピーク値Ｖｐ″が、判定レベルＶ
　ｒｅｆより大きければノック有りと判定してステップ
１１５にて遅角補正量の計算を行ない、ピーク値Ｖｐ″
　が判定レベルＶ　ｒｅｆ以下であればノック無しと判
定してステップ１１６にて進角補正量の計算を行なう。

そして、ステップ１１７にて、これら遅角補正量又は進
角補正量に基終、ステップ１０２で算出された基本点火
時期θβを補正し、最終点火時期を算出する。次にステ
ップ１１８で最終点火時期を所定のレジスタにセットし
た後、ステップ１１９からメインルーチンに復帰する。

以上述べた処理により、第５図に示すように、ノッキン
グが発生しない軽負荷時に、バルブダウン等に起因する
ノッキングに無関係なノイズ波形２０１とみなされる振
動信号２６ａを測定し、２次元マツプに気筒別及び回１
数別の学習値を記憶しておき、そして、ノッキング制御
を必要とする高負荷時に、その学習値に基いた判定レベ
ルＶｒｅｆの下限値■輸ｉｎを設けることにより、ノッ
キングによる振動波形２０２と、ノッキングによる振動
波形２０２によく近接１．た形状を示すバルブダウン等
によるノイズ波形２０３とを峻別１、誤判定することな
く確実にノッキングを検出することができ、ノッキング
の発生の有無に応じて点火時期を確実に補正制御するこ
とができる。

〔発明の効果〕

１：１上説明したように、本発明は軽負荷時に振動信号
を学習する過程を有するから、バルブダウン等による振
動とノッキングによる振動とを峻別し、誤検出な（確実
にノッキングの発生の有無を検出することがで鰺、ノッ
キング制御の信頼性を向上させることがで終るという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明を適用
する装置の全体構成図、第２図はブロック図、第３図は
詳細構成を示すブロック図、第４図はマイクロコンピュ
ータでの処理を示す７０−チャート、第５図は作動概念
を説明する波形図である。 １・・・エンノン本体、２・・・電子制御装置、５・・
・ディストリビュータ、６・・・基準角センサ、７・・
・回転角センサ、８・・・点火コイル、１７・・・ノッ
クセンサ、２３・・・マイクロコンピュータ、２４・・
・振幅検出回路、２７・・・ピークホールド回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　機械的振動を電気信号の振幅変動に変換する振動検
   出器を内燃機関の本体に装着し、この振動検出器からの
   振動信号の振幅を平均化した値に基いて比較基準値を算
   出し、その比較基準値と前記振動検出器からの振動信号
   の振幅値との大小を比較することにより、ノッキングの
   発生の有無を判定するノッキング検出方法において、 軽負荷時に、前記振動検出器からの振動信号を測定し振
   幅値に応じた学習値を記憶しておき、ノッキング判定時
   に、記憶されている前記学習値に基いて算出された限界
   比較基準値と前記比較基準値とのいずれか大きい方の値
   と、前記振動検出器からの振動信号の振幅値との大小を
   比較することにより、ノッキングの発生の有無を判定す
   ることを特徴とする内燃機関のノッキング検出方法。 ２　前記学習値が、機関の一定回転数毎に記憶されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の
   ノッキング検出方法。 ３　前記学習値が、機関の気筒毎に記憶されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の内燃機
   関のノッキング検出方法。