JPH01242926A - 内燃機関のノッキング検出装置 - 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］ 本発明は内燃機関のノッキング検出装置に関し、特にノ
ックセンサの異常検出機能を有するノッキング検出装置
に関する。

［従来の技術］ 従来より内燃機関のノ・ンキング検出装置の一つとして
、ノックセンサに異常が発生して内燃機関のノッキング
を検出できなくなった場合に、点火時期制御装置が内燃
機関にノッキングが発生していないものとして点火時期
を進角制御するのを防止するため、ノックセンサの異常
を自己判断できるように構成されたものがある。ノック
センサの異常判断は、ノックセンサからの出力信号レベ
ルに基づき行なわれる。つまりノ・ンクセンサに異常が
発生すると、ノックセンサの内燃機関の振動に対する検
出感度が低下し、その出力信号レベルが通常より小さく
なるので、ノックセンサの異常判断は、ノックセンサか
らの出力信号レベルが通常より小さいか否かによって行
なわれるのである。

ところでノックセンサは内燃機関の振動に応じて正負に
変化する交流信号を発生するものであるため、実際にノ
ックセンサの異常判断を行なう場合には、ノックセンサ
からの交流信号を処理してその振幅レベルに対応したセ
ンサ異常検出用の電圧信号を生成する必要がある。しか
しこのようにノックセンサの異常検出用の電圧信号を生
成するには、異常検出用信号生成用の特別な信号処理回
路が必要となり、コストがかかる。

そこで従来から、例えは特開昭５６−３８５６３号公報
に記載の如く、内燃機関にノッキングが発生しているか
否かを判定するためにノックセンサからの出力信号に基
づき生成されるノック判定電圧（ノイズ信号レベル）が
所定値以下となったときノックセンサの異常を検出する
とか、特開昭５８−２０６８７７号公報に記載の如く、
内燃機関の２つの運転条件下で生成されるノック判定電
圧の偏差が予め設定された基準値以下となったとき２ノ
ツクセンサの異常を検出するといったことが考えられて
いる。つまりノックセンサの異常を検出するのにノッキ
ング検出用に生成されるノック判定電圧を使用すること
で、異常検出用信号生成用の信号処理回路を不要として
いるのである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが上記前者の技術を実際のノッキング検出装置に
適用してノックセンサの異常を検出しようとすると、そ
の異常検出精度が低下するといった問題があった。

即ちまず内燃機関のノッキングは、ノック判定電圧とノ
・ンクセンサからの出力信号とを大小比較し、出力信号
がノック判定電圧を越えたときに検出されるが、上述の
ようにノックセンサからの出力信号は内燃機関の振動に
応じて正負に反転する交流信号であり、こうした正負の
入力端子をノック判定電圧と大小比較するには、比較回
路に負の入力端子をも処理できる高価な回路を用いなけ
ればならない。そこで実際のノッキング検出回路では、
ノックセンサからの交流信号に整流・積分・増幅等の処
理を施し基準電圧を加えることでノック判定電圧を生成
し、またノックセンサからの出力信号に基準電圧を加え
て出力信号を正の電圧信号に変換し、これら各電圧値を
大小比較してノック判定を行なうようにされている。こ
のため上記のようにノック判定電圧をそのまま用いてノ
ックセンサの異常を検出するようにすると、ノック判定
電圧生成時に加えられる基準電圧の公差によってノック
センサの異常検出精度が低下し、基準電圧の低下時等に
ノックセンサの異常が誤検出されることが生ずるのであ
る。

一方上記後者のように内燃機関の２つの運転条件下で生
成されるノック判定電圧の（脇差に基づき）・ンクセン
サの異常を検出する場合には、基準電圧が変動しても、
両ノック判定電圧が共に変化するので、その偏差は基準
電圧変動の影響を受けず、ノックセンサの異常検出精度
が低下することはない。ところがこの場合、内燃機関が
所定の２つの運転条件で運転されたときにはじめてノッ
クセンサの異常を検出できるので、ノックセンサの異常
検出に時間がかかり、応答性が悪いといった問題があフ
た。

そこで本発明は、ノックセンサの異常判定を、簡単な回
路構成で、精度よく、しかも応答遅れなく検出（Ｊ得る
ノッキング検出装置を提供することを目的としてなされ
た。

［課題を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた本発明は、第１図
に例示する如く、 内燃機関の振動を検出するノックセンサＭ１と、該ノッ
クセンサＭ１からの出力信号を積分処理して基準電圧を
加え、該出力信号の振幅レベルに対応したノック判定電
圧を出力するノック判定電圧作成手段Ｍ２と、 上記ノックセンサＭ１からの出力信号に基準電圧を加え
、該電圧値が上記ノック判定電圧を越えたときに内燃機
関のノッキングを検出するノック検出手段Ｍ３と、 を備えた内燃機関のノッキング検出装置に於て、上記ノ
ック判定電圧から基準電圧を減ずる減圧手段Ｍ４と、 該減圧手段Ｍ４の減圧結果に基づき上記ノックセンサの
異常を検出する異常検出手段Ｍ５と、を備えたことを特
徴とする内燃機関のノッキング検出装置を要旨としてい
る。

［作用］ 以上のように構成された本発明のノッキング検出装置で
は、ノック判定電圧作成手段Ｍ２によフて、ノック判定
電圧がノックセンサＭ１からの出力信号を積分処理した
値に基準電圧を加えることで生成され、ノック検出手段
Ｍ３が、ノックセンサＭ１からの出力信号に基準電圧を
加えた値がノック判定電圧を越えたか否かによってノッ
ク判定を行なう。またノックセンサＭ１の異常検出は、
減圧手段Ｍ４及び異常検出手段Ｍ５の動作によって、ノ
ック判定電圧から基準電圧を減じた電圧信号に基づき行
なわれる。

［実施例コ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず第２図は、ノックセンサからの出力信号を一つのパ
ラメータとして内燃機関の点火時間制御を行なう、ノッ
キング検出装置を含む内燃機関の点火時間制御装置を表
わす概略構成図である。

図に示す如く当該点火時間制御装置は、内燃機関の撮動
を検出するノックセンサ２．内燃機関の回転速度を検出
する回転速度センサ４．吸気管圧力を検出する吸気圧セ
ンサ６等、内燃機関の運転状態を検出するための各種セ
ンサと、これらセンサからの出力信号に基づき内燃機関
の運転状態に応じた最適な点火時期を求めて点火装置８
を駆動制御する電子制御装置１０とから構成されている
。

電子制御装置１０は、点火時間制御を行なうための各種
演算処理を実行するＣＰＵＩＩ、ＣＰＵ１１で演算処理
を実行するための制御プログラムや各種データが予め格
納されたＲＯＭ１２、ＣＰＵ１ｌで演算処理を実行する
ための各種データを一時格納するためのＲＡＭ１３、上
記各センサからの出力信号を人力すると共に１点火装置
８０制御信号を出力する人出力ボート１４、これら各部
を結ぶデータバス１５等により論理演算回路として構成
されている。また電子制御装置１０には、上記各センサ
からの出力信号を処理してデジタル信号に変換する信号
処理回路１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・・、人出力ボート
１４から出力される制御信号に基づき点火装置８を駆動
する駆動回路１７、及び上記各部に電源供給を行なうた
めの電源回路１８等も設けられている。

このように構成された点火時間制御装置では、まず回転
速度センサ４及び吸気圧センサ６からの出力信号に基づ
き内燃機関の負荷に応じた基本点火時間を求め、信号処
理回路１６ａから出力される後述のノック判定パルスに
基づき基本点火時間を補正して内燃機関をノック発生限
界に制御する（ノッキング制ｆａｌｌ）とか、内燃機関
のアイドル運転時に信号処理回路１６ｂを介して人力さ
れる回転速度センサ４からの出力信号に基づき基本点火
時期を進角補正し、内燃機関のアイドル回転を安定させ
る（アイドル制御）といった、周知の各種点火時間制御
が実行される。

次に第３図は、本発明にかかわる主要部であるノックセ
ンサ２からの出力信号を処理する信号処理回路１６ａを
表わしている。

図に示す如くこの信号処理回路１６ａでは、まずノック
センサ２からの出力信号がバンドパスフィルタ（Ｅ３Ｐ
Ｆ）２０に入力される。ＢＰＦ２０は、ノックセンサ２
からの出力信号中のノック周波数成分を抽出し、それ以
外のノイズ周波数成分を除去するためのもので、ＢＰＦ
２０によりノイズ周波数成分が除去された信号（以下、
ノックセンサ信号という）Ｖｓは、カップリングコンデ
ンサＣ１を介して、ノック判定電圧作成手段Ｍ２として
の半波整流積分増幅器２２に人力される。

半波整流積分増幅器２２は、ＢＰＦ２０からのノックセ
ンサ信号Ｖｓを処理してノック判定電圧Ｖｋを作成する
ためのもので、第４図（ａ）に示す如く、まずノックセ
ンサ信号を半波整流及び積分して半波Ｎ７Ｈ値の平均レ
ベルＶ１を求め、その平均レベルＶｉをに倍に増幅した
後、基準電圧発生回路２４から出力される基準電圧■０
を加えることでノック判定電圧Ｖｋを作成する。そして
このように作成されたノック判定電圧Ｖ　ｋは、コシパ
レータとして働くノック検出手段Ｍ３としての演算増幅
器２６の反転入力端子に人力される。

一方ＢＰＦ２０からのノックセンサ信号Ｖｓは、カップ
リングコンデンサＣ２を介して演算増幅器２６の非反転
入力端子へも入力される。この演算増幅器２６の非反転
入力端子には、基準電圧発生回路２４から出力される仮
想グランド電圧Ｖｇも印加されており、非反転入力端子
の電位は第４図（ａ）に示す如く、ＢＰＦ２０から出力
されるノックセンサ信号Ｖｓに仮想グランド電圧Ｖｇを
加えた値となる。

また基準電圧発生回路２４は、直列接続された３個の抵
抗器Ｒ１〜Ｒ３により構成され、これら各抵抗器Ｒ１〜
Ｒ３により電源回路１８からの電源電圧Ｖｃｃを分圧し
て、基準電圧ＶＯ及び仮想グランド電圧Ｖｇを、次式の
如く生成する。

Ｖｇ＝Ｖｃｃ−Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）Ｖ　ｏ　＝
　Ｖｃｃ・（Ｒ２＋　Ｒ３）／（Ｒｌ±Ｒ２＋Ｒ３）こ
のためノック判定電圧Ｖｋは、ノックセンサ信号Ｖｓの
半波整流積分増幅値Ｖｉ−Ｋに、仮世グランド電圧Ｖｇ
と抵抗器Ｒ２両端に生ずるオフセット電圧Ｖｆ　（＝Ｖ
ｃｃ−Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３））とを加えた値°と
して生成されることとなる。

そして上記演算増幅器２日は、各入力端子電圧を大小比
較し、仮想グランド電圧Ｖｇが加えられたノックセンサ
信号Ｖｓがノック判定電圧Ｖｋを越えたとき、内燃機関
にノッキングが発生したと判断して、第４図（ｂ）に示
す如きノック判定パルスを入出力水−ト１４に出力する
。

尚ノック判定電圧Ｖｋを生成する際、ノックセンサ信号
の半波整流積分増幅値ｖ１・Ｋに、仮想グランド電圧Ｖ
ｇと共にオフセット電圧Ｖｆを加えるのは、内燃機関の
低回転運転時のノ・ンク検出性能を確保するためである
。

つまり内燃機関の低速運転時には、内燃機関の振動が少
なく、ノックセンサ信号の半波整流積分増幅値Ｖｉ−Ｋ
が低くなるので、単に仮想グランド電圧Ｖｇを加えるだ
けでは、仮想グランド電圧Ｖｇが加えられたノックセン
サ信号Ｖｓとの差が小さくなって、機関振動が小さいに
もかかわらず演算増幅器２６で微少な電磁的ノイズでノ
ック判定が誤って行なわれることがある。そこで本実施
例では、上記のようにオフセ・ント電圧Ｖｆを加えるこ
とで、こうした機関低回転時の不具合を解消しているの
である。

また次に当該信号処理回路１６ａには、上記ノック判定
電圧Ｖｋと基準電圧ｖＯとに基づきノックセンサ２の異
常判定を行なうためのセンサ異常信号Ｖｅを生成する減
圧手段Ｍ４としての異常信号生成回路２８と、センサ異
常信号Ｖｅをデジタル信号に変換して人出力ボート１４
に出力するＡ／Ｄ変換器３０と、が備えられている。

異常信号生成回路２日は、演算増幅器ＯＰＩと抵抗器Ｒ
４〜Ｒ７とにより差動増幅回路として構成され、上記ノ
ック判定電圧Ｖｋと基準電圧ＶＯとの偏差（Ｖｋ−Ｖｏ
）を、Ａ／Ｄ変換器３０のＬ　Ｓ　Ｂ　（Ｌｅａｓｔ　
５１ｇｎ１ｆｉｃａｎｔ　ｔ３ｉｔ）誤差を極力減少さ
せるために所定倍に増幅して、第４図（Ｃ）に示す如き
センサ異常信号Ｖｅを生成する。またこの異常信号生成
回路３０の信号出力部には、Ａ／Ｄ変換器３０への入力
端子を定格値に抑えるために（つまりＡ／Ｄ変換器３０
を保護するために）ツェナーダイオードＺＤＩが設けら
れている。

そしてＡ／Ｄ変換器３０でＡ／Ｄ変換されたセンサ異常
信号Ｖｅは、入出力ボート１４を介してＣＰＵＩＩに取
り込まれ、ノックセンサ２の異常判定を行なうのに使用
される。

つまりノックセンサ２に異常が発生して内燃機関の振動
を良好に検出できなくなった場合には、ノックセンサ信
号Ｖｓの信号レベルが低下し、内燃機関にノッキングが
発生しても信号レベルが大きくならず、コンパレータ（
演算増幅器）２６からはノック判定パルスが出力されな
くなるが、このような場合にもＣＰＵＩＩ側でノッキン
グ制御を実行していると、内燃機関にノッキングが発生
しているにもかかわらず、内燃機関にノッキングが発生
していないものとして基本点火時期を進角補正し、ノッ
キングをより発生させてしまうといった不具合が生ずる
。そこで本実施例では、ＣＰＵ１ｌ側で第５図に示す如
きセンサ異常判定処理を実行し、上記センサ異常信号Ｖ
ｅに基づきノツクセンサ２の異常を検出してノッキング
制（Ｂを禁止するようにしているのである。

尚センサ異常判定処理は前述の異常検出手段Ｍ５に相当
し、第５図に示す如く、まずステップ１００で、例えば
内燃機関が所定回転速度以上であるといった所定のセン
サ異常判定実行条件が成立しているか否かを判断し、実
行条件成立時には、ステップ１１０に移行して、上記セ
ンサ異常信号Ｖｅが予め設定された基準しベルＶｅｏを
下回っているか否かを判断するといった手順で実行され
、Ｖｅ＜Ｖｅｏである場合には、ノックセンサ２に異常
が発生しているものとして、ステップ１２０でセンサ異
常フラグＦｅをセットし、このセンサ異常フラグによっ
て図示しないノッキング制御処理の実行を禁止する。

以上説明したように本実施例においては、）・ツクセン
サの異常判定を行なうためのセンサ異常信号Ｖｅが、ノ
ック判定電圧Ｖｋと基準電圧Ｖｏとの（肩差（Ｖｋ−Ｖ
ｏ）を増幅することによって生成される。このため電源
電圧Ｖｃｃの変動に伴い基準電圧Ｖｏが変化しても、セ
ンサ異常信号Ｖｅは常にノックセンサ信号Ｖｓの振幅レ
ベルに対応した値となり、ノック判定電圧Ｖｋをそのま
ま用いてノックセンサの異常判定を行なう従来の装置に
比べ、ノックセンサの異常判定精度を向上することがで
きる。またセンサ異常信号Ｖｅは、ノックセンサ信号Ｖ
ｓに基づき常時生成されるので、内燃機関の２種の運転
条件下で生成されるノック判定電圧Ｖｋの偏差に基づき
ノックセンサの異常判定を行なう装置に比べ、センサの
異常検出を速やかに行なうことができる。

ここで上記実施例では、センサ異常信号Ｖｅを信号処理
回路１６ａ側で生成し、ノックセンサの異常判定を、ｃ
ｐｕｌｉ側で、センサ異常信号■ｅと基準レベルＶｅｏ
とを大小比較することにより行なうように構成したが、
例えは第Ｓ図に示す如ぐ、信号処理回路１６ａ側ではＡ
／Ｄ変換器３０′によってノック判定電圧Ｖｋ及び基準
電圧ＶＯを順次Ａ／Ｄ変換するように構成し、ＣＰＵ　
１１側で、第７図に示す如きセンサ異常判定処理により
、各Ａ／Ｄ変換値の偏差Ｖｅ’を求め（ステップ１０５
）、ステップ１１０′でその算出した偏差Ｖｅ’に基づ
きセンサの異常判定を行なうように構成してもよい。尚
第６図及び第７図において、上記説明以外の部分は前述
の実施例と同様であるので、それらの部分には、夫々、
第３図及び第５図と同様の番号を付し、説明は省略する
。

また次に上記実施例では、ノック判定電圧Ｖｋを、ノッ
クセンサ信号Ｖｓの半波整流値を積分及び増幅した値に
基準電圧Ｖｏ（＝仮想グランド電圧Ｖｇ＋オフセット電
圧Ｖｆ）を加えることで生成するように構成したが、周
知のようにノック判定電圧としては、ノックセンサ信号
Ｖｓの平均的な振幅レベルに対応して設定すればよいの
で、ノックセンサ信号Ｖｓの全波整流１直を積分及び増
幅した値に仮想グランド電圧Ｖｇのみよりなる基準電圧
を加えることで生成するようにしてもよく、またノック
センサ信号Ｖｓのピークを積分した値に基準電圧Ｖｏを
加えることで生成するように構成してもよい。

また更に上記実施例では、ノック判定電圧Ｖ　ｋを、仮
想グランド電圧Ｖｇにオフセット電圧Ｖｆを加えた基準
電圧Ｖｏを用いて設定するように構成したが、これは上
述のように内燃機関低速運転時のノック検出特性を改善
するためのもので、ノックセンサ信号Ｖｓと同様に仮想
グランド電圧Ｖｇのみよりなる基準電圧を加えるように
しても、ノック判定は行なうことができる。この場合、
センサ異常信号Ｖｅは、ノック判定電圧Ｖ　ｋと仮想グ
ランド電圧Ｖｇとの偏差（Ｖｋ−Ｖｇ）に基づき設定す
るようにすればよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明のノッキング検出装置におい
ては、ノックセンサの異常判定を、ノック判定電圧から
基準電圧を減じた電圧信号に基づき行なうように構成し
たため、ノックセンサの異常を、精度よく、しかも速や
かに検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を衷わすプロ・ツク図、第２図は
実施例の点火時期制御装置全体の構成を表わす概略構成
図、第３図はノックセンサからの出力信号を処理するた
めの信号処理回路１６ａの構成を表わす電気回路図、第
４図は信号処理回路１６ａの動作を説明するタイムチャ
ート、第５図はノックセンサの異常判定のためにＣＰＵ
ＩＩで実行される異常判定処理を表わすフローチャート
、第６図は信号処理回路１６ａの他の構成例を表わす電
気回路図、第７図は同じく異常判定処理の他の例を表わ
すフローチャート、である。 Ｍｌ、２・・−ノックセンサ Ｍ２・・・ノック判定電圧作成手段 （２２・・・半波整流積分増幅器） Ｍ３・・・ノック検出手段 （２６・・・演算増幅器（コンパレータ））Ｎｉ　４・
・・減圧手段（２日・・・異常信号生成回路）Ｍ５・・
・異常検出手段　　１１・・・ＣＰＵ１２・・・ＲＯＭ
　　　１３・・・ＲＡＭ１６ａ・・・信号処理回路　２
４・・・基準電圧発生回路代理人　　弁理士　　定立　
勉　（ほか２名）第１図 第４図 時間 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の振動を検出するノックセンサと、該ノックセ
   ンサからの出力信号を積分処理して基準電圧を加え、該
   出力信号の振幅レベルに対応したノック判定電圧を出力
   するノック判定電圧作成手段と、 上記ノックセンサからの出力信号に基準電圧を加え、該
   電圧値が上記ノック判定電圧を越えたときに内燃機関の
   ノッキングを検出するノック検出手段と、 を備えた内燃機関のノッキング検出装置に於て、上記ノ
   ック判定電圧から基準電圧を減ずる減圧手段と、 該減圧手段の減圧結果に基づき上記ノックセンサの異常
   を検出する異常検出手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のノッキング検出装
   置。