JPH03138436A - 内燃機関用ノック検出装置及びそのフェール検出方法 - 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］ この発明は、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関の
ノックを検出する装置及びそのフェール検出方法に関し
、特に高制御性及びコストダウンを実現した内燃機関用
ノック検出装置及びそのフェール検出方法に関するもの
である。

［従来の技術］ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関は複数
の気筒により駆動されており、各気筒において圧縮され
た混合気を最適な点火位置で燃焼させる必要がある。こ
のため、内燃機関制御用にマイクロコンピュータ（ＥＣ
Ｕ）を用い、各気筒毎のイグナイタによる点火時期及び
インジェクタによる燃料噴射順序等を最適に制御してい
る。

しかし、点火位置が進角側に制御され過ぎると、異常燃
焼によりノッキングと呼ばれる振動が発生し、気筒を損
傷するおそれがあるなめ、異常振動を検出したときには
、気筒の点火位置を遅角側に制御している。

第４図は従来の内燃機関用ノック検出装置を示すブロッ
ク図である。

図において、（１）は内燃機関駆動用の気筒の１つ又は
それぞれに取り付けられたノックセンサであり、振動を
検出するための圧電素子等がらなっている。

（２）はノックセンサ（１）の出方信号Ａを受信するノ
ック検出回路であり、ノッキング特有の周波数（例えば
、７ｋＨｚ＞を通過させるフィルタ（２１）と、フィル
タ（２１）の出方信号を所定のタイミングで周期的に通
過させるゲート（２２）と、ゲート（２２）の出力信号
式′に基づいてバックグランドレベルＢＧＬを生成する
ＢＧＩ−発生器（２３）と、ゲー１−（２２）の出力信
号式′とバックグランドレベルＢＧＩ−とを比較して出
力信号Δ′がバックグランドレベルＢＧＩ−を越えたと
きに出力信号をオンにする比較器（２４）と、比較器（
２４）の出力信号を積分する積分器（２５）とを備えて
いる。

（３）は積分器（２５）の出力信号をデジタル信号に変
換するＡＤ変換器である。

（４）はＡＤ変換器（３）の出力信号■８を入力して、
各気筒を制御すると共に、ゲート（２２）に対するマス
ク信号Ｍ及び積分器（２５）に対するリセット信号Ｒを
出力するマイクロコンピュータ（以下、ＥＣＵという）
であり、ＡＤ変換器（３）の出力信号ｖＲに基づいて気
筒点火位置を遅角側に反映さぜるための遅角制御角θ８
を生成する遅角反映処理部（４１）を備えている。

次に、第５図の波形図を参照しながら、第４図に示した
従来の内燃機関用ノック検出装置の動作について説明す
る。

通常、各気筒は、Ｔ　Ｄ　Ｃ（Ｊ−死点−ｏ”＞がら５
°程度手前の位１（Ｂ５°〉で点火され、混合気の爆発
は、ＴＤＣから１０６〜６０″程度過ぎた位置Ａ１０６
〜Ａ６０６付近で起こるので、異常燃焼によるノックも
、この爆発タイミングで発生する。

従って、特にノックが発生した場合、ノックセンサ（１
）の出力信号Ａは、第５図のように周期的に大きい振幅
を有する波形となる。Ｅ　ＣＵ　（４）は、ノック検出
回路（２）が出力信号Ａを効率的に受信するように、ゲ
ート（２２）に対して所定周期毎に反転するマスク信号
Ｍを出力する。このマスク信号Ｍは、例えば検出対象と
なる気筒に対して、立ち上がりがＢ７５°程度、立ち下
がりがＢ５°５°程設定され、レベルが「Ｉ］」のとき
にゲート（２２）を禁止する。又、Ｅ　ＣＵ　（４’Ｉ
は、積分器（２５）に対して所定周期毎にリセット信号
Ｒを出力するが、このリセット信号Ｒの出力タイミング
は、マスク信号Ｍの立ち上がりと一致する。

ノック検出回路く２）内のフィルタ（２１）は、ノック
発生時の周波数成分を通過させ、ゲート（２２）は、マ
スク信号Ｍがｒｌｌ、Ｊレベルの期間だけ出力信号Ａを
通過さぜる。ＢＧＬ発生器（２３）は、ゲート（２２）
の出力信号Ａ′に基づいて、出力信号Ａ′に含まれるバ
ックグランドを判別し、ノック検出の基準となるバック
グランドレベルＢ　Ｇ　Ｌを生成する。

比較器（２４）は、出力信号Ａ′がバックグランドレベ
ルＢＧＬを越えたときに、ノック発生レベルであること
を判別して、出力信号を「■１」レベルとする。積分器
（２５）は、リセット信号Ｒでリセットされる毎に比較
器（２４）の出力信号を、積分し、ＡＤ変換器（３）は
、積分器（２５）の出力信号をデジタルの積分値■８に
変換する。

ＥＣＴＪ　（４）は、ＡＤ変換された積分値■５を気筒
の点火毎に入力し、この積分値■８に基づいて、ノック
を抑制する方向に点火位置を補正するための遅角制御角
θ、を出力する。尚、遅角反映処理部（４１）で生成さ
れる遅角制御角θ□は、 θ＋ｔ＝　ｖ、Ｘ　Ｎ 但し、Ｎ：反映率 で表わされる。

一方、ノックセンサ（１）がフェール（故障）した場合
は、出力信号Ａがほとんど得られなくなるので、バック
グランドレベルＢＧＬが異常値となる。

従って、別の比較器（図示せず）を用いてバックグラン
ドレベルＢＧＬの値を検出し、異常値となったときにノ
ックセンサ（１）のフェールを判別して、フェールセー
フとなるように遅角制御を行っている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関用ノック検出装置は以上のように、ハー
ドウェア構成のノック検出回路（２５）が、ＢＧＬ発生
器（２３）、比較器（２４）及び積分器（２５）等から
なるノック判別手段を含んでいるため、制御におけるハ
ードウェアの負担が大きくなるうえ、全体構成が複雑と
なり、コストダウンが計れないという問題点があった。

同様に、従来の内燃機関用ノック検出装置のフェール検
出方法は、ノック検出回路においてハードウェアにより
行うため、使用装置が大型化してコストダウンが計れな
いという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、ハードウェア構成を簡略化してＥＣＵの制御
性の自由度を高くすることにより、コストダウンを実現
した内燃機関用ノック検出装置及びそのフェール検出方
法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関用ノック検出装置は、内燃機関
の振動を検出するノックセンサと、内燃機関を駆動する
気筒の第１及び第２の基準位置に対応したノックセンサ
の出力信号の第１及び第２のレベルを生成するインタフ
ェース回路と、第１及び第２のレベルに基づいて気筒の
点火制御を行うＥＣＵとを設け、このＥＣＵが、第２の
レベルを所定期間毎に平均化処理する平均化処理部と、
第１のレベルが平均化された第２のレベルに基づくスレ
ッショルドレベルを越えたときに気筒の点火位置を遅角
させる遅角反映処理部とを含むものである。

又、この発明に係る内燃機関用ノック検出装置のフェー
ル検出方法は、ノックセンサの出力信号のレベルを所定
期間毎に平均化処理するステップと、平均化されたレベ
ルが所定値より小さい場合にノック検出部のフェールを
判定するステップと、フェールが判定されたときに気筒
の点火位置を遅角させるステップとを含むものである。

［作用］ この発明による内燃機関用ノック検出装置においては、
ハードウェア構成のインタフェース回路がノックセンサ
の出力信号を対応するレベルに変換し、ＥＣＵ内の比較
部が、このレベルの平均化処理に基づくスレッショルド
レベル（閾値）と元のレベルとを比較してノック発生を
判別する。

又、この発明による内燃機関用ノック検出装置のフェー
ル検出方法においては、平均化処理後のレベルが所定値
より小さい場合にフェールと判別し、フェールセーフと
なるように気筒の点火位置を遅角させる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による内燃機関用ノック検出装
置を示すブロック図であり、（１）、（２５）、（３）
及び（４１）は前述と同様のものである。

尚、積分器（２５）は、ノックセンサ（１）とＡＤ変換
器（３）との間に挿入されており、Ｅ　ＣＵ　（４０）
に対するインタフェース回路（２０）を構成している。

又、積分器（２５）を所定期間毎にリセットするリセッ
ト信号Ｒ′は、内燃機関の回転に同期し、且つ各気筒に
対する第１の基準位置（例えば、Ｂ７５°）及び第２の
基準位Ｗ（例えば、Ｂ５°）にそれぞれ対応して発生さ
れる。従って、積分器（２５）は、第１の基準位置Ｂ　
７５°における第１のレベルと、第２の基準位置Ｂ５”
における第２のレベルとを発生するようになっている。

Ｅ　ＣＵ　（４０）は、遅角反映処理部（４１）の他に
、第２のレベルを平均化処理する平均化処理部（４２）
と、平均化された第２のレベル■８□塞を増幅し且つオ
フセット加算して閾値Ｖ　Ｔ　Ｉ＋を生成する増幅及び
オフセット加算部（４３）と、第１のレベル■Ｒ１と閾
値Ｖ　Ｔ　Ｈとを比較する比較部（４４）と、第１及び
第２のレベルＶ　ａ　１及びＶＢ２を平均化処理する平
均化処理部（４５）と、平均化された平均値レベル■ｌ
己に基づいて遅角補正角θ、を生成するフェール検出部
（４６）とを備えており、遅角反映処理部（４１）は、
比較部（４４）の出力信号Ｖｙ、を入力としている１、
次に、第２図の波形図を参照しながら、第１図に示した
この発明による内燃機関用ノック検出装置の動作につい
て説明する。

ノックセンサ（１）は、前述と同様に内燃機関の振動を
検出し、ノック状態を検出するための出力信号Ａを生成
する。

積分器（２５）は、リセット信号Ｒ′により第１の基準
位ｉ　Ｂ　７５°及び第２の基準位ｆｆＢ５°でリセッ
トされ、各基準位置毎の出力信号Ａの積分値レベルをサ
ンプリングする。ＡＤ変換器（３）は、積分値レベルを
デジタル値に変換し、第１及び第２の基準位置に対応し
た第１のレベルＶＲ１及び第２のレベル■Ｒ２としてＥ
　ＣＵ　（４０＞に入力する。このとき、第１のレベル
Ｖ　１１１及び第２のレベルＶ　Ｒ２は、第２図のよう
に、サンプリングサイクル毎に大きく変動する。

ＥＣｕ　（４０）において、平均化処理部（４２）は、
第２の基準位置Ｂ５°での積分値、即ぢ第２のレベルＶ
、２を、例えば１０〜数１０回にわたって平均化処理し
、増幅及びオフセット加算部（４３）は、平均化された
第２のレベルＶ　Ｒ２から閾値Ｖ　Ｔ　ｌ−１を設定す
る。

このとき、平均化により、サイクル毎の変動のバラツキ
は抑制され、信頼性の高い閾値Ｖ　Ｔ　１１が得られる
。

ノック検出手段として機能する比較部（４４）は、第１
の基準位置Ｂ７５°での積分値、即ち第１のレベルＶ　
Ｒｌを閾値■ア□と比較し、第１のレベルＶ　Ｒｌが閾
値Ｖ　Ｔ　Ｉ＋を越えたときに、ノッキングの発生を示
すｒＨＪレベルのノック判別信号Ｖ１を出力する。

遅角反映処理部（４１）は、ノック判別信−ｑＶ、に基
づいてノック抑制に必要な制御量を演算し、この制御量
に基づいて、ノック抑制方向に点火位置を遅角させるた
めの遅角制御角θ８を出力する。これにより、制御対象
となる気筒の点火位置は遅角側に補正され、ノックは発
生しなくなる。

この場合、ハードウェアで構成されるのは積分１ 器（２５）のみであり、他のノック判別手段は制御手段
と共にＥ　ＣＵ　（４０）内にｆＩ′成されるので、制
御性の自由度は高くなり、且つ、ハードウェア負担が軽
減されてコストダウンが実現する。

次に、第３図のフローヂャート図を参照しながら、上記
のノック検出装置のフェール検出方法について説明する
。

この場合、第１の基準位置Ｂ７５°及び第２の基準位置
Ｂ５°でのサンプリング毎の積分値〈第１及び第２のレ
ベル）■８．及びＶＲ２の平均値レベル■−が所定回数
Ｎだけ所定値ＶＲＦより小さくなったときにフェールが
判定される。従って、フェール検出部（４６）は、ＣＰ
Ｕの他に、比較部、カウンタ及びフラグ等を含んでいる
。

まず、フェール確認用のカウンタＣＦ及びフェール確定
状態を示すフラグＦをそれぞれＯにリセッＩ〜すると共
に、フェール判定比較基準となる所定値Ｖ　ＲＰ及びフ
ェール確定基準となる所定回数Ｎを初期設定する（ステ
ップＳｔ）。

又、平均化処理部（４５）は、第１−及び第２のレベ１
２ ル■、及びＶ　Ｒ２を平均化し、平均値レベルＶｐ＊を
生成する（ステップＳ２）。

フェール検出部〈４６）は、内燃機関が十分な回転数に
達して、フェール検出回転数域にあるか否かを判定しく
ステップＳ３）、フェール検出回転数域に達していれば
、平均値レベルＶ−が所定値Ｖ　ＲＦより小さいか否か
を判定する（ステップＳ４）。

もし、ステップＳ４において、ＶＲ”＜ＶＲｐと判定さ
れれば、ノックセンサ（１）を含むノック検出部がフェ
ールであると判定し、カウンタＣＦをインクリメントす
る（ステップＳ５）、、そして、カウンタＣＦが所定回
数Ｎに達したか否かを判定しくステップＳＯ）、ＣＦ≧
Ｎであれば、フェール確定状態を示すフラグＦを立てて
、Ｆ−１に設定する（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ４において、Ｖ−≧ＶＲＦと判定され
れば、ノック検出部が正常であると判定し、カウンタＣ
Ｆをデクリメントする（ステップＳ８）。

そして、カウンタＣＰが０に達したか否かを判定しくス
テップＳ９）、ＣＦ≦０であればフラグＦ及びカウンタ
ＣＦをそれぞれ０にリセットする〈ステ・ツブ５１０）
。

こうして、ステップＳ７及びＳｈｏでフラグＦの設定が
行われた後、フラグＦが１であるか否かを判定する（ス
テップ５１１）。

もし、Ｆ＝１であれば、フェール検出が確定したものと
判定し、Ｅ　ＣＵ　（４０）は、遅角反映処理部（４１
）からの遅角制御角θ８より優先させて、フェール検出
部（４６）からの遅角補正角θ、を出力する（ステップ
５１２）。

これにより、ノック検出部がフェール状態となっても、
安全性を優先させた遅角補正角θ８による気筒点火が行
われる。

一方、ステップＳ４での正常判定が続いて、正常状態確
定によりフラグＦがリセットされた場合は、ステップＳ
１１においてＦ＝Ｏが判定されるので、フェール遅角補
正（ステップ５１２）が解除され、遅角反映処理部＜４
１）による通常のノック遅角制御が行われる。

尚、ステップＳ３において内燃機関回転数がフェール検
出回転数域に達していないと判定された場合、ステップ
Ｓ６においてカウンタＣＦが所定回数Ｎ未満であると判
定された場合、及び、ステップＳ９においてカウンタＣ
ＦがＯより大きいと判定された場合は、直ぐにステップ
Ｓｌｌに進み、フラグＦが参照される。

この発明のフェール検出方法によれば、平均値レベルＶ
　Ｒ＊により、積分値レベルＶＲＩ及び■８□のバラツ
キが吸収されるので検出精度を損なうことはない。又、
所定回数Ｎだけ続けてフェールが判定された場合のみに
フラグＦが１となるので、誤検出等によってフラグＦに
１が立つことはなく、検出信頼性が向上する。

更に、ノック検出部と共にフェール検出部がソフトウェ
アで構成できるので、ハードウェア負担の少ない簡単な
構成で、且つ自由度の高い気筒の点火制御が実行できる
。

尚、上記実施例では、第１及び第２のレベルを生成する
ためのインタフェース回路（２０）を積分器（２５）で
構成したが、積分器（２５）の代わりにピーク５ ホールド回路で構成しても同等の効果を奏することは言
うまでもない。

又、比較部（４４）の出力信号Ｖ、が単に「Ｈ」レベル
となるようにしたが、入力信号差に応じた値になるよう
にしてもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、内燃機関の振動を検出
するノックセンサと、内燃機関を駆動する気筒の第１及
び第２の基準位置に対応したノックセンサの出力信号の
第１及び第２のレベルを生成するインタフェース回路と
、第１及び第２のレベルに基づいて気筒の点火制御を行
うＥＣＵとを設け、このＥＣＵが、第２のレベルを所定
期間毎に平均化処理する平均化処理部と、第１のレベル
が平均化された第２のレベルに基づくスレッショルドレ
ベルを越えたときに気筒の点火位置を遅角させる遅角反
映処理部とを含むようにしたので、ハードウェアの負担
が軽減され、安価で制御性の高い内燃機関用ノック検出
装置が得られる効果がある。

６ 又、この発明によれば、ノックセンサの出力信号のレベ
ルを所定期間毎に平均化処理するステップと、平均化さ
れたレベルが所定値より小さい場合にノック検出部のフ
ェールを判定するステップと、フェールが判定されたと
きに気筒の点火位置を遅角させるステップとを設（うた
のて、経済的で信頼性が高い内燃機関用ノック検出装置
のフェール検出方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による内燃機関用ノック検出装置の一
実施例を示すブロック図、第２図は第１図の実施例の動
作を説明するための波形図、第３図はこの発明による内
燃機関用ノック検出装置のフェール検出方法を示すフロ
ーチャート図、第４図は従来の内燃機関用ノック検出装
置を示すブロック図、第５図は第４図の従来装置の動作
を説明するための波形図である。 （１）・・・ノックセンサ （２０）・インタフェース回路 （４０）・・ＥＣｔＪ　　　　　　（４１）・・・遅角
反映処理部（４２）・・・工均化処理部 Ａ・・ノックセンザの出力信号 Ｂ７５°・・・第１の基準位置 Ｂ５°・・第２の基準位置 Ｖ　Ｒｌ・・・第１のレベル　　Ｖ４．、第２のレベル
Ｖ　Ｔ　１１・・スレッジミ１ルドレヘルθ８・・・、
ノック検出時の遅角制御角θ、・・・フェール検出時の
遅角補正角Ｓ２・・平均化処理するステップ Ｓ４・・・フェールを判定するステップＳ１２・・・気
筒点火位置を遅角させるスデップ尚、図中、同一符号は
同一・又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の振動を検出するノックセンサと、前記
   内燃機関を駆動する気筒の第１及び第２の基準位置に対
   応した前記ノックセンサの出力信号の第１及び第２のレ
   ベルを生成するインタフェース回路と、 前記第１及び第２のレベルに基づいて前記気筒の点火制
   御を行うＥＣＵとを備え、 このＥＣＵは、 前記第２のレベルを所定期間毎に平均化処理する平均化
   処理部と、 前記第１のレベルが前記平均化された第２のレベルに基
   づくスレッショルドレベルを越えたときに前記気筒の点
   火位置を遅角させる遅角反映処理部とを含むことを特徴
   とする内燃機関用ノック検出装置。
2. （２）ノックセンサの出力信号のレベルを所定期間毎に
   平均化処理するステップと、 前記平均化されたレベルが所定値より小さい場合にノッ
   ク検出部のフェールを判定するステップと、 フェールが判定されたときに気筒の点火位置を遅角させ
   るステップとを含む内燃機関用ノック検出装置のフェー
   ル検出方法。