JPH037063B2

JPH037063B2 -

Info

Publication number: JPH037063B2
Application number: JP56125991A
Authority: JP
Inventors: Juji Takeda; Toshio Suematsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1981-08-13
Filing date: 1981-08-13
Publication date: 1991-01-31
Also published as: JPS5828645A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、内燃機関のノツキング発生の有無を
検出する装置、特に比較判定基準値のためのバツ
クグランド値の算出の改良に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕

機関の異常燃焼に伴つて発生する機械的振動、
即ちノツキングをノツクセンサと称する振動検出
素子により電気的振動変動として検出するノツキ
ング検出方法においては、ノツクセンサから出力
される電気信号の振幅を比較基準値と比較するこ
とにより、その検出した振動がはたしてノツキン
グによるものなのか否かを判別することが行われ
る。この場合、比較基準値を一定値に固定するこ
となく、ノツクセンサのノツキングに無関係と考
えられる出力信号（以下バツクグランド信号）に
応じてこの比較基準値を変化させることにより、
ノツクセンサのバラツキ及び経時変化等を補償す
ることが可能となる。

従来、上述のバツクグランド値による判定基準
値はノツクセンサの出力振幅値を積分回路によつ
て常時積分することによつて行つていた（たとえ
ば特開昭55−114878号公報）。しかし、マイクロ
コンピユータを採用して上記積分回路の機能をそ
のまま置換しようとした場合には、ノツクセンサ
の出力振幅値をＡ／Ｄ変換して取込んだ上で上述
の積分回路と同様の積分値演算をする訳である
が、Ａ／Ｄ変換器の処理速度が遅いためにノツク
センサの信号を充分に多くＡ／Ｄ変換することが
できず、したがつて、やはり、ハードウエアとし
て積分回路を設けておく必要があり、装置コスト
の上昇を招くことになる。

そこで、本願出願人は、ノツクセンサの出力振
幅値をノツクセンサの出力振幅値をＡ／Ｄ変換し
て取込むシステムにおいて、第１の所定クランク
角範囲（バツクグランド信号検出範囲：圧縮行程
30゜CA・BTDC〜10゜CA・BTDC）でノツクセン
サの出力振幅値のピーク値をホールドし、これを
Ａ／Ｄ変換して判定基準値として取込み、また、
第２の所定クランク角範囲（ノツキング検出範
囲：圧縮行程10゜CA・ATDC〜50゜CA・ATDC）
でノツクセンサの出力振幅値のピーク値をホール
ドし、これをＡ／Ｄ変換してノツキング信号とし
て取込み、上記判定基準値と比較することにより
ノツキング検出を行うことを既に提案している
（参照：特願昭56−93954号）。

しかしながら、上述の提案されたノツキング検
出方法においては、比較基準値は刻々と変化する
機関の状態におけるノツクセンサの最新のピーク
値を用いている点で好ましいものの、そのピーク
値がばらつきのどこにあるか判断できない。つま
り、各点火毎の現在のピーク値に依存して判定基
準値が演算されるため、過渡時の追随性はよいも
のの、ノイズ等の影響を強く受け、この結果、判
定基準値が本来のバツクグランド信号にもとづか
ないことがあり、したがつて、ノツキング有無の
検出を誤まるという課題がある。

他方、特開昭54−141180号公報では、所定期間
の複数のノツクセンサの出力振幅値を蓄えてお
き、これらの平均値をもとに判定基準値を演算し
ているが、この場合には、過去の出力振幅値も現
在の出力振幅値も同等に取扱つているので、ノイ
ズ等の影響を受けにくいが、過渡時の追随性が低
下することになり、やはり、ノツキング有無の検
出を誤まるという課題があり、また、複数の出力
振幅値を蓄えるために、記憶装置（RAM）の容
量の増大を招くという課題もある。

したがつて、本発明の目的は、記憶装置の容量
の増大を招くことなく、精度の良い信頼性の高い
ノツキング検出が行えるノツキング検出装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するための手段は第９図に示
される。すなわち、機械的振動を電気信号の振幅
変動に変換する少なくとも１つの振動検出素子よ
りなるノツクセンサを内燃機関の機関本体に装着
し、該ノツクセンサの電気信号に応じてノツキン
グ発生の有無を検出する装置において、ピーク値
検出手段はあらかじめ定めた少くとも１つの気筒
の点火後の所定クランク角度範囲における前記電
気信号の振幅値のピーク値ａを検出し、平均値演
算手段はピーク値ａの平均値Ａを最近のピーク値
の影響が強くなるように重み付して（たとえばＡ
＝（９・Ａ＋ａ）／10）各点火毎に演算し、ノツ
ク判定基準値演算手段は平均値Ａをバツクグラン
ド値としてこれに所定値Ｋ、K′（＞１）を乗算せ
しめてノツク判定基準値KA、K′Aを演算する。
この結果、比較手段は判定基準値KA、K′A′と上
述のピーク値ａとを比較する。この比較手段の比
較結果に応じてノツキング発生の有無を判別する
ようにしたものである。

〔作用〕

上述の手段によれば、平均値演算における重み
付け（上述のなまし比９：１）を適切に設定する
ことにより、現在のピークａを重視しつつ過去の
ピーク値ａも生かした平均値Ａが各点火毎に得ら
れる。したがつて、この平均値Ａはノイズ等の影
響が小さく、過渡時に平均的な振動が刻々と変化
するときも追随性が維持される。また、複数のピ
ーク値を蓄える必要がなく、記憶装置の容量低減
にも寄与する。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例として、ノツキング
制御システムの全体の構成を概略的に表わしてい
る。同図において、１０は機関のシリンダブロツ
ク、１２はシリンダブロツク１０に取り付けられ
たノツクセンサである。ノツクセンサ１２は、例
えば圧電素子あるいは電磁素子等から構成され、
機械的振動を電気的な振幅変動に変換する周知の
ものである。第１図において、さらに、１４はデ
イストリビユータを示しており、このデイストリ
ビユータ１４にはクランク角センサ１６及び１８
が設けられている。クランク角センサ１６は、気
筒判別用であり、この機関が６気筒であるとする
と、デイストリビユータ軸が１回転する毎、即ち
クランク軸が２回転する毎（720゜CA毎）に１つ
のパルスを発生する。その発生位置は、例えば、
第１気筒の上死点の如く設定される。クランク角
センサ１８は、デイストリビユータ軸が１回転す
る毎に24個のパルス、従つてクランク角30゜毎の
パルスを発生する。

ノツクセンサ１２、クランク角センサ１６及び
１８からの電気信号は、制御回路２０に送り込ま
れる。制御回路２０には、さらに機関の吸気通路
２２に設けられたエアフローセンサ２４からの吸
入空気流量を表わす信号が送り込まれる。一方、
制御回路２０からは、イグナイタ２６に点火信号
が出力され、イグナイタ２６によつて形成された
スパーク電流は、デイストリビユータ１４を介し
て各気筒の点火プラグ２８に分配される。

機関には、通常運転状態パラメータを検出する
その他の種々のセンサが設けられ、また、制御回
路２０は、燃料噴射弁２９等の制御をも行うが、
これらは本発明とは直接関係しないため、以下の
説明では、これらを全く省略する。

第２図は、第１図の制御回路２０の一構成例を
表わすブロツク図である。エアフローセンサ２４
からの電圧信号は、バツフア３０を介してアナロ
グマルチプレクサ３２に送り込まれマイクロコン
ピユータからの指示に応じて選択されてＡ／Ｄ変
換器３４に印加され、２進信号に変換された後、
入出力ポート３６を介してマイクロコンピユータ
内に取り込まれる。

クランク角センサ１６からのクランク角720゜毎
のパルスは、バツフア３８を介して割込み要求信
号形成回路４０に印加される。一方、クランク角
センサ１８からのクランク角30゜毎のパルスは、
バツフア４２を介して割込み要求信号形成回路４
０及び速度信号形成回路４４に印加される。割込
み要求信号形成回路４０は、クランク角720゜毎及
び30゜毎の各パルスから、種々の割込み要求信号
を形成する。これらの割込み要求信号は入出力ポ
ート４６を介してマイクロコンピユータに印加さ
れる。速度信号形成回路４４は、クランク角30゜
毎のパルスの周期から機関の回転速度Neを表す
２進信号を形成する。

形成された回転速度信号は、入出力ポート４６
を介してマイクロコンピユータに送り込まれる。

ノツクセンサ１２の出力信号は、インピーダン
ス変換用のバツフア及びノツキング個有の周波数
帯域（７〜8KHz）が通過帯域であるバンドパス
フイルタから成る回路４８を介してピークホール
ド回路５０に送り込まれる。ピークホールド回路
５０は、線５２及び入出力ポート４６を介して
“１”レベルの信号がマイクロコンピユータから
印加されている際にのみ、ノツクセンサ１２から
の出力信号を取り込み、その最大振幅のホールド
動作を行う。ピークホールド回路５０の出力は、
Ａ／Ｄ変換器５４によつて２進信号に変換され、
入出力ポート４６を介してマイクロコンピユータ
に送り込まれる。ただし、Ａ／Ｄ変換器５４の
Ａ／Ｄ変換開始は、入出力ポート４６及び線５６
を介してマイクロコンピユータから印加される
Ａ／Ｄ変換起動信号によつて行われる。また、
Ａ／Ｄ変換が終了すると、Ａ／Ｄ変換器５４は、
線５８及び入出力ポート４６を介してマイクロコ
ンピユータにＡ／Ｄ変換完了通知を行う。

一方、マイクロコンピユータから入出力ポート
４６を介して駆動回路６０に点火信号が出力され
ると、これが駆動信号に変換されてイグナイタ２
６が付勢され、その点火信号の持続時間及び持続
時期に応じた点火制御が行われる。

マイクロコンピユータは、前述の入出力ポート
３６及び４６と、マイクロプロセツサ（MPU）
６２、ランダムアクセスメモリ（RAM）６４、
リードオンリメモリ（ROM）６６、図示しない
クロツク発生回路、メモリ制御回路、及びこれら
を接続するバス６８等から主として構成されてお
り、ROM６６内に格納されている制御プログラ
ムに従つて種々の処理を実行する。

第３図乃至第６図は、その制御内容のうち、特
に本発明に関連した部分のみを表わすフローチヤ
ートである。これらの処理ルーチンによれば、ノ
ツキング発生時にノツクセンサ１２からの信号中
にノツキング信号が含まれるような期間（ノツキ
ング検出期間）にノツクセンサ出力のピークホー
ルド動作が行われ、その最終値が２進信号として
取り込まれる。そしてさらに、所定回数のノツキ
ング検出期間にそれぞれ取り込まれた２進信号の
平均値が算出され、この平均値がバツクグランド
値として認識される。比較基準値がこのバツクグ
ランド値に応じて算出され、その比較基準値と各
ノツキング検出期間に取り込まれた２進信号値と
が比較されてノツキング発生の有無が判別され
る。

なお、上述のノツキング検出期間は、好ましく
は、各気筒あるいはあらかじめ定めた特定の気筒
の爆発行程における、10゜CA・ATDC〜50゜CA・
ATDC付近に選ばれる。

以下第３図乃至第６図の処理ルーチンの内容に
ついて詳細に説明する。

割込み要求信号形成回路４０から、各気筒ある
いはあらかじめ定めた特定の気筒の所定クランク
角度位置θ₀CA、例えば爆発上死点あるいは圧縮
行程における30゜CA・BTDC、で所定の割込み要
求信号が印加されると、MPU６２は第３図の割
込み処理ルーチンを実行する。即ち、ステツプ７
０において、ノツキング検出期間の始まる時刻t₁
を算出する。この時刻t₁とは、ソフトウエア上の
タイマの時刻であり、ノツキング検出期間の始ま
るクランク角度位置（例えば10゜CA・ATDC）、
現在のクランク角度位置（θ゜CA）、タイマの現在
の時刻t₀、及び機関の回転速度Neが知られてい
れば容易に算出できることは明らかである。ステ
ツプ７０の処理が終ると、この割込みルーチンは
終了し、プログラムはメインルーチンに復帰す
る。

ソフトタイマの時刻がt₁となると、時間割込み
要求が発生し、これによりMPU６２は第４図の
割込み処理ルーチンを実行する。まずステツプ７
１において、ピークホールド回路５０にノツクセ
ンサ１２の出力のピークホールド動作を開始させ
る。これは、線５２を介してピークホールド回路
５０に、“１”レベルのピークホールド指示信号
を送り込むことによつて成される。次いで、ステ
ツプ７２において、ノツキング検出期間の終る時
刻t₂を算出する。ノツキング検出期間の終るクラ
ンク角度位置（例えば50゜CA・ATDC）があらか
じめ定められているため、このステツプ７２の算
出方法は、ステツプ７０の場合と同様である。次
いでステツプ７３においてＡ／Ｄ変換器５４に対
してＡ／Ｄ変換開始の指示を行つた後、メインル
ーチンに復帰する。

Ａ／Ｄ変換器５４によるＡ／Ｄ変換が終了し、
Ａ／Ｄ変換完了による割込み要求信号が線５８を
介して印加されると、MPU６２は第６図の割込
み処理ルーチンを実行する。まず、ステツプ７４
において、ピークホールド回路５０の出力を今回
Ａ／Ｄ変換した値Ａ／Diと前回のＡ／Ｄ変換値
Ａ／Di_-1とを比較し、次のステツプ７５及び７６
において、大きい方のＡ／Ｄ変換値をａに代入す
る。このａの内容はRAM６４の所定の領域に格
納される。次のステツプ７７においては、現在ピ
ークホールド動作中であるか否かを判別し、動作
中の場合はステツプ７８に進んで再びＡ／Ｄ変換
を起動する。このように本実施例では、１回のピ
ークホールド動作期間中に複数回のＡ／Ｄ変換を
繰り返して行いその最大値を検出している。これ
は、ピークホールド値が時間の経過と共にピーク
値を維持せず、“ダレ”てきてしまうために行わ
れるものである。なお、優秀なピークホールド回
路を用いて上述の如き“ダレ”を防止した際に
は、Ａ／Ｄ変換動作は、各ピークホールド動作期
間の終了時に１回だけ行えば良い。

ソフトタイマの時刻がt₂となると、時間割込み
要求が発生し、これにより、MPU６２は第６図
の割込み処理ルーチンを実行する。まずステツプ
７９において、ピークホールド指示信号を“０”
に反転させ、ピークホールド動作を終了させる。
次いでステツプ８０に進み、ノツキング検出期間
中に検出したピークホールド値の最大値、即ち、
RAM６４に格納されているこの期間中のノツク
センサ１２の出力の最大振幅に対応する値ａと過
去の各点火サイクルにおける各値ａが反映された
平均値（即ちバツクグランド値）Ａと一定値Ｋと
から、Ｋ・Ａ≧ａであるか否かが判別される。
Ｋ・Ａ≧ａの場合は、ノツキング発生なしと判別
され、ステツプ８１へ進んでバツクグランド値Ａ
を今回の値ａによつて補正する。即ち、Ａ←9A＋ａ／10 の計算を行う。この式は、最近の値ａの影響が強
くなるように重み付けを行つて平均値Ａを算出す
るためのものである。すなわち、RAM６４にお
いて、ノツクセンサ出力については最近の値ａお
よび平均値Ａのみが格納されている。次いで
MPU６２はステツプ８２乃至８５の処理を実行
する。ステツプ８２乃至８５では、過去10回の連
続した点火サイクルでノツキング発生がなかつた
場合には点火時期をＹだけ進角させようとするも
のである。即ち、ステツプ８２で、ｎが10以上で
あるか否かを判別し、10未満の場合は、ステツプ
８３においてｎを１つ増大させた後この割込み処
理ルーチンを終了する。一方、ｎが10以上である
場合は、ステツプ８４へ進み、ｎを零にリセツト
した後ステツプ８５へ進む。ステツプ８５では、
点火時期の進角補正値θをＹだけ増大させる処理
を行う。この進角補正値θは、所定クランク角度
位置毎に実行される周知の点火時期算出処理ルー
チンで用いられるものである。即ち、点火時期算
出処理ルーチンでは、エアフローセンサ２４によ
つて検出した吸入空気流量Ｑと回転速度信号形成
回路４４から得られる回転速度Ne等の運転状態
パラメータから最適点火時期を算出し、その算出
した点火時期をさらに進角補正値θを用いて補正
するものである。従つてステツプ８５の処理を行
うことにより、点火時期（次の点火サイクルの点
火時期）はＹだけ進角せしめられる。ステツプ８
５の処理が終了すると、メインルーチンに復帰す
る。

一方、ステツプ８０において、Ｋ・Ａ＜ａであ
ると判別された場合、即ち、ノツキング発生有り
と判別された場合は、ステツプ８６へ進み、進角
補正値θをＸだけ減少させる。これにより、次の
点火サイクルにおける点火時期はＸだけ遅角せし
められることになる。次いで、ステツプ８７にお
いてｎを零にリセツトした後メインルーチンに復
帰する。なお、ノツキング発生有りと検出した際
に点火時期を遅角方向に制御すればノツキングの
抑圧が計れることは周知である。

第７図は本発明の原理を説明するための図であ
り、横軸はノツクセンサ出力の振幅値、縦軸はそ
の振幅値の出力の発生頻度を表わしている。同図
において、ノツキングが発生してない際のノツク
センサ出力振幅値の頻度分布が破線ｂで示され、
微小ノツキング（人間が耳をすましてノツキング
音が聞える程度のノツキングを称している）発生
時のノツクセンサ出力振幅値の頻度分布が破線ｃ
で示され、また、微小ノツキングの発生する機関
状態におけるノツクセンサ出力振幅値の頻度分布
が実線ｄで示されている。なお、大きなノツキン
グが発生した場合はノツクセンサ出力振幅値も大
きくなるため、その頻度分布は第７図の右方の欄
外に現われることになる。

バツクグランド値を得るには、第７図に示す微
小ノツクも発生しないときのノツクセンサ出力振
幅値の平均値₀を得れば良いのであるから、ｂ
の頻度分布とｃの頻度分布とが互いにオーバーラ
ツプする部分の面積が２等分される（同図ｅ及び
ｆの面積が等しくなる）位置にＫ・₀の値がく
るようにＫの値を定め、ノツクセンサ出力振幅値
がＫ・₀より小さいときにそのノツクセンサ出
力振幅値を用いて平均値₀を更新することを各
点火サイクル毎に繰り返せばその更新値は第７図
の₀にほぼ等しくなるのである。即ち、第６図
のステツプ８０及び８１の処理がこれに相当す
る。このような処理を行うことにより、ノツキン
グ検出期間中にバツクグランド信号を検出するこ
とができるのである。

以上の説明からも明らかなように、第６図のス
テツプ８０は、バツクグランド信号を作成して良
いか否かの判別と、ノツキングが発生したか否か
の判別との両方の処理を同時に行うものである。
しかしながら本発明では、上記判別処理をそれぞ
れ別個に行つても良いのである。第８図はこの判
別処理を別個に行つた場合である。即ち、ステツ
プ８０ａでは、ノツキングが発生したか否かの判
別が行われ、ステツプ８０ｂでは、バツクグラン
ド値検出のためのステツプ８１の処理を行つて良
いか否かの判別が行われる。このように、ステツ
プ８０ａと８０ｂとで別個のK′、Ｋを用いれば、
ノツキング発生の有無の検出を行う場合（ステツ
プ８０ａの処理）、そのしきい値の自由度が大き
くなり非常に有利である。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、比
較基準値は現在のノツクセンサの出力を重視しつ
つ過去のノツクセンサの出力も生かした平均値Ａ
をもとに判定基準値を演算しているので、この判
定基準値はノイズ等の影響を小さくでき、また、
過渡時の振動にも追随でき、しかも、ノツクセン
サの複数の出力を記憶しておく必要がないので、
記憶装置の容量も増大しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の概略構成
図、第２図は第１図の制御回路のブロツク図、第
３図乃至第６図は制御回路の各割込み処理ルーチ
ンのフローチヤート、第７図は上記実施例による
作用を説明する図、第８図は第６図の割込み処理
ルーチンの他の実施例のフローチヤート、第９図
は本発明の基本構成を示すブロツク図である。１０……シリンダブロツク、１２……ノツクセ
ンサ、１４……デイスリビータ、１６，１８……
クランク角センサ、２０……制御回路、３６，４
６……入出力ポート、４８……バツフア及びフイ
ルタ回路、５０……ピークホールド回路、５４…
…Ａ／Ｄ変換器、６２……MPU、６４……
RAM、６６……ROM。

Claims

【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
少なくとも１つの振動検出素子よりなるノツクセ
ンサ（14）を内燃機関の機関本体に装着し、該ノ
ツクセンサからの電気信号に応じてノツキング発
生の有無を検出する内燃機関のノツキング検出装
置において、あらかじめ定めた少くとも１つの気筒の点火後
の所定クランク角度範囲における前記電気信号の
振幅値のピーク値(a)を検出するピーク値検出手段
と、該ピーク値(a)の平均値(A)を最近のピーク値の影
響が強くなるように重み付け（たとえばＡ＝
（９・Ａ＋ａ）／10）して各点火毎に演算する平
均値演算手段と、前記平均値をバツクグランド値としてこれに所
定値（Ｋ、K′＞１）を乗算せしめてノツク判定
基準値（KA′、KA）を演算するノツク判定基準
値演算手段と、該ノツク判定基準値と前記ピーク値とを比較す
る比較手段とを具備し、該比較結果に応じてノツキング発生の
有無を判別するようにしたことを特徴とする内燃
機関のノツキング検出装置。