JPH0542614B2

JPH0542614B2 -

Info

Publication number: JPH0542614B2
Application number: JP59136706A
Authority: JP
Inventors: Akito Yamamoto; Juji Nakajima; Toshimi Anho; Hiroyuki Naito
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1993-06-29
Also published as: JPS6117036A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、内燃機関の筒内圧を検出する筒内
圧検出装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、内燃機関においては、シリンダ内の未
燃焼混合気の早期着火による急激な燃焼によつ
て、シリンダ寸法（特にそのボア径）と燃焼温度
とによつて定まる複数の固有振動数でシリンダ内
圧力（筒内圧力）が減衰振動し、この減衰振動に
よつて内燃機関が金属的な叩き音を発生する所謂
ノツキング現象が生じることがある。

そこで、従来、例えば特開昭54−142425号公
報、特開昭56−554号公報等に記載されているよ
うに、機関の筒内圧を検出してノツキングを検出
し、この結果に応じて点火時期を制御してノツキ
ングを回避するようにした内燃機関の制御装置が
ある。

このような内燃機関の制御装置において使用さ
れる筒内圧検出装置は、内燃機関のシリンダブロ
ツクにあるいは点火プラグの座金として取付けた
圧力センサ（筒内圧センサ）と、この筒内圧セン
サから出力される電荷信号を電圧信号に変換して
増幅するチヤージアンプとによつて構成されてい
る。

そして、内燃機関の制御装置は、このような筒
内圧検出装置から出力される検出信号からノツキ
ングセンサから出力される検出信号からノツキン
グに関連する特定周波数帯域（約５〜6KHz以上）
の信号を抽出し、所定の信号処理をして機関の燃
焼圧力振動に対応した検出信号を生成し、この検
出信号を予め定めた基準レベルと比較してノツキ
ングの有無を判定し、この判定結果に基づいて点
火時期を遅角，進角制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような筒内圧検出装置にあ
つては、筒内圧センサの破壊，配線の断線あるい
はシヨート，チヤージアンプの故障等が発生し
て、検出出力がノツキング無と同様の状態に固定
されてしまうことがある。

このような事態が発生すると、特に近来の機関
制御は機関の燃焼効率を常に最大とするために限
界近くで制御されているため、ノツクの限界を越
えて点火時期が進角制御され、機関の破壊につな
がることがある。

そこで、この点を考慮して、点火時期の進角に
予め制限を加えることも考えられるが、ノツク限
界は種々のパラメータ、例えば冷却水温，吸入空
気量，空燃比等によつて大幅（例えば5゜〜8゜）に
変化するため、筒内圧検出装置が正常な場合に効
率的な制御ができなくなる。

〔問題を解決するための手段〕

そのため、この発明による内燃機関の筒内圧検
出装置は、第１図に示すように内燃機関の筒内圧
力を検出する筒内圧検出手段Ａと、この筒内圧検
出手段Ａの検出結果を予め定めた複数のクランク
角位置でサンプリングするサンプル手段Ｂと、こ
のサンプル手段Ｂがサンプリングした複数のサン
プル値に基づいて前記筒内圧検出手段Ａの異常を
判定する常異判定手段Ｃとを設けたものである。

〔作用〕

筒内圧力の検出結果の複数のクランク角位置に
おけるサンプル値から筒内圧検出手段の異常を判
定して出力し、その異常に対する処置を促がす。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。

第２図は、この発明を実施した筒内圧検出装置
を備えた内燃機関の制御装置の全体概略構成図で
ある。

この内燃機関においては、エアクリーナ１、エ
アフロメータ２及びスロツトルバルブ３を介して
インテークマニホールド４に取入れられた空気
と、インジエクタ５によつて供給される燃料とが
混合された混合気が内燃機関６に供給され、点火
プラグ７によつて点火されて燃焼し、この燃焼に
よつて発生した排気ガスは排気管から触媒コンバ
ータ８及びマフラー９を介して排出される。

一方、全体の制御を司るコントロールユニツト
１１には、エアフロメータ２からの吸入空気流量
信号、スロツトルバルブ３の開度を検出するスロ
ツトルスイツチ１２からのスロツトルバルブ位置
信号、クランク角センサ１３からの回転信号、ト
ランスミツシヨン１４のニユートラル位置を検出
するニユートラルスイツチ１５からのニユートラ
ル信号、車速センサ１６からの車速信号が入力さ
れる。

また、燃料温度を検出する燃温センサ１７から
の燃温信号、排気ガス中の酸素濃度を検出する
O₂センサ１８からの酸素濃度信号、冷却水温度
を検出する水温センサ１９からの水温信号が入力
される。

さらに、機関６の燃焼圧力振動を検出する筒内
圧センサ２１からの筒内圧信号が入力される。

そして、コントロールユニツト１１は、これ等
の各入力信号及び内部に格納した各種データに基
づいて、インジエクタ５を駆動制御して燃料供給
量を制御し、点火プラグ７へ高電圧を供給するイ
グニツシヨンコイル２２の一次電流を断続制御し
て点火を制御する。

また、AACバルブ２３を駆動制御してスロツ
トルバルブ３をバイパスする空気流量を制御して
アイドル回転数を制御し、VCMバルブ２４を制
御してEGRバルブ２５を制御してEGR量を制御
等する。

なお、この第２図中、２６はフユーエルポン
プ、２７はキヤニスター、２８はBCバルブ、２
９はチエツクバルブである。

第３図及び第４図は、この内燃機関の制御装置
におけるコントロールユニツト１１の構成を示す
ブロツク図及びその機能ブロツク図である。

まず、筒内圧センサ２１は、圧電変換型圧力セ
ンサであり、第５図イ，ロに示すようにシリンダ
ヘツド６Ａに取付けた点火プラグ７の座金として
取付けられ、前述したように内燃機関６の筒内圧
（シリンダ内圧力）に応じた電荷信号S₁を出力す
る。

また、クランク角センサ１３は、機関が所定角
度回転する毎に、例えば６気筒機関ではクランク
角の120度（４気筒機関ではクランク角の180度）
毎に基準信号S₂を出力すると共に、クランク角の
１度又は２度毎に位置信号S₃を出力する。

なお、その位置信号S₃は、その他の例えば0.1
度等の角度毎に出力するようにしてもよく、細く
する程制御精度が向上する。

一方、コントロールユニツト１１のチヤージア
ンプ３１は、例えば第６図に示すように、オペア
ンプOP₁、抵抗R₁，R₂、コンデンサC₁、ダイオ
ードD₁，D₂からなる電荷−電圧変換回路によつ
て、筒内圧センサ２１からの電荷信号S₁を電圧信
号に変換した後、この電圧信号をオペアンプ
OP₁、抵抗R₃〜R₈及びダイオードD₃からなる増
幅回路によつて増幅して、検出信号S₄として出力
する。

このチヤージアンプ３１と前述した筒内圧セン
サ２１とによつて第１図の筒内圧検出手段Ａを構
成している。

バンドパスフイルタ３２は、チヤージアンプ３
１からの検出信号S₄から所定周波数、すなわちノ
ツキングに関連する周波数帯域（約６〜17KHz）
の信号成分のみを抽出して、この抽出した信号成
分を検出信号S₅として出力する。

積分器３３は、後述する主制御回路３７からの
セツト／リセツト信号SCRでタイミングをとら
れて、バンドパスフイルタ３２からの検出信号S₅
を積分して、この積分結果を積分信号S₆として出
力する。

この積分器３３は、バンドパスフイルタ３２か
らの検出信号S₅を、オペアンプOP₃、抵抗R₁₀〜
R₁₄及びコンデンサC₂からなる増幅回路によつて
増幅する。

そして、この増幅した検出信号を、オペアンプ
OP₁、抵抗R₁₅〜R₁₈、コンデンサC₃、ダイオード
D₄，D₅からなる整流回路によつて整流する。

その後、この整流回路の整流出力と増幅された
検出信号とを、オペアンプOP₅、抵抗R₁₉〜R₂₂、
コンデンサC₄、ツエナダイオードZDからなる積
分回路で合成して積分し、この積分値を積分信号
S₆として出力する。

そして、この積分器３３は、主制御回路３７か
らのセツト／リセツト信号SSRがハイレベル
“Ｈ”のときに、抵抗R₂₃及びトランジスタQ₁か
らなるリセツト回路のトランジスタQ₁がオフ状
態になつて積分可能状態になり、そのセツト／リ
セツト信号SSRが“Ｌ”のときに、トランジスタ
Q₁がオン状態になつてコンデンサC₄の両端がシ
ヨートされて積分停止状態になる。

第３図に戻つて、プリセツタブルカウンタ３５
は、クランク角センサ１３の基準信号S₂が入力さ
れたときに予め定めた値がプリセツトされ、その
クランク角センサ１３からの位置信号S₃をカウン
トして、カウント値がプリセツト値になつた時
に、第１の外部割込み要求信号IRQ１を出力す
る。

なお、このプリセツタブルカウンタ３５による
外部割込み要求信号IRQ１は、機関の吸入行程中
の所定クランク角度（機関により異なるが例えば
TDC前160゜〜150゜）で出力されるようにプリセツ
ト値を選択する。

プリセツタブルカウンタ３６は、クランク角セ
ンサ１３の基準信号S₂が入力されれたときに予め
定めた値がプリセツトされ、そのクランク角セン
サ１３からの位置信号S₃をカウントして、カウン
ト値がプリセツト値になつた時に、第２の外部割
込み要求信号IRQ２を出力する。

なお、このプリセツタブルカウンタ３５による
外部割込み要求信号IRQ２は、機関の上死点
（TDC）で出力されるようにプリセツト値を選択
する。

一方、主制御回路３７は、CPU３８、ROM３
９、RAM４０及びＡ／Ｄ変換器等を内蔵した
Ｉ／Ｏ４１からなるマイクロコンピユータによつ
て構成してある。

この主制御回路３７は、クランク角センサ１３
からの基準信号S₂及び位置信号S₃と、チヤージア
ンプ３１からの検出信号S₄と、積分器３３からの
積分信号S₆と、プリセツタブルカウンタ３５，３
６からの各外部割込み信号IRQ１，IRQ２と、前
述した第２図で説明したような各種の検出信号を
入力する。

そして、クランク角センサ１３からの基準信号
S₂及び位置信号S₃に基づいて積分器３３にセツ
ト／リセツト信号SSRを出力してその積分動作を
制御する。

なお、ここでは主制御回路３７は、圧縮上死点
前40度（BTDC40゜）で積分器３３の積分動作を
開始させ、圧縮上死点（TDC）でその積分動作
を停止させ、圧縮上死点後５度（ATDC5゜）で再
度積分動作を開始させ、ATDC45゜で積分動作を
停止させる。

また、主制御回路３７は、前述した各入力信号
に基づいて、チヤージアンプ３１からの検出信号
S₄の所定クランク角位置におけるサンプリング、
筒内圧センサ２１、チヤージアンプ３１の異常判
定、発生したノツキングレベルの判定、頻度の判
定、点火時期の修正量の決定、点火時期の決定等
の点火時期制御に関する処理をして、この処理結
果に基づいて点火装置４２のパワートランジスタ
４３をオン・オフ制御して点火時期を制御する。

なお、この点火時期の制御（パワートランジス
タ４１のオン・オフ制御）は、Ｉ／Ｏ４１の内部
に設けた図示しない進角値（ADV）レジスタ、
ドウエル角（DWELL）レジスタに決定した点火
時期に相当する値（進角値、ドウエル角）をセツ
トし、これ等のレジスタの値と位置信号S₃をカウ
ントするカウンタの値とを比較して、一致した時
点でパワートランジスタ４３をオン状態又はオフ
状態にする。

なお、その点火装置４２は、パワートランジス
タ４３がオン・オフ制御されることによつて、イ
グニツシヨンコイル２２の一次電流を断続されて
その二次側に高電圧が発生し、この高電圧を点火
プラグ７に印加して火花点火する。

この主制御回路３７の点火時期制御に関する機
能を第４図の機能ブロツクで説明する。

まず、比算出部３７Ａは、積分器３３からの
BTDC40゜〜TDCの間の積分結果である積分信号
S₆と、ATDC5゜〜45゜の間の積分結果である積分
信号S₆との比（差でもよい）を算出し、この算出
結果を出力する。

判定・修正量決定部３７Ｂは、比算出部３７Ａ
からの燃焼圧力振動の検出値を予め定めた基準値
と比較して、ノツキングの発生の有無、その発生
したノツキングの種類の判定等の処理をし、この
判定結果及び後述する異常判定部３７Ｆの判定結
果に基づいて点火時期の修正量を決定する。

点火時期制御部３７Ｃは、吸入空気量及び機関
回転数等に基づいて決定した点火時期を、判定・
修正量決定部３７Ｂが決定した修正量だけ修正し
て、この結果に応じて点火装置４２を制御する。

第１のサンプル部３７Ｄ（ここでは第３図のプ
リセツタブルカウンタ３５を含む）は、第１図の
サンプル手段Ｂを構成し、吸入行程の所定クラン
ク角でチヤージアンプ３１からの検出信号S₄をサ
ンプリングする。

第２のサンプル部３７Ｅ（ここでは第３図のプ
リセツタブルカウンタ３６を含む）も、第１図の
サンプル手段Ｂを構成し、TDCでチヤージアン
プ３１からの検出信号S₄をサンプリングする。

異常判定部３７Ｆは、第１，第２のサンプル部
３７Ｄ，３７Ｅのサンプル結果に基づいて筒内圧
センサ２１及びチヤージアンプ３１で構成される
筒内圧検出手段の異常を判定する。

なお、この主制御回路３５は、点火時期に関す
る制御以外の制御もするが、その詳細な説明は省
略する。

また、上記説明では筒内圧センサ２１及びチヤ
ージアンプ３１は、１気筒分についてのみ示した
が、実際には各気筒分設けてあり、各チヤージア
ンプ３１の出力をマルチプレクサで切換えてバン
ドパスフイルタ３２に入力する等する。

同様に、点火装置４２についても各気筒分設け
るか、あるいは点火装置４２のパワートランジス
タ４３及びイグニツシヨンコイル２２を各気筒共
通として、イグニツシヨンコイル２２で発生する
高電圧をデイストリビユータによつて各点火プラ
グ７に分配するようにする。

次に、このように構成したこの実施例の作用に
ついて第８図以降をも参照して説明する。

まず、この実施例におけるノツキングの検出原
理について説明する。

先ず、筒内圧力振動のパワースペクトルは、例
えば第８図に示すように、非ノツク時には線
で、比較的大きなレベルを有するノツク時には線
で示すようになる。

なお、これは４気筒1800c.c.の内燃機関について
全負荷、4800RPMで運転した場合の本出願人に
よる実験結果であるが、他の内燃機関についても
略同様であることを確認している。

この第８図から分るように、ノツク時と非ノツ
ク時とでは６〜17KHzの周波数帯域においてパワ
ーレベルに大きな差がある。

そこで、筒内圧センサの電荷信号を電圧信号に
変換して、この信号から上記周波数帯域の信号成
分を抽出することによつて、非ノツク時およびノ
ツク時に例えば第９図イ及び同図ロに示すような
信号（以下「抽出信号」と称す）が得られる。な
お、これ等は筒内圧の高周波振動の波形を示すも
のである。

ここで、特定周波数帯域の信号ｘ(t)のパワー
は、一般に Φ＝（1/2Ｔ）∫^T _-TX²(t)dt … で表わされる。つまり、信号振幅の２乗の時間平
均として得られる。

したがつて、第９図に示す信号の絶対値の積分
を考えれば、１／2T∫^T _-T｜ｘ(t)｜dt＝１／2T∫^T _-T√²(t)dt…
となる。

この第式の右辺は、信号ｘ(t)のRMS（二乗平
均）を示すことから、この第式の左辺は、信号
ｘ(t)のパワーを示す量、あるいは少なくともパワ
ーと一価に相関のある量と考えることができる。

なお、ここでは、第式および第式の信号ｘ
(t)を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かえない。

そこで、第９図イに示す非ノツク時の抽出信号
を、クランク角で上死点前40度（BTDC40゜）か
ら上死点（TDC）までの範囲について絶対値積
分をしたとき、その積分信号は例えば第１０図イ
に示すようになる。

同様に、第９図ロに示すノツク時の抽出信号
を、クランク角で上死点から上死点後40度
（ATDC40゜）までの範囲について絶対値積分をし
たとき、その積分信号は例えば第１０図ロに示す
ようになる。

これ等の各積分信号は、上記クランク角範囲に
おける筒内圧振動エネルギに対応するものであ
る。つまり、上記第式で（1/2Ｔ）の項を落し
たものである。

その第１０図イから分るように、非ノツク時に
は、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幅エネルギが存在して
いる。すなわち、非ノツク時には上死点（TDC）
をＴ＝０として、 ∫⁰ _T=-40゜ｘ(t)dt＝∫^T=+40 ₀゜ｘ(t)dt … の関係が成立している。

一方、第１０図ロから分るように、ノツク時に
は、TDC後の膨張行程においてノツキングに起
因するエネルギの増分が現われる。

ところで、一般に人間の聴感によるノツクレベ
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、ノツキング振動による音圧レベ
ルとの相対的な強度差によつておこなわれている
と考えられている。

したがつて、非ノツク時における筒内圧の振動
エネルギと、ノツ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
一致するノツキングレベルの検出が可能となる。

ここで、上記第式によれば、経験的に上死点
前にノツ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
ツキングの発生の有無にかかわらず、非ノツク時
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つていると云える。

したがつて、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、非ノツク時
の筒内圧の振動エネルギと、燃焼行程中の筒内圧
の振動エネルギとを直接比較することになり、人
間の官能表価と良く一致したノツキングレベルを
検出できる。

なお、本出願人による種々の実験によれば、第
１０図に示す関係は、殆んどの運転条件下で成立
していると看すことができる。

ただし、積分区間は、点火プラグの振動、吸・
排気弁の着座・離座の振動による影響を受けて第
式の関係が成立しなくなるようなことがないよ
うに選択する必要がある（この場合はTDC前後
40度を選択している）。

次に、このような処理をするための主制御回路
３７による積分器３３の積分動作の制御について
第１１図（以下ここでは「同図」と称す）を参照
して説明する。

まず、クランク角０〜120度付近において、チ
ヤージアンプ３１からは同図ハに示すような検出
信号S₄が出力され、この検出信号S₄がバンドパス
フイルタ３２を通過することによつて例えば同図
ニに示すような検出信号（抽出信号）S₅が積分器
３３に入力される。なお、ここでは、この検出信
号S₅はノツク成分を含んでいる。

そこで、主制御回路３７は、クランク角０度
（BTDC70゜）でクランク角０度（BTDC70゜）で
クランク角センサ１３から出力される同図イに示
す基準信号S₂が入力された時点t₁から内部カウン
タを起動して、クランク角センサ１３から出力さ
れる同図ロに示す位置信号S₂のカウントを開始す
る。

そして、クランク角30度（BTDC40゜）になつ
た時点t₂で、同図ヘに示すようにセツト／リセツ
ト信号SSRを“Ｈ”にして積分器３３の積分動作
を開始させ、TDCになつた時点t₃でセツト／リ
セツト信号SSRを“Ｌ”にして積分動作を停止さ
せる。

その後、クランク角75度（ATDC5゜）になつた
時点t₄で同様にして積分器３３の積分動作を開始
させ、クランク角115度（ATDC45゜）になつた時
点t₅で積分動作を停止させる。

それによつて、積分器３３から出力される積分
信号S₆は、例えば同図ホに示すようになり、時点
t₂〜t₃間の積分動作によつて非ノツク時振動エネ
ルギに相関する積分値が得られ、時点t₄〜t₅間の
積分動作によつてノツク時振動エネルギに相関す
る積分値が得られる。

そこで、この両者の比又は差を算出して、ノツ
ク時振動エネルギに相関する積分値を非ノツク時
振動エネルギに相関する積分値に基づいて正規化
することによつて、正確なノツキング検出ができ
る。

ところで、この場合筒内圧センサ２１の破壊、
断線、チヤージアンプ３１の故障等が生じてチヤ
ージアンプ３１の出力（検出信号S₄）が（＋）側
又は（−）側に固定されると、バンドパスフイル
タ３２の出力は略０付近になるが、積分器３３は
微少な電気的ノイズを検出するため、非ノツク時
と略同様の積分信号S₆が出力される。なお、以下
では、筒内圧センサ２１及びチヤージアンプ３１
からなる筒内圧検出装置を「筒内圧力センサ」と
称する。

つまり、第１２図イに示す正常時のチヤージア
ンプ３１からの検出信号S₄がバンドパスフイルタ
３２を通過して検出信号S₅として出力されたと
き、積分器３３からの積分信号S₆は、ノツク時に
は同図ロに実線で示すようになり、非ノツク時に
は同図に破線で示すようになる。

一方、筒内圧力センサの異常時にバンドパスフ
イルタ３２から出力される略０付近の検出信号S₅
を積分したときの積分器３３からの積分信号S₆
は、第１２図ハに示すようになり、同図ロに破線
で示す非ノツク時と略同様になる。

したがつて、この積分器３３の非ノツク時振動
エネルギ検出区間の積分値とノツク時振動エネル
ギ検出区間の積分値との比又は差を筒内圧ないし
ノツキングを検出出力として、ノツキングを判定
すると、筒内圧力センサの異常時にはノツキング
無しと判定されることになる。

そこで、この発明の筒内圧検出装置（筒内圧力
センサ）では、チヤージアンプ３１の出力に基づ
いて筒内圧センサの異常を判定する。

つまり、正常燃焼時の筒内圧力センサの出力
（検出信号S₄）は、例えば第１３図イに示すよう
になり、筒内圧は吸気弁が閉じた後ピストンによ
り圧縮されて次第に上昇し、点火後若干の着火遅
れの後、TDC後10数度で最大圧力に達し、燃焼
の終了と共に下降し、やがて排気弁が開くことに
よつて略大気圧に戻り、１燃焼サイクルが終了す
る。

また、不整燃焼（失火）時の筒内圧力センサの
出力は、例えば第１３図ロに示すようになり、こ
の場合にはシリンダ容積の減少による圧縮圧力波
形、所謂モータリング波形となる。

この第１３図イ，ロから分るように、いずれの
場合であつても常に吸入行程中のクランク角Ｘに
おける圧力よりもTDCにおける圧力の方が大き
くなるので、両者を比較することによつて筒内圧
力センサの正常、異常を判定できることになる。

次に、主制御回路３７が実行するこのような筒
内圧力センサの異常判定処理について第１４図を
参照して説明する。

主制御回路３７は、プリセツタブルカウンタ３
５，３６からの外部割込み要求信号IRQ１，IRQ
２のいずれかが入力されたときに、この異常判定
処理の実行を開始する。

そして、まずSTEP1で、外部割込み要求信号
IRQ１か否かを判別する。

このとき、外部割込み要求信号IRQ１であれ
ば、STEP2でチヤージアンプ３１からの検出信
号S₄のＡ／Ｄ変換を開始して、STEP3のその
Ａ／Ｄ変換の終了を判別し、Ａ／Ｄ変換が終了し
たときには、STEP4でＡ／Ｄ変換の変換結果を
RAM４０の所定のアドレス（以下「アドレス
INT・AD」と称す）に格納する。

これによつて、吸入行程中の所定のクランク角
位置におけるチヤージアンプ３１（筒内圧力セン
サ）の出力がサンプリングされてホールドされ
る。

これに対して、外部割込み要求信号IRQ１でな
ければ、すなわち外部割込み要求信号IRQ２であ
れば、STEP5でチヤージアンプ３１からの検出
信号S₄のＡ／Ｄ変換を開始して、STEP6のその
Ａ／Ｄ変換の終了を判別し、Ａ／Ｄ変換が終了し
たときには、STEP7でＡ／Ｄ変換の変換結果を
RAM４０の所定のアドレス（以下「アドレス
TDC・AD」と称す）に格納する。

これによつて、TDCにおけるチヤージアンプ
３１（筒内圧力センサ）の出力がサンプリングさ
れてホールドされる。

その後、STEP8で偏差Ｘを、Ｘ＝TDC・AD−INT・AD の演算をして算出し、STEP9でその偏差Ｘが所
定値（10とする）以上（（Ｘ≧10）か否かを判別
する。

このとき、Ｘ≧10であれば、すなわち吸入行程
中の所定クランク角における筒内圧力の検出値の
サンプル値と、TDCにおける筒内圧力の検出結
果のサンプル値との差が所定値以上であれば、筒
内圧力センサは正常であるので、そのまま処理を
終了する。

これに対して、Ｘ≧10でなければ、すなわち吸
入行程中の所定クランク角における筒内圧力の検
出値のサンプル値と、TDCにおける筒内圧力の
検出結果のサンプル値との差が所定値以上でなけ
れば、筒内圧力センサが異常であると判定して、
フラグEMG・FLGをセツトして（“１”にして）
処理を終了する。

なお、異常判定は、基本的には、TDC・AD＞
INT・ADの判別をして行なうことができる。

ただ、ここでは、TDC・AD−INT・AD≧10
の判別をして異常を判定するようにしたのは、次
のような理由に基づく。

つまり、一般に、吸入行程における圧力は300
mmHg（約−400mmHg）（アイドル時）〜780mmHg
（全開時）であり、TDCにおける圧縮圧力は、機
械的な圧縮比８〜10に断熱圧縮による温度上昇分
が加わるため、上記値の約10倍以上となる。

一方、燃焼圧力最大時の圧力は、略60〜80気圧
となり、Ａ／Ｄ変換器の分解能を８ビツトとする
と、例えば80気圧のときにはFFH（ヘキサ表現）
（10進255）となるように調整するのが一般的であ
る。

したがつて、最大圧力差の小さなアイドル時の
TDC・AD値とINT・AD値との差は、 255×（3000−300）／780×（80−１）＝12 となるためである。

次に、主制御回路３７が実行するノツキング判
定・修正量決定処理について第１５図を参照して
説明する。

まず、STEP11で前述した異常判定処理でセツ
トするフラグEMG・FLGが「０」か否かをチエ
ツクして筒内圧力センサが正常か否かを判定す
る。

このとき、フラグEMG・FLGが「０」であれ
ば、筒内圧力センサは正常であるので、STEP12
で非ノツク時振動エネルギ相関値Ｂとノツク時振
動エネルギ相関値Ｋとの比Ｋ／Ｂ（差Ｋ−Ｂでも
よい）を算出して、ノツク時振動エネルギ相関値
Ｋを非ノツク時振動エネルギ相関値Ｂに基づいて
正規化するＫ／Ｂ値算出処理をする。

なお、非ノツク時振動エネルギ相関値Ｂは、第
１１図の時点t₃における積分信号S₆のＡ／Ｄ変換
結果であり、ノツク時振動エネルギ相関値Ｋは、
同じく時点t₅における積分信号S₆のＡ／Ｄ変換結
果であり、これ等のＡ／Ｄ変換処理を図示しない
処理において実行され、その結果がRAM４０の
所定のアドレスに格納されている。

また、このＫ／Ｂ値算出処理では、機関回転数
（クランク角センサ１３からの位置信号S₃を所定
時間計数して得る）に対応したＫ／Ｂ値からノツ
キングを判定するための基準値をROM３９に格
納した基準値テーブルから読出す処理もする。

そして、STEP13でノツキングの有無あるいは
その頻度、強度等を判定して、点火時期の修正量
ADVFBKを決定する修正量決定処理をして処理
を終了する。

これに対して、フラグEMG・FLGが「０」で
なければ、筒内圧力センサは異常であるので、そ
の出力に基づいて点火時期の修正量を決定するこ
とはできないので、点火時期の修正量ADVFBK
を予め定めた所定量、例えば−10゜に固定する。

それによつて、筒内圧力センサに異常が発生し
たときでも、機関に対するダメージを避けること
ができ、しかも運転性をさほど損なわない状態で
走行を継続することができる。

なお、このノツキング判定・修正量決定処理に
おけるSTEP13の修正量決定処理の一例を第１６
図に示してある。

これを説明する前に、まず同図中の第１，第２
の基準値SL₁，SL₂について説明しておく。

まず、６気筒エンジンにおける各種ノツキング
現象についてのＫ／Ｂ値の累積頻度の分布は、第
１７図に示すようになる。

つまり、非ノツク時のＫ／Ｂ値の累積頻度の分
布は線で、トレースノツク時のＫ／Ｂ値の累積
頻度の分布は線で、ライトノツク時のＫ／Ｂ値
の累積頻度の分布は線で、ミデイアムノツク時
のＫ／Ｂ値の累積頻度の分布線で、ヘビーノツ
クの時のＫ／Ｂ値の累積頻度の分布は線で示す
ようになる。

そこで、基本的には第１の基準値SL₁及び第２
の基準値SL₂を、第１７図に示すような値に設定
して、第１の基準値SL₁によつてノツキングの有
無の判定をし、第２の基準値SL₂によつて発生し
たノツキングが小さな（軽微な）ノツキングか大
きなノツキングかを判定する。

ところが、機関回転数が高回転域にあるときに
は、エンジン自体の機械的振動の影響によつて人
間の官能評価が低下するので、ノツクの許容ゾー
ンが広くなる。

そこで、前述したように機関回転数に応じて第
１の基準値SL₁及び第２の基準値SL₂を変化させ、
効率の高い運転を実現できるようにしている。な
お、第１の基準値SL₁及び第２の基準値SL₂は、
両者共あるいはいずれか一方を固定値としてもよ
いことは勿論である。

また、修正量ADVFBKをインクリメントした
ときに点火時期が進角し、デクリメントしたとき
に点火時期が遅角するものとする。

次に、この第１６図の各処理を簡単に説明する
と、STEP20で上述した処理によつて算出した
Ｋ／Ｂ値を第２の基準値SL₂と比較し、Ｋ／Ｂ値
＞SL₂か否かを判定して、大なるノツキングが発
生したか否かを判別する。

このとき、Ｋ／Ｂ値＞SL₂でなければ、すなわ
ち小さなノツキングの発生あるいはノツク無であ
れば、そのいずれかを判定するため、STEP21で
Ｋ／Ｂ値を第１の基準値SL₁と比較して、Ｋ／Ｂ
値＞SL₁か否かを判別する。

このとき、Ｋ／Ｂ値＞SL₁でなければ、ノツキ
ングが発生していなければ、STEP22でSTEP33
でノツキング発生時にセツトするフラグKFLGが
「０」か否かを判別する。

そして、フラグKFLGが「０」であれば、
STEP23〜26でノツキングが発生した時からＫ／
Ｂ値≦SL₁の状態が28サイクル以上継続したとき
に点火時期を１度進角する処理をし、フラグ
KFLGが「０」でなければ、STEP27〜31におい
てＫ／Ｂ値＞SL₁になつた時から28サイクル以上
Ｋ／Ｂ値≦SL₁の状態が継続したときにはノツク
無とする処理をする。

これに対して、STEP21でＫ／Ｂ値＞SL₁にな
つたとき、すなわち小さな（軽微な）ノツクが発
生したときには、STEP32でフラグKFLGが
「０」か否かをチエツクして、最初のノツキング
発生か否かを判別する。

このとき、フラグKFLGが「０」であれば、
STEP33でフラグKFLGをセツト（KFLG＝１）
した後、STEP34でカウント値KCNTをクリアし
て処理を終了する。

これに対して、フラグKFLGが「０」でなけれ
ば、すなわち２回目以降のノツキングの発生であ
れば、STEP35で過去の点火回数が14回以内
（KCNT≦14）か否か、すなわち14サイクル以内
にＫ／Ｂ値＞SL₁になつたか否かを判別する。

このとき、KCNT≦14でなければ、前述した
STEP34を実行して処理を終了し、またKCNT≦
14であれば、STEP36で修正量ADVFBKをデク
リメント（−１）して点火時期を１度遅角させた
後、前述したSTEP34を実行して処理を終了す
る。

なお、ここで14サイクル以内にＫ／Ｂ値＞SL₁
になつたときに、すなわちノツクが発生した後次
のノツクが14サイクル以内に発生したときに、点
火時期を遅角するのは、前述した第１７図から分
るようにトレースノツク時には7/100の割合で
Ｋ／Ｂ値が第１の基準値SL₁を越えるので、確率
的に100／７≒14、すなわち14回に１回の割合で
この条件（Ｋ／Ｂ値＞SL₁）が発生することなる
ということに基づいている。

したがつて、同様にこの値をライトノツクの場
合は100／16≒６（回）、ミデイアムノツクの場合
は100／25＝（回）とすることによつて、機関を所
望のノツクレベルに制御できる。このことは、本
出願人による実験によつて確認した。

このように、ここでは、小さなノツクが発生し
たときには、その小さなノツクの発生頻度を判定
して、この頻度の判定結果に基づいて点火時期の
修正量を決定する。

なお、この場合ここでは点火時期の遅角量を１
度にしているが、これを例えば1/4度、1/2度等の
他の値に設定することもできる。

また、小さなノツクの発生頻度に基づくだけで
なく、小さなノツクの強度、すなわちＫ／Ｂ値の
大きさに応じて遅角量を決定するようにすること
もでき、このようにすればより適切に運転性能等
を損なうことなく、ノツキングの抑制を図ること
ができる。

これに対して、STEP20でＫ／Ｂ値＞SL₂にな
つたとき、すなわち大きなノツクが発生したとき
には、STEP37で修正量ADVFBKを予め定めた
所定量Ａだけデクリメント（−Ａ）して、点火時
期をＡ度遅角させた後、STEP34を実行して処理
を終了する。

なお、その所定量Ａは、機関あるいは運転条件
等に応じて定めた定数であり、前述した小さなノ
ツク発生時の遅角量（１度）よりも大きな値を設
定している。

このように、この内燃機関の制御装置において
は、Ｋ／Ｂ値≦SL₁（ノツク無）のときには、所
定の条件が満足されたときに点火時期の修正量を
所定角度進角し、SL₁≦Ｋ／Ｂ値≦SL₂（小さなノ
ツク）のときには、所定の頻度になつたときに点
火時期の修正量を所定角度（１度）遅角し、Ｋ／
Ｂ値＞SL₂（大きなノツク）のときには直ちに点
火時期の修正量を所定角度（Ａ度）遅角させる修
正量を決定する。

そして、図示しない処理において吸入空気量及
び機関回転数等に応じて決定した基本点火時期
を、上述したような処理によつて決定される点火
時期の修正量だけ修正する。

このように、この内燃機関の制御装置における
筒内圧検出装置は、の機関の筒内圧を検出する筒
内圧力センサの異常をも判定して出力する。

それによつて、筒内圧力センサに異常が発生し
たときには、点火時期の修正量を所定遅角量に表
定する等して、機関にダメージを与えることな
く、しかも運転性をさほど損なわないで走行を継
続できるようにする等の処理を採ることができる
ようになる。

なお、上記各実施例においては、筒内圧センサ
を点火プラグに設けたが、所謂振動センサをシリ
ンダブロツクに設ける構成等にすることもでき
る。

また、上記実施例においては、吸入行程中の所
定のクランク角位置及びTDCで筒内圧力センサ
の検出結果をサンプリングしたが、サンプリング
するクランク角位置及びサンプリングするクラン
ク角位置の個数共これに限るものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、筒内
圧検出装置の異常を検出できるので、異常時にも
機関の安全性を維持できると共に、異常時におけ
る制約がなくなつて燃焼効率が最大となるような
制御が可能なり、トルク、燃費、運転性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の構成を示す機能ブロツク
図、第２図は、この発明を実施した内燃機関の制
御装置の概略構成図、第３図は、第２図のコント
ロールユニツトの一例を示すブロツク図、第４図
は、同じくそのコントロールユニツトの要部の機
能ブロツク図、第５図は、同じく筒内圧センサの
一例を示す断面図及び平面図、第６図は、同じく
チヤージアンプの一例を示す回路図、第７図は、
同じく積分器一例を示すブロツク図、第８図、第
９図及び第１０図は、この実施例におけるノツキ
ング検出の原理説明に供する波形図、第１１図
は、積分器の動作説明に供するタイミングチヤー
ト図、第１２図及び第１３図は、この実施例にお
ける異常判定の原理の説明に供する波形図、第１
４図は、主制御回路が実行する異常判定処理の一
例を示すフロー図、第１５図は、主制御回路が実
行するノツキング判定・修正量決定処理の一例を
示すフロー図、第１６図は、第１５図の修正量決
定処理の一例を示すフロー図、第１７図は、第１
６図の説明に供する各ノツク現象におけるＫ／Ｂ
値の累積発生頻度の一例を示す説明図である。１１……コントロールユニツト、１３……クラ
ンク角センサ、２１……筒内圧センサ、３１……
チヤージアンプ、３７……主制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】１内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧検出手
段と、該筒内圧検出手段の検出結果を予め定めた
複数のクランク角位置でサンプリングするサンプ
ル手段と、該サンプル手段の複数のサンプル結果
に基づいて前記筒内圧検出手段の異常を判定する
異常判定手段とを設けたことを特徴とする内燃機
関の筒内圧検出装置。２サンプル手段が、機関の吸入行程の所定のク
ランク角位置で筒内圧検出手段の検出結果をサン
プリングする手段を備えている特許請求の範囲第
１項記載の内燃機関の筒内圧検出装置。３サンプル手段が、機関の圧縮上死点で筒内圧
検出手段の検出結果をサンプリングする手段を備
えている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
内燃機関の筒内圧検出装置。４サンプル手段が、機関の点火時期又は該点火
時期前で該点火時期の近傍で筒内圧検出手段の検
出結果をサンプリングする手段を備えている特許
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の
内燃機関の筒内圧検出装置。５異常判定手段が、サンプル手段の複数のサン
プル結果の大小関係の判別結果に基づいて異常を
判定する手段を備えている特許請求の範囲第１項
乃至第４項のいずれかに記載の内燃機関の筒内圧
検出装置。