JPH0684744B2 - 内燃機関用ノック制御装置 - Google Patents

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
ノックを検出して気筒点火位置を遅角補正する制御装置
に関し、特にエンジンやノックセンサのバラツキによる
ノック誤検出を防止した内燃機関用ノック制御装置に関
するものである。

［従来の技術］ 一般に、複数気筒により駆動される内燃機関は、効率的
に出力トルクを得るために、マイクロコンピュータ（EC
U）を用いて、各気筒毎の点火時期及び燃料噴射順序等
を負荷状態等に応じて制御している。

しかし、高速運転時等において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（以下、ノッ
クという）と呼ばれる振動が発生し、気筒を損傷するお
それがある。このようなノックの発生を抑制するため、
従来より、内燃機関の制御パラメータをノック抑制方向
に制御しており、例えば、点火時に異常振動を検出した
ときには、振動に応じて気筒点火位置を遅角側に補正し
ている。

第３図は従来の内燃機関用ノック制御装置を示すブロッ
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
各々に取り付けられたノックセンサであり、振動検出用
の圧電素子等からなり、特にノック特有の周波数（例え
ば、7kHz程度）に同調する共振特性を有している。

（２）はノックセンサ（１）の出力信号Ａのレベル（セ
ンサレベル）に対応したピークレベルＰを所定の点火タ
イミング毎に生成するピークホールド回路、（３）は内
燃機関のクランク軸又はカム軸に取り付けられて所定の
クランク角位置θを検出するクランク角センサ、（４）
はクランク角位置θに基づいてピークホールド回路
（２）をリセットするためのタイミング信号Ｔを生成す
るタイミング信号発生器、（５）はクランク角位置θに
基づいて内燃機関の回転数Ｒを検出する回転数検出器、
（６）は回転数Ｒに対応したスレッショルドレベル（閾
値）THを生成する関数発生器である。（７）はコンパレ
ータ等からなるノック判別器であり、ピークレベルＰと
閾値THとを比較して、 Ｐ＞TH の場合に「１」レベルの比較出力Ｃを出力するようにな
っている。（８）は比較出力Ｃに基づいて気筒点火位置
補正用の遅角量θ_Rを生成する遅角量計算器である。
（９）は気筒の点火時期（点火位置）を制御する点火時
期制御器であり、内燃機関の回転数や負荷状態に応じて
決定されるベース進角値を遅角量θ_Rにより補正するよ
うになっている。

尚、所定期間毎に生成されるタイミング信号Ｔは、内燃
機関の回転に同期した気筒の基準位置に対応しており、
例えば、各気筒の第１の基準位置B75°で立ち上がり、
第２の基準位置B5°で立ち下がるパルスからなってい
る。従って、ピークホールド回路（２）は、第１の基準
位置B75°でリセットされ、この第１の基準位置B75°か
ら第２の基準位置B5°までの間はマスクされる。そし
て、或る気筒の第２の基準位置B5°から次の気筒の第１
の基準位置B75°までの間イネーブルとなって、ピーク
レベルＰを保持するようになっている。

次に、第４図の波形図及び第５図の特性図を参照しなが
ら、第３図に示した従来の内燃機関用ノック制御装置の
動作について説明する。

通常、各気筒は、TDC（上死点＝０°）から５°程度手
前の第２の基準位置B5°の付近で点火されるので、混合
気の爆発は、TDCから10°〜60°程度過ぎたクランク角
位置A10°〜A60°付近で起こり、異常燃焼によるノック
も、この爆発タイミングと同期して発生する。

ノックセンサ（１）は、気筒のシリンダ等に固定されて
振動を検出しており、ノックが発生すると、他の振動レ
ベルに対して振幅が大きい出力信号Ａ（第４図参照）を
生成する。例えば、或る気筒でノックが発生した場合、
ノックセンサ（１）の出力信号Ａは、クランク角位置A1
0°〜A60°付近で周期的に大きい振幅を有する波形とな
る。

クランク角センサ（３）は、気筒の動作に対応した第１
及び第２の基準位置B75°及びB5°を示すクランク角位
置θを生成し、このクランク角位置θに基づいて、タイ
ミング信号発生器（４）はパルス状のタイミング信号Ｔ
を出力する。

ピークホールド回路（２）は、タイミング信号Ｔの立ち
上がり（第２の基準位置B5°）から、ノックセンサ
（１）の出力信号ＡのピークレベルＰを検出し、これを
タイミング信号Ｔの立ち下がり（第１の基準位置B75
°）でリセットされるまで保持する。

回転数検出器（５）は、クランク角位置θから内燃機関
の回転数Ｒを検出し、この回転数Ｒに対応した信号レベ
ルを生成する。関数発生器（６）は、例えばROMテーブ
ルからなり、第５図のように、回転数Ｒの上昇に応じて
増大する閾値THを生成する。なぜなら、回転数Ｒが上昇
するにつれて、ノック及びノイズによる振動量が大きく
なり、ピークレベルＰの振幅が全体に大きくなるからで
ある。第５図のような閾値THの特性は、関数発生器
（６）内のROM等に予め設定されている。

ノック判別器（７）は、ピークレベルＰを閾値THと比較
して、ピークレベルＰが閾値THを越えた場合にノック発
生と判別し、「１」レベルの比較出力Ｃを生成する。遅
角量計算器（８）は、比較出力Ｃが生成された場合（ノ
ックが発生した場合）には遅角量θ_Rを所定値だけ増大
させ、比較出力Ｃが生成されない場合（ノックが発生し
ない場合）には所定時間毎に遅角量θ_Rを所定値ずつ減
少させる。

点火時期制御器（９）は、遅角量θ_Rによりベース進角
値を補正し、気筒点火位置の演算制御を行う。この結
果、制御対象となる気筒の点火位置はノック抑制側に遅
角補正され、ノックは発生しなくなる。

しかし、閾値THが運転状態に対して一意的に設定される
のに対して、ピークレベルＰに含まれるノイズレベル
は、運転状態が同一であっても内燃機関（エンジン）や
ノックセンサ（１）の特性のバラツキにより変動する。
このため、ピークレベルＰがたとえノイズレベルであっ
ても、閾値THを越える可能性がある。

もし、ノイズをノックと判別して遅角制御を行うと、気
筒点火位置がノック検出毎に積算遅角されてしまい、気
筒の制御効率が著しく損なわれてしまうことになる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関用ノック制御装置は以上のように、運転
状態に対応して予め設定された閾値THを用いてピークレ
ベルＰを判別しているので、ピークレベルＰのノイズレ
ベルが変動した場合に、ノイズをノックとして誤検出し
やすくなり、気筒点火位置を連続的に遅角制御してしま
い、制御効率が大きく損なわれる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、エンジンやノックセンサのバラツキによりピ
ークレベルが変動しても、ノイズの誤検出を防止できる
内燃機関用ノック制御装置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制御装置は、運転状態
の領域毎に対応した閾値を格納すると共に、センサ手段
の出力に基づいて閾値が読み出される記憶手段と、ノッ
クセンサの出力信号のレベルに応じて閾値を補正する閾
値補正演算処理部とを設け、センサレベルと閾値補正演
算処理部からの補正閾値とを比較してノックの有無を判
別するようにしたものである。

［作用］ この発明においては、ノックセンサの出力信号に相当す
るセンサレベルの平均値が予め設定されたノイズレベル
より大きくなった場合には、閾値が大きくなるように補
正して、ノイズによる不要な遅角制御を抑制する。

［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を示すブロック図であり、
（１）〜（４）は前述と同様のものである。又、（17）
〜（19）は（７）〜（９）にそれぞれ対応している。

（10）はピークレベルＰをデジタル値に変換するAD変換
器であり、ピークホールド回路（２）とノック判別処理
部（17）との間に挿入されている。

（11）は回転数Ｒとは異なる運転状態として負荷状態Ｌ
を検出する負荷センサであり、例えば、アクセルによる
吸気状態を検出する半導体等から構成されている。

（12）はクランク角位置θ及び負荷状態Ｌに基づいて二
次元に区分された運転領域Ｄを決定する運転状態処理部
であり、クランク角位置θから回転数Ｒを検出する回転
数検出器（５）（第３図参照）と、負荷状態Ｌから負荷
レベルを検出する負荷検出器とを含んでいる。（13）は
各運転領域Ｄに対応した閾値THを三次元マップテーブル
として格納する第1ROMであり、運転領域Ｄに対する閾値
THが読出されるようになっている。（14）は各運転領域
Ｄに対応した平均的なノイズレベルＮを格納する第2ROM
であり、運転領域Ｄに対するノイズレベルＮが読出され
るようになっている。

（20）はピークレベルＰ及びノイズレベルＮに基づいて
閾値THを補正する閾値補正演算処理部であり、所定期間
毎にピークレベルＰを平均化する平均化処理部（21）
と、平均化処理部（21）からの平均値P^*と第2ROM（14）
から読出されたノイズレベルＮとの比から補正係数Ｋを
生成する除算部（22）と、第1ROM（13）から読出された
閾値THに補正係数Ｋを乗算して補正閾値TH^*を生成する
乗算部（23）とを備えている。

ノック判別処理部（17）は、AD変換器（10）を介したピ
ークレベルＰと閾値補正演算処理部（20）から出力され
た補正閾値TH^*とを比較して比較出力Ｃを生成し、遅角
量計算処理部（18）は、比較出力Ｃに基づいて遅角量θ
_Rを生成し、点火時期制御部（19）は、遅角量θ_Rに基づ
いて気筒点火位置を遅角制御するようになっている。こ
れらは運転状態処理部（12）、第1ROM（13）、第2ROM
（14）及び閾値補正演算処理部（20）と共に、マイクロ
コンピュータ内に構成されている。

次に、第２図のフローチャート図を参照しながら、第１
図に示したこの発明の一実施例の動作について説明す
る。

ピークホールド回路（２）は、前述と同様にタイミング
信号Ｔに応じてノックセンサ（１）の出力信号Ａのピー
クレベルＰを生成し、AD変換器（10）は、ピークレベル
Ｐをデジタル値に変換してノック判別処理部（17）に入
力する。

運転状態処理部（12）は、クランク角センサ（３）から
のクランク角位置θと負荷センサ（11）からの負荷状態
Ｌとに基づいて検出時点の回転数Ｒ及び負荷レベルを区
分し、二次元の運転領域Ｄに対応した閾値THを第1ROM
（13）から読出す。

このとき、第1ROM（13）内には、回転数Ｒ及び負荷レベ
ルの各運転領域Ｄに対応した閾値THが予め格納されてお
り、相対的にノイズレベルが大きくなる軽負荷時には高
レベルの閾値THが読出され、ノックを誤判別しにくくな
っている。

閾値補正演算処理部（20）は、第２図の閾値補正処理ル
ーチンに従い、まず、ノック検出時に相当する回転数及
び負荷レベル等を初期設定する（ステップS1）。

次に、設定されたノック検出時の回転数か否かを判定し
（ステップS2）、設定回転数に達していれば、更に、設
定負荷レベルか否かを判定する（ステップS3）。

もし、ノック検出時の設定回転数及び設定負荷レベルに
達していれば、平均化処理部（21）により、現在のピー
クレベルＰの平均値P^*を算出する（ステップS4）。

続いて、現在の回転数及び負荷レベルに対応し且つ平均
値P^*に対応して予め設定されたノイズレベルＮを、第2R
OM（14）から読出し（ステップS5）、除算部（22）によ
り平均値P^*及びノイズレベルＮの比をとって、 Ｋ＝P^*/N から、補正係数Ｋを算出する（ステップS6）。

最後に、乗算部（23）により、第1ROM（13）から読出さ
れた閾値THに補正係数Ｋを乗算し、 TH^*＝TH×Ｋ から、補正閾値TH^*を算出し（ステップS7）、この補正
閾値TH^*をノック判別処理部（17）の基準端子に入力す
る。

一方、ステップS2又はS3において、設定回転数又は設定
負荷レベルに達していないと判定された場合は、ノック
検出が行われないので、閾値補正処理ルーチンも実行せ
ず、直ちにリターンして終了する。

以上の閾値補正処理により、運転状態に対応して予め設
定された閾値THは、ノック判別処理部（17）の基準レベ
ルとしてそのまま用いられることはなく、その時点のピ
ークレベルＰの平均値P^*の変動に対応して補正される。

もし、平均値P^*が予め設定されたノイズレベルＮより大
きい場合は、補正係数Ｋが、 Ｋ＞１ となるため、補正閾値TH^*は、 TH^*＞TH となり、ノイズレベルをノックレベルとして誤検出する
ことが抑制される。このように、ノックセンサ（１）の
個々の特性バラツキ等によりピークレベルＰが変動して
も、その変動分は閾値補正演算処理部（20）により吸収
され、常にピークレベルＰに対応した補正閾値TH^*を基
準として、正確なノック判別を行うことができる。

尚、上記実施例においては、運転状態を検出するセンサ
手段として、回転数に対応したクランク角位置θを検出
するクランク角センサ（３）と、負荷レベルに対応した
負荷状態Ｌを検出する負荷センサ（11）とを用いたが、
他のセンサ手段を用いてもよく、又、第３図のように１
つのセンサ手段を用いてもよい。

又、ノックセンサ（１）の出力信号Ａに対応したセンサ
レベルとしてピークレベルＰを用いたが、積分回路を介
した積分レベルを用いてもよい。

更に、ノック判別処理部（17）を比較回路で構成した
が、比較演算回路で構成し、入力信号差に応じた出力信
号を得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、運転状態の領域毎に対
応した閾値を格納すると共に、センサ手段の出力に基づ
いて閾値が読み出される記憶手段と、ノックセンサの出
力信号のレベルに応じて閾値を補正する閾値補正演算処
理部とを設け、ノックセンサの出力信号に相当するセン
サレベルと閾値補正演算処理部からの補正閾値とを比較
してノックの有無を判別するようにしたので、ノック誤
検出による不要な遅角制御を抑制することができ、信頼
性を向上させた内燃機関用ノック制御装置が得られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図内の閾値補正演算処理部の動作を説明するため
のフローチャート図、第３図は従来の内燃機関用ノック
制御装置を示すブロック図、第４図は第３図の装置の動
作を説明するための波形図、第５図は第３図内の関数発
生器の内容を示す特性図である。 （１）……ノックセンサ （３）……クランク角センサ （11）……負荷センサ、（13）……第1ROM （14）……第2ROM （17）……ノック判別処理部 （20）……閾値補正演算処理部 Ａ……ノックセンサの出力信号 θ……クランク角位置、Ｌ……負荷状態 TH……閾値、TH^*……補正閾値 Ｎ……ノイズレベル、Ｐ……ピークレベル Ｃ……比較出力、θ_R……遅角量 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. 【請求項１】内燃機関の振動を検出するノックセンサ
   と、 前記内燃機関の運転状態を検出する少なくとも１つのセ
   ンサ手段と、 前記運転状態の領域毎に対応した閾値を格納すると共
   に、前記センサ手段の出力に基づいて前記閾値が読み出
   される記憶手段と、 前記ノックセンサの出力信号のレベルに応じて前記記憶
   手段から読出された閾値を補正する閾値補正演算処理部
   と、 この閾値補正演算処理部からの補正閾値と前記ノックセ
   ンサの出力信号とを比較してノックの有無を判別するノ
   ック判別手段と、 このノック判別手段の出力に応じて前記内燃機関の制御
   パラメータをノック抑制方向に制御する制御手段と、 を備えた内燃機関用ノック制御装置。
2. 【請求項２】前記ノックセンサの出力信号のピークレベ
   ルを所定期間毎に検出するピークホールド回路と、 前記運転状態の領域毎に対応したノイズレベルを格納す
   ると共に、前記センサ手段の出力に基づいて前記ノイズ
   レベルが読み出される別の記憶手段と を備え、 前記閾値補正演算処理部は、 前記所定期間毎に前記ピークレベルを平均化する平均化
   処理部と、 前記平均化処理部により得られた平均値と前記ノイズレ
   ベルとの比から補正係数を生成する除算部と、 前記閾値に前記補正係数を乗算して補正閾値を生成する
   乗算部と を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内
   燃機関用ノック制御装置。