JPH0711266B2

JPH0711266B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JPH0711266B2
Application number: JP59136703A
Authority: JP
Inventors: 明人山本; 雄二中島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1995-02-08
Anticipated expiration: 2010-02-08
Also published as: JPS6116267A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関
のノツキングの検出結果に応じて点火時期を制御する内
燃機関の制御装置に関する。

〔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、ノツキング
の検出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
力センサ等の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
制御するようにしたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、統計的に見て機関の燃焼圧力振動の検出結果
（ノツキングセンサの出力）と発生するノツキング、す
なわちトレースノツク，ライトノツク，ミデイアムノツ
ク，ヘビーノツクとの対応関係は一定ではなく、例えば
トレースノツク時とライトノツク時との各燃焼圧力振動
のパワーレベルは殆んど重なり合つている。

そのため、燃焼圧力振動の検出信号と比較する基準レベ
ルの設定の仕方によつては、聴感上問題のないトレース
ノツクまでをも問題のあるノツキングとして検出して点
火時期を遅角制御して、燃費の悪化や発生トルクの低下
を招くことがある一方、聴感上問題のあるライトノツク
の検出精度が低下してしまうことがある。

このように、機関の燃焼圧力振動の検出結果を直接基準
値と比較してノツキングの有無を判定して点火時期を制
御するのでは、問題となるノツキングを高精度に検出し
て、的確な点火時期制御を行なうことができない恐れが
ある。

〔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制御装置は、第１
図に示すように内燃機関の燃焼圧力振動を検出する燃焼
圧力振動検出手段Ａと、この燃焼圧力振動検出手段Ａの
検出結果に基づいて小さなノツキングが発生したか否か
を判定する第１の判定手段Ｂと、この第１の判定手段Ｂ
の判定結果に基づいて小さなノッキングが発生した後次
のノッキングが発生するまでの発生間隔をトレースノッ
ク時の頻度判定値と比較することによりノッキングの発
生頻度を判定する発生頻度判定手段Ｃと、燃焼圧力振動
検出手段Ａの検出結果に基づいて基準値より大きなノツ
キングが発生したか否かを判定する第２の判定手段Ｄ
と、前記頻度発生手段Ｃの検出結果に基づいて前記トレ
ースノック時の発生頻度となるように点火時期の修正量
を決定する第１の修正量決定手段Ｅと、第２の判定手段
Ｄの判定結果に基づいて前記基準値に対する偏差と比例
的な値として点火時期の修正量を決定する第２の修正量
決定手段Ｆと、これ等の第1,第２の修正量決定手段E,F
の決定結果に基づいて点火時期を制御する点火時期制御
手段Ｇとを設けたものである。

［作用］小さなノッキングの発生頻度を該小ノッキングの発生間
隔とトレースノック時の頻度判定値と比較することによ
って最小限のノッキングの発生で判定でき、該頻度判定
結果に基づいてトレースノックの発生頻度となるように
点火時期を修正することにより機関出力上有利でかつ聴
覚上問題のないトレースノックレベルに制御され、運転
性の向上を図ることができる。

一方、大きなノッキングの発生時は基準値との偏差と比
例的な修正値によって直ちに点火時期を修正することに
より、加速性能の悪化を防止できる。

［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EG
R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,29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、オペオンプ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。

バンドパスフイルタ32は、チヤージアンプ31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。

非ノツク時振動エネルギ検出回路33は、クラン角センサ
13からの基準信号S₂及び位置信号S₃でタイミングをとつ
て、機関の燃焼圧力振動に対応するバンドパスフイルタ
32からの検出信号S₄からノツキングが発生していない非
ノツク時の燃焼圧力振動エネルギに相関した値（相関
値）、例えば積分値を生成する回路であり、その生成し
た相関値（積分値）を積分信号S₆として出力する。

ノツク時振動エネルギ検出回路34は、同じくクラン角セ
ンサ13からの基準信号S₂及び位置信号S₃でタイミングを
とつて、機関の燃焼圧力振動に対応するバンドパスフイ
ルタ32からの検出信号S₄からノツク時の燃焼圧力振動エ
ネルギに相関した値（相関値）、例えば積分値を生成す
る回路であり、その生成した相関値（積分値）を積分信
号S₇として出力する。

その非ノツク時振動エネルギ検出回路33は、第７図に示
すようにバンドパスフイルタ32からの検出信号S₅につい
て絶対値積分，その積分値のリセツト及びホールドをす
る絶対値積分器33Aと、所定のクランク角に対応する値
をプリセツトされ、クランク角センサ13からの基準信号
S₂に応じて位置信号S₃を計数するプリセツタブルカウン
タ33B,33Cと、これ等のカウンタ33B,33Cの出力に応じて
積分器33Aの動作を制御するフリツプフロツプ回路33Dと
からなる。

一方、ノツク時振動エネルギ検出回路34は、第７図に示
すように非ノツク時振動エネルギ検出回路33と同様な絶
対値積分値34Aと、プリセツタブルカウンタ34B,34Cと、
フリツプフロツプ回路34Dとからなる。

なお、ここでは、この発明を６気筒機関に実施して、こ
れ等の非ノツク時振動エネルギ検出回路33及びノツク時
振動エネルギ検出回路34の各プリセツタブルカウンタ33
B,33C及び34B,34Cには、クランク角センサ13の基準信号
S₂が圧縮上死点前70度となるようにし、上死点の前後40
度の間にて非ノツク時及びノツク時の振動エネルギを検
出するものとして、次のような値をプリセツトする。

カウンタ33B…クランク角 30度相当値カウンタ33C…クランク角 70度相当値カウンタ34B…クランク角 70度相当値カウンタ34C…クランク角120度相当値なお、ノツク時振動エネルギ検出回路34のプリセツタブ
ルカウンタ34Cの出力（クランク角110度における出力）
を後述する主制御回路35に対する外部割込み要求信号SI
NTとして出力する。

また、非ノツク時振動エネルギ検出回路33の絶対値積分
器33Aの一例を第８図に示してある。

この積分器33Aにおいて、第７図のフリツプフロツプ回
路33Dから出力S₈によつて制御されるアナログスイツチA
Sは、その出力S₈が“L"の時にオン状態になる。

それによつて、このアナログスイツチASを介して入力さ
れる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からなる半波
整流回路によつて半波整流する。

その後、この半波整流回路の半波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
（結果的に全波整流と同じ）積分し、この積分値を積分
信号S₆として出力する。

そして、アナログスイツチASがオフ状態になつたときに
は、その時の積分値をホールドする。

また、クランク角センサ13からの基準信号S₂が入力され
た時には、抵抗R₂₃及びトランジスタQ₁からなるリセツ
ト回路が作動して、つまりトランジスタQ₁がオン状態に
なつてコンデンサC₄の両端をシヨートしてコンデンサC₄
にホールドされた電荷を放電させる（リセツト状態にす
る）。

なお、ノツク時振動エネルギ検出回路34の絶対値積分器
34Aについても同様の構成及び動作をするので、その説
明を省略する。

第３図に戻つて、主制御回路35は、CPU36,ROM37,RAM38
及びA/D変換器等を内蔵したI/O39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35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、非ノツク時振動エネルギ検出回
路33からの積分信号S₆と、ノツク時振動エネルギ検出回
路34からの積分信号S₇及び外部割込み要求信号SINT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、これ等の各入力信号に基づいて発生したノツキ
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40のパワートラン
ジスタ41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/O39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41をオン状態又はオフ状態にする。

また、その点火装置40は、パワートランジスタ41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35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35は、非ノツク時振動エネルギ検出回路
33からの積分信号S₆とノツク時振動エネルギ検出回路34
からの積分信号S₇との比（差でもよい）を算出し、これ
を燃焼圧力振動の検出値として出力する。

つまり、この実施例では、筒内圧センサ21,チヤージア
ンプ31,バンドパスフイルタ32,非ノツク時振動エネルギ
検出回路33,ノツク時振動エネルギ検出回路34及びこの
比算出部35Aによつて第１図の燃焼圧力振動検出手段Ａ
を構成している。

判定部35Bは、この比算出部35Aからの燃焼圧力振動の検
出値を第１の基準値発生部35C及び第２の基準値発生部3
5Dからの各第１の基準値及び第２の基準値と比較して、
発生したノツキングが軽微なノツキングか否かの判定，
軽微なノツキングの発生頻度の判定及び発生したノツキ
ングが大なるノツキングか否かを判定をし、各判定結果
を出力する。

つまり、これ等の判定部35B,第１の基準値発生部35C及
び第２の基準値発生部35Dによつて、第１図の第１の判
定手段B,頻度判定手段Ｃ及び第２の判定手段Ｄを構成し
ている。

なお、第1,第２の基準値発生部35C,35Dは、主制御回路3
5のROM37の格納したテーブルで構成している。

修正量決定部35Eは、第１図の第1,第２の修正量決定手
段E,Fを構成し、判定部35Bの判定結果に基づいて軽微な
ノツキングの発生頻度の判定結果に基づく点火時期の修
正量の決定及び大なるノツキングの判定結果に基づく点
火時期の修正量の決定をする。

点火時期制御部35Fは、第１図の点火時期制御手段Ｇを
構成し、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、修正量決定部35E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40を制御する。

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、こ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40についても各気筒分設けるか、ある
いは点火装置40のパワートランジスタ41及びイクニツシ
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
９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９
図に示すように、非ノツク時には線Ｉで、比較的大きな
レベルを有するノツク時には線IIで示すようになる。

なお、これは４気筒1800ccの内燃機関について全負荷,4
800RPM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９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10
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10図に示す信号の絶対値の積分を考えれ
ば、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10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（TD
C）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11図（イ）に示すようになる。

同様に、第10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11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11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、の関係が成立している。

一方、第11図（ロ）から分るように、ノツク時には、TD
C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、官能表面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、人間の官能表面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11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、吸・排気弁の着座・離座の振動に
よつて生じる点火プラグ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非ノツク時振動エネ
ルギ検出回路33及びノツク時振動エネルギ検出回路34の
動作について第12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が非ノツク時振動エネルギ検出回路33及
びノツク時振動エネルギ検出回路34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。

一方、非ノツク時振動エネルギ検出回路33及びノツク時
振動エネルギ検出回路34の各積分器33A,34Aは、圧縮上
死点前70度（BTDC70度）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
でリセツトされる。

また、各カウンタ33B,33C,34B,34Cは、前述したプリセ
ツト値がプリセツトされと同時に、この時点t₁からクラ
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度になつた時点t₂で非ノツク時振
動エネルギ検出回路33のカウンタ33Bの出力が反転し
て、同図（ト）に示すようにフリツプフロツプ回路33D
の出力S₈が反転する（“L"になる）。

それによつて、積分器33Aのリセツト状態が解除されて
バンドパスフイルタ32から検出信号S₅の絶対値積分を開
始する。

その後、クランク角70度になつた時点t₃でカウンタ33C
の出力が反転して、フリツプフロツプ回路33Dの出力S₈
が反転する（“H"になる）。

それによつて、積分器33Aは、その時点t₃の積分値を基
準信号S₂が入力される時点t₅までホールドする。

したがつて、この積分器33Aからは同図（ホ）に示すよ
うに非ノツク時の振動エネルギに対応した積分信号S₆が
出力される。

一方、そのクランク角70度になつた時点t₃で、ノツク時
振動エネルギ検出回路34のカウンタ34Bの出力が反転し
て、同図（チ）に示すようにフリツプフロツプ回路34D
の出力S₉が反転する（“L"になる）。

それによつて、積分器34Aのリセツト状態が解除されて
バンドパスフイルタ32からの検出信号S₅の絶対値積分を
開始する。

その後、クランク角110度になつた時点t₄でカウンタ34C
の出力が反転して、フリツプフロツプ回路34Dの出力S₉
が反転する（“H"になる）。

それによつて、積分器34Aは、その時点t₄の積分値を基
準信号S₂が入力される時点t₅までホールドする。

したがつて、この積分器34Aからは同図（ヘ）に示すよ
うにノツク時の振動エネルギに対応した積分信号S₇が出
力される。

次に、主制御回路35のCPU36が実行するノツキング判定
・修正量決定処理について第13図及び第14図を参照して
説明する。

主制御回路35のCPU36は、ノツク時振動エネルギ検出回
路34からの外部割込み要求信号SINTによつて外部割込み
が要求されたとき（前述したようにクランク角70度）
に、このノツキング判定・修正量決定処理の実行を開始
する。

そして、STEP1で、I/O39に内蔵したA/D変換器に対して
非ノツク時振動エネルギ検出回路33からの積分信号S₆の
A/D変換の開始を指令して、積分信号S₆のA/D変換を開始
する。

そして、STEP2でROM37に格納した第１の基準値テーブル
からその時の機関回転数に応じた第１の基準値SL₁を選
択して読出し、STEP3で同じくROM37に格納した第２の基
準値テーブルからその時の機関回転数に応じた第２の基
準値SL₂を選択して読出す。

なお、機関回転数は、図示しない処理においてクランク
角センサ13からの位置信号S₃を所定時間計数して、その
計数値を機関回転数としてRAM38の所定のアドレスに格
納している。

その後、STEP4で積分信号S₆のA/D変換が終了したか否か
を判別して、A/D変換が終了したときには、STEP5でその
変換結果を非ノツク時の振動エネルギに関連した量Ｂと
してRAM38の所定のアドレスに格納する。

次いで、STEP6でノツク時振動エネルギ検出回路34から
の積分信号S₇のA/D変換を開始して、STEP7でそのA/D変
換が終了したか否かを判別し、A/D変換が終了したとき
には、STEP8でその変換結果をノツク時の振動エネルギ
に関連した量ＫとしてRAM38の所定のアドレスに格納す
る。

そして、STEP9で上述の処理をして得られた量Ｂ及び量
Ｋを読出して比K/B（又は差Ｋ−Ｂでもよい）を算出し
て量Ｋを正規化する。なお、この演算結果を以下では
「K/B値」と称する。

ここで、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15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Ｉ
で、トレースノツク時のK/B値の累積頻度の分布は線II
で、ライトノツク時のK/B値の累積頻度の分布は線III
で、ミデイアムノツク時のK/B値の累積頻度の分布線IV
で、ヘビーノツクの時のK/B値の累積頻度の分布は線Ｖ
で示すようになる。

なお、このK/B値の累積頻度の分布は、本出願人の実験
結果であるが、殆んどのエンジンについて共通であると
考えられる。

そこで、基本的には第１の基準値SL₁及び第２の基準値S
L₂を、第15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。

例えば第２の基準値SL₂を越える頻度は、ライトノツク
時には２〜３％，ミデイアムノツク時には25％程度，ヘ
ビーノツク時には70％程度となつており、K/B値が第２
の基準値SL₂を越えるときには略100％（97〜98％）大な
るノツクが発生したと判定できる。

ところで、各種ノツクのパワーレベルと機関回転数との
関係は、例えば第16図に示すように、非ノツク時には実
線で、トレースノツク時には破線で、ライトノツク時に
は一点鎖線で、ミデイアムノツク時には二点鎖線で示す
ようになる。

この第16図からも分るように、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、この実施例では、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。

ここで、第14図に戻つて、まず略称の意味について説明
する。

KFLG:ノツキングの有無の判定に使用するフラグ BCNT:フラグKFLGがリセツトされた時からの点火回数を
示す値（以下では「カウント値BCNT」と称す） KCNT:フラグKFLGがセツトされた時からの点火回数を示
す値（以下では「カウント値KCNT」と称す） ADVFBK:点火角度の基準値に対する修正量を示す値（以
下では「修正量ADVFBK」と称す）なお、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進角す
る。

また、これ等のフラグKFLGの値，各カウント値BCNT,KCN
T及び修正量ADVFBKは、RAM38の予め割付けた所定のアド
レスに格納する。

ここで、各STEPにおける処理を説明すると、まず、STEP
10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であれば、すなわち大なるノツク
が発生したときには、後述するSTEP27に移行する。

これに対して、K/B値＞SL₂でなければ、すなわちK/B値
≦SL₂であつて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、STEP11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であれば、すなわち小さな（軽微
な）ノツクが発生していれば、後述するSTEP22に移行す
る。

これに対して、K/B値＞SL₁でなければ、すなわちK/B値
≦SL₁であつて、ノツキングが発生していなければ、STE
P12で後述するSTEP26でノツキングの発生時にセツトす
る（「１」にする）フラグKFLGが「０」か否かを判別す
る。

このとき、フラグKFLGが「０」であれば、すなわちノツ
キングが発生していなければ、STEP13〜16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度進角する処理をする。

つまり、STEP13でカウント値BCNTをインクリメント（＋
１）した後、STEP14でそのカウント値BCNTが「28」を越
えた（BCNT＞28）か否かを判別する。

このとき、BCNT＞28でなければ、そのまま処理を終了
し、BCNT＞28であれば、STEP15で点火時期の修正量ADVF
BKをインクリメント（＋１）して点火時期を１度進角さ
せた後、STEP16でカウント値BCNTをクリア（BCNT＝０）
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
ち過去にノツキングが発生していれば、STEP17〜21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≦S
L₁の状態が継続したときには、非ノツクとするための処
理をする。

つまり、STEP17でカウント値KCNTをインクリメント（＋
１）した後、STEP18でカウント値KCNTが「28」を越えた
（KCNT＞28）か否かを判別する。

このとき、KCNE＞28でなければ、そのまま処理を終了
し、またKCNT＞28であれば、STEP19でフラグKFLGをリセ
ツトした後、STEP20でカウント値KCNTをクリア（KCNT＝
０）し、STEP21でカウント値BCNTをクリアして処理を終
了する。

これに対して、STEP11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、STEP
22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、すなわち最初
のノツキングであれば、STEP23でフラグKFLGをセツト
（KFLG＝１）した後、STEP24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、STEP25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STEP23,24を
実行して処理を終了し、またKCNT≦14であれば、STEP26
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STEP24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15図から分るようにトレースノツク時には7/10
0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＝４
（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よう
にしている。

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、STEP10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、STEP27で遅角量
Ａを、Ａ＝α（K/B値−SL₂）の演算をして算出する。なお、αは機関毎あるいは運転
条件毎に予め設定した定数であり、機関あるいは運転条
件に対応した値をテーブル・ルックアップで読み出す。

そして、STEP28で修正量ADVFBKを遅角量Ａだけ遅角させ
る。

つまり、第21図に示すように第２の基準値SL₂を超える
大きなノックが発生したときには、そのノッキングの程
度（強度）に応じて、つまりK/B値が大きくなる程度角
量を大きくする。

なお、上記各STEP15,26,28における修正量ADVFBKについ
ては、補正後の修正量ADVFBKが予め定めた値を越えてい
ないか否かの判定等をして、修正量ADVFBKの値を制限す
ることによつて点火時期が所定値以上進角あるいは遅角
しないようにすることもできる。

このように、この内燃機関の制御装置においては、第17
図に示すように、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、例えばクランク角センサ13からの基準信号S₂が
入力されたときにエントリイされる第18図に示すような
処理を行なうプログラムによつて点火時期を制御する。

つまり、STEP31〜33では、吸入空気量及び機関回転数に
応じた基本点火時期ADを決定する。

なお、これは、ROM37に格納した例えば第19図に示すよ
うな特性値テーブルルツクアツプによつて行なう。

そして、この決定した基本点火時期AD及び前述した処理
によつて決定して修正量ADVFBKに基づいて、｛70−（AD
＋ADVFBK）｝の演算をして、BTDC（AD＋ADVFBK）を基準
信号S₂の入力タイミングからの角度に変換し、この演算
結果をI/O39の前述した進角値（ADV）レジスタにセツト
する。

また、STEP34〜36では、決定した点火時期に基づいて基
本ドウエル角DWを決定し、この基本ドウエル角DW及び前
述した修正量ADVFBKに基づいて、（DW＋ADVFBK）の演算
をして、この演算結果をI/O39の前述したドウエル角（D
WELL）レジスタにセツトする。

このようにして、決定した点火時期の修正量が点火時期
及びドウエル角に反映し、ノツキングを抑制する。

このように、この内燃機関の制御装置においては、小さ
なノツキングについてはその発生頻度に基づいて点火時
期の修正量を決定する一方、大きなノツクについてはそ
の発生の有無に基づいて点火時期の修正量を決定してい
る。

それによつて、ノツキングの抑制と機関の運転効率の向
上を図ることができる。

つまり、第１の比較基準値SL₁を前述した第15図に示す
ように設定することによつてライトノツク以上のノツク
を高精度に検出できるが、このとき問題ないトレースノ
ツクであつても10％程度はこの第１の比較基準値SL₁を
越える。

このとき、従来のようにこの基準値SL₁を越える毎に遅
角制御したのでは問題のないトレースノツクにときにも
遅角することになつて運転効率が損なわれる。

これに対して、この発明にように基準値SL₁を越えるノ
ツクの頻度に応じて点火時期制御することによつて、問
題のないトレースノツクを無視しつつ、ライトノツク以
上のノツクを高精度に検出できるようになる。

ところで、このように小さなノツクの発生頻度に応じて
点火時期を制御するときには、遅角量（修正量）を大き
なノツクに対応して決定すると、常に遅角側で機関が運
転されてしまい、トレースノツク状態の近傍で点火時期
を制御するして運転効率の悪化を可能な限り回避すると
いう目標が達成できなくなるので、小さなノツクに対応
した値に決定しなければならない。

ところが、このような制御下においては、急加速時のよ
うに最初から大きなノツクが発生したときには、連着し
たサイクルでノツキングが発生して、聴感上非常に不快
な所謂トランジエント状態を引起し、十分な加速性能が
得られなくなる恐れがある。

そこで、この内燃機関の制御装置においては、大きなノ
ツクが発生したときには、直ちに大きな所定遅角量だけ
点火時期を遅角させる。

それによつて、急加速時等の過渡時におけるノツキング
の発生を効果的に抑制することができ、運転性を損なう
ことがない。

しかも、前記所定の遅角量Ａは、既述したように、ノッ
キングの強度に応じて最適な値に設定されるため、応答
性良く、かつ、高精度な制御ができる。

第20図は、この発明の別の実施例における主制御回路が
実行するノツキング判定・修正量決定処理を示すフロー
図である。

この実施例においては、まずSTEP61で第13図のSTEP1〜
８と同様の処理をして、K/B値を算出する。

そして、STEP62でK/B値＞SL₁か否かをチエツクして、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＞SL₁でなければ、すなわちノツキング
が発生していなければ、STEP63〜72で第14図のSTEP12〜
21と同様な処理をする。なお、説明は省略する。

これに対して、K/B値＞SL₁であれば、すなわちノツキン
グが発生していれば、STEP73でフラグKFLGが「０」か否
かを判別する。

このとき、フラグKFLGが「０」であれば、すなわち最初
にノツキングであれば、STEP74で今回のK/B値をK/B′値
としてRAMの所定アドレスに格納する（このアドレスを
「K/B−OLD」と称す）。

そして、その後STEP75でフラグKFLGをセツトし、STEP76
でカウンタ値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であれば、STEP77でカウント
値KCNT≦14か否か（第14図のSTEP25参照）を判別する。

このとき、KCNT≦14でなければ、STEP76を実行して処理
を終了する。

これに対して、KCNT≦14であれば、STEP78で今回のK/B
値及びRAMのアドレスK/B−OLDに格納した前回のK/B値
（K/B′値）に基づいて、値KB₁を、 KB₁＝（K/B＋K/B′）/2 の演算をして算出する。

そして、STEP79で値KB₁が第２の基準値SL₂を越えている
（KB₁＞SL₂）か否かをチエツクして、大きなノツクが発
生したか否かを判別する。

このとき、KB₁＞SL₂であれば、すなわち大きなノツクで
あれば、STEP80で遅角量Ａを、Ａ＝α（KB₁−SL₂）の演算をして算出する。なお、αは機関毎あるいは運転
条件毎に予め設定した定数であり、機関あるいは運転条
件に対応した値をテーブル・ルツクアツプで読出す。

そして、STEP81で修正量ADVFBKを遅角量Ａだけデクリメ
ント（−Ａ）して、点火時期をＡ度遅角させる。

これに対して、KB₁＞SL₂でなければ、すなわち小さなノ
ツクであれば、STEP82で修正量ADVFBKをデクリメント
（−１）して点火時期を１度遅角させる。

このように、この実施例ではノツキングが検出された時
点で、第２の基準値SL₂より大きい、すわち大きなノツ
クである可能性が高いと考えられるレベルに対してのみ
ノツキングのレベルに応じた修正量を決定する。

それによつて、ノツキングを効果的に抑制することがで
きると共に、稀に生じる単発的な大ノツクに対して過敏
に反応することがなくなつて、燃焼効率を最大限まで高
めることができ、一層燃費性能，動力性能を向上するこ
とができる。

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。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、小さなノッキ
ングの発生頻度を最小限のノッキングの発生で判定して
点火時期を修正することにより機関出力上有利でかつ聴
感上問題のないトレースノックレベルに制御され、運転
性の向上を図ることができ、一方大きなノッキングの発
生時は基準値との偏差と比例的な値として設定した修正
量により直ちに点火時期を高精度に修正することにより
加速性能の悪化を防止できる。

【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、同じく非ノツク時振動エネルギ検出回路及び
ノツク時振動エネルギ検出回路の一例を示すブロツク
図、第８図は、第７図の積分器の一例を示す回路図、第９図，第10図及び第11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12図は、非ノツク時振動エネルギ検出回路及びノツク
時振動エネルギ検出回路の動作説明に供するタイミング
チヤート図、第13図及び第14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15図は、第13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、第16図は、同じく各ノツク現象におけるパワーレベルと
機関回転数との関係の一例を示す説明図、第17図は、第14図の説明に供するK/B値と点火時期の修
正量の関係を示す説明図、第18図は、主制御回路が実行する点火制御処理の一例を
示すフロー図、第19図は、第18図の基本点火時期算出処理の説明に供す
る機関回転数・吸入空気流量−進角値特性の一例を示す
線図、第20図は、この発明の他の実施例におけるノツキング判
定・修正量決定処理の一例を示すフロー図、第21図は、同じくその説明に供するK/B値と点火時期の
修正量との関係を示す説明図、 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 33……非ノツク時振動エネルギ検出回路 34……ノツク時振動エネルギ検出回路 35……主制御回路、40……点火装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関のノッキングの検出結果に基づい
て点火時期を制御する内燃機関の制御装置において、前
記内燃機関の燃焼圧力振動を検出する燃焼圧力振動検出
手段と、該燃焼圧力振動検出手段の検出結果に基づいて
小さなノッキングが発生したか否かを判定する第１の判
定手段と、該第１の判定手段の判定結果に基づいて小さ
なノッキングが発生するまでの発生間隔をトレースノッ
クの発生頻度判定値と比較することによりノッキングの
発生頻度を判定する発生頻度判定手段と、前記燃焼圧力
振動検出手段の検出結果に基づいて基準値以上の大きな
ノッキングが発生したか否かを判定する第２の判定手段
と、前記頻度発生手段の検出結果に基づいて前記トレー
スノック時の発生頻度となるように点火時期の修正量を
決定する第１の修正量決定手段と、前記第２の判定手段
の判定結果に基づいて前記基準値に対する偏差と比例的
な値として点火時期の修正量を決定する第２の修正量決
定手段と、前記第1,第２の修正量決定手段の決定結果に
基づいて点火時期を制御する点火時期制御手段とを設け
たことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】第１の修正量決定手段が、発生したノッキ
ングの程度に応じた修正量を決定する手段を備えている
ことを特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の制御装
置。
【請求項３】燃焼圧力振動検出手段が、非ノック時の振
動エネルギ相関値とノッキング時の振動エネルギ相関値
との比又は差を算出し、該算出結果を検出結果として出
力する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の内燃機関
の制御装置。