JPH0765560B2 - 内燃機関用ノツク制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関に発生するノックを制御するためのノ
ック制御装置（ノックコントロールシステム）に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来のノックコントロールシステムでは、ノックの有無
を識別するためのノック判定レベルがエンジン・ノック
センサのバラツキにより不適切に設定され、その結果、
車両ごとに制御時のノック音が大きくバラツクという問
題があった。

この問題を解決するために、本発明者らは、既に特開昭
60−243369号公報において、ノックセンサ信号の統計的
な性質を利用し、ノック判定レベルを適切な方向に自動
修正する方法及び装置を開示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このようにノック判定レベルを自動修正
していくシステムでは、ノックセンサ系に異常が生じた
場合や、何らかの原因でエンジンの燃焼が異常になった
場合にそのまま自動修正を続けていくと、誤った方向に
修正していき、センサ・デバイスの交換・修理によりエ
ンジンが元の正常状態に戻ったときに今度は従来システ
ムより性能が落ちてしまうという問題があった。

例えば、ノックセンサ信号系がオープンもしくはショー
トしてセンサ信号が全く入力されない場合を考えてみ
る。

一般に、ノックセンサ系統に異常が発生するとノックセ
ンサフェイルと称して点火時期を所定量遅角させて安全
上の処置をとる。

この場合、ノック判定レベルがどこに設定されていよう
が、点火時期の設定はノックコントロールと無関係に行
われるため、判定レベルが誤修正されようと、特に問題
ないように見えるが、ノックセンサが正常に戻った場合
に問題が発生する。すなわち、ノック判定レベルを自動
修正していくシステムでは、ノックセンサ異常時に誤修
正した量がそのまま正常復帰時に適用されるからであ
る。それは、例えば、ノック判定レベルの修正量をイグ
ニッションスイッチOFF後もバックアップRAMに保存する
ようにした場合に特に問題になる。

また、ノックセンサの異常以外でも、エンジンの燃焼状
態に異常をきたすようなセンサ・デバイスの故障が起き
たときも同様である。

例えば、回転角センサに異常が発生した場合には、一般
には車両は性能を落としたバックアップモードで走れる
ようになっているが、このような場合の燃焼は正常な燃
焼とは異なる。このときノック判定レベルはこの異常状
態にマッチするように修正されていくため、いざエンジ
ンが正常燃焼に戻ったときに不適切な判定レベルが適用
されてしまうという問題がある。

そこで本発明は、センサが異常になった場合あるいはエ
ンジンが異常になった場合においてセンサ・デバイスの
交換修理により元の正常状態に戻ったときに、不適切な
ノック判定レベルが適用されるのを防止することを目的
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため本発明は第１図に示すごとく、内燃機関のノッ
クを検出するためのノックセンサと、このノックセンサ
の信号からノック強度値Ｖを検出するノック強度値検出
手段と、ノック判定レベルV_refを作成する判定レベル作
成手段と、前記ノック強度値Ｖとノック判定レベルV_ref
との比較によりノックの有無を判定するノック判定手段
と、この判定結果に応じて点火時期等のノック制御要因
を制御する駆動手段と、ノック判定レベルを自動補正す
るノック判定レベル修正手段と、このノック判定レベル
の修正量をイグニッションスイッチのオフ時も保持する
バックアップ手段と、内燃機関の燃焼状態を左右するセ
ンサあるいはデバイスの異常状態が検出された場合には
前記ノック判定レベルの補正を禁止するセンサ／デバイ
ス異常検出手段とを備えることを特徴とする内燃機関用
ノック制御装置を提供するものである。

〔作用〕

これにより、内燃機関の燃焼状態を左右するセンサある
いはデバイスの異常を、センサ／デバイス異常検出手段
により検出すると、ノック判定レベル修正手段によるノ
ック判定レベルの補正を禁止し、それによりその間にお
けるバックアップ手段に保持されるノック判定レベルの
修正量の誤修正が防止される。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例により説明する。第２図
は本発明の一実施例を示す構成図である。

第２図において、１は４気筒４サイクルエンジン、２は
エアクリーナ、３はエンジン１の吸入空気量を検出しこ
れに応じた信号を出力するエアフロメータ、４はスロッ
トル弁、５はエンジン１の基準クランク角度位置（例え
ば上死点）を検出するための基準角センサ5Aと、エンジ
ン１の一定クランク角度毎に出力信号を発生するクラン
ク角センサ5Bを内蔵したディストリビュータである。６
はエンジン１のノック現象に対応したエンジンブロック
の振動を圧電素子式（ピエゾ素子式）、電磁式（マグネ
ット、コイル）等によって検出するためのノックセン
サ、７はノックセンサの出力を気筒毎にピークホールド
するピークホールド回路部である。９はエンジンの冷却
水温に応じた信号を発生する水温センサ、12はスロット
ル弁４が全閉状態であるときに信号を出すための全閉ス
イッチ（アイドルスイッチ）13はスロットル弁４がほぼ
全開状態であるときに信号を出力するための全開スイッ
チ（パワースイッチ）、14は排気ガスの空燃比（A/F）
が理論空燃比に比べて濃い（リッチ）が薄い（リーン）
かに応じて出力信号を発生するO₂センサである。

８は前記各センサ及び各スイッチからの入出力信号状態
に応じてエンジンの点火時期及び空燃比を制御するため
の制御回路、10は制御回路８から出力される点火時期制
御信号を受けてイグニッションコイルへの通電遮断を行
うイグナイタ及びイグニッションコイルである。イグニ
ッションコイルで発生した高電圧はディストリビュータ
５の配電部を通して適切な時期に所定の気筒の点火プラ
グに印加される。11は制御回路８で決定された燃料噴射
時間（τ）に基づいて吸気マニホルドに燃料を噴射する
ためのインジェクターである。

次に第３図を用いてピークホールド回路部７の詳細構成
を説明する。第３図の701はノックセンサ６の出力信号
をノック周波数成分のみ選別して取り出すためのバンド
パス、ハイパス等のフィルタ、702は増幅器、703は制御
回路８からの気筒切換信号を基に702より出力されるノ
ックセンサの信号を例えばコンデンサ等によりピークホ
ールドするピークホールド回路である。

次に制御回路８の詳細構成及び動作を第４図に従って説
明する。第４図において8000は点火時期及び燃料噴射量
を演算するための中央処理ユニット（CPU）で８ビット
構成のマイクロプロセッサを用いている。8001は制御プ
ログラム及び演算に必要な制御定数を記憶しておくため
の読み出し専用の記憶ユニット（ROM）、8002はCPU8000
がプログラムに従って動作中演算データを一時記憶する
ための一時記憶ユニット（RAM）である。8003は基準角
センサ5Aの出力信号を波形整形するための波形整形回
路、8004は同じくクランク角センサ5Bの出力信号を波形
整形するための波形整形回路である。

8005は外部あるいは内部信号によってCPU8000に割り込
み処理を行わせるための割込制御部、8006はCPU動作の
基本周期となるクロック周期毎にひとつずつカウント値
が上がるように構成された16ビットのタイマである。こ
のタイマ8006と割込制御部8005によってエンジン回転
数、及びクランク角度位置が次のようにして検出され
る。すなわち基準角センサ5Aの出力信号により割り込み
が発生するごとにCPU8000はタイマのカウント値を読み
出す。タイマのカウント値はクロック周期（例えば１μ
ｓ）毎に上っていくため、今回の割込時のカウント値と
先回の割込時のカウント値との差を計算することによ
り、基準角センサ信号の時間間隔すなわちエンジン１回
転に要する時間が計測できる。こうしてエンジン回転数
が求められる。また、クランク角度位置は、クランク角
センサ5Bの信号が一定クランク角度（例えば30℃Ａ）毎
に出力されるので基準角センサ5Aの上死点信号を基準に
してそのときのクランク角度を30℃Ａ単位で知ることが
できる。この30℃Ａ毎のクランク角度信号は点火時期制
御信号発生の基準点と、ピークホールド回路703の気筒
切換信号に使用される。

8007は複数のアナログ信号を適時切り換えてアナログ−
デジタル変換器（A/D変換器）8008に導くためのマルチ
プレクサであり、切換時期は出力ポート8010から出力さ
れる制御信号により制御される。本実施例においては、
アナログ信号としてノックセンサ信号のピークホールド
回路部７からの出力信号と、エアフローメータ３からの
吸入空気量信号及び水温センサ９からの水温信号が入力
される。8008はアナログ信号をデジタル信号に変換する
ためのA/D変換器である。8009はデジタル信号のための
入力ポートであり、このポートには本実施例の場合のア
イドルスイッチ12からのアイドル信号、パワースイッチ
13からのパワー信号、O₂センサ14からのリッチリーン信
号が入力される。8010はデジタル信号を出力するための
出力ポートである。この出力ポートからはイグナイタ10
に対する点火時期制御信号、インジェクタ11に対する燃
料噴射信号、ピークホールド回路７に対する気筒切換信
号、マルチプレクサ11に対する制御信号が出力される。
8011はCPUバスであり、CPU8000はこのバス信号線に制御
信号及びデータ信号を乗せ、周辺回路の制御及びデータ
の送受を行う。

以上、本発明を実現するための装置の構成について説明
したので、第５図のフローチャートを用いて、ノックコ
ントロールの内容を説明する。

ステップ100からノックコントロールルーチンが始まる
と、ステップ200でノック強度値Ｖを取り込む。この強
度値Ｖは、例えば、ノックセンサ信号の所定区間内の最
大ピーク値である。

ステップ300では、ノック判定レベルV_refを次のように
作成する。

V_ref＝Ｋ×KC×V50 ここで、ＫはあらかじめROMに書き込まれた定数であ
り、エンジン回転数のテーブルになっている。KCは判定
レベル補正用Ｋ値であり、ステップ700で作成される。
また、このKCもエンジン回転数、エンジン一回点当たり
の吸入空気量Q/N、気筒などのテーブルで持ち、かつ、
バックアップすることが望ましい。V50はＶの分布の中
央値であり、気筒別にステップ500で作成される。

ステップ400では、ノック判定および遅角量の算出をす
る。

ステップ500では、ノック状態検出用パラメータを更新
する。

ステップ600では、判定レベル補正条件が成立したかの
判断をする。

ステップ700では、判定レベルの補正を行う。

ステップ800では、ノック状態検出用パラメータを初期
化する。

ステップ900でノックコントロールルーチンが終了す
る。

第６図のフローチャートを用いて、第５図のステップ40
0を詳細に説明する。

ステップ4001からノック判定および遅角量算出のルーチ
ンが始まると、ステップ4002でエンジンがノックコント
ロール領域かを判断し、YESならばステップ4003へ進
む。

ステップ4003ではノックセンサが正常かどうかをノック
センサフェイルフラグにてチェックする。

ノックセンサのフェイルはメインルーチンで検出され、
このステップ4003ではその検出結果であるフェイルフラ
グのみを参照する。すなわちメインルーチンでは、セン
サ出力の代表値（例えば最大波高値V_peakの中央値V50）
をモニタしており、このセンサ出力値が所定値以下にな
った場合に、ノックセンサ系統（センサ及び信号線）の
故障ということで、センサフェイルフラグをセットす
る。

ノックセンサフェイルの検出方法には種々あるが、従来
のものでも一般的であるため、これ以上詳細には説明し
ない。

ステップ4003にてノックセンサがフェイル状態にあると
判断された場合には、ステップ4010にて遅角量Ｒを最大
値R_maxに設定し、ノック検出結果にかかわらず点火時期
を最大遅角側に強制遅角させる。このような制御によ
り、ノックセンサが故障した場合にも、エンジンを安全
側で運転させることが可能になる。ステップ4003にてノ
ックセンサが正常と判断された場合にはステップ4004に
進む。

ステップ4004では、ノックがあったかをＶとV_refの大小
関係から判断し、YES（Ｖ≧V_ref）ならば、ステップ400
5へ進む。ステップ4005では、遅角量Ｒを所定量ΔＲだ
け増す。

ステップ4004でNOと判断された場合はステップ4006へ進
み、ノックなしが所定期間続いたかを判断し、YESなら
ばステップ4007へ、NOならばステップ4008へ進む。ステ
ップ4007では、遅角量Ｒを所定量ΔＲだけ減らす。ステ
ップ4008では、遅角量Ｒを所定範囲内へガードする。

ステップ4002でNOと判断された場合はステップ4009へ進
み、遅角量に初期値ROを設定する。

ステップ4011で本ルーチンが終了する。

第７図を用いて第５図のステップ500を詳細に説明す
る。

ステップ5001からノック状態検出用パラメータの更新が
始まると、ステップ5002で、今回取り込まれたＶがV50
より大きいかを判断し、YESならばステップ5003へ進
む。ステップ5003では、レベルV_hを次のように作成す
る。

V_h＝（Ａ＋Ｄ）×V50 ここで、Ａはステップ700で作成される気筒別の変数で
ある。Ｄはあらかじめ定められた定数であり、エンジン
回転数、Q/N、気筒などのテーブルとして種々の値を持
つようにしてもよい。

次のステップ5004では、V_hを所定値以下にガードする。
次にステップ5005へ進み、Ｖ≧V_hの判断を行い、YESな
らばステップ5006へ、NOならばステップ5007へ進む。ス
テップ5006では、ノック状態検出用カウンタCPHL（気筒
別）をインクリメントする。次にステップ5007へ進み、
V50をDV50だけ大きくする。

ステップ5002でNOと判断された場合はステップ5008へ進
み、Ｖ＜V50の判断を行う。ここで、YESと判断された場
合はステップ5009へ進み、Ａ×Ｖ≦V50の判断を行う。
ここで、YESと判断された場合はステップ5010へ進み、
ノック状態検出用カウンタCPHLをデクリメントする。次
にステップ5011へ進み、V50をDV50だけ小さくする。次
にステップ5012へ進み、現在処理を行っている気筒のＡ
フラグをセットする。

ステップ5008および5009でNOと判断された場合はステッ
プ5013へ進む。

ステップ5013では、DV50を次のように設定する。

DV50＝（|V−V50|）/16 次にステップ5014へ進み、DV50を所定範囲内へガードす
る。

ステップ5015で本ルーチンが終了する。

次に第８図のフローチャートを用いて第５図のステップ
600を詳細に説明する。この部分が本発明の特徴的な部
分である。ステップ6001から判定レベル補正条件成立の
判断ルーチンが始まると、ステップ6002でノック判定レ
ベルの補正インターバルが経過したかどうかを調べる。
すなわちノック判定レベルの補正は所定の時間間隔ごと
に実行される。

NOの場合には第５図のステップ900へ分岐するが、YESの
場合には次のステップ6003へ進む。

ステップ6003ではノックセンサフェイルフラグをチェッ
クすることにより、ノックセンサが正常かどうかを判断
する。

ノックセンサがフェイル状態にあるときにはノック判定
レベルの補正を実行しないために第９図のステップ7007
へ分岐する。

ノックセンサが正常とみなされた場合にはステップ6004
へ進み、エンジン制御用の各種センサ（例えば回転角セ
ンサ、圧力センサ等）およびデバイス（イグナイタ、イ
ンジェクタ等）に異常がないかどうかをチェックする。
すなわち現在、エンジンが正常な燃焼状態で運転されて
いるかどうかを調べる。

このセンサ・デバイスの異常検出は、メインルーチンで
実行されており、この結果がフラグとして参照される。
異常検出の方法は、すでにエンジン制御のダイアグノー
シスとして一般的であるため、詳細には説明しないが、
このような異常状態では車両は一般にバックアップモー
ドと呼ばれる退避走行状態に入る。

ステップ6004で各種センサ・デバイスが正常な場合には
ステップ6005へ進み、ノック判定レベルの補正ステップ
へと続くが、異常と判断された場合には第９図のステッ
プ7007へ分岐し、ノック判定レベルの補正ステップを飛
ばす。

第９図のフローチャートを用いて、第５図のステップ70
0を詳細に説明する。

ステップ7001から判定レベルの補正ルーチンが始まる
と、ステップ7002へ進み、ノック状態が大きすぎるのか
の判断を行う。例えば、CPHL＞０またはＡ≧A_maxのとき
ノック状態が大きすぎると判断する。そして、YESの場
合はステップ7003へ進み、判定レベルを小さくする。例
えば、KCを所定量DKだけ小さくする。

ステップ7002でNOと判断された場合はステップ7004へ進
み、ノック状態が小さすぎるかを判断する。例えば、CP
HL＜０のときノック状態が小さすぎると判断する。そし
て、YESの場合はステップ7005へ進み、判定レベルを大
きくする。例えば、KCを所定量DKだけ大きくする。

ステップ7006では判定レベルを所定範囲内へガードす
る。例えば、KCをKC_minとKC_maxの間へガードする。この
KC_minとKC_maxはエンジン回転数のテーブルでもつことが
望ましい。

ステップ7007では、対象気筒のＡフラグがセットされて
いるかを判断する。そして、YESならばステップ7008
へ、NOならば7009へ進む。ステップ7008では、Ａを所定
量DAだけ大きくし、ステップ7009では、Ａを所定量DAだ
け小さくする。次にステップ7010へ進み、Ａを所定範囲
内へガードする。以上のステップ7002から7010までの操
作を全気筒に対して実行し、ステップ7011でこのルーチ
ンが終了する。

第10図を用いて、第５図のステップ800を詳細に説明す
る。ステップ8001からノック状態検出用パラメータの初
期化ルーチンが始まると、ステップ8002へ進み、CPHL、
Ａフラグをクリアーする。次にステップ8003へ進み、全
気筒の処理が終了したかの判断を行う。NOの場合は次の
気筒についてステップ8002の処理を行う。YESの場合は
ステップ8004で本ルーチンが終了する。

なお、上述した実施例ではノックセンサ信号の最大波高
値の分布形状でノック判定レベルを補正したが、エンジ
ンの燃焼状態、あるいはノック検出結果に応じてノック
判定レベルを補正するものすべてについて同様に本発明
を適用することができる。

また、上述した実施例では、回転角センサ、圧力センサ
への異常を検出したが、エアフロメータ、水温センサ等
のエンジン制御に関係し、燃焼状態を左右するセンサが
異常な場合にも同様に判定レベルの修正を禁止させるこ
とができる。また、デバイスでは過給機の故障について
も同様のことが考えられる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、ノック判定レベル
の経年変化による影響を考慮してイグニッションスイッ
チのオフ時もノック判定レベルの修正量を保持するよう
にしても、内燃機関の燃焼状態を左右するセンサあるい
はデバイスの異常状態が検出された場合に誤った方向に
ノック判定レベルが修正されることはないため、バック
アップ手段にも誤った修正量が保持されず、したがっ
て、センサ・デバイスの交換修理により元の正常状態に
戻ったときに、不適切なノック判定レベルが適用される
のを防止することができて、ノックを正確に判定するこ
とができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる装置の構成を明示するための全体
構成図、第２図は本発明を実施するための装置の一実施
例を示す図、第３図は第２図中のピークホールド回路部
の構成図、第４図は第２図中の制御回路の詳細構成図、
第５図は本発明におけるノックコントロールの手順を示
すフローチャート、第６図〜第10図は第５図中のステッ
プ400〜800の具体実施例を示すフローチャートである。 １……エンジン,5……ディストリビュータ,6……ノック
センサ,7……ピークホールド回路部,8……制御回路,10
……イグナイタおよびイグニッションコイル,703……ピ
ークホールド回路,8000……中央処理ユニット,8001……
ROM,8002……RAM。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−243369（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−164234（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−101675（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関のノックを検出するためのノック
   センサと、このノックセンサの信号からノック強度値Ｖ
   を検出するノック強度値検出手段と、ノック判定レベル
   V_refを作成する判定レベル作成手段と、前記ノック強度
   値Ｖとノック判定レベルV_refとの比較によりノックの有
   無を判定するノック判定手段と、この判定結果に応じて
   点火時期等のノック制御要因を制御する駆動手段と、前
   記ノック判定レベルV_refを自動補正するノック判定レベ
   ル修正手段と、このノック判定レベルの修正量をイグニ
   ッションスイッチのオフ時も保持するバックアップ手段
   と、内燃機関の燃焼状態を左右するセンサあるいはデバ
   イスの異常状態が検出された場合には前記ノック判定レ
   ベルの補正を禁止するセンサ／デバイス異常検出手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関用ノック制御装置。
2. 【請求項２】上記センサ・デバイスは、ノックセンサ、
   回転角センサ、圧力センサ、エアフロメータ、イグナイ
   タ、インジェクタのうち少なくとも１つであることを特
   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。