JPS5828645A - 内燃機関のノッキング検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関のノッキング発生の有無を検出する
方法に関する。

機関の異常燃焼に伴って発生する機械的振動、即ちノッ
キングをノックセンサと称する振動検出素子によシミ気
的振幅変動として検出するツクキング検出方法において
は、ノッ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Ｋより、その検出した振動がはた
してノッ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、ノックセンサのノッキングに無関係と考えられ
る出力信号（以下パックグランド信号）に応じてこの比
較基準値を変化させることにより、ノックセンサのバラ
ツキ及び経時変化等を補償することが可能となる。従来
は、時定数を大きくとった積分回路はノックセンサの出
力信号を印加し、これを常時即ち、クランク角全域で積
分するととによってパックグランド信号を得ていた。し
かしながら、ノックセンサの出力をクランク角全域にわ
九りて平均化するこの種の方法によると、クランク軸、
カム軸の振動やバルブ打音等のノイズによりパックグラ
ンド信号が変化してしまい、問題が生じる。

本出願人は、従床技術の上述の問題を解決するため、バ
ルブ打音や点火ノイズ等が含まれず、マ。

たノッキングが発生しない所定のクランク角範囲でノッ
クセンサ出力を象り込み、これをバックグランド信号と
する技術を既に提案している。しかしながら、この方法
によると、所定のクランク角範囲でノックセンサ出力を
取シ込むための制御が必要とカリ、制御システムが複雑
となる問題があつ九〇 従、って本発−は上述した問題点を解消するものであり
、本発明の目的は、バックグランド信号を検出するため
の制御が簡単であシしかも正確なバックグランド信号を
得ることができ、その結果、精度の良い信頼性の高いノ
ッキング検出が行える方法を提供することＫある。

上述し九０的を達成する本発明の％黴は、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−検
出素子を機関本体に装着し、蚊振動検出素子からの電気
信号に応じてノッキング発生の有無を検出する方法にお
いて、あらかじめ定め九少くとも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
複数の点火サイクルにおける平均値を算出し、該算出し
た平均値上前記所定クランク角度範囲にお叶る前記電気
信号の振幅値との大小を比較することによりノッキング
発生の有無を検出することにある。

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する、１１１１図
は本発明の一実施例として、ノッ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０同図において、１
０は機関のシリンダブロック、１２はシリンダブロック
１０に取り付けられ九ノックセンサである。ノックセン
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はディスト
リビ為−夕を示しており、このディストサビ１−夕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１６ａ、気筒判別用であシ、この機関
が６気筒であるとすると、ディストリビュータ軸が１回
転する毎、即ちクランク軸が２回転する毎（７２０’Ｃ
Ａ毎）に１つのパルスを発生する。その発生位置は、例
えば、ＩＥＩ気筒の上死点の如く設定される。クランク
角センサ１８は、ディストリビュータ軸が１回転する毎
に２４個のパルス、従ってクランク角３０°毎のパルス
を発生する。

ノックセンサ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
７０−センサ２４からの吸入空気流量を表わす信号が送
シ込まれる。一方、制御回路２０からは、イグナイタ２
６に点火信号が出力され、イグナイタ２６によって形成
され九スパーク電流は、ディストリビユータ１４を介し
て各気筒０点火プラグ２８に分配される。

機ＷＡＫａ％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、ｔ＆、制御回路２０社、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。

１Ｂ２図は、第１図の制御回路２０の一構成例を表わす
ブロック図である。エア７０−センサ２４からの電圧信
号は、バッファ３０を介してアナログマルチプレクサ３
２に送シ込まれマイクロコンピュ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過信号に
変換された稜、入出力ポート３６を介してマイクロコン
ピュ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７２００毎のパ
ルスは、バッファ３８１に介して割込み要求信号形成回
路４０に印加される。−・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、バッフγ４２を介
して割込み要求信号形成回路４０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７２００毎及び３０’毎の各ノ俵スから、種々
の割込み要求信号を形成する０これらの割込み要求信号
は入出力ボート４６を介してマイクＩ：Ｉ：０：Ｉンビ
為−夕に印加される。速度信号形成回路４４社、クラン
ク角３００毎のパルスの周期から機関の回転速度Ｎｅ　
を褒す２過信号を形成する。

形成された回転速度信号は、入出力ボート４６を介して
マイクロコンピュータに送シ込まれる。

ノックセンサー２の出力（１号は、インピーダンス変換
用のバッファ及びノッキング個有の周波数帯域（７〜８
ＫＨ）が通過帯域であるバンドパスフィルタから成る回
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及び入出力ボート
４６を介して１１ルベルの信号がマイクロコンビエータ
カラ印加されている際にのみ、ノックセンサー２からの
出力信号を覗シ込み、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ろ変換器５４
によって２進信号に変換され、入出力ボート４６を介し
てマイクロコンビ凰−夕に送り込まれるへただし、Ａ／
ＬＪ　　変換器５４のＡ／Ｄ変換開始は、入出カポ−）
４６Ａび線５６を介してマイクロコンビエータから印加
されるＡ７Ｄ変換起動信号によって行われる。また、Ａ
／Ｄ゛変換が終了すると、Ａ７．変換器５４は、線５８
及び入出力ホード４６を介してマイクロコンビ二一夕に
Ａ４　変換完了通知を行う＾ 一方、マイクロコンピュータから入出力ボート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２６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九点火制御が行わ
れる。

マイクロコンビエータは、前述の入出力ボート３６及び
４６と、マイクロ六セッサ（ＭＰＵ）６２、ランダム了
りセスメそり（ＲＡＭ）６４、リードオンリメモリ（Ｒ
ＯＭ）６６、図示しないクロック発生回路、メモリ制御
−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
グラムに従って種々の処理を実行する。

Ｉ！３図乃至１１Ｌ６図は、その制御内容のうち、特に
本発明に関連し九部分のみを表わすフローチャートであ
る。これらの処理ルーチンによれば、ノッキング発生時
にノックセンサ１２からの信号中にノッキング信号が含
まれるような期間ｃノッキング検出期間）にノックセン
サ出力のピークホールド動作が行われ、その最終値が２
進信号としてをり込まれる。そしてさらに、所定回数の
ノッ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、この平均値がバックグランド値とし
て認識される０比較基準値がとのノ（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ッキング検出期
間に取り込まれた２進信号値とが比較されてノッキング
発生の有無が判別されるＯなお、上述のノッキング検出
期間は、好ましくは、各気筒あるいはあらかじめ定め九
特定Ｏ気筒の爆発行程における一１０°ＣＡ＠ＡＴＤＣ
〜５０°ＣＡ・ＡＴＤＣ付近に選ばれるウ　　　　　　
　　−以下第３図乃至＠６図の処理ルーチンの内容につ
いて詳ＩＩＡＫ説明する０ 割込み要求信号形成回路４０から、各気筒あるいはあら
かじめ定め九特定の気筒の所定クランク角変位＊ｅｏＣ
入例えば爆発上死点あるいは圧縮行程における３００Ｃ
Ａ−ＢＴＤＣ，で所定の割込み要求信号が印加されると
、ＭＰＵ６２ｉ＠３図の割込み処理ルーチンを実行する
口即ち、ステップ７Ｏにおいて、ノッキング検出期間の
始まる時刻ｔ１を算出する。この時刻ｔ１と杜、ソフト
ウェア上のタイマの時刻であシ、ノッキング検出期間の
始まるクランク角度位瞳（例えば１０°ＣＡ＠ＡＴＤＣ
）、現在のクランク角変位１ｉ１（θ０ＣＡ）、タイマ
の現在の時刻ｔ０、及び機関の回転速度Ｎ・が知られて
いれば容品に算出できることは明らかである０ステツプ
７０の逃場が終ると、この割込みルーチンは終了シ、プ
ログラムはメインルーチンに復帰する０ソフトタイマの
時刻が魁となると、時間割込み要求が発生し、これによ
りＭＰＵ６２はＩ！４図の割込み処理ルーチンを実行す
る。まずステップ７１において、ピークホールド回路５
０にノックセンサ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Ｋよりて成される５次いで、ステップ７２にお
いて、ノッキング検出期間Ｏ＃Ｉる時刻−を算出する。

ノッキング検出期間の終るクランク角度位置（例えば５
ｏＯＣＡ＠ＡＴＤＣ）があらかじめ宥められているため
、このステップ７２の算出方法は、ステップ７０の場合
と同様である。次いでステップ７３において怖変換器′
ｓ４に対して〜δ変換開始の指示を行っ九後、メインル
ーチンに復燭する。

Ａ７ｏ変換器５４による牝変換が終了し、〜δ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、
ＭＰＵ６２ａ第６図の割込み処理ルーチンを実行する。

まず、ステップ７４において、ピークホールド回路５０
の出力を今回へも変換し九値ＩｙＤｔ　と前回のへｔ変
換値幅計、とを比較し、次のステップ７５及び７６にお
いて、大きい方の輻変換Ｉｌｌ　ｔ　ａ　Ｋ代入する。

このａの内容はＲＡＭ６４の所定Ω領域に格納される。

次のステップ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、前作中の場合嬬ステップ７８
に進んで再びＶＤ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都変
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ｔ−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１ダレ“を防止した際には、妬変換動作は、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−となると、時間割込み要求が発
生し、これによシ、ＭＰＵ６２は凱６図の割込み処理ル
ーチンを実行する。まずステップ７９において、ピーク
ホールド指示信号ｆ：％Ｏ′に反転させ、ピークホール
ド動作を終了させる。次いでステップ８０に進み、ノッ
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ッ
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６値ａの平均値Ｃ即ちバックグ
ランド値）Ａと一定値にとから、Ｋ・Ａ≧ａであるか否
かが判別されるＯＫ＠Ａ≧１　の場合は、ノッキング発
生なしと判別され、ステップ８１へ進んでバックグラン
ド値Ａを今回の値ａによって補正する。即ち、 の計算を行う０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って過去の値ａの平均値Ａを算出す
る丸めのものである、次いでＭＰＵ６２はステップ８２
乃至８５の外環を実行する０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ッキング発生
がなかつ九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、ステップ８２で、ｎが１０以上であるか否かを判
別し、１０未満の場合は、ステップ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、ステップ８４へ進み、
ｎｔ雰にリセットした後ステップ８５へ進む０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０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ｏ　ｊ！Ｄち、点火時期算出処理ル
ーチンでは、二アフローセ”ンサ２４によって検出した
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等の運転状懇ノ（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。従りて員テップ８５
の処理を行うことにより、点火時期１次の点火サイクル
の点火時期）はＹ７１２け進角せしめられる。ステップ
８５の処理が終了すると、メインルーチンに復帰する−
１　　一方、ステップ８０において、Ｋ＊Ａ＜’ａであ
ると判別された場合、即ち、ノッキング発生有りと判別
された場合は、ステップ８６へ進み、進角補正値θをＸ
だけ減少させる口これによシ、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、ステップ８７にお於てｎｔ−雰にリセットし九後メ
インルーチンに復帰する。なお、ノッキング発生有りと
検出した際に点火時期を遅角方向に制御すればノッキン
グの抑圧が計れることは周知である。

第７図は本発明の詳細な説明するための図であリ、横軸
はノックセンサ出力の振１幅値、縦軸はその振幅値の出
力の発生Ｓｔ度を表わしている。同図において、ノッキ
ングが発生してない際のノックセンサ出力振幅値の頻度
分布が破線すで示され、微小ノッキング（人間が耳をす
ましてノッキング音が聞える程度のノッキングを称して
いる）発生時のノックセンサ出力振幅値の頻度分布が破
ｌ１ＩＣで示され、また、微小ノッキングの発生する機
関状態におけるノックセンサ出力振幅値の頻度分布が実
ｖＩｄで示されている。なお、大きなノッキングが発生
し九場合はノックセンサ出力振幅値も大きくなるため、
その＃Ｊ１度分布は６８７図の右方の欄外に現われるこ
とになろう パックグランド（［を得るには、ｍ７図に示す微小ノッ
クも発生しないときのノックセンサ出力振幅値の平均ｊ
［ｘ　　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Ｃ及びｆの面積が等しくなる）位蓋
にに−ｘ（１の値がくるようにＫの値を定め、ノックセ
ンサ出力振幅値がＫ　＠　ｘｏ　　よシ小さいときにそ
のノックセンサ出力振幅値を用いて平均ｉマ。を更新す
ることを各点火サイクル毎に縁り返せばその更新値は第
７図１のｉ、にほぼ等しくなるのである。即ち、１１６
図のステップ８０及び８１の処理がこれに和尚する口こ
のような処理を行うことにより、ノッキング検出期間中
にバッ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１明からも明らかのように、ｍ６図のステップ８
０は、パックグランド信号を作成して良いか否かの判別
と、ノブ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１！をそれぞれ別
個に行っても良いのである。第８図はζ＆＋）判別処理
を別個に行った場合である０即ち、ステップ８０ｍでは
、ノッキングが発生したか否かの判別が行われ、ステッ
プ８Ｕｂでは、バックグランド値検出のためのステップ
８１の処ｍｔ−行って良いか否かの判別が行われる。こ
のように、ステップ８０ａと８０ｂとで別個のに、Ｋを
用いれば、ノッキング発生の有無の検出を行う場合（ス
テップ８０＆の処ｍｌ）、そのし暑い修の自由度が大き
くなシ非常に有利である。

第９ｓは第６図の処理ルーチンの他の例である。

この例では、平均値Ａの算出方法がｍ６図の場合と１４
うている０即ち、この例では、今回と過去９回の点火サ
イクルにおけるノックセンナ出力振幅値の均等な平均値
が算出される０この処理ルーチンを実行する場合にはＲ
ＡＭ６４内ＫＩＯ個のノックセンナ出力振幅値の入力デ
ータを格納する領域１１〜ａｎが用意される０ステツプ
８８においては、上述の１０個の領域の連続するアドレ
スが１つづつインクリメントされる０これにより、前回
の点大サイクルにおけるａｔｏに対応するデータが失わ
れ、同じく前回の点火サイクルにおけるａ、に対応する
領域に空領域が生じる０即ち、前回め点大サイクルにお
けるａ亡４゜のデータが今回の点火サイクルにお叶る１
、〜畠、０のデータとなるのである。次のステップ８９
においては、仁の空領域＆１に今回入力し九データａが
格納される０次いでステップ９０では８１〜Ｂ＋６　の
データの平均値入力！から算出される。以後のステップ
はｍ６図の場合と全く同じである、 以上詳細に説明したように本発明のノッキング検出方法
によれば、ノンキング検出期間中にノ（ツクグランド信
号が検出されるため、実際にノッキングがない状態のノ
ックセンナ出力を正しく把握するこ・とができ、また、
このノッキング検出期間はノイズ等の最も少ないクラン
ク角範囲であることが多いことから、正確なかつ安定し
九）（ツクグランド信号を得ることができるＯその結果
、精度の高い信頼性の良いノッキング検出を行うことが
できる口しかも、ノックセンサ出力を＊Ｄ込むクランク
角範囲が１点火サイクルにつき１回で良い丸め、その分
制御が簡単となり制御システムの複雑化が避けられると
いう格別の効果をも得ることができる０ 第６フ 第７習 ノック七ンＶ出ＪＪ振翳１ｉ［ｉＬ→

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１！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つの振動検出素子を機関本体に鱗着し、該振動検
   出素子からの電気信号に応じてノッキング発生の有無を
   検出する方法において・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
   気信号の振幅値の複数の点火サイクルにおける平均値を
   算出し、該算出した平均値と前記所定クランク角度範囲
   における前記電気信号の振幅値との大小を比較すること
   Ｋよりノッキング発生の有無を検出することを豐黴とす
   る内燃機関のノンキング検出方法。