JPS607337A - ノツク制御エンジンの気筒判別方法 - 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、ノック制御エンジンの気筒判別方法係り、特
に、ノッキング抑制装置を備えた自動車用エンジンに用
いるのに好適な、エンジンの気筒数より少ない数のノッ
クセンサによってノッキングを検出し、点火時期等を制
御するようにしたノック制御エンジンの気筒判別方法に
関する。

内燃機関の点火時期は、その出力性能及び燃費性能と密
接な関係があることが知られており、ノッキング発生時
に点火時期を遅角側に制御することによって、点火時期
をノッキング限界近傍の最適点火時期に制御するノッキ
ング抑制装置を備えた、いわゆるノック制御エンジンが
知られている。

このノック制御エンジンにおいては、例えば、エンジン
のシリンダブロックに、該シリンダブロックの振動等か
らノッキングを検知するための、エンジンの気筒数より
少ない数、例えば１個或いは２個のノックセンサを配設
し、該ノックセンサにより検知されるエンジン振動等か
ら、ノッキングが発生しているか否かを判定するように
している。しかしなから、ノックセンサの位置に比べて
近い気筒と遠い気筒とでは、当然伝達経路の違いにより
信号の伝わり方が異なるため、第１図に示す如く、各気
筒毎に同一のノックレベルに制御するための制御定数、
例えば次式に示す如く、ノックセンサ出力の平均レベル
ｙ　ｒｎｅａｎに乗ぜられて、ノック判定レベルＳＬを
めるための、いわゆるに値の最適値Ｋｔ　、Ｋ２、Ｋ３
、Ｋ４は、各気筒毎に異ってくる。

ＳＬ＝ＫｘＶｍｅａ１１＋○ＦＦ５ＥＩ−−−−（１）
ここで、０ＦＦＳＥＴは定数である。

従って、このに値の最適化を図るため、従来のノック制
御エンジンにおいては、各気筒の上死点を検出する上死
点センサの他に、特定気筒の上死点を検出する気筒判別
センサを設ける必要があった。従って、生産コストが高
くなるだけでなく、前記センサとして磁気ピックアップ
を用いた場合には、磁気ピックアップ同士の磁気干渉を
避けるために、クランク角度センサを小型にできないと
いう問題点を有していた。このような問題点を防止する
ぺ＜、磁気ピックアップの代りにホール素子を使うこと
も考えられるが、生産コストが更に高くなってしまう。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、気筒判別用のセンサを用いることなく、ソフトウ
ェアで気筒判別を行うことができるノック制御エンジン
の気筒判別方法を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの気筒数より少ない数の７ツクセン
サによってノッキングを検出し、点火時期等を制御］す
るようにしたノック制御エンジンの気筒判別方法におい
て、第２図にその要旨を示す如く、ノッキングが発生し
ていないことを検知する手順と、ノッキングが発生して
いない時に、エンジン中心からずらして配設したノック
センサ出力の、各気筒毎の平均レベル及び金気筒の平均
レベルをめる手順と、今回の気筒の平均レベルを、金気
筒の平均レベルに設定係数を乗することによって得られ
る気筒判定レベルと比較する手順と、今回の気筒の平均
レベルが前記気筒判定レベルより小又は大である時に、
今回の気筒を、ノックセンサ出力の平均レベルが最小又
は最大の特定気筒であると判定する手順と、を含むこと
により、前記目的を達成したものである。

本発明においては、ノックセンサをエンジン中心からず
らして配設した場合、ノッキングが発生していない時の
特定気筒のノックセンサ出力の平均レベルが、他気筒の
ノックセンサ出力の平均レベルよりも特に小さく、又は
特に大きくなることに看目し、ノッキングが発生してな
い時の各気筒毎の平均レベルを、金気筒の平均レベルに
設定係数を乗することによってｔｉられる気筒判定レベ
ルと比較して、今回の気筒の平均レベルが前記気筒判定
レベルより小又は大である時に、今回の気筒を、ノック
センサ出ノＪの平均レベルが最小又は最大の特定気筒で
あると判定するようにしたものである。

即ち、発明者等が、４気筒エンジンの３番気筒の吸気側
のシリンダブロック壁にノックセンサを配設して、各気
筒毎のノックセンサ出力の平均レベルＶｍｃａｎを、ノ
ッキングが発生しない運転条件でエンジン回転数３００
　Ｏｒｐｍで測定したところ、第３図に示すような結果
が得られた。図から明らかな如く、２番気筒の平均レベ
ルのみが他気筒の平均レベルに比べて極端に小さいこと
が分かる。

第４図は、ノック判定区間と各気筒のバルブＮ閉状態の
関係を示したもので、（Ａ）はノック判定区間、（Ｂ）
は各気筒の上死点、（Ｃ）は各気筒の吸気バルブ及び排
気バルブの開閉状態を示し、矢印の間が開いている区間
を示している。前記のように、ノックセンサを吸気側の
シリンダブロック壁に取付けた場合、排気バルブより吸
気バルブの着座時の打音がノイズとして大きく影響する
。

従って、第３図に示したように、２番気筒の平均レベル
が他気筒の平均レベルに比べて非常に小さくなる理由は
、２番気筒のノック判定区間内に着座する吸気バルブが
、ノックセンサから最も遠い１番気筒であるためである
。従って、ノックセンサをエンジン中心からずらして配
設することによって、気筒判別が可能となる。本発明は
、このような知見に基ついてなされたものである。

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。

本実施例は、第５図に示す如く、外気を取入れるための
エアクリーナ１２と、該エアクリーナ１２により取入れ
られた吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ１
４と、吸入空気の流量を検出するためのエアフローメー
タ１６と、スロットルボディ１８に配設され、運転席に
配設されたアクセルペダル（図示省略〉と連動して開閉
するようにされた、吸入空気の流量を制御するためのス
ロットル弁２０と、該スロットル弁２０の開度を検出す
るためのスロットルボディ２２と、吸気マニホルド２４
の各気筒毎に配設された、エンジン１０の各吸気ポート
に向けて加圧燃料を間欠的に噴射するためのインジェク
タ２６と、エンジン１０の燃焼室内に導入された混合気
に着火するための点火プラグ２８と、エンジン燃焼室内
で形成された排気ガスを集合して排出するための排気マ
ニホルド３０仁、エンジン１０のシリンダブロックに配
設された、エンジン冷却水温を検出するための水温セン
サ３２と、４気筒エンジン１０の中心　゛よりもずらし
て、例えば３番気筒のシリンダブロックの吸気マニホル
ド２４側の壁に配設されたノックセンサ３４と、エンジ
ン１０の点火時期を制御するための点火時期制御装置３
６と、該点火時期制御装置３６から入力される点火信号
に応じて点火１次信号を発生する点火装置３８と、該点
火装置３８で発生された点火１次信号を高圧の点火２次
信号に変換するための点火コイル４０と、クランク軸の
２回転で１回転するデストリピユータ軸の回転に応じて
、前記点火コイル４０から与えられる点火２次信号を、
エンジンの各気筒に分配し、対応する気筒の点火プラグ
２８に与えるためのデストリピユータ４２と、該デスト
リピユータ４２に内蔵された、前記デストリビユータ軸
の回動状態を検出して各気筒の上死点信号を出力するク
ランク角度センサ４４と、前記エア７０−メータ１６及
びクランク角度センサ４４の出力から検知される、エン
ジン負荷に対応するエンジン１回転当りの吸入空気量と
エンジン回転速度から基本点火時期を決定し、これを前
記ノックセンサ３４の出力に応じて遅角側に補正して前
記点火時期制御装置３６に制御信号を出力すると共に、
同じくエンジン１回転当りの吸入空気量とエンジン回転
速度から算出した基本の燃料噴射時間を、エンジン状態
等に応じて補正することによってめた燃料噴射信号を前
記インジェクタ２６に出力する電子制御ユニット（以下
ＥＣｔＪと称する）４６と、から構成されている。

前記ＥＣＬＩ４６の本発明に係るノック制御に係わる部
分は、第６図に詳細に示す如く、各種演算制御を行うた
めの中央処理ユニットく以下ＣＰＬＩと称する）４６Ａ
と、該ＣＰＵ４６Ａの演篩結果やデータを一時的に保存
するためのランダムアクセスメモリ（以下ＲＡＭと称す
る）４６Ｂと、ＣＰＵ４６Ａの制御プログラムや定数等
を記憶しているリードオンリーメモリ（以下ＲＯＭと称
する）４６Ｃと、前記ＣＰＵ４６Ａに各種信号を入出力
するためのインターフェイス（以下Ｉ／Ｆと称する）４
６Ｄと、クロック４６Ｅと、前記ノックセンサ３４の出
力電圧とＯＶ（アース電位）との大小比較を行うための
コンパレータ４６Ｆと、前記ノックセンサ３４の出力電
圧をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器
（以下Ａ／Ｄ変換器と称する）４６Ｇと、前記コンパレ
ータ４６Ｆの比較結果の保存や前記Ａ／Ｄ変換器４６Ｇ
の作動の制御用データを記憶するコントロールレジスタ
４６１−１と、各要素間のデータ伝送を行うアドレスデ
ータバス４６Ｊとから構成されている。

前記コントロールレジスタ４６Ｈは、例えば４ビツトの
レジスタとされ、第７図に示す如く、ビットＯが、ｌｌ
　Ｉ　１１の書き込みでＡ／Ｄ変換を起動するためのＡ
／Ｄ起動フラグ、ビット１が、“１″の書き込みでセン
スモードを起動し　１１　Ｑ　ＩＴの書き込みでセンス
モードを停止するためのセンスモード起動停止フラグ、
ビット３が、センスモードにおいて、ノックセンサ３４
の出力電圧とＯｖを比較した結果に応じて、ノックセン
サ３４の出力電圧がＯｖより大きい詩にＯ″にリセット
され、その以外の時に′１゛′にセットされるＡ／Ｄフ
ラグとされている。

前記ＥＣＵ４６から出力されるノッキング判定信号は、
前記点火時期制御装置３６に入力され、該点火時期制御
装置３６の点火信号出力が前記点、火装置３８に入力さ
れる。又、前記クランク角度センサ４４から入力される
各気筒の上死点信号は、前記ＣＰＵ４６Ａに直接入力さ
れる。

以下作用を説明する。

本実施例におけるノック判定区間フラグのセット、リセ
ットは、第８図に示したような、メインルーチン中のル
ーチンによって行われている。即ち、まずメインルーチ
ン中のステップ１１０で、前記クランク角度センサ４４
の出力によって、上死点（ＴＤＣ）であるか否かを判定
する。判定結果が正である場合には、ステップ１１２に
進み、前記クロック４６Ｅによって常にカウントアツプ
されている、クランク角度１８０’間のクロックカウン
タＴ＋ｇｏ（μｓｅｃ　）により、次式を用いて、エン
ジン回転数ＮＥをめる。

Ｎ、Ｅ＝　（６０ｘ１０６　）／　（２ＸＴｔ　ｓ　ｏ
）・　・　・　（２） ついでステップ１１４に進み、次式により、ＴＤＣから
ノック判定を開始すべきクランク角度、例えば１０’Ａ
ＴＤＣになるまでの時間Ｔ１を算出する。

Ｔ＋　＝２ＸＴ１ｓ　ｏＸ　（１０／３６０）・・・（
３） ついでステップ１１６に進み、次式を用いて、ＴＤＣか
らノック判定を終了すべきクランク角度、例えば９０°
ＡＴＤＣになるまでの時間Ｔ２を算出する。

Ｔｚ−２ＸＴ１　ａ　ｏＸ　（９０／３６０）・・・（
４） ステップ１１６終了後、ステップ１１８でクロックカウ
ンタＴ１８ｏの内容をクリアして、前出ステップ１１０
に戻る。

一方、前出ステップ１１０の判定結果が否である場合、
即ち、上死点以外である場合には、ステップ１２０に進
み、クロックカウンタＴ１８０の内容がノック判定開始
時間Ｔ１以上であり、且つ、ノック判定終了時間Ｔ２以
下であるか否かを判定する。判定結果が正である場合に
は、ステップ１２２に進み、ノック判定区間フラグをセ
ットして、前出ステップ１１０に戻る。一方、前出ステ
ップ１２０の判定結果が否である場合には、ノック判定
区間フラグをリセットして、前出ステップ１１０に戻る
。

又、第９図に示すような、本発明に係るソフト割込み（
１）ルーチンは、前記ノック判定区間フラグが゛０″か
ら１”に変化した時に起動される。即ち、このソフト割
込み（１）ルーチンにおいては、まずそのステップ２１
０において、ノック判定区間フラグが１″であるか否か
を判定する。このソフト割込み（１）ルーチンの作動中
は、前記コントロールレジスタ４６Ｈのビット１に″“
１″がセットされて、センスモードとなっており、ノッ
クセンサ３４の出力電圧がＯ■よりより大きくなった時
に、ビット３が０１１にリセットされる。

前出ステップ２１０の判定結果が正である場合、即ち、
ノック判定区間フラグが１１１１１であることが確認さ
れた場合には、ステップ２１２に進み、前記コントロー
ルレジスタ４６Ｈの内容を取込んで、そのビット３が“
１′′から“０″に変化したか否かを判定する。判定結
果が正である場合には、ステップ２１４及び２１６に進
み、２ステツプの非動作状態ＮＯＰを経ることによって
、Ａ／Ｄ変換のための時間を稼ぐ。一方、前出ステップ
２１２の判定結果が否である場合には、前出ステップ２
１０に戻る。前出ステップ２１４及び２１６における時
間かゼぎは、第１０図に示す如く、ノックセンサ３４の
中心周波数の１／４周期の時間分く中心周波数ｆ　ａ−
７，１ｋ　Ｈｚとすると３５μｓｅｃ　）だけ行い、次
のステップ２１８で、ノックセンサ３４の出力電圧Ｖｋ
の極大値をＡ／Ｄ変換する。ついでステップ２２０に進
み、出力電圧ＶｋのＡ／Ｄ変換値が、前出（１）式等を
用いて予め設定されているノック判定レベルＳＬを越え
ているか否かを判定する。判定結果が正である場合、即
ち、ノッキング発生と判断される時には、ステップ２２
２に進み、ノック発生７Ｊウンタの内容を１だけ増加す
る。ステップ２２２終了後、或いは前出ステップ２２０
の判定結果が否である場合には、ステップ２２．４に進
み、例えば次式を用いて、今回の気筒のノックセンサ出
ノｊの平均レベルｙ　ｍｅａｎ　ｉを算出する。

ｖｍｅａｎｌ　＝　（１５Ｖｍｅａｎ＋　−＋　＋　ｌ
　Ｖｋ　ｌ　）／１６・・・（５） ここで、ｖｍｅａｎＢ　−、は、後出点火カウンタの内
容で指示される、ＲＡＭ４６Ｂに記憶されている４点火
前の計算結果である。

前出（５）式によりめられた今回の計算結果Ｖ　ｍｅａ
ｎ　ｉは、点火カウンタの内容で指示されるＲＡＭ４６
Ｂに格納される。ステップ２２４終了後、。

前出ステップ２１０に戻る。

一方、前出ステップ２１０の判定結果が否である場合に
は、ソフト割込み（２）ルーチンに進む。

このソフト割込み（２）ルーチンは、前出ソフト割込み
（１〉ルーチンの終了後に起動され、まず、そのステッ
プ３１０において、前記ノック発生カウンタの内容を基
にノック強度を算出する。ついでステップ３１２に進み
、ノック発生カウンタの内容をクリヤする。ついでステ
ップ３１４に進み、ノック強度を出力する。ついでステ
ップ３１６に進み、ノック強度が零であるか否かを判定
する。

判定結果が正である場合、即ち、ノッキングが発生して
おらず気筒判別が可能であると判断される時には、ステ
ップ３１８及び３２０に進み、点火カウンタの内容で指
示される４点火前の平均レベルＶｍＧａｎｉ　−１を基
に、例えば次式を用いて、気筒判別用の各気筒毎の平均
レベルｖｍｅａｎ　（−及び全気筒の平均レベルＶｔｏ
ｔａｌ　＋を算出する。

Ｖｌｌｌｅａｌｌｉ　−＝　（６３ＶｍＣｉａｌｌｉ　
＋　′十Ｖｍｅａｎ）／６４・・・（６） Ｖｔｏｔａｌ　（＝　（２５５Ｖｔｏｔａｌ　ｉ　ｔ　
−１−ｖｍｅａｎ）／２５６・・・（７） ここで、Ｖｍｅａｎｉ　Ｉ−は、４点火前の計算結果、
’Ｊ　ｔｏｔａｌ　ｉ　−＋は、前回のソフト割込み（
２）ルーチンによる計算結果である。

このステップ３１８でめられた平均レベルｖｍｅａｎ：
′は、点火カウンタの内容で指示されるＶｍｅａｎ１′
の格納ＲＡＭに格納され、同じくステップ３２０でめら
れた平均レベルＶ　ｔｏｔａｌ　Ｈは、Ｖｔｏｔａｌの
格納ＲＡＭに記憶される。

ステップ３２０終了後、ステップ３２２に進み、。

前出ステップ３１８、で算出された各気筒毎の平均レベ
ルｖｍｅａｎ−が、前出ステップ３２０で算出された金
気筒の平均レベルＶｔｏｔａｌに所定の係数α（α〈１
）を乗じることによって得られる気筒判定レベル以上で
あるか否かを判定する。ここで係数αは、各気筒毎の平
均レベルｖｍｅａｎ′と全気筒の平均レベルＶ　ｔｏｔ
ａｌの比較によって、特定気筒、この場合は２番気筒の
みを安定的に判別するための係数であり、実際のエンジ
ンに応じて適合されるものである。

前出ステップ３２２の判定結果が正であり、２番気筒以
外であると判断される場合、及び、前出ステップ３１６
の判定結果が否であり、ノッキングが発生していて、気
筒判別が困難であると判断される場合には、ステップ３
２４に進み、気筒カウンタの内容を１だけ増加する。こ
こで、気筒カウンタの内容は、点火順序に従って、例え
ば、１１０　ＩＩが１Ｎ気筒、ｌｌ　１１１が３番気筒
、“２″が４番気筒、３°′が２番気筒に対応するよう
にされている。

ステップ３２４終、７後、ステップ３２６に進み、気筒
カウンタの内容が４未満であるか否かを判定する。

前出ステップ３２２の判定結果が否であり、現在が２１
を気筒の膨張工程であると判断される時、又は、前出ス
テップ３２６の判定結果が否であり、気筒カウンタの内
容が４となったと判断される時には、ステップ３２８に
進み、気筒カウンタの内容をクリアしてＯ″とし、つい
でステップ３３０で、１番気筒フラグをセットする。

一方、前出ステップ３２６の判定結果が正である場合に
は、ステップ３３２に進み、１番気筒フラグをリヒツ１
〜する。

ステップ３３０又は３３２終了後、ステップ３３４に進
み、次の点火セットを行うために点火カウンタの内容を
１だけ増加する。ついでステップ３３６に進み、点火カ
ウンタの内容が４未満であるか否かを判定する。判定結
果が否である場合には、ステップ３３８に進み、点火カ
ウンタの内容をクリヤする。ステップ３３８終了後、又
は前出ステップ３３６の判定結果が正である場合には、
ステップ３４０に進み、点火カウンタの内容で指示され
る平均レベルＶｍｅａｎ及びに値を基に、前出（１）式
を用いて、次の点火のノック判定レベルＳＬを算出する
。ステップ３４０１６了後、割込みの発生したところへ
復帰する。

本実施例においては、今回の気筒の平均レベルＶｍｅａ
ｎ′が気筒判定レベルαｘ　■ｔｏｔａｌよりも小であ
る時に、今回の気筒を、ノックセンサ出力の平均レベル
が最小の２番気筒であると判断するようにしたので、ノ
ッキング発生と混同することなく、２番気筒を容易に判
別することができる。なお、今回の気筒の平均レベルが
気筒判定レベルβｘ　Ｖ　ｔｏｔａｌ　（β〉１）より
も大である時に、今回の気筒を、ノックセンサ出力の平
均レベルが最大の特定気筒、実施例の場合には１番気筒
と判定することも可能である。

前記実施例においては、本発明による気筒判別が、ノッ
ク制御エンジンの気筒別に値制御に適用されていたが、
本発明の適用範囲はこれに限定されず、ノック制御エン
ジンの気筒独立点火時期制御などの他のノッキング抑制
制御、更には、電子制御燃料噴射の独立噴射やグループ
噴射等にも同様に適用できることは明らかである。

以上説明した通り、本発明によれば、気筒判別用のセン
サを用いることなく、ソフトウェアで気筒判別を行うこ
とができる。従って、気筒判別用のセンサによる生産コ
スト上昇を伴なうことなく、気筒別に値制御、気筒独立
点火時期制御、電子制御燃料噴射の独立噴射やグループ
噴射等を、安価に実現することができるという優れた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用されるノック制御エンジンにお
ける気筒別に値制御の必要性を示す、Ｋ値と各気筒のノ
ックセンサ出力レベルの関係の例を示す線図、第２図は
、本発明に係るノック制御エンジンの気筒判別方法の要
旨を示す流れ図、第３図は、本発明の詳細な説明するた
めの、ノッキングが発生していない時の各気筒のノック
センサ出力の平均レベルの例を示す線図、第４図は、同
じく、ノック判定区間、各気筒の上死点、各気筒の吸排
気バルブの開閉状態の関係の例を示す線図、第５図は、
本発明に係る気筒判別方法が採用されたノック制御エン
ジンの実施例の構成を示す、一部ブロック線図を含む平
面図、第６図は、前記実施例で用いられている電子制御
ユニットのノック制御に係る部分を示すブロック線図、
第７図は、前記電子制御ユニットで用いられているコン
トロールレジスタのビット構成を示す線図、第８図は、
同じく、ノック判定区間フラグをセット、リセットする
ための、メインルーチン中のルーチンを示す流れ図、第
９図は、ノック判定及び本発明に係る気筒判別を行うた
めのソフト割込みルーチンを示す流れ図、第１０図は、
前記実施例における、ノックセンサの出力電圧波形と、
そのアナログ−デジタル変換値の関係の例を示す線図で
ある。 １０・・・エンジン、　２８・・・点火プラグ、３４・
・・ノックセンサ、　３６・・・点火時期制御装置、３
８・・・点火装置、　４０・・・点火コイル、４２・・
・デストリピユータ、 ４４・・・クランク角度センサ、 ４６・・・電子制御ユニツ１〜（ＥＣＵ）。 代理人　高　矢　論 （ほか１名） 第１図 −に４置 第１０図 圧 Ｖｋ　一時間 第２図 第６図 ３８ 第７図 ２０２− 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの気筒数より少ない数のノックセンサに
   よってノッキングを検出し、点火時期等を制御するよう
   にしたノック制御エンジンの気筒判別方法において、ノ
   ッキングが発生していないことを検知する手段と、ノッ
   キングが発生していない時に、エンジン中心からずらし
   て配設したノックセンサ出力の、各気筒用の平均レベル
   及び金気筒の平均レベルをめる手順と、今回の気筒の平
   均レベルを、金気筒の平均レベルに設定係数を乗するこ
   とによって得られる気筒判定レベルと比較する手順と、
   今回の気筒の平均レベルが前記気筒判定レベルより小又
   は大である時に、今回の気筒を、ノックセンサ出力の平
   均レベルが最小又は最大の特定気筒であると判定する手
   順と、を含むことを特徴とするノック制御エンジンの気
   筒判別方法。