JPS6234028A

JPS6234028A - 筒内圧センサの異常判別装置

Info

Publication number: JPS6234028A
Application number: JP17376985A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Anpo; 安保　敏巳
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1987-02-14
Anticipated expiration: 2010-02-22
Also published as: JPH0715422B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、自動車等の内燃機関に発生する燃焼圧力振動
を検出している筒内圧センサの異常を判別する装置に関
する。

（従来の技術）近時、エンジンにより高い燃料経済性、運転性が要求さ
れる傾向にあり、かかる観点からマイクロコンピュータ
等を応用して燃焼状態を最適に制御することが行われる
。

燃焼状態を監視する方法の１つとしてシリンダ内におけ
る燃焼ガスの圧力（以下、筒内圧という）を検出する方
法があり、そのための手段として従来、圧電セラミック
を用いた筒内圧センサ（振動センサ）がある。この圧電
セラミックは機械−電気変換動率が高い、センサの構造
が簡単である、小型にできる等の利点を有するため広く
使用される傾向にある。

ところで、このような圧電セラミックはいわゆるセンサ
として使用されるものであるから、そのセンサ情報に信
頼性が要求される。かかる信頼性を欠く場合、すなわち
センサが異常である場合はこれを適切に判断する必要が
ある。

圧電セラミックを使用したセンサの異常を判別する従来
のものとしては、例えば第６図に示すようなものがある
（実開昭５８−２６６３１号公報参照）。

同図において、■は筒内圧センサであり、筒内圧センサ
１は気筒内の燃焼圧力を圧電セラミックによって電荷に
変換し電荷出力Ｓ、を出力する。

筒内圧センサ１は具体的にはエンジンのシリンダヘッド
に螺着される点火プラグの座金として締付、固定される
。また、筒内圧センサ１には並列に抵抗Ｒ１、Ｒ２が介
挿され、各抵抗Ｒ１、Ｒ２の中点には抵抗Ｒ３を介して
電源Ｖｃｃが供給される。

これは、上記抵抗Ｒ１、Ｒ２の介挿によって等価的に筒
内圧センサ１の直流インピーダンスを低くし、筒内圧セ
ンサ１の出力信号線の断線、接地側への短絡および供給
電源Ｖｃｃへの短絡等の異常状態を図中Ａ点の電位で検
出するためである。

センサ出力Ｓ１はチャージアンプ２に入力されており、
チャージアンプ２はオペアンプＯＰ、抵抗Ｒ４、Ｒ５か
らなるいわゆる電荷−電圧変換増幅器を構成し、センサ
出力ＳＩおよびＡ点の電位を電圧信号Ｓ２に変換してバ
ンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３およびマイクロコンピュ
ータ４に出力する。バンドパスフィルタ３は信号Ｓ２の
うちノンキング振動に対応する周波数帯（例えば、６Ｋ
Ｈｚ〜１９ＫＨｚ）の信号のみを通過させ、信号Ｓ３と
して整流積分器５に出力する。整流積分器５は信号Ｓ３
を整流するとともに、その整流値を積分し燃焼振動エネ
ルギに関連する物理量に相当する信号Ｓをマイクロコン
ピュータ４に出力する。マイクロコンピュータ４は整流
積分器５からの信号Ｓに基づいてノンキングの発生を判
断するとともに、チャージアンプ２からの信号Ｓｔを直
接監視して筒内圧センサエの異常を検出する。例えば、
筒内圧センサ１が接地側に短絡すると、チャージアンプ
２の入力信号Ｓ１が０　〔■〕となるのでその異常状態
が検出される。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の筒内圧センサの異常判
別装置にあっては、チャージアンプ２の出力ｓｚをマイ
クロコンピュータ４により常時監視してセンサの異常を
判断する構成となっていたため、筒内圧センサ１のショ
ート状態は精度よく検出できるものの、オープン状態は
必ずしも精度よく検出できない。また、センサ感度が異
常に劣化したような場合の検出は殆んど不可能である。

（発明の目的）そこで本発明は、ノッキングが本来確率現象であり、前
述した物理量相当信号Ｓの値が所定の分散傾向を有する
ことに着目し、この分散の程度を適切に判断することに
より、センサの異常形態に拘らずそれを的確に判別して
異常判別の精度を向上させることを目的としている。

（発明の構成）本発明による筒内圧センサの異常判別装置はその基本概
念図を第１図に示すように、エンジンの燃焼圧力振動を
検出する振動検出手段ａと、振動検出手段ａの出力から
所定のノック振動を抽出する抽追手段すと、エンジンの
１燃焼サイクル毎に抽出手段すの出力に基づいて燃焼振
動エネルギに関連した物理量を演算する演算手段Ｃと、
前記物理量の統計的な変動状態を検出する変動状態演算
手段ｄと、変動状態演算手段ｄの出力に基づいて振動検
出手段ａの異常を判別する異常判別手段ｅと、を備えて
おり、センサの異常を的確に判別するものである。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜５図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第２図において、１〜３は第６
図に示した従来例と同一構成部分を示し、同一番号が付
されている。そして、本実施例では筒内圧センサ１は振
動検出手段、バンドパスフィルタ３は抽出手段としての
機能を有する。

バンドパスフィルタ３の出力Ｓ３は演算手段１１に入力
されており、演算手段工１は整流回路１２、積分器１３
、クランク角センサ１４および積分タイミングコントロ
ーラ１５により構成される。クランク角センサ１４はエ
ンジンのクランク角を検出し、例えば、６気筒エンジン
の場合、クランク角１２０　”毎に基準信号Ｃｉを、ク
ランク角１°毎に位置信号ＣＩを出力する。積分タイミ
ングコントローラ１５はクランク角センサ１４からの信
号Ｃｉ、Ｃ，に基づいて１燃焼サイクル毎における積分
タイミングを設定し区間信号Ｓｋを積分器１３に出力す
る。これは、ノッキングの発生し得る区間に対応するの
が好ましく、例えば上死点後１０°〜４５°に設定する
。整流回路１２は信号Ｓ、を整流して積分器１３に出力
し、積分器１３はこの整流信号を区間信号Ｓｋの入力さ
れている間、すなわち上死点後１０°〜４５゛の区間に
おいて積分し積分値Ｓとしてマイクロコンピュータ１６
に出力する。マイクロコンピュータ１６にはさらにクラ
ンク角センサ１４からの信号Ｃｉ、Ｃ，が入力される。

マイクロコンピュータＩ６は変動状態演算手段および異
常判別手段としての機能を有し、内部のプログラムに従
って筒内圧センサ１の異常判別を行うとともにノッキン
グ抑制′　のための点火制御を行う。

次に作用を説明するが、最初に本発明の基本原理につい
て述べる。

演算手段１１により１燃焼サイクル毎に燃焼振動エネル
ギに関連する物理量に対応する積分値Ｓが演算されるが
、このＳはその態様に応じて第３図に示すように分布す
る。すなわち、ノッキングが発生していない場合には図
中破線で示すようにＳの値は比較的小さい値に集中する
。一方、ノッキングが発生すると図中実線で示すように
大きな値を持つＳが現れるようになり、例えば斜線部で
示すようなＳの値をノッキングと判別する。さらに、セ
ンサのオープン、ショート状態等の異常が発生すると、
Ｓの値は電気的ノイズ等の成分のみとなり図中一点鎖線
で示すような分布となる。

ここで、例えばＳの平均値Ｓを考えてみると、。

異常時のＳの平均値ａ、とノックなしの場合の平均値ａ
２とはかなり近い値となっとおり、ノック発生時の平均
値ａ、は離れた大きい値となっている。したがって、セ
ンサの出力感度の経時変化等を考えると、異常時とノッ
クなしの場合との判別はかなり困難になることが予想さ
れる。

そこで、上記両者の判別を適切なものとするために、例
えば（Ｓ−３）２という値に着目してみると、第４図に
示すように、各態様におけるそれらの平均値ｂＩＳｂ２
、ｂ：ｌに大きな差が現れる。

さらに、（Ｓ−３）　２の加重平均値ｇ下、すなわちＳ
の分散はＳの値のばらつき度合を表わすことから、この
ＳＦによればセンサの出力感度の経時変化等の影響を受
けずに各地様の判別が可能となる。

本発明ではかかる原理に基づいて上述した判別機能を第
５図に示すプログラムで実現している。

本プログラムは所定時間毎に一度実行され、図中Ｐｉ　
　（ｉ＝１．２．３・・・・・・）はフローの各ステッ
プを示す。

Ｐ、で各燃焼サイクル毎にノンキングに起因する高周波
成分の整流積分値Ｓを読み込み、Ｐ２で次式■に従って
差値ＳＷを求める。

ｓｗ＝ｓ−ｓ・・・・・・■ 但し、Ｓ：前回のルーチンまでのＳの平均値次いで、Ｐ
、で差値ＳＷを２乗した値ＳＦ　（ＳＦ＝　（Ｓ−５）
”　）を求め、Ｐ、でＳＦの加重平均値ＳＦを整流積分
値Ｓの時系列的な変動状態を表すパラメータとして次式
■に従って演算する。

ｎ　　　　　　　　　　　　　　　１但し、５Ｆｏｌｄ：前回のルーチンの丁〒、ＰＳでは差
値ＳＷをノックの有無を判別するためのスライスレベル
ＳＬと比較する。差値ｓｗは第３図に示すような分布特
性をもっているため同図中の斜線部にスライスレベルＳ
Ｌを設定すればノック有無の判定ができるからである。

ＳＷ＞ＳＬのときはノック発生と判断してＰ６で点火時
期を遅角側に補正し、ＳＷ’；ＳＬのときはノック無し
と判断してＰ７で点火時期を進角側に補正した後、Ｐ、
で今回のＳの平均値Ｓを次式〇に従って、演算する。

ｎ　　　　　　　　　　　　　ｎ但し、Ｓｏｌ了：前回のルーチンの平均値これにより、
ノッキングを抑制しつつ最適点火時期でエンジンを運転
することができる。

なお、Ｐ８でノンキングが発生していない場合にのみＳ
の平均値Ｓを求めているのは、ノッキング発生時の大き
なＳの値を平均値算出のデータに加えるとＳの値が過度
に大きくなって正常なノッキングの検出ができなくなる
からである。

次いで、Ｐ９でエンジンが所定の運転条件で運転されて
いるか否かを判別する。低回転、低負荷域で運転されて
いるときはセンサの異常判断を行わずに今回のルーチン
を終了する。このような運転域ではＳの値が正常時でも
非常に小さくなって判別が困難であること、さらにこの
領域ではノッキングが殆んど発生していないためセンサ
の異常判別を行う必要がないという理由による。一方、
Ｐ９で低回転、低負荷域以外の運転域で運転されている
ときはＰｌ。で加重平均値ＳＦを所定値ＡＬと比較する
。このＳＦは、第４図に示した分布特性を有しているた
め、ＳＦの値を所定値と比較すれば筒内圧センサ１の異
常判断が可能だからである。ＳＦ＜ＡＬのときは筒内圧
センサ１が異常であると判断してｐＨで異常フラグＡＬ
Ｆをセント（ＡＬＦ＝１）して今回のルーチンを終了す
る。

異常フラグＡＬＦのセットにより、例えば外部警報表示
等を行ってもよく、これにより筒内圧センサ１の異常に
対応して適切な処理を取ることができる。また、この異
常時において点火時期を遅角側に補正して点火時期制御
の安全性を確保するようにしてもよい。一方、ＰＩＧで
ＳＦ≧ＡＬのときは筒内圧センサ１が異常ではないと判
断してｐＨをジャンプして今回のルーチンを終了する。

このように、第４図に示したような分布特性を有するＳ
Ｆの値に基づいて筒内圧センサ１の異常判別を行ってい
るため、筒内圧センサ１のオープン、ショート状態ある
いはセンサの経時変化等に伴う出力感度の異常低下など
センサとしての正常な機能を果たし得ない異常状態をす
べて的確に精度よく判別することができる。

なお、本実施例では異常判別のパラメータとして（Ｓ−
３）ｔの平均値を用いているが、これに限らず、例えば
Ｓ２の平均値を用いるようにしてもよい。但し、本実施
例のようにｓ−３を用いた方が２乗した場合にその値が
大きくなり過ぎないためマイクロコンピュータで取扱う
上で便利であり、かつセンサ感度の変化に対しても強い
という利点がある。

（効果）本発明によれば、筒内圧センサの異常形態に拘らずその
異常を的確に判別することができ、異常判別の精度を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜５図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はそのブロック構成図、
第３図はその積分値Ｓの分布特性を示す図、第４図はそ
の（Ｓ−３）　２の分布特性を示す図、第５図はそのセ
ンサ異常判別のプログラムを示すフローチャート、第６
図は従来の筒内圧センサの異常判別装置を示すその回路
図である。１・・・・・・筒内圧センサ、３・・・・・・バンドパスフィルタ（抽出手段）・１１
・・・・・・演算手段、１６・・・・・・マイクロコンピュータ（変動状態演算
手段、異常判別手段）。

Claims

【特許請求の範囲】ａ）エンジンの燃焼圧力振動を検出する振動検出手段と
、ｂ）振動検出手段の出力から所定のノック振動を抽出す
る抽出手段と、ｃ）エンジンの１燃焼サイクル毎に抽出手段の出力に基
づいて燃焼振動エネルギに関連した物理量を演算する演
算手段と、ｄ）前記物理量の統計的な変動状態を算出する変動状態
演算手段と、ｅ）変動状態演算手段の出力に基づいて振動検出手段の
異常を判別する異常判別手段と、を備えたことを特徴とする筒内圧センサの異常判別装置
。