JPH07113352B2 - 内燃機関用ノツキング制御装置 - 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（エンジン）に発生するノッキング
（以下ノックと記す）の発生状態を検出し、点火時期あ
るいは空燃比、吸気圧力等のノック制御要因を制御する
ノッキング制御装置（以下、ノックコントロールシステ
ムと記す）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
を判定するためのノック判定レベルの最適値がエンジン
・ノックセンサのバラツキより変わるため、車輌ごとに
制御時のノック音が大きくばらつくという問題があっ
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、ノック判定レベルを適切
な方向へ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〕

ところで、この種のものにおいてノック判定レベルV_ref
は、ノックセンサ信号に応じて変化する量（たとえばノ
ック強度値Ｖの中央値V₅₀）に適合定数Ｋを乗じて作ら
れているのが一般的であり（さらにオフセット値θ_ｓを
加え、V_ref＝V₅₀×Ｋ＋θ_ｓとする場合もある）、上記
判定レベルの自動修正を行う場合は、適合定数Ｋを修正
することにより行われている。

しかしながら、従来のこの方法では、ノックセンサ信号
に応じて変化する量（例えばV₅₀）が低速回転域で第２
図に示す如く小さくなるために、判定レベルV_ref＝V₅₀
×ＫのＫ値を修正しても、判定レベル自体はほとんど修
正されず、従っていくらＫ値を修正しても目標のノック
状態まで至らないという問題がある。

また、この低速回転域の対策のために１回あたりのＫ値
の補正量を大きくすると、今度は逆に高速回転域で分解
能が不足し、判定レベルのハンチング及びノック音のバ
ラツキの問題が発生してくるという問題がある。

そこで、本発明は上記の問題を解決することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため本発明は、第１図に示す如く、内燃機関のノッ
クを検出するためのノックセンサと、ノックを判定する
ためのノック判定レベルを作成するノック判定レベル作
成手段と、このノック判定レベルと前記ノックセンサの
信号とに応じてノックを判定するノック判定手段と、こ
のノック判定手段の結果に応じてノック制御要因の値を
制御する制御手段と、ノック判定レベルが適切かどうか
を判断するノック判定レベル適否判断手段と、この判定
レベル適否判断によるノック判定レベルの修正を、前記
ノックセンサの信号レベルに応じて変化する量に乗じる
倍率Ｋを変化させる判定レベル修正手段で行う場合と、
前記ノックセンサの信号レベルに無関係に定まる絶対量
を変化させる判定レベル修正手段で行う場合とを、内燃
機関の運転領域に応じて選択するための運転領域識別手
段とを備えるものである。

〔作用〕

これにより、ノック判定レベル適否判断手段の適否判断
による判定レベルの修正を、ノックセンサ信号レベルに
応じて変化する量に乗じる倍率Ｋを変化させる場合と、
ノックセンサの信号レベルに無関係に定まる絶対量を変
化させる場合とを、運転領域識別手段により識別した内
燃機関の運転状態に応じて選択する。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例により説明する。第３図は
本発明の一実施例を示す構成図である。第３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ーメータ、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（たとえば
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
で、エンジン１の側壁に固定されている。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）か薄い（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
の点火時期制御回路、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４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４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
ホールドを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５図に従って説
明する。第５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タ値
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CUP8000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（たとえば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載せ、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６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＋O_sC ここで、ＫはあらかじめROM8001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V
₅₀に乗じるノック判定レベル修正用Ｋ値であり、O₅Cは
ノック判定レベルを絶対量で修正するためのものであ
り、KC,O_sC共にステップ700で作成される。また、このK
C,O_sCはエンジ回転数、エンジン１回転当たりの吸入空
気量Q/Nのマップ状で待ち、かつ、バックアップされて
いる。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７図のフローチャートを用いて、ステップ400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4004へ進む。ステップ4004では、遅角量Ｒを所定量
ΔＲだけ増す。

ステップ4003でNOと判断された場合はステップ4007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4008へ、NOならばステップ4009へ進む。ステ
ップ4008では、遅角量Ｒを所定量ΔＲだけ減らす。ステ
ップ4009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4010へ進
み、遅角量Ｒ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８図を用いて、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Vhを次のように作成する。

Vh＝（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Vhを所定値以下にガードする。次
にステップ5005へ進み、Ｖ≧Vh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。

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。

第９図のフローチャートを用いて、ステップ600を詳細
に説明する。

ステップ6001から判定レベル補正条件成立の判断のルー
チンが始まると、ステップ6002で、前回のステップ6003
以降の全気筒の処理が終了した時点から所定時間経過し
たかの判断を行う。そして、YESの場合はステップ6003
へ、NOの場合はステップ900へ進む。こうすることによ
り、ステップ6003の処理が所定期間ごとに実行されるこ
とになる。

ステップ6003ではノックコントロール領域内、かつ定常
状態を判断し、YESならばステップ6005へ、NOならばス
テップ7010へ進む。

ステップ6005で本ルーチンは終了して、ステップ700へ
進む。

第10図のフローチャートを用いて、ステップ700を詳細
に説明する。

ステップ7001からノック状態の判断および判定レベルの
補正ルーチンが始まると、ステップ7002でノック状態が
大きすぎるかの判断を、例えば、CPHL＞０またはＡ≧A
_maxで求め、YESであればステップ7003へ進み、NOであれ
ばステップ7008へ進む。ステップ7003ではその時のエン
ジン条件が所定回転数以上であるかどうかを判断し、YE
Sであればステップ7004で、V₅₀に乗じるKCを所定量ΔKC
減算し、判定レベルを小さくしてステップ7005へ進む。
また、NOの場合は、ステップ7006で絶対量θ_sCを所定量
Δθ_ｓ減算することにより判定レベルを小さくし、ステ
ップ7007へ進む。ステップ7008ではノック状態が小さす
ぎるかの判断を、例えばCPHL＜０で求め、YESであれば
ステップ7009へ進み、NOであればステップ7012へ進む。
ステップ7009ではその時のエンジン条件が所定回転数以
上かどうかを判断し、YESであればステップ7010でV₅₀の
定数KCを増算して判定レベルを大きくし、ステップ7005
へ進む。また、NOの場合はステップ7011で絶対量θ_sCを
増算して判定レベルを大きくし、ステップ7007へ進む。
ステップ7005ではKCを所定範囲内で修正するためのガー
ドであり、ステップ7007ではθ_sCを所定範囲内で修正す
るガードであって、その後次のステップ7012に進む。

ステップ7012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7013
へ、NOならば7014へ進む。ステップ7013では、Ａを所定
量DAだけ大きくし、ステップ7014では、Ａを所定量DAだ
け小さくする。次にステップ7015へ進んでＡを所定範囲
内で修正するためのガードを実行した後、ステップ7016
へ進み、全気筒の処理が終了したかを判断する。そし
て、YESならばステップ7017へ、NOならば次の気筒の処
理をステップ6003から始める。

ステップ7017で本ルーチンが終了する。

第11図を用いて、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ーメタの初期化ルー
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。そして、YESの場合はス
テップ8004へ進み、NOの場合は次の気筒についてステッ
プ8002の処理を行う。ステップ8004で本ルーチンが終了
する。

なお、上述した実施例での判定レベルは、第６図のステ
ップ300に示す如く、ノック強度値Ｖの分布の中央値V₅₀
で求めたが、他のノックセンサ信号レベルに応じて変化
する量でもよい（例えば、センサ信号の平均値V_mean、
又はセンサ信号の所定レベル以上のパルス数等）。

また、第10図のステップ7003及び7009では、判定レベル
の修正（θ_ｓかＫか）を所定エンジン回転数で選択した
が、第12図に示すようにエンジン回転数Neと負荷との２
次元マップで決まるエンジン運転領域で選択してもよ
い。

また、第10図のステップ7002および7008では、判定レベ
ルの適否判断をノックの状態検出で行ったが、第13図の
ステップ7002A,7008Aに示すように、ノックの強度を検
出して判定レベルの修正を行ってもよく、また同じよう
にノックの頻度を検出し、ノック判定レベルを修正する
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明においては、例えばセンサ信
号レベルの小さなエンジン運転領域ではセンサ信号に無
関係な絶対量で判定レベルが修正され、かつ、センサ信
号レベルの大きなエンジン運転領域ではセンサ信号レベ
ルに応じて変化する量に乗じるＫで判定レベルが修正さ
れるため、すべてのエンジン領域で判定レベルが適切に
修正され、正確にノッキングを制御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図はエンジン回転数とノックセンサ信号に
応じて変化する量の関係を示す特性図、第３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４図は第
３図中のピークホールド回路部の構成図、第５図は第３
図中の制御回路の詳細構成図、第６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７
図〜第11図は第６図中のステップ400〜800をより詳細に
示すフローチャート、第12図は本発明の他の実施例にお
ける判定レベル修正のための運転領域を決定するための
判定領域図、第13図は第６図中のステップ700の他の実
施例を示す要部の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……点火時期制御
回路,10……イグナイタおよびイグニッションコイル,70
3……ピークホールド回路,8000……中央処理ユニット,8
001……ROM,8002……RAM。

Claims (1)

【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、ノックを判定するためのノック判定レベルを
   作成するノック判定レベル作成手段と、このノック判定
   レベルと前記ノックセンサの信号とに応じてノックを判
   定するノック判定手段と、このノック判定結果に応じて
   ノック制御要因の値を制御する制御手段と、前記ノック
   判定レベルが適切かどうかを判断するノック判定レベル
   適否判断手段と、この判定レベル適否判断による前記判
   定レベルの修正を、前記ノックセンサの信号レベルに応
   じて変化する量に乗じる倍率Ｋを変化させる場合と、前
   記ノックセンサの信号レベルに無関係に定まる絶対量を
   変化させる場合とを、内燃機関運転領域に応じて選択す
   るための運転領域識別手段とを備えることを特徴とする
   内燃機関用ノッキング制御装置。