JP2596436B2 - ガソリンエンジンのノッキング検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、ガソリンエンジンのノッキング検出方法に
係り、従来より信頼性の高いノッキング検出方法に関す
る。

＜従来の技術＞ ガソリンエンジンのノッキングは、出力や熱効率の低
下やエンジンの破損を生起するので、是非防止する必要
がある。このノッキングの防止は、燃料のオクタン価を
高めたりする他、現在エンジンの点火進角を制御する方
法によっても行なわれる。この後者の制御につき若干説
明するに、振動加速度センサや点火プラグ座圧検出セン
サなどのノックセンサをエンジンに取付けてノック発生
を検出する一方、ノックの発生を抑えることを前提にで
きるだけ点火時期を進角にしてエンジン出力を適正にす
るが、ノック発生と共にそのノック情報に基づき点火時
期を遅らせるよう進角量を制御している。

すなわち、従来のノックコントロールでは、ノックセ
ンサからのノック情報に応じたリタード量を算出し、こ
のリタード量だけ基本進角量を遅角させてノック発生を
抑え、ノックが解消すると進角量を元に戻す制御をして
いる。

この場合、ノックの識別に当っては、ノックセンサの
出力にエンジンノイズが多種類含まれる関係上、このノ
ックセンサからのノイズレベルの平均を採り、この平均
値を上回る振動をノックとみなしている。ところが、こ
のノイズレベルは不安定なものであるためノイズレベル
につき多少の不感帯幅を持たせることにより、ノイズの
変動による誤識別を幾分でも少なくしている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかし、上記不感帯幅を採ってもノック識別はなお不
充分であり、仮にこの不感帯幅を大きくするとノックの
識別がにぶくなり、逆に小さくすると誤識別が多くなっ
てしまう。したがって、不感帯幅の設定は根本的な解決
策とはなっていない。

ノックセンサの後段にノック周波数を通すためのバン
ドパスフィルタ（BPFとする）を備えるが、このBPFの通
過帯域を10kHz以下の低周波とした場合、前述の他の多
種類のエンジンノイズによりノック識別が極めて困難で
あるが、反面、BPFの通過帯域を10kHz以上の高周波とし
た場合、このBPFの出力はノックの他弁着座ノイズに限
られてくることが判明した。そして、このノックと弁着
座ノイズとを弁別するためクランク角を基準にして計測
する方法も考えられるが、多気筒エンジンではノッキン
グ発生時期と弁着座ノイズとが一致する場合があって完
全なノック識別は不可能である。

そこで、本発明は従来の問題に鑑み、従来より一層正
確なノッキング検出方法を提供する。

＜問題点を解決するための手段＞ 上述の目的を達成する本発明は、ノックセンサによる
ノック情報のうち、10KHz以上の高周波帯域のノック情
報を取り出し、この高周波ノック情報の振動振幅をしき
い値と比較し、この比較結果を前回の点火に基づく比較
結果と更に比べてその差分を検出することを特徴とす
る。

＜着眼点と作用＞ 第２図は10kHz以上のBPFの出力波形であるが、この第
２図などで判明する如く、かなり強度なノッキングでも
数〜数拾行程に１回程度の発生確立しかなく、しかも同
じ気筒で連続発生はしない。他方、弁着座ノイズの如く
機械的ノイズは、周期性を持ち、そのノイズの増減は急
激でなく同一気筒で連続する。

したがって、連続不連続によりノックかその他の機械
ノイズが識別できる。

このため、ノックセンサ後段のBPFにて高周波を通過
させ、ついである程度大きな振動を検出すると共に前行
程での振動検出と比較することにより、ノックか否かの
判定が可能となる。

＜実 施 例＞ ここで、第１図，第３図ないし第７図を参照して本発
明の実施例を説明する。第１図は電子制御ユニット（EC
U）23を中心としてその入力と出力とを示しており、ECU
23内は主要部にCPU27を備え、このCPU27の入力側にはイ
ンターフェイス28,29、A/Dコンバータ30が配置され、出
力側には燃料噴射用ドライバ34、点火ドライバ53が配置
されている。更に、ECU23内にあって制御用プログラム
データや予め設定されている固定データを記憶するROM3
1、更新して順次書換え可能なRAM32、バッテリ24につな
がるBURAM33が配置される。

ECU23の入力側では、スロットルセンサ14、バッテリ
センサ24、水温センサ19、吸気温センサ12、O₂センサ1
7、大気圧センサ13がインターフェイス28に接続され、
キースイッチ26、アイドルスイッチ15がインターフェイ
ス29に接続され、更にディストリビュータ内に取付けら
れてクランク角度を検出するクランク角センサ21（エン
ジン回転数を検出する回転数センサも兼ねる）、基本気
筒の上死点を検出するTDCセンサ22及び吸気通路にあっ
て吸入空気量情報を出力するエアーフローセンサ11が直
接CPU27の入力となっている。

他方、ECU23の出力側ではインジェクタドライバ34に
インジェクタ８が接続され、点火コイル51の１次側をパ
ワートランジスタにより接続するイグナイタ52に点火ド
ライバ53が接続される。なお、点火コイル51はディスト
リビュータ50を介して点火プラグ18につながっている。

さて、ECU23の入力側のインタフェイス28につながる
ノック検出器１は、ノックセンサ1a、10kHz以上例えば1
6kHzのノック周波数を通過させるBPF1b、ノック発生以
外のノイズをカットするマスク回路1c、１行程内のノッ
クセンサ1aによる振幅のピーク値をホールドするピーク
ホールド1dを有し、この検出器１によってその１行程の
ピーク値が出力される。このピーク値がCPU27へ読込ま
れると、ピークホールド1dはリセットされる。また、マ
スク回路1cは前述した点火ドライバ53の信号を微分し弁
別して単安定マルチバイブレータにて整形し、点火より
所定時間のマスクを行なう。更に、BPF1bのフィルタゲ
インは、エンジン回転数によりゲインを変化させてノッ
クセンサ出力を判定レベルに伴うように切換えられる。

ここで、第３図にてセンサ出力（ａ）、BPF（ｂ）及
びマスク出力（ｃ）、ピークホールド出力（ｄ）及びリ
セット信号（ｅ）をそれぞれ示すに、第３図（ａ）の波
形から主に高調波が除かれた第３図（ｂ）のサイン波形
よりピーク値を取り出し同一行程内においては経時的に
高いピーク値に書き替えられて最も高いピーク値を第３
図（ｄ）の如くホールドし、リセットにてホールド解除
を行なう。したがって、ECU23内にはその行程において
最も大きなピーク値が入力されることになる。

つぎに、このピーク値がECU23内に読込まれた後第４
図（ａ）に示すような点火基準信号割込処理が行なわれ
る。すなわち、第１図に示すキースイッチ26の投入によ
りメインルーチンに基づきCPU27は制御作動に入る。そ
して、エンジン回転が開始すると、クランク角が180゜
回転する毎にメインルーチンに代えてノックコントロー
ルルーチンを行なう割込処理に入る。同じく、第４図
（ｂ）に示すように所定時間経過毎にメインルーチンに
代えてタイマールーチンを行なう割込処理に入る。

第４図（ａ）の点火基準信号割込処理すなわちノック
コントロールルーチンでは、ステップA1において、気筒
識別（Ｎ）処理が行なわれる。このＮ処理は第１図に示
すクランク角センサ21の信号により各気筒の燃焼サイク
ルを判別できる。ステップA1にて気筒識別後、ステップ
A2にて第Ｎ気筒のピーク値P_n（Ｎ）を読込み同時にこの
第Ｎ気筒の前回の行程でのピーク値P_n-1（Ｎ）との差分
ΔＰ（Ｎ）を算出する。

次に、ステップA3に移り第Ｎ気筒の今回の工程のピー
ク値P_n（Ｎ）をピーク判定値X_pと比較する。このピーク
判定値X_pはエンジン回転依存設定値であり、ECU23内に
は予めエンジン回転数に応じたピーク判定値Xpのマップ
が内蔵されている。このステップA3での比較の結果、Xp
＞Pn（Ｎ）の場合後述のステップA9に移るが、Pn≧Xpの
場合ステップA4に移る。このステップA4では、前述の差
分△Ｐ（Ｎ）とピーク変化判定定数Xdpとを比較する。
すなわち、第Ｎ気筒の前回の行程と今回の行程とのピー
ク値の差分が一定値より大きいか否かを判定するもの
で、一定値未満の場合には弁着座ノイズ等の連続する機
械ノイズでありそうでない場合は突発性を有するのでノ
ッキングを判定するものである。

ステップA5では、ピーク値一定値X_p以上で差分△Ｐ
（Ｎ）も一定値Xdp以上の場合、ノック値と判定した振
幅差分Ｖを算出する。すなわち、Ｖ＝Pn（Ｎ）−Xpを演
算する。ついで、この差分Ｖをリタード量算出用の定数
Ｋを乗算してKVとし、前回のリタード量にKVを加算して
現在のリタード量を更新する。ついで、ステップA7にて
現在のリタード量△θと最大リタード量△θmaxとを比
較し、△θ＞△θmaxの場合はステップA8にて△θ＝△
θmaxとする。

この後、ステップA8、ステップA7の△θ≦△θmax、
ステップA3でのPn（Ｎ）＜Xp、ステップA4の△Ｐ（Ｎ）
＜Xdpの各場合につき、ステップA9に移行してθigの演
算を行う。

このステップA9での処理ではステップA6でのリタード
量△θと共に電子進角制御での各条件θB,θWT,θATが
加算される。この各条件θB,θWT,θATはメインルーチ
ンにて算出するものである。ここで、電子進角ブロック
図を第５図に示す。第５図において、１ストローク当た
りの吸入空気量A/Nとエンジン回転数とで決まるベース
進角θＢ、水温で決まる水温補正量θWT、吸気温で決ま
る吸気温補正量θAT、及び第４図（ａ）のステップA6ま
での処理で決まるリタード量△θとを加算して進角量θ
igを得るものである。この進角量θigはステップA10に
て点火装置に出力され、ステップA11にて前回の第Ｎ気
筒のピーク値P_n-1（Ｎ）をP_n（Ｎ）に書き替え、ステッ
プA12にてピークホールドリセット処理を行なう。

第６図は、第２実施例で第１図と同一部分には同符号
を付して説明は省略する。ノック検出器１内において、
マスク回路1cの後段には半波整流増幅回路1fが配置さ
れ、この回路1fでは半波整流と増幅が行なわれる。つい
で、平均化回路1gではノイズを平均化してしきい値を設
定する。この値をBGL値とするとこのBGL値のゲインを切
換えて、BGL値は比較器1hに入力される。比較器1hでは
マスク回路1cの出力と比較され、すなわちBGL値とセン
サ波形とが比較されてBGL値以上の信号値が積分され
る。他方、比較器1hの出力は半波整流回路1fにフィード
バックされて、BGL値以上の信号をカットしてBGL値の上
昇を抑えるものである。

この第６図に示すノック検出器１の各部波形を第７図
に示す。第７図（ａ）はノイズを含むノックセンサ出力
波形、第７図（ｂ）はBPF1bの出力波形、第７図（ｃ）
はマスク信号、第７図（ｄ）は半波整流と平均化出力、
第７図（ｅ）は比較器出力、第７図（ｆ）はリセット信
号、第７図（ｇ）は積分出力信号である。この結果、第
６図のハードウェアでは、第４図（ａ）に示すピーク値
P_n（Ｎ）と一定値ここでは平均出力とを比較するまでの
ステップA3までを行なっている。したがって、ソフトウ
ェアでは第７図（ｇ）の積分出力を前回の点火に基づく
出力との差分を採るステップから開始することになる。

上述の第1,第２の実施例では、１個の気筒でノックが
検出されたときに全気筒に対しノックリタードが行なわ
れるように構成したが、ノックによる点火時期はノック
が検出された気筒のみに対して行なってもよい。

＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明によれば、各気筒におい
て、ノック信号の特徴である突発的な信号を拾い出して
ノイズと区別できたことにより、従来よりも信頼性の高
いノッキングの検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第３図ないし第７図は本発明の実施例に供する
説明で、第１図は第１の構成図、第３図は第１図のノッ
ク検出器１の各部波形図、第４図は点火基準信号割込処
理のフローチャートとタイマルーチンのフローチャー
ト、第５図は電子進角の基本ブロック図、第６図は第２
の構成図、第７図は第６図のノック検出器１の各部波形
図、第２図はノック識別の原理を説明するための波形図
である。 図中、 １はノック検出器、 1aはノックセンサ、 1bはバンドパスフィルタ、 1cはマスク回路、 1dはピークホールド回路、 1fは半波整流増幅回路、 1gは平均化回路、 1hは比較器、 1iは積分器、 A1〜A12は処理ステップである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノックセンサによるノック情報のうち、10
   KHz以上の高周波帯域のノック情報を取り出し、この高
   周波ノック情報の振動振幅をしきい値と比較し、この比
   較結果を前回の点火に基づく比較結果と更に比べてその
   差分を検出するガソリンエンジンのノッキング検出方
   法。