JP3153394B2

JP3153394B2 - 内燃機関のノッキング検出方法

Info

Publication number: JP3153394B2
Application number: JP24422493A
Authority: JP
Inventors: 正博佐藤; 政克藤下; 正実志田; 隆之海老澤; 征一川崎
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 2001-04-09
Anticipated expiration: 2016-04-09
Also published as: JPH0797954A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のノッキング
を検出するための方法及びこれを用いた点火時期制御方
法に係り、特に内燃機関の運転状態の変化によるノッキ
ングの誤検出の低減に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにノッキングは燃焼室内の端
末部の未燃ガスの自己発火により燃焼室内のガスが振動
を起こし、この振動が機関本体に伝わる現象である。

【０００３】そして、このノッキングは機関の発生エネ
ルギーの損失（出力低下）や機関各部への衝撃、さらに
は燃費の低下等を招来するため、できるだけ回避するの
が望ましく、そのためにはノッキングの発生を正確に検
出することが不可欠である。このような要請のもと、例
えば特開昭58−45520 号公報に記載のように、振動検出
センサの出力信号の中から５〜１２ｋＨｚの範囲の共鳴
周波数成分だけをバンドパスフィルタを用いて分離し、
その出力の積分値がバックグランドレベルより大きくな
ったか否かでノッキングの発生を検出する方法や、特開
平3−47449号公報に記載されているように、複数の共鳴
周波数成分を取り出してノッキングの検出を行う方法な
どがあった。

【０００４】ところで、前記バックグランドレベルは、
例えば数１，数２に示すように、前回のバックグランド
レベルＢＧＬ₁と、今回の振動検出センサｆ₁の出力信
号との加重平均、もしくは前回の振動検出センサの出力
ｆ₂と、今回の振動検出ｆ₁センサの出力を加重平均し
て求める。

【０００５】

【数１】ＢＧＬ＝ｋＢＧＬ₁＋（１−ｋ）ｆ₁…（数１）

【０００６】

【数２】ＢＧＬ＝ｋｆ₁＋（１−ｋ）ｆ₂…（数２）ｋ：定数そのため、上記の技術は、加速時等の過渡時において、
図９に示すように、バックグランドレベルの追従遅れが
生じ、前記過渡時においては、目標となるバックグラン
ドレベルの値よりも、演算されたバックグランドレベル
の値の方が小さくなるため、Ｓ／Ｎ比の増大によるノッ
キングの誤検出の可能性が大きくなるという問題があ
る。

【０００７】この問題を解決する技術として、例えば特
開平3−124941 号公報に開示されているように、前記バ
ックグランドレベルを常時運転領域別に学習，記憶して
おき、ノッキングを検出する運転領域の突入時、又は過
渡時においては、演算されたバックグランドレベルでは
なく、前記学習，記憶されたバックグランドレベルを用
いて、ノッキング判定を行う方法が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、学習されたバックグランドレベルをそのまま
用いてノッキング判定を行っているため、前記学習値が
突入時の要求されるバックグランドレベルよりも低い値
に学習されている場合は、ノッキングの誤判定が発生す
る恐れがある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述し
た課題は、内燃機関の燃焼室近傍に設けられ、内燃機関
の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を備え、前記燃
焼検出手段の状態信号からノッキングに関する特徴成分
を抽出し、前記状態信号に基づいて、ノッキングの判定
の基準となる比較成分の演算を行い、前記特徴成分と前
記比較成分に基づいてノッキングの判定を行う内燃機関
のノッキング検出方法において、ノック制御領域である
特定運転領域でのみ前記比較成分の演算を行い、前記特
定領域の離脱における前記比較成分の演算値を保持し、
前記特定運転領域の再突入時には、前記保持された比較
成分の値と、前記特定運転領域の比較成分の基準値とな
る予め定められた比較成分基準値とを比較し、大きい方
の値を前記突入時における比較成分の初期値とすると共
に、その初期値に基づいて前記比較成分の演算、及びノ
ッキングの判定を行うことにより解決できる。

【００１０】

【作用】本発明によれば、学習，保持されたバックグラ
ンドレベルと、基準となるバックグランドレベルとを比
較し、大きい方のバックグランドレベルを特定運転領域
（以下、ノック制御領域と記す）の突入時におけるバッ
クグランドレベルの初期値とするため、前記初期値を適
切な値に設定でき、ノッキングの誤判定を低減すること
ができる。また、前記基準値を学習し、更にその学習値
に限界値を設けたため、前記基準値が異常な値になるこ
とを抑制することができる。

【００１１】

【実施例】以下図面に従い、本発明の一実施例を詳細に
説明する。

【００１２】まず始めに、本発明におけるノッキングの
発生の有無の判定の原理について説明する。エンジンの
振動には多くの振動成分が含まれている。例えば、ピス
トンの摩擦，クランク軸の回転，弁の作動などによる振
動成分などである。さらに、これらの振動成分はエンジ
ン状態によって変化する。

【００１３】エンジンにノッキングが発生すると、ノッ
キングに特有な振動が発生する。ノッキングの発生の有
無の判定は、振動センサが検出するエンジンの全体の振
動からノッキングに特有な振動を分離することによって
なされる。

【００１４】図４はノッキングが発生していない時の振
動センサの出力の周波数成分の解析結果を表わした図で
ある。一方、図５はノッキングが発生した時の振動セン
サの出力の周波数成分の解析結果を表わした図である。

【００１５】そして図４と図５を比較すれば分かるよう
に、ノッキングが発生している場合は、ノッキングが発
生していない場合に比して、各々の特徴成分、即ち共鳴
周波数成分が大きくなっていることが理解できる。

【００１６】次に図６，図７を用いて、ノッキング判定
指標を用いたノッキング発生の有無の判定について説明
する。なお、原理動作の説明のために、共鳴周波数ｆ₁₀
（例えば６.３ＫＨｚ）とｆ₀₁（例えば１３.０ＫＨｚ）
の周波数成分を用いて説明する。しかしながら、これに
拘束されるものではなく、任意の２以上の共鳴周波数成
分を用いてノッキング発生の有無の判定ができる。

【００１７】振動センサはノッキング発生による振動と
バックグランド振動を含んだ振動を合成して検出する。
したがって、ノッキング判定指標Ｉは、ノッキングが発
生していないときはバックグランド振動で定められる指
標Ｉ_bとなり、ノッキングが発生したときはバックグラ
ンド振動Ｉ_bとノッキングの発生による振動Ｉ_kを含ん
で定められる指標Ｉとなる。

【００１８】上記ノッキング判定指標Ｉを主要な共鳴周
波数成分を用いて数式化すると下式となる。

【００１９】Ｉ＝ω₁₀Ｐ（ｆ₁₀）＋ω₂₀Ｐ（ｆ₂₀）＋ω₀₁Ｐ（ｆ₀₁）＋ω₃₀Ｐ（ｆ₃₀）＋ω₁₁Ｐ（ｆ₁₁）ここで、ωはエンジン回転数で定まる実数値をとる。ま
た、１か０かの２値をとることもできる。Ｐは各共鳴周
波数成分の振動強度（パワースペクトル）である。

【００２０】図６に示すようにバックグランド振動の共
鳴周波数成分によって示されるノック判定指標Ｉ_bとノ
ッキングの発生による振動の共鳴周波数成分によって示
される指標Ｉ_kは方向と大きさを異にしている。これは
人間による聴覚試験でも明らかなように、ノック無の場
合のエンジン音に対しノック有の場合は例えばカリカリ
等という音で聴き分けられるものであり、ノック有り無
しによって音色が異なるためである。

【００２１】バックグランド振動にノッキングの発生に
よる振動が加わってくると、振動センサに含まれる
ｆ₀₁，ｆ₁₀成分によるノック判定指標Ｉは図６の場合で
はノック判定閾値Ｉ₀₁を下回る領域に入り、また図７で
閾値Ｉ₀₂の外側に出ることによりノッキング発生の有り
を判定することができる。

【００２２】なお、本明細書において、（１）式の右辺
の５つの項に限らず、振動センサの出力に含まれる複数
の共鳴周波数成分を複合的に用いたものをすべてノック
指数と定義する。

【００２３】このように、ノック判定指数を用いるとバ
ックグランド振動に対してノッキングの発生による特有
な周波数成分の構成が考慮されるので、バックグランド
振動が大きくなってもノッキング発生の有無が判定でき
る。

【００２４】以下、本発明の中心となるノッキングの検
出方法について詳細に説明する。

【００２５】図８は周波数毎の振動強度（パワースペク
トル）を表わしており、ノッキングが発生している場合
を実線で示し、ノッキングが発生していない場合を破線
で示してあり、ノッキングの発生によって各共鳴周波数
帯での振動強度が大きくなっていることがわかる。

【００２６】本発明では、ノッキング有り無しにおける
振動強度の比（Ｓ／Ｎ比）にて前述のノック指数を求め
ているが、各検出周波数毎にノッキング無し時の振動強
度（バックグランドレベル）を過去に検出したノック周
波数成分を基に平均化処理にて作成している。

【００２７】このため、過渡運転状態のようなエンジン
回転数急変によるメカノイズの増大やエンジン負荷急変
による燃焼振動の増大等によるノック無し時振動強度の
急変時には、バックグランドレベルが最新のノック周波
数成分値に追従できず、結果として、図９に示すノッキ
ングの誤判定に至る危険性があった。

【００２８】ノック制御はエンジン回転数，エンジン負
荷で定まる特定領域のみ規定されている場合が多く、こ
の場合においてバックグランドレベルの平滑化処理に
は、前記特定ノック制御領域のみで行う場合と、領域に
無関係に行う場合との２通りの処理方法が存在してい
る。この両者の説明を図９を用いて説明する。

【００２９】前者の方法においては、前回のノック制御
領域離脱時のバックグランドレベルを、ノック制御領域
再突入時のバックグランドレベルの初期値として、その
まま設定されてしまう。このときのバックグランドレベ
ルの初期値が異常に高い場合には、過渡時におけるバッ
クグランドレベルが目標値に迅速に収束するが、その反
面、目標値に収束するまでの間、ノッキングが検出され
にくくなる。また、後者の方法は、ノック制御領域突入
時におけるバックグランドレベルが目標値付近にあるた
め、ノッキングを精度良く検出できるが、過渡時に追従
性が悪化し、バックグランドレベルが目標値に迅速に収
束できなくなる。

【００３０】上述したように、２者は相反する特徴を有
しているため、この二者の各々の特長を生かし合い、か
つ各々の欠点を相殺し合うような方法でバックグランド
レベルの平滑化処理を行わなければならない。

【００３１】そこで本発明では、バックグランドレベル
の平滑化処理をノック制御領域に限定し、バックグラン
ドレベルを適当な高い値より収束させ過渡運転時でもバ
ックグランドレベルの追従性を改善し誤判定発生を抑制
可能とするとともに、ノック制御領域突入時のノック制
御性の確保を可能とするようにしたものである。

【００３２】まず、ＣＰＵによるノッキング発生の有無
の判定処理の動作を図１を用いて説明する。

【００３３】図１において、このフローチャートは爆発
サイクル毎に実行されるもので、ＣＰＵに割込みをかけ
て起動される。

【００３４】ステップ１４０では現在の運転状態がノッ
ク制御領域内にいるかどうかの判定を行い、領域内なら
ば以下ステップ１４１に進み、領域外ならノック制御は
行わない。なお、このノック制御領域判定はステップ１
０２，１０５，１０６等の前段に設定されていてもかま
わない。

【００３５】ステップ１４１では、前回の爆発サイクル
時にノック制御領域内にいたかどうか、即ち、ノック領
域突入時の判定を行い、前回もノック領域内であり継続
してノック領域内にいたと判断した場合は、ステップ１
０１に進み、前回がノック制御領域外でありノック領域
突入時と判断した場合は、ステップ１４２にてBGLiに予
めメモリ内に設定していた初期値BGLINTi をセットしス
テップ１０１へ進む。ステップ１０１では振動センサか
らの出力信号がＡ／Ｄ変換器で変換されたＡ／Ｄ変換値
が取り込まれる。

【００３６】次にステップ１０２ではＡ／Ｄ変換された
振動センサの信号を周波数分析する。この周波数分析は
高速フィーリェ変換やウォルシュフィーリェ変換といっ
た手法で行われる。

【００３７】この後、ステップ１０３で周波数分析され
た信号のうち、共鳴周波数を含む周波数帯をｎ個選択す
る。本実施例では８個の共鳴周波数が選択される。

【００３８】ステップ１０３で周波数が選択されると、
次にステップ１０４で振動強度を表わすＳ／Ｎ比を選択
周波数毎に求める。

【００３９】つまり、複数の選択周波数（ｆ１……ｆ
ｎ）と、これに対応した周波数のバックグランドレベル
（ＢＧＬ１……ＢＧＬｎ）を求め、各周波数毎のＳ／Ｎ
比SLi＝ｆｉ／ＢＧＬｉを求める。

【００４０】したがって本実施例ではＳＬ１＝ｆ１／Ｂ
ＧＬ１，……，ＳＬｉ＝ｆｎ／BGLnが求められる。

【００４１】ステップ１３２はカウンタであり、１個の
選択周波数のＳ／Ｎ比を１回演算する度に１ずつ加算さ
れる。ステップ１３３でカウンタ値ｉの値が選択個数
ｎ、例えば８と等しいか否かを判定し、ｎ＝ｉならば、
ステップ１０５へ進み、ｎ＞ｉならば、ステップ１２９
へ進み、選択周波数の全てのＳ／Ｎ比を演算するまで上
記判定をくり返す。

【００４２】次に、ステップ１０５でこれら選択された
周波数のうちＳ／Ｎ比が大きい順にｍ個、本実施例では
５個を抽出してノック強度を求める。このノック強度を
求める式は例えば、

【００４３】

【数３】

【００４４】で表わされるようにＳ／Ｎ比を加算して求
められる。

【００４５】ノック強度が求まると、ステップ１０６で
ノック判定のための所定値とステップ１０５で求められ
たノック強度が比較され、ステップ１０５で求められた
ノック強度が大きいと判断されるとノッキングが生じた
としてステップ１０７でノッキングが検出される。

【００４６】その後ステップ１０８でノッキング発生を
示すノックフラグに“１”をセットする。このノックフ
ラグは別に起動される点火制御タスクで用いられる。

【００４７】一方、ステップ１０６でノック強度が所定
値より小さいと判断されるとノッキングが生じていない
としてステップ１０９で各バックグランドレベルＢＧＬ
ｉが予め定めた限界値、ここでは下限リミッタBGLMTiよ
り大きいかどうかが判断される。本実施例ではＢＧＬ１
……ＢＧＬ８に対してBGLMT1……BGLMT8が比較される。

【００４８】ステップ１０９でバックグランドレベルが
下限リミッタBGLMTiより大きいと判断、つまり正常のバ
ックグランドレベルと判断されるとステップ１１０でバ
ックグランドレベルＢＧＬｉの更新が行われる。

【００４９】このバックグランドレベルＢＧＬｉの更新
は選択された周波数の振動強度をフィルタ処理して求め
られる。具体的には各々の選択された周波数毎にＢＧＬ
ｉ＝ＢＧＬｉ×（１−α）＋ｆｉ×αで求められる。

【００５０】逆に、ステップ１０９でバックグランドレ
ベルＢＧＬｉが下限リミッタBGLMTiより小さいと判断
し、つまり、異常バックグランドレベルと判断されると
リミッタ値をセットして次回のステップ104のBGLiとし
て用いる。

【００５１】また、ステップ１０４の前段には、選択周
波数ｆｉの下限リミッタｆＬＭＴｉを設け、異常値入力
の抑制を行っている。

【００５２】ステップ１２９で各周波数ｆｉ毎にその強
度が所定の下限リミッタｆＬＭＴｉより大きいあるいは
等しいかどうかを判別する。この判断で大きいあるいは
等しいと判断されるとステップ１０４に進み通常のＳ／
Ｎ比計算を実行する。

【００５３】一方、ステップ１２９で各周波数ｆｉ毎に
その強度が所定の下限リミッタｆＬＭＴｉより小さいと
判断されるとステップ１３０に進み、周波数ｆｉの強度
とバックグランドレベルのＳ／Ｎ比を１にする。即ち、
対応の周波数に対してノッキングが発生していないとす
る処理を実行する。

【００５４】次にステップ１３１で対応の周波数の強度
を所定の下限リミッタｆＬＭＴｉに置き換え、ステップ
１０５に進みノック強度の計算を行う。

【００５５】この処理は、周波数強度に下限リミッタを
設定することにより、各周波数の強度が異常に低下した
時に生ずる量子化誤差によるＳ／Ｎ比異常増大という問
題を解決する。

【００５６】ここで、ステップ１２９の各周波数ｆｉの
下限リミッタｆＬＭＴｉと、ステップ１０９のバックグ
ランドレベルの下限リミッタBGLMTiとは、併用しても良
いし、どちらか片方だけの採用でもかまわない。

【００５７】次にステップ１１２ではノックフラグを
“０”にセットする。

【００５８】以上の処理でノック検出ルーチンが終了す
るが、このルーチンでセットされたノックフラグが点火
制御タスクで使用されることになる。尚、下限リミッタ
はバックグランドレベル判断のためのしきい値と共用さ
れているが、別々に設けても良い。

【００５９】以上のようにして得られたノック発生の信
号は以下に述べる点火制御タスクで使用されるのでその
説明を行う。

【００６０】図１０は点火装置のシステム構成図であ
る。空気はエアクリーナ１の入口部より入り、ダスト
３，絞弁を有するスロットルボディ５，吸気筒６を通り
エンジン７のシリンダ内に吸入される。吸入空気量はダ
クト３に設けられた熱線式空気流量計によって検出さ
れ、検出信号はコントロールユニット９に入力される。

【００６１】一方、燃料は図示していない燃料タンクか
らインジェクタ１６を経て噴射され、吸入通路内で吸入
空気と混合されエンジン７のシリンダ内に供給される。
混合気はエンジン７で圧縮され、点火フラグ１５により
着火された爆発後に排気管８から排出される。排気管８
には排気センサ１１が設けられており、検出信号はコン
トロールユニット９に入力される。

【００６２】点火コイル１３で発生した高電圧は分配器
１４によって各気筒に分配され、点火プラグ１５に供給
される。エンジンの回転状態はクランク角センサ１２に
よって検出され、クランク角センサ１２は１回転毎の絶
対位置を示すＲｅｆ信号および当該絶対位置からの所定
角度移動した位置を示すＰ_OS信号を出力する。Ｒｅｆ信
号及びＰ_OS信号はコントロールユニット９に入力され
る。エンジン７には振動を検出する振動センサ１５１が
取りつけてあり、検出信号はコントロールユニット９に
入力される。

【００６３】コントロールユニット９は各センサからの
信号に基づいて燃料供給量及び点火時期等を演算し、イ
ンジェクタ１６及び点火コイル１３に制御信号を出力す
る。図１１は、コントロールユニット９の詳細を示す図
である。コントロールユニット９はＣＰＵ２０，Ａ／Ｄ
変換器２１，ＲＯＭ２２，入力Ｉ／Ｏ２３，ＲＡＭ２
４，DPRAM25 ，出力Ｉ／Ｏの２６およびバス３７で構成
される制御用ブロック３４と、ＣＰＵ２９，ポート２
７，タイミング回路２８，Ａ／Ｄ変換器３０，ＲＯＭ３
１，ＲＡＭ３２，クロック３３，オペレーショナル回路
３８、およびバス３６で構成されるノッキング検出用ブ
ロック３５に分けられる。ここで、ＣＰＵ２０，ＣＰＵ
２９のデータの交換はデュアルポートＲＡＭであるDPRA
M25を通じてなされる。

【００６４】熱線式流量計２によって検出された吸入空
気量Ｑ_aはＡ／Ｄ変換器２１によってディジタル値に変
換され、ＣＰＵ２０に取りこまれる。またクランク角セ
ンサ１２によって検出されるＲｅｆ信号及びＰ_OS信号は
入力Ｉ／Ｏ２３を通じてＣＰＵ２０に取り込まれる。Ｃ
ＰＵ２０はＲＯＭ２２に保持しているプログラムに従っ
て演算処理し、演算結果は出力Ｉ／Ｏ２６から燃料噴射
量を意味する燃料噴射時間信号Ｔｉ，点火時期信号θig
n としての各々のアクチュエータに伝えられる。演算処
理中の必要なデータ保持はＲＡＭ２４によってなされ
る。

【００６５】一方、タイミング回路２８は、オペレーシ
ョン回路３７が上死点（Top DeadCenter）を示すＴＤＣ
信号を発生すると、ＣＰＵ２０がポート２７に入力した
内容に従って、クロック３３の発生する周期信号を分周
してサンプリング信号を発生する。サンプリング信号が
発生すると、Ａ／Ｄ変換器３０は振動センサ１５１の出
力信号Ｐをディジタル値に変換する。

【００６６】ノッキングを検出するための振動センサ
は、従来のものは１３ＫＨｚ付近で共振するが、本実施
例では少なくとも１８〜１０ＫＨｚまでの共鳴周波数成
分を得るために、１８ＫＨｚ以上で共振するものを用い
ている。

【００６７】ＣＰＵ２９はＲＯＭ３１に保持しているプ
ログラムに従いサンプリングされたディジタル値をＲＡ
Ｍ３２に格納すると共に、図１に示したようにフローチ
ャートをもとに格納したデータに基づいて周波数分析
し、ノッキングの発生の有無の判定をする。ノッキング
の発生の有無の判定結果はDPRAM25 を介してＣＰＵ２０
に伝えられる。

【００６８】次にＣＰＵ２０による点火時期の演算動作
を図１２のフローチャートを用いて説明する。このフロ
ーチャートの動作は一定時間周期、例えば１０ｍsec 毎
に起動される。ステップ２０１で、ＲＡＭ２４内に設定
された所定のレジスタからエンジン回転数Ｎ及び吸入空
気量Ｑを読みこむ。ステップ２０２で、単位回転数あた
りの吸入空気量Ｑ／Ｎを演算しさらにＱ／Ｎから燃料噴
射時間幅Ｔｉをもとめ、燃料供給のためにＲＯＭ２２内
に保持している基本点火時期マップから基本点火時期θ
baseを求める。ステップ２０３で図１に示すフローチャ
ートにより判定したノックフラグ（knockflag ）の内容
によってノッキングの発生の有無の判定をする。ノッキ
ングが発生していれば、ステップ２１３で点火時期θad
v から所定の遅角量Δθret を減算する。なお、この減
算によって点火時期が遅角（リタード）される。ステッ
プ２１４で、ノッキング発生により、遅角させた点火時
期を所定の回転例えば５０と比較すること（ステップ２
０５）でリカバーするベースを決定する。カウントデー
タＡを初期化してステップ２０８に進む。

【００６９】一方、ステップ２０３でノッキングが発生
していなければ、ステップ２０４で、カウントデータＡ
を１つカウントアップする。カウントデータＡはノッキ
ング発生により遅角された点火時期θadvを進角量Δθa
dvだけリカバーする時間になったかを判定するために用
いられる。ステップ２０５で、カウントデータＡが所定
値５０に等しくなったかを判断する。この図１６に示す
フローは１０ｍsec 毎に起動されるので、カウントデー
タＡが５０に等しくなるときは、カウントデータＡが初
期化されてから０.５秒が経過したときであり、０.５秒
経過毎にリカバーされる。ステップ２０５で、カウント
データＡが５０に等しくなっていなければステップ２０
６に進む。ステップ２０６で、遅角値θadv に所定の進
角量Δθadv 加算する。この加算により点火時期がリカ
バーされることになる。

【００７０】次に、ステップ２０８で基本点火時期θba
seに上記のごとく求めた点火時期θadvを加えることに
より点火時期θignを演算する。ステップ２０９で、エ
ンジン回転数Ｎ及び単位回転数あたりの吸入空気量Ｑ／
Ｎに応じて、最大進角値θres を求める。最大進角値θ
res はＲＯＭ３１内に格納されている最大進角値マップ
から読みだすことによってなされる。ステップ２１０で
点火時期θign が最大進角値θres を超えたかを判断す
る。超えていなければステップ２１１に進む。最大進角
値θres を超えていると、進角しすぎているので、ステ
ップ２１１で最大進角値θres を点火時効θign とす
る。

【００７１】最後に点火時期θign が設定された後に、
ステップ２１２でエンジン状態に応じて、ディレイ時間
ｔｄ，サンプリング点数ｎｓ，分周比ｔｓをポート２７
に出力する。

【００７２】なお、分周比ｔｓによって振動センサの出
力のディジタル値のサンプリング周期が決まり、サンプ
リング点数ｎｓによってサンプリング点数が決まる。

【００７３】このようにして複数の共鳴周波数成分から
ノッキングを検出して点火時期を制御することで、機関
のノッキングを回避することが可能となる。

【００７４】ところで、シリンダブロックに取り付けら
れた振動センサーからの出力は、エンジン回転数及び負
荷の上昇により増大する特性を持っている。

【００７５】これは、エンジン内でのピストンスラッジ
などのメカニカルノイズや燃焼モード変化によるもので
ある。

【００７６】上述のノック指数作成においてノック周波
数成分とバックグランドレベルより算出することを示し
たが、バックグランドレベルはノック周波数成分の平均
化処理にて求めており、ある一定の時定数を持っている
ため、過渡運転状態にてノック周波数成分の新値に対し
必ず遅れてしまう。

【００７７】このことは、本発明の前提にあるような各
周波数毎検出の比率方式においては分母側が見かけ上小
さくなることになり、計算後のノック指数は大きくなる
ことになる。

【００７８】このノック指数とノック判定用しきい値と
の比較でノック判定を行うのであるから、過渡状態にお
いては両方のクリアランスは非常に小さくなり、結果的
にノック検出手段としては非常に敏感なものとなり、最
悪の状態において前記両者の関係は逆転し、ノッキング
の発生が無いのにもかかわらずノッキング有りと判定す
るノッキング誤判定となってしまう（前述の図９）。

【００７９】前述にも示した通り、バックグランドレベ
ルの平滑化処理には、前記特定ノック制御領域のみで行
う場合と、領域に無関係に行う場合との２通りの処理方
法が存在しているが、本発明においては、ノック制御を
エンジン回転数，エンジン負荷で定まる特定領域のみに
規定している場合には、バックグランドレベルの平滑化
処理をノック制御領域に限定している。これは、ノック
領域突入時にバックグランドレベルの更新初期値を最適
値に設定することにより、バックグランドレベルを適当
な、そして、現状値より高めの値より収束させ過渡運転
時でもバックグランドレベルの追従性を改善し誤判定発
生を抑制可能とするとともに、ノック制御領域突入時の
ノック制御性の感度低下を抑えることができるからであ
る。

【００８０】以下、ノック制御領域突入時の初期値設定
の詳細例について説明する。

【００８１】その１つの実施例として、図１のステップ
１４２に示されているように、予めメモリ内に設定され
ているバックグランドレベル基準値をBGLINTi として持
ち、ノック制御領域突入時には、このBGBLINTiをＢＧＬ
ｉの初期値として設定し、この初期値を用いてステップ
１０４のＳ／Ｎ比の計算，ステップ１０５乃至ステップ
１０６のノッキング判定、及びステップ１１０のＢＧＬ
ｉの平均化処理を行う。

【００８２】このBGLINTi は図１８に示す通り、エンジ
ンの回転数，負荷，気筒，検出周波数毎に設定してもよ
い。

【００８３】次に、第２の実施例を図１３乃至図１４を
用いて説明する。

【００８４】図１３のステップ３０１でノック制御領域
の離脱時を判定し、離脱時ならばステップ３０２でノッ
ク制御領域内でのＢＧＬｉの最終値BGLENDi をメモリー
に保持する。このステップ３０１乃至ステップ３０２
は、図１のステップ１４０の前後いずれかに設けてもよ
い。更に、図１のステップ１４２に代えて、図１４のス
テップ１５０で、前記BGLENDi をＢＧＬｉの初期値に設
定する。以降の処理は第１の実施例で説明したものと同
様の処理を行う。

【００８５】この第２の実施例によれば、第１の実施例
で説明したBGLINTi を設定する際のマッチング工数を削
減することができる。また、前BGLENDi は、図１９に示
すように、エンジンの回転数，負荷，気筒，検出周波数
毎に領域分けされ、メモリに格納されても良い。

【００８６】次に、第３の実施例を図１５を用いて説明
する。

【００８７】図１のステップ１４２に代えて、図１５の
ステップ１５１で、ノック制御領域突入時の検出周波数
成分（ノック周波数成分ｆｉ）を初期値として設定す
る。

【００８８】この第３の実施例によれば、メモリ容量の
節約に寄与することができ、メモリ容量の少ないマイコ
ンシステムを用いる場合には効果的である。

【００８９】次に第４の実施例を図１６を用いて説明す
る。この第４の実施例は、第１の実施例と第２の実施例
を組み合わせ、更に発展させたものである。

【００９０】図１のステップ１４２に代えて、図１６の
ステップ１５２で前記BGLINTi と前記BGLENDi を比較
し、大きい方をノック制御領域突入時のＢＧＬｉの初期
値として設定する。

【００９１】次に第５の実施例を図１７を用いて説明す
る。この第５の実施例は、第１の実施例と第２の実施例
を組み合わせ、更に発展させたものである。

【００９２】図１のステップ１４２に代えて、図１７の
ステップ１５４で前記BGLINTi と前記ノック周波数成分
ｆｉを比較し、大きい方をノック制御領域突入時のＢＧ
Ｌｉの初期値として設定する。

【００９３】上述した第４，第５の実施例によれば、ノ
ック制御領域突入時のバックグランドレベルの初期値を
適切な値に設定できる。警えば、図９に示すバックグラ
ンドレベルの目標値近傍、もしくはそれよりも高い値に
設定できる。

【００９４】また、前記のバックグランドレベルの基準
値を学習してもよく、学習することにより、エンジンの
経時劣化、及び製作行程におけるばらつきを排除でき
る。この方法を図２０乃至図２１を用いて説明する。

【００９５】図２０のステップ１４０でノック制御領域
内であるか否かの判定を行う。ノック制御領域内と判定
されたならば、ステップ１５６で演算されたバックグラ
ンドレベルＢＧＬｉとバックグランドレベル基準値BGLI
NTi と比較する。前記BGLiの方が大きいならば、ステッ
プ１５７で、前回保持されたBGLINTi に代えて、前記BG
Liを保持し、次回のバックグランドレベルの基準値BGLI
NTi とする。また、図２０のステップ１５７に代えて、
図２１のステップ１５８に示すように、前回保持されて
いるBGLINTi と今回求めたＢＧＬｉを平均化処理、即ち

【００９６】

【数４】

【００９７】として、次回のバックグランドレベルの基
準値BGLINTi としてもよい。

【００９８】上述の図２０，図２１の各処理は、図１と
は別のルーチンで起動してもよく、また、図１の、例え
ばステップ１４０と１４１の間に挿入してもよい。その
時は、ステップ１５７、もしくはステップ１５８とステ
ップ１４１を連結させなければならない。

【００９９】更に、図２２に示すように、前記BGLINTi
の学習値に限界値を設け、異常値の学習を阻止してもよ
い。例えば、予め設定した限界値を持ち、学習したBGLI
NTiと前記限界値とを比較し、前記BGLINTi が限界値を
越えたならば、前記限界値をバックグランドレベルの基
準値BGLINTi として保持する。

【０１００】上記のBGLINTi の学習値は、BGLINTi が元
々記憶されていたメモリとは別のメモリ（例えばＲＡＭ
等）に格納されてもよく、また、前記学習値もしくは限
界値は図１６に示すような領域にわけて保持、もしくは
設定しても良い。

【０１０１】また、ノックセンサ出力信号のゲイン補正
時、及び記述していないが、ゲイン切換後の特定期間
は、バックグランドの学習値の更新を禁止した方が良
い。その方法を図２３を用いて説明する。

【０１０２】図２３のステップ１４０でノック制御領域
であるか否かを判定する。ノック制御領域内であればス
テップ１６０でゲイン切換時か否かを判定する。切換時
でなければ、ステップ１６１でBGLINTi の学習を行い、
切換時があればBGLINTi の学習を禁止する。

【０１０３】また、図２３における処理は、図１と別ル
ーチンで起動してもよいし、図１のステップ１４０とス
テップ１４１の間に挿入してもよい。

【０１０４】この方法により、BGLINTi の学習値の誤学
習要因を排除でき、異常値の学習を未然に防止できる。

【０１０５】

【発明の効果】本発明によれば、過渡時におけるノッキ
ングの誤判定を防止でき、エンジン運転の定常，過渡を
問わずノック検出精度を向上することができ、全運転状
態での最適化点火時期制御が可能となり、機関出力，燃
費，エミッションの向上に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となるフローチャート。

【図２】ノック強度の算出方法を説明するフローチャー
ト。

【図３】ノック判定の方法を説明するフローチャート。

【図４】ノックが発生していない時の振動波形図。

【図５】ノックが発生した時の振動波形図。

【図６】ノックのスペクトル強度に関する図。

【図７】ノックのスペクトル強度に関する図。

【図８】ノック発生時と発生していない時の振動強度を
示す図。

【図９】過渡時ノック誤判定に関する概略図。

【図１０】システム構成図。

【図１１】制御装置の構成図。

【図１２】点火演算を示すフローチャート。

【図１３】ノック領域から離脱するときのＢＧＬｉを保
持するフローチャート。

【図１４】ノック領域突入時初期値設定例を示すフロー
チャート。

【図１５】ノック領域突入時初期値設定例を示すフロー
チャート。

【図１６】ノック領域突入時初期値設定例を示すフロー
チャート。

【図１７】ノック領域突入時初期値設定例を示すフロー
チャート。

【図１８】BGLINTi の領域分けメモリ格納域。

【図１９】BGLENDi の領域分けメモリ格納域。

【図２０】ノック領域突入時初期値学習例を示すフロー
チャート。

【図２１】ノック領域突入時初期値学習例を示すフロー
チャート。

【図２２】バックグランドレベル学習値のリミッタを示
す図。

【図２３】ゲイン切換時バックグランドレベル学習禁止
を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…エアクリーナ、２…熱線式空気流量計、３…ダク
ト、５…スロットルセンサ、６…吸気管、７…エンジ
ン、８…排気管、９…コントロールユニット、１１…空
燃比を測る空燃比センサ、１２…クランク角センサ、１
３…点火コイル、１４…ディストリビュータ、１５…点
火フラグ、１６…燃料噴射弁、２００…燃焼状態セン
サ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者志田正実茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者海老澤隆之茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者川崎征一茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地３日立オートモティブエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開昭58−45520（ＪＰ，Ａ) 特開平３−47449（ＪＰ，Ａ) 特開平３−124941（ＪＰ，Ａ) 特開平４−370349（ＪＰ，Ａ) 特開平６−108915（ＪＰ，Ａ) 特開平４−86531（ＪＰ，Ａ) 特開平３−141867（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 45/00 368 F02P 5/152 F02P 5/153

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の燃焼室近傍に設けられ、内燃機
関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を備え、前記
燃焼検出手段の状態信号からノッキングに関する特徴成
分を抽出し、前記状態信号に基づいて、ノッキングの判
定の基準となる比較成分の演算を行い、前記特徴成分と
前記比較成分に基づいてノッキングの判定を行う内燃機
関のノッキング検出方法において、ノック制御領域であ
る特定運転領域でのみ前記比較成分の演算を行い、前記
特定領域の離脱における前記比較成分の演算値を保持
し、前記特定運転領域の再突入時には、前記保持された
比較成分の値と、前記特定運転領域の比較成分の基準値
となる予め定められた比較成分基準値とを比較し、大き
い方の値を前記突入時における比較成分の初期値とする
と共に、その初期値に基づいて前記比較成分の演算、及
びノッキングの判定を行うことを特徴とする内燃機関の
ノッキング検出方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の
ノッキング検出方法において、前記比較成分基準値は、
前記特定運転領域のみにおいて学習され、その学習を運
転領域別，気筒別，前記特徴成分別のいずれか１つ、も
しくはこれらの全てを含む領域別に記憶されることを特
徴とする内燃機関のノッキング検出方法。
【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載の内燃機関の
ノッキング検出方法において、前記比較成分基準値の学
習値は、前回の記憶内容よりも、今回求めた比較成分の
演算値が大きいときに、その演算値を記憶，更新するこ
とを特徴とする内燃機関のノッキング検出方法。
【請求項４】特許請求の範囲第２項または第３項のいず
れかに記載の内燃機関のノッキング検出方法において、
前記比較成分基準値の学周値に限界値を設け、前記比較
成分基準値の学周値が前記限界値を越えたならば、前記
学習値に代えて前記限界値を記憶，更新することを特徴
とする内燃機関のノッキング検出方法。