JPH0318654A - 内燃機関のノツク検出装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の点火時期制御装置などで好適に用
いられるノック検出装置に関する．従来の技術 内燃機関の点火時期制御装置では、予め定める時間毎に
予め定める単位進角量ずつ進角してゆき、ノックが発生
した時点でそのノック強度に対応して遅角制御が行われ
、こうして進角量が、たとえば吸入空気圧や内燃機関の
回転速度などに基づレ＼て決定される基本進角量付近で
収束するように構或されている． このような構成において一般に用いられるノック検出装
置は、たとえば加速度センサなどによって実現されるノ
ックセンサなどからの出力の最大値を保持して、すなわ
ち、いわゆるピークホールドしてゆき、予め定められた
時間内のその最大値がアナログ／デジタル変換器を介し
てデジタル信号に変換され、たとえばマイクロコンピュ
ータなどによって実現される制御装置に入力される《た
とえば特開昭５８−２５５７７号公報）．発明が解決し
ようとする課題 上述のような従来技術において、一般にマイクロコンピ
ュータなどによって実現される制御装置やアナログ／デ
ジタル変換器などは、その電源電圧はたとえば５Ｖであ
り、これに対して前記ピークホールドされて入力される
ノックセンサからの出力は、内燃機関の回転速度が高く
なるにつれて大きくなり、たとえば４８００ｒｐｍ程度
で前記電源電圧の５ｖを超えてしまう．したがってこの
４８００ｒｐｍ以上では、ノック検出装置がらの出力が
飽和してしまう． このため内燃機関の高回転域においても測定を可能とす
るためには、アナログ／デジタル変換のための基準電圧
として、たとえば８■程度の電圧が必要となる．しかし
ながらこのような楕戒にすると、該８Ｖの基準電圧を作
或するための別電源が必要となり、楕戒が複雑化してし
まう．このような不具合を防止するために、前記ノック
センサからの出力を、たとえば分圧抵抗などを用いて圧
縮して、前記アナログ／デジタル変換器に入力する方法
が考えられるが、このような方法では、内燃機関の低回
転域における検出制度が低下してしまう． 本発明の目的は、比較的簡便な横戒で、ノックセンサか
らの出力を、広範囲に、かつ、高精度に検出することが
できる内燃機関のノック検出装置を提供することである
． 課題を解決するための手段 本発明は、内燃機関のノックを検出するノックセンサと
、 前記ノックセンサの出力を複数の異なるレベルで出力す
るレベル変換手段と、 複数の入力を有し、各入力には前記レベル変換手段から
の出力信号がそれぞれ入力され、該入力された信号をア
ナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換器と
、 前記アナログ／デジタル変換器に入力選択信号を導出し
、該入力選択信号で選択されたアナログ／デジタル変換
器の入力への信号の変換データを読込み、その読込んだ
データに基づいてノックの発生の有無を検出する検出手
段とをきむことを特徴とする内燃機関のノック検出装置
である．作　　用 本発明に従えば、内燃機関のノックがノックセンサによ
って検出され、その検出出力はレベル変換手段に与えら
れる．このレベル変換手段は、前記ノックセンサの出力
を複数の異なるレベルに変換して出力する．レベル変換
手段がらの複数の出力信号は、アナログ／デジタル変換
器の対応する入力に入力される。このアナログ／デジタ
ル変換器は、検出手段からの入力選択信号で選択された
入力への信号をアナログ／デジタル変換処理して、前記
検出手段に導出する．検出手段は、前記入力選択信号で
選択したアナログ／デジタル変換器の入力への信号のデ
ジタル変換データを読込み、その読込んだデータに基づ
いてノックの発生の有無を検出する。

したがってノックセンサからの出力が微小であるときに
は、検出手段からの入力選択信号によって、アナログ／
デジタル変換器の複数の入力は、レベル変換手段から導
出される出力のうち、ゲインの高い出力に対応する入力
が選択される．これに対してノックセンサからの出力が
強大であるときには、前記入力選択信号に基づいて、ア
ナログ／デジタル変換器の入力は、レベル変換手段のゲ
インが小さい出力に対応する入力が選択される．実施例 第１図は、本発明の一実施例のノック検出装置４０を備
える内燃機関の制御装置１とそれに関連する楕戒を示す
ブロック図である．吸気口２がら導入された燃焼用空気
は、エアクリーナ３で浄化され、吸気管４から、該吸気
管４に介在されるスロットル弁５でその流入量が調整さ
れた後、サージタンク６に流入する．サージタンク６が
ら流出した燃焼用空気は、吸気管７に介在される燃料噴
射弁８から噴射される燃料と混きされ、吸気弁９を介し
て内燃機関１０の燃焼室ｌ１に供給される．燃焼室１１
には点火プラグ１２が設けられており、この燃焼室１１
からの燃焼排ガスは、排気弁１３を介して排出され，排
気管１４から三元触媒１５を経て大気中に放出される． 前記吸気管４には吸入空気の温度を検出する吸気温度検
出器２１が設けられ、前記スロットル弁５にはスロット
ル弁開度検出器２２が設けられ、サージタンク６には吸
気圧検出器２３が設けられる．また前記燃焼室１１付近
には、冷却水温度検出器２４と、たとえば加速度センサ
なとで実現されるノックセンサ３７とが設けられている
。ノックセンサ３７からの出力は、信号処理回路３８を
介して、前記制御装置１に入力される．ノックセンサ３
７と、信号処理回路３８とは、本発明に従うノック検出
装置４０を構戊する．排気管１４において、三元触媒１
５より上流側には酸素濃度検出器２５が設けられ、三元
触媒１５より下流側には排気温度検出器２６が設けられ
る．内燃機関１０の回転速度は、クランク角検出器２７
によって検出される． 制御装置１には、前記各検出器２１〜２７とともに、車
速検出器２８と、内燃機関１０を始動させるスタータモ
ータ３３が起動されているか否かを検出するスタート検
出器２９と、冷房機の使用などを検出する空調検出器３
０と、該内燃機関１０が搭載される自動車が自動変速機
ｆ寸きであるときには、その自動変速機の変速段がニュ
ートラル位置であるか否かを検出するニュートラル検出
機３１とからの検出結果が入力される。

さらにまたこの制御装置１は、バツテリ３４によって電
力付勢されており、該制御装置１は前記各検出器２１〜
３１の検出結果、および電圧検出器２０によって検出さ
れるバツテリ３４の電源電圧などに基づいて、燃料噴射
量や点火時期などを演算し、前記燃料噴射弁８および点
火プラグ１２などを制御する． 前記吸気管４にはまた、スロットル弁５の上流側と下流
側とをバイパスする側路３５が形成されており、この側
路３５には流量制御弁３６が設けられている．この流量
制御弁３６は、制御装Ｗ１からの出力に基づいて、スロ
ットル弁５がほぼ全閉であるアイドリング時の燃焼空気
の流量を調整制御する．制御装ｉｆｆはまた、内燃機関
１０が運転されているときには、燃料ポンプ３２を駆動
する． 第２図は、制御装置１の具体的横戒を示すブロック図で
ある．前記検出器２０〜２５の検出結果は、入力インク
フエイス回路４１からアナログ／デジタル変換器４２を
介して、処理回路４３に与えられる．また前記検出器２
２．２７〜３１の検出結果は、入力インタフエイス回路
４４を介して、前記処理回路４３に与えられる．さらに
またこの処理回路４３には、前記信号処理回路３８を介
するノックセンサ３７の出力が与えられる．処理回路４
３内には、各種の制御用マップや学習値などを記憶する
ためのメモリ４５が設けられており、またこの処理回路
４３には、前記バツテリ３４からの電力が定電圧回路４
６を介して供給される．処理回路４３からの制御出力は
、出力インタフエイス回路４７を介して導出され、前記
燃料噴射弁８に与えられて燃料噴射量が制御され、また
イグナイタ４８を介して点火ブラグ１２に与えられて点
火時期が制御され、さらにまた前記流量制御弁３６に与
えられてアイドル時の側路３５を介する流入空気流量が
制御される．処理回路４３はまた、燃料ボンプ３２を駆
動するための制御出力を導出する．前記排気温度検出器
２６の検出結果は５制御装置１内の排気温度検出回路４
９に与えられ、その検出結果が異常に高温であるときに
は、駆動回路５０を介して警告灯５１が点灯される．第
３図は、信号処理回路３８の具体的構成を示すブロック
図である．ノックセンサ３７からの出力は、信号処理回
路３８のバンドパスフィルタ５２に入力される．このバ
ンドパスフィルタ５２の中心周波数は、たと・えば約７
ｋＨｚ程度に選ばれており、該バンドバスフィルタ５２
からの出力は、ゲートスイッチ５３を介してピークホー
ルド回路５４に与えられる．前記ゲートスイッチ５３は
、ラインｌ１に導出される処理回路４３の端子Ｇ１から
のゲート開閉信号に応答して、開閉制御される．またピ
ークホールド回路５４は、ライン１２に導出される処理
回路４３の端子Ｇ２からのリセット信号に応答して、ホ
ールド値をリセットする。

ピークホールド回路５４からの出力は、レベル変換回路
５５を介して、アナログ／デジタル変換器５６に入力さ
れる．レベル変換回路５５は、抵抗Ｒｌ，Ｒ２によって
構戒されており、前記ピークホールド回１１８５４から
の出力は、ラインｅ３を介してアナログ／デジタル変換
器５６の入力端子ＣＨＩに入力されるとともに、抵抗Ｒ
ｌ，Ｒ２で分圧されて、ラインｌ４から入力端子ＣＨ２
に入力される。

このアナログ／デジタル変換器５６は、ラインｌ５を介
して入力される処理回路４３の出力端子Ｇ３からの入力
選択信号に応答して，入力端子ＣＨｌ，ＣＨ２を選択し
、その入力信号レベルＶ１，ｖ２をアナログ／デジタル
変換して、ラインｌ６を介して処理回路４３の入力端子
Ｇ４に導出する．処理回路４３にはまた、前記ゲート開
閉信号およびリセット信号の導出タイミングなどを設定
するためのタイマ５７と、アナログ／デジタル変換器５
６からの変換データをストアするためのレジスタ５８．
５９とが設けられている． 前記ピークホールド回路５４は、バンドパスフィルタ５
２を介するノックセンサ３７からの出力が第４図におい
て参照符ｌｌｌで示されるとき、参照符ｌ１２で示され
るように、前記リセット信号が入力されるまでの入力信
号レベルの最大値を保持して出力する． また、アナログ／デジタル変換器５６／＼の入力信号レ
ベルＶｌ，Ｖ２は、第５図で示されるように、内燃機閏
１０の回転速度ＮＥが上昇するにつれて大きくなる．前
記抵抗Ｒｌ，Ｒ２の抵抗値をたとえば同一に選ぶと、入
力端子ＣＨ　１／＼の入力信号レベル■１が第５図にお
いて′＃ｒ＠符ｆｆｉｌ３で示されるとき、入力端子Ｃ
Ｈ２への入力信号レベルｖ２は、参照符ｌ１４で示され
るように、前記入力信号レベル■１の１／２となる． 一方、アナログ／デジタル変換器５６の変換特性は、第
６図で示されるように、入力信号レベルＶｌ，Ｖ２が比
較的小さいときには検出精度が粗く、入力信号レベルＶ
ｌ，Ｖ２が上昇するにつれて精度が向上する． 第７図は、ノック検出動作を説明するためのタイミング
チャートである．処理回路４３は、第７図〈１〉で示さ
れるクランク角検出器２７の出力から、時刻ｔ１で示さ
れるように、上死点信号の立下がりパルスを検出すると
、出力端子０２から第７図（３）で示されるように、リ
セット状態を解除するリセット信号を導出する．なお、
前記上死点信号が検出される時刻ｔ１よりも以前の時刻
ｔ２において、第７図（２）で示されるようにイグナイ
タ４８に点火信号を導出している．前記上死点信号が検
出された時刻ｔ１から予め定める時間Ｗ１だけ経過した
時刻ｔ３において、第７図（４〉で示されるように、ゲ
ートスイッチ５３を導通するためのゲート開閉信号を導
出する．これによって、第７図（５）で示されるバンド
バスフィルタ５２を介するノックセンサ３７からの出力
は、第７図（６）で示されるようにピークホールド回路
５４においてその最大値が保持される．前記時刻ｔ３か
ら予め定める時間Ｗ２が経過すると、その経過時刻ｔ４
において第７図（４）で示されるようにゲートスイッチ
５３を遮断するためのゲート開閉信号を導出するととも
に、第７図（７）で示されるように，アナログ／デジタ
ル変換器５６は、ピークホールド回路５４で保持されて
いる電圧レベルをアナログ／デジタル変換する。

こうしてアナログ／デジタル変換動作を行い、第７図（
２）で示されるように前記点火信号の導出が停止された
時刻ｔ５において、第７図（３）で示されるようにピー
クホールド回路５４にリセット信号が導出され、これに
よって第７図〈６）で示されるようにピークホールド回
路５４の保持動作は解除される．またこの時刻ｔ５から
予め定める時間Ｗ３にわたって、処理回路４３は検出さ
れたノック強度の判定処理を行う． 第８図は、点火時期制御動ｆｔ’を説明するためのフロ
ーチャートである．ステップｎ１では、クランク角検出
器２７からの検出結果に基づいて、第１式から内燃機関
１０の回転速度ＮＥが計算される． なお、この第１式において周期Ｔ　１　（　ｍｓｅｅ）
は、？７図（１）で示されるように上死点信号の周期で
あり、該内燃機関１０が、たとえば４気筒４サイクル内
燃機関であるときには、前記上死点信号は１８０度クラ
ンク角毎に導出され、したがって、前記第１式から回転
速度ＮＥを求めることができる． ステップｎ２では、前記回転速度ＮＥと、吸気圧検出器
２３によって検出される吸入空気の圧力とに対応して、
メモリ４５内に予約２次元マップとしてストアされてい
る最適な進角制御量Ｓ＠＾ｎが補間演算して求められる
．ステップｎ３では、アナログ／デジタル変換器５６か
ら読込まれたデータに基づいて、ノックの発生強度に応
じた遅角制御量Ｓ１■が求められる． ステップｎ４では、前記ステップｎ２で求められた進角
制御量Ｓ。■から、ステツ７　ｎ　３で求められた遅角
制御量Ｓ　Ｋｌｌｌ＋が減算され、さらに、たとえば冷
却水温度検出器２４によって検出される冷却水の温度な
どに基づく補正制御量Ｓ　ＩＩＩＸＸが加算され、こう
して前記進角制御量Ｓ，■，が補正されて、実際の進角
制御量Ｓ　ＴＮ？が求められ、前記ステ゛ソプｒ五１に
戻る． 第９図は、ノック検出タイミングの設定動作を説明する
ためのフローチャートであり、前述のように該内燃機関
１０が４気＠４サイクル内燃機関であるときには、１８
０度クランク角毎に割込み処理される．ステップｎｉｌ
では、前記上死点信号の周期Ｔ１が計測される．ステッ
プｎｌ２では、前記上死点信号が検出され該割込み処理
動作が開始された時刻ｔ１から、ゲートスイッチ５３を
導通するまでの前記時間Ｗ１が設定される．ステップｎ
ｌ３では、前記ステップｎｉｌで計測された周期Ｔ１に
基づいて、ゲートスイッチ５３を導通している期間Ｗ２
が設定される．ステップｎｌ４では、前記上死点信号の
検出時刻ｔ１にステップｎｌ２で設定された時間Ｗ１が
加算されて、ゲートスイッチ５３の導通時刻ｔ３が設定
される． ステップｎｌ５では、前記ステップｎｌ４で設定された
時刻ｔ３において、ゲートスイッチ５３にゲート開閉信
号を導出するようにタイマ５７がセットされ，以後、タ
イマ５７がこのセット時刻となった時点で前記ゲート開
閉信号が導出される．ステップｎｌ６では、前記時刻ｔ
３にゲートスイッチ５３の導通時間Ｗ２が加算されて、
ゲートスイッチ５３の遮断時刻ｔ４が設定され、前記第
８図で示される動作に復帰する． 第１０図は、ノック検出動作を説明するためのフローチ
ャートであり、タイマ５７の計時時刻が、前記第９１１
Ｊに示される処理動作によって設定されたゲートスイッ
チ５３の導通／遮断時刻ｔ３，ｔ４となるたびに、割込
んで処理動作が行われる．ステップｎ　２　１では、時
刻ｔ３で示されるゲートスイッチ５３の導通タイミング
となったかどうかが判断され、そうであるときにはステ
ップｎ　２　２に移り、前記ステップｎ１　６と同様に
して、ゲートスイッチ５３の遮断時刻ｔ４が設定される
．ステップ０２３では、その時刻ｔ４となった時点でゲ
ートスイッチ５３を遮断するためのゲート開閉信号が導
出されるようにタイマ５７をセットして、前記第８図で
示される処理動作に復帰する．ステップｎ２１でゲート
スイッチ５３が遮断された、すなわち時刻ｔ４であると
きにはステップｎ２４に移り、アナログ／デジタル変換
器５６は入力端子ＣＨＩからの入力信号レベルｖ１をア
ナログ／デジタル変換し、ステップｎ２５では入力端子
ＣＨ２からの入力信号レベルＶ２をアナログ／デジタル
変換する．ステップｎ２６では前記ステップｎ２４にお
ける変換データＡＤＣＨＩがレジスタ５８にストアされ
、ステップｎ　２　７では前記ステップｎ２５における
変換データＡ　Ｄ　Ｃ　１１　２がレジスタ５９にスト
アされる． ステップｎ２８では、出力端子Ｇ２からピークホールド
回路５４にリセット信号が導出される。

ステップｎ　２　９では、前記ステップｎ１で求められ
た回転速度ＮＥが予め定める値、たとえば４５００ｒｐ
ｍ以上であるかどうかが判断され、そうでないとき、す
なわちノックセンサ３７からの出力のピーク値をそのま
ま用いるときには、ステップｎ３０で前記変換データＡ
ＤＣＨＩがアキュームレータＡにストアされる．またス
テップｒｉ　２　９において前記回転速度ＮＥが４５０
０ｒｐｍ以上であるとき、すなわちノックセンサ３７か
らの出力が抵抗Ｒｌ，Ｒ２で１／２に分圧されて用いら
れるときには、ステップｒ１３１で前記変換データＡＤ
ＣＨ２を２倍してアキュームレータＡにストアされる．
ステップｎ３０，ｎ３１からはステップｎ３２に移り、
前記アキュームレー夕Ａにストアされているデータに基
づいてノック強度が検出された後、前記第８図で示され
る処理動作に復帰する． このようにして本発明に従うノック検出装置４０では、
複数の入力端子ＣＨＩ，ＣＨ２を有するアナログ／デジ
タル変換器５６を用い、前記各入力端子ＣＨＩ，ＣＨ２
には、ピークホールド回路５４等を介して、ノックセン
サ３７からの出力を異なるレベルで入力し、その入力信
号レベルに対応して、前記第６図で示されるアナログ／
デジタル変換器５６の変換特性に対応した側の入力端子
ＣＨＩまたはＣＨ２への入力信号レベルを、ノックセン
サ３７からの出力として用いる．したがって、内燃機関
１０の回転速度ＮＥが小さくノックセンサ３７からの出
力が小さいときには、該ノックセンサ３７からの出力が
直接入力される入力端子ＣＨ１の入力信号レベルｖ１が
ノック検出のために用いられ、これによって高精度な検
出動作を行うことができる． これに対して、内燃機関１０の回転速度ＮＥが前記予め
定めた値である４５００ｒｐｍ以上では、比較的大きい
ノックセンサ３７がらの出力が、抵抗Ｒｌ，Ｒ２で分圧
されて入力される入力端子ＣＨ２の入力信号レベルＶ２
がノック検出のために用いられ、これによって計測レン
ジを拡大することができる． さらにまた該ノック検出装直４０は、制御装置１などと
同様に、たとえば５ｖの電源電圧で駆動することができ
、従来技術の項で述べたような別電源を設ける必要はな
く、比較的簡単なｍ戒で実演することができる． なお、上述の実施例では、信号処理回路３８は制御装置
１とは別構成とされたけれども、本発明の他の実施例と
して、該信号処理回路３８を制御装置１内に内蔵するよ
うにしてもよい．発明の効果 以上のように本発明によれば、複数の入力を有するアナ
ログ／デジタル変換器を用いて、このアナログ／デジタ
ル変換器の各入力には、ノックセンサからの出力をレベ
ル変換手段によって異なるレベルに変換した後それぞれ
入力し、これらの入力のうちノックセンサからの出力レ
ベルに対応したゲインの入力のみを入力選択信号によっ
て選択してアナログ／′デジタル変換を行い、その変換
データに基づいてノックの発生の有無を検出するように
したので、複数の入力を有するアナログ／デジタル変換
器を用いた比較的簡便な構成で、検出精度を低下するこ
となく、ノックセンサからの出力を広範囲な出力レベル
にわたって検出することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のノック検出装置４０を備え
る内燃機関の制御装置１とそれに関連する横或を示すブ
ロック図、第２図は制御装置１の具体的ｉ威を示すブロ
ック図、第３図は信号処理回路３８の具体的構成を示す
ブロック図、第４図はピークホールド回路５４のレベル
保持動作を説明するための波形図，第５図はレベル変換
回路５５の変換特性を示すグラフ、第６図はアナログ／
デジタル変換回路５６の変換特性を示すグラフ、第７図
はノック検出動作を説明するためのタイミングチャート
、第８図は点火時期制御動作を説明するためのフローチ
ャート、第９図はノック検出タイミングの設定動作を説
明するためのフローチャート、第１０図はノック検出動
作を説明するためのフローチャートである． １・・・制御装置、１０・・・内燃機関、２０〜３１・
・・検出器、３７・・・ノックセンサ、３８・・・信号
処理回路、４０・・・ノック検出装置、４３・・・処理
回路、５２・・・バンドバスフィルタ、５３・・・ゲー
トスイッチ、５４・・・ピークホールド回路、５５・・
・レベル変換回路、５６・・・アナログ／デジタル変換
器第 ４ 図 第 ５図 田転玉度ＮＥ（ｒｐｍ） 第 ６ 図 λ７７侶号レヘノｙ（ｖ） 第 ７ 図 Ｔ１ 第 ８ 図 第 ９ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関のノックを検出するノックセンサと、前記ノッ
   クセンサの出力を複数の異なるレベルで出力するレベル
   変換手段と、 複数の入力を有し、各入力には前記レベル変換手段から
   の出力信号がそれぞれ入力され、該入力された信号をア
   ナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換器と
   、 前記アナログ／デジタル変換器に入力選択信号を導出し
   、該入力選択信号で選択されたアナログ／デジタル変換
   器の入力への信号の変換データを読込み、その読込んだ
   データに基づいてノックの発生の有無を検出する検出手
   段とを含むことを特徴とする内燃機関のノック検出装置
   。