JPS63253155A - エンジンのノツキング制御装置 - 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、エンジンのノッキングの発生に対応してこの
ノッキングを解消するように点火時期等を制御するよう
にしたエンジンのノッキング制御装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来より、エンジンのノッキング制御装置として、ノッ
キングの発生を検出すると点火時期その他の燃焼状態を
支配する制ｔｌｌｆｆｉを制御してノッキングの発生を
抑制する技術は知られている。また、ノッキングの発生
を判定するについては、例えば、特開昭５８−２８６４
６号に見られるように、予めノッキングの発生していな
い状態でのノッキングセンサ出力の平均値を求め、これ
に対応して各エンジンおよび各ノッキングセンサにＪ）
いて一定のノッキング判定レベルを設定し、この判定レ
ベルとノッキングセンサ出力とを比較し、センサ出力が
判定レベルを越えた場合をノッキング発生時と判定する
ものがある。

（発明が解決しようとする問題点） しかして、上記のようにエンジン振動をノッキングセン
サによって検出し、このノッキングセンサの検出値に基
づくノッキング判定に応じてエンジンの燃焼状態を制御
する場合に、ノッキングが発生していない状態でのノン
キングセンサ出力はエンジンの運転に伴って定常的に発
生するバルブの開閉音等の振動によるノイズを検出して
いるものであり、ノッキングが発生している場合には上
記バックグラウンドノイズにノッキング振動が重畳した
状態で検出信号が出力される。そして、ノッキング判定
レベルは両者間に精度よく設定しないとノッキング検出
粘度が低下し、ひいてはノッキング制御の制御精度が低
下することになるものである。

しかし、上記バックグラウンドノイズおよびノッキング
信号は個々のエンジンおよび経年変化、エンジン回転数
、雰囲気条件等の運転条件によっても異なり、さらに、
個々のノッキングセンサの検出誤差、経年変化によって
も影響を受けて変化するものであり、前記のように一定
の値に判定レベルを設定すると、ノイズをノッキングの
発生状態と判定したり、ノッキングの発生を正確に判定
できなかったりして、不必要にエンジン出力を抑制する
か、ノッキングの発生を抑制できずにエンジンの耐久性
に悪影響を与える恐れがあるものである。

そこで本発明は上記事情に鑑み、ノッキングセンサの検
出信号から正確なノッキング発生状態を判定しバックグ
ラウンドノイズ等にＥ’ｆｌされることなくｙｇ度の高
いノッキング副部を行うようにしたエンジンのノッキン
グ制御装置を提供することを目的とするものである。

上記ノッキングセンサによるエンジン振動の検出で、エ
ンジン運転の少なくとも上死点近傍のノッキング発生期
間の振動における最大値Ｖｐを所定回数検出すると、そ
の統計的処理における分布特性は、例えば・第２図に示
すようになり、ノンキングの発生していない状態での検
出信号すなわちバックグラウンドノイズは最大値Ｖｐの
大きさに対する発生度数〜１１が実線のように略正規分
布となり、一方、Ｃれにノッキングが発生すると破線で
示すように検出出力のハイレベル領域での発生度数が増
加し、前記ノイズの正規分布のハイレベル側が広がるよ
うに変化する分布特性となることが判明し、この特性に
基づき制御精度を向上せんとするものである。

（問題点を解決するための手段ン 本発明のノッキング制御装置は、エンジン振動をノッキ
ングセンサによって検出し、このノッキングセンサの検
出値に基づくノッキング判定に応じてエンジンの燃焼状
態を制御するについて、エンジン１サイクル中の少なく
ともノッキング発生期間におけるノッキングセンサの検
出信号の最大値を所定回散水める最大度数演算手段と、
この複数の検出最大値の大きさに対する発生度数の分布
特性を求める分布特性演算手段と、該分布特性から上記
複数の検出最大値のうち発生度数の最も高い最大値を演
算する最大度数演算手段と、該発生度数の最も高い最大
値に基づいてノッキングｆｆ／Ｉ　ｍの制御量を設定す
る制６１１伍段定手段とを備えたことを特徴とするもの
である。

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図であ
る。

エンジン１は、例えば点火プラグ３に対する点火時期制
御により、その燃焼状態を変更制御してノッキング抑制
を行う燃焼状態制御手段２を備えている。上記燃焼状態
ｆｆ１１７御手段２は、点火時期制御のほか、空燃比制
御、ＥＧＲ制御、ノッキング抑制剤の供給制御等の制御
手段によって構成するようにしてもよい。

また、エンジン１にはエンジンの振動を検出するノッキ
ングセンサ４を設置し、その検出信号は最大度数演算手
段５に出力される。この最大度数演算手段５は、少なく
ども上死点近傍のノッキング発生期間におけるノッキン
グセンサ４の検出信号の最大値を所定回散水めるもので
ある。この最大度数演算手段５で求めた所定回数の最大
値は分布特性演算手段６に出力され、この複数の検出最
大値が統計処理されてその大きさに対する発生度数の分
布特性を求める。最大度数演算手段７は上記分布特性（
第２図参照）から最大度数Ｍｍとなっている出力レベル
に相当する検出最大値すなわち最大度数値Ｖｐｍを演算
するものであり、この最大度数値は制１ＩＩｆｆｉ設定
手段８に出力され、この制御量設定手段８で最大度数値
に基づいてノック判定レベル等のノッキング制御の制御
量を設定し、前記燃焼状態制御手段２に信号を出力して
、ノッキング光生時には例えば点火時期を遅角してノッ
キングを抑制する方向に燃焼状態を移行するとともに、
ノッキングが発生していないときには例えば点火時期を
進角してエンジン出力等の面で好ましい燃焼状態に移行
する信号を出力するノッキング制御を行う。

（作用） 上記のようなノッキング制御０Ｈｆｆｉでは、エンジン
振動を検出するノッキングセンサの検出信号の最大値を
所定回数求め、この複数の検出最大値の大きさに対する
発生度数の分布特性を求め、その分布特性から発生度数
の最も高い最大値すなわち最大度数値を演算し、この最
大度数値に基づいてノッキング制御の制６ｇ争を設定し
てノッキング制御を行うものであり、個々のノッキング
センサの誤差、個々のエンジンもしくは運転状態、経年
変化等に応じてバックグラウンドノイズおよびノッキン
グ信号が変化しても、ノイズは略正規分布となりノンキ
ング信号はそのハイレベル側に発生する特性は変らない
ことから、その正規分布特性の変化に対応して変化する
最大度数値に対してノッキング制御の制御ｌ１ｌｆｆｉ
を設定し、ノッキングの発生状態を正確に捕らえ、これ
にともなって精度の高いノッキング制御を行うようにし
ている。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

第３図は具体例の全体構成図である。この実施例は、エ
ンジンの点火時期の制御によってノッキング制御を行う
例について示す。

エンジン１の気筒の燃焼室１１に臨んで点火プラグ３が
配設され、この点火プラグ３にはディストリビュータ１
２を介してイグニションコイル１３からの放電電圧が印
加され、該イグニションコイル１３にはコントロールユ
ニット１４からの点火信号が出力されて点火時期が調整
制御される。

一方、エンジン１の燃焼室１１に吸気弁１６の開閉に対
応して吸気を供給する吸気通路１７には、上流側から吸
入空気量を検出する吸気量センサ１８、吸気量を制御す
るスロットル弁１９、インジェクタ２０が順に介装され
ている。また、燃焼室１１からの排気ガスが排気弁２１
の開閉によって排出される排気通路２２には、触媒装置
２３が介装されている。また、エンジン１にはエンジン
振動を検出するノッキングセンサ４が配設され、さらに
、前記ディストリビュータ１２には所定クランク角（上
死点後６０〜９０°）で信号を出力する第１クランク角
センサ２５および他の所定クランク角（上死点前３０〜
０°）で信号を出力する第２クランク角センサ２６が設
置され、これらの各種センサからの検出信号が前記コン
トロールユニット１４に入力される。

そして、上記コントロールユニット１４は各種センサの
検出信号に応じて、エンジン回転数と負荷（充填量）と
から基本的な点火時期設定を行うとともに、学習値によ
るノック判定レベルに対応してノッキングセンサ４の検
出信号を判定し、ノッキング発生時には点火時期を遅角
してノッキングの発生を抑制し、ノッキングが発生して
いない場合には徐々に点火時期を進角するようにフィー
ドバック補正値を設定してフィードバック制御を行う。

また、上死点近傍のノッキングＲ１期間におけるノッキ
ングセンサ４出力の最大値（ピーク電圧）を所定回数入
力し、その分布を求めて最大度数となった出力レベルに
相当する検出最大値すなわち最大度数値を求めて、ノッ
ク判定レベルの学習値を更新するように制御する。実際
の点火時期の設定においては、基本的な点火時期とフィ
ードバック補正値とによって最終点火時期の設定を行い
、この点火時期に点火信号を出力して点火時期設定を行
う。

第４図は上記コントロールユニット１４の内部構造を示
し、このコントロールユニット１４はＣＰＵ２８、演筒
プログラムを記憶したＲＯＭ２９、学習値等を記憶する
ＲＡＭ３０、フリーランニングカウンタ３１、ＣＰＵ２
８によって時間の設定を行う３つのＰＴＭ３２〜３４（
プログラムタイマ）を備えるとともに、波形整形回路３
５を介して第１および第２クランク角センサ２５．２６
のクランク角信号が割り込み信号として入力され、さら
に、アナログバッファ３６およびＡ／Ｄコンバータ３７
を介して吸気量センサ１８の吸入空気量信号およびノッ
キングセンサ４の検出信号が入力される。

上記ノッキングセンサ４の検出信号は、アナログバッフ
１３６のノック検出回路３８（第５図に詳細を図示）で
、第１および第２ＰＴＭ３２，３３からのゲート信号Ｇ
Ａ、Ｄ／Ａコンバータ３９からのノック判定レベル信号
Ｖｒｅ１出力ボート４０からのリセット信号Ｒ１，Ｒｚ
に基づいて処理され、ノッキング発生期間の最大値信号
Ｖｐ　　（ピーク電圧）および判定レベルとの比較結果
としてのノック強度信号１ｋ　　（積分電圧）がＣＰＵ
２８に入力される。また、ＣＰＵ２８の演等結果として
の点火時期が第３ＰＴＭ３４に設定されて第１クランク
角センサ２５のトリガ信号で作動し、この第３ＰＴＭ３
４の出力信号を出力インターフェイス４１を介して点火
信号として前記イブ三ジョンコイル１３に出力するよう
に構成されている。

前記ノック検出回路３８は、第５図に示すように、ノッ
キングセンサ４の信号を受けるＢＰＦ４５（バンドパス
フィルタ）はノッキング周波数成分を取り出すものであ
り、この信号は入力ＡＭＰ４６で増幅され、前記ゲート
信号ＧＡに伴うアナログスイッチ４７のゲート開閉作動
でノッキング発生期間（上死点後１０〜５０°）の信号
のみピークホールド回路４８および比較器４９に入力さ
せる。

ピークホールド回路４８はゲート開期間のピーク値の保
持により最大値Ｖｐを求め、リセット信号Ｒ１によって
リセットされる。一方、比較器４９にはノック判定レベ
ル信号Ｖｒｅが入力され、この判定レベルより高いレベ
ルの信号が積分器５０に入力され、ゲート開期間の積分
値１ｋ　　（ノック強度信＠）を求め、リセット信号Ｒ
２によってリセットされるものである。

上記コントロールユニット１４の作動を、第６図ないし
第９図のフローチャートに基づいて説明する。第６図は
メインルーチンで、スタート後、ステップＳ１で初期化
を行い、クランク角信号に基づ＜ＴＤＣ周期Ｔ。からエ
ンジン回転数Ｎｅを計算しくＳ２＞、吸気量センサ１８
の出力から吸入空気量Ｑａを読み込む（Ｓ３）。そして
、ステップＳ４で上記エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量
Ｑａとから負荷に相当する充填ｆｆ１ｃｅを計算し、ス
テップ＄５でエンジン回転数Ｎｅと充填ｆｆ１ｃｅとの
基本マツプから基本点火時期Ａｂを計算する。

ステップＳ６は運転状態がノックゾーンにあるか否かを
前記充填ｆｆ１ｃｅの値によって判定し、ノックゾーン
にあるＹＦ３時には、ステップＳ７でノックコントロー
ルフラグＦｋを１にセットした後、エンジン回転数Ｎｅ
と充填ｆｆ１ｃｅのゾーンマツプから現在の学習ゾーン
Ｚｊｋを求める（Ｓ８）。

そして、ステップＳ９でこの現字型ゾーンＺｊｋに対応
する学晋マツプから学習値Ｌｊｋを読み込み、ステップ
８１０でこの学習値Ｌｊｋをノック判定レベルとして電
圧Ｖ「０に変換してＤ／Ａコンバータ３９に出力する。

そして、ステップ８１１で学習ゾーンＺｊｋが前回と同
一ゾーンか否かを判定し、同一の場合にはそのまま、異
なる場合には学習用メモリＭｉ　、ＮＣをクリア＜８１
２）した後、ステップＳ１３で前回字間ゾーンＺｊｋの
更新を行う。

上記ゾーンマツプはエンジン回転数Ｎｅと充填ｆｆ１ｃ
ｅを各区分に分割して縦横のゾーンＺｊｋに設定し、学
習マツプは第１０図に示すようにゾーンマツプに対応す
る各ゾーンにノック判定レベルの学習値しｊｋを記゛臆
するものである。

また、前記ステップ＄６の判定がＮＯでノックゾーンに
ない場合には、ステップ８１４に進んでノックコントロ
ールフラグ「ｋをＯにクリアするとともに、学習用メモ
リＭｉ　、ＮＣをクリアする（３１５）。

次に、第７図はインターラブドルーチンであり、上死点
後６０”毎に入力される信号によってスタ−ト己、ステ
ップ８１６で割り込み時刻Ｔ＋をフリーランニングカウ
ンタ３１から読み込み、前回の時刻Ｔ２とからクランク
角が１８０°回転するＴＤＣ周期Ｔ。の計算を行い＜８
１７＞、前回の割り込み時刻Ｔ２を更新する＜８１８＞
。

ステップ８１９は前記メインルーチンのノックコントロ
ールフラグＦｋからノックゾーンか否かを判定するもの
であり、ノックゾーンにあるＹＥＳｖｆにはステップＳ
２０でノック強度１ｋをノック検出回路３８から読み込
み、ステップ８２１でノック強度１ｋをリセットするよ
うに積分器５０にローレベルのリセット信号Ｒ２を出力
する。一方、ノックゾーンにないステップＳ１９のＮｏ
判定時には、ステップＳ２２でフィードバック補正値Ａ
ｆｂをＯにクリアする。

ステップ８２３はノック強度１にの検出があるか否かに
よってノッキング発生の有無を判定するものであり、ノ
ッキングが発生したＹＥＳ時にはステップ３２４でフィ
ードバック補正値Ａｆｂをノック強度１ｋに応じて遅角
修正（Ｃｒは係数）する。一方、前記ステップ８２３の
判定がＮＯでノッキングが発生していない場合には、ス
テップＳ２５に進んでフィードバック補正値Ａｆｂを所
定値進角修正する。

上記のようにフィードバック補正値Ａｆｂを修正した後
、ステップ８２６で前記ピークホールド回路４８から最
大値Ｖｐ　　（ピーク電圧）を入力し、この最大値Ｖｐ
をリセットするようにピークホールド回路４８にローレ
ベルのリセット信号Ｒ１を出力する（８２７）。そして
、ステップ８２８で最大値Ｖｐの分布を計算する。この
分布の計算は分布計算用メモリに対し、入力した現最大
値Ｖｐの出力レベル（電圧）に対応する番号ｉのメモリ
値Ｍｉをインクリメントするものでおり、例えば、出力
レベルの段階を１００区分に設定してそれぞれの区分番
号ｉに対応してレジスタを設け、入力した最大値Ｖｐの
出力レベルに対応する番号ｉのレジスタを加算して該当
出力レベルの発生度数を求めるものであり、ステップ８
２９で全体の加算回数ＮＣを計算する。

次に、ステップ８３０で学習完了か否かを加算回数ＮＣ
が所定値（ｉｏｏｏ）に達したか否かによって判定し、
この判定がＹＥＳとなると、ステップ８３１で最大度数
Ｍｎ＋の出力レベルすなわち最大度数値Ｖｐｎを分布計
算用メモリから検索する。この検索は第９図のサブルー
チンに示すように、メモリ番号ｉのインクリメントによ
りメモリ値Ｍｉを順次比較し、メモリ値Ｍｉすなわち発
生度数が最大のメモリ番号ｌを順次更新し、全部のメモ
リ値Ｍｉを比較して最終の最大メモリ値Ｍ１のメモリ番
号ｌに基づいて電圧値（１０ｎ＋Ｖ単位で区分）に換算
して最大度数値Ｖｐｌを求めるものである。

そして、上記検索によって求めた最大度数値Ｖｐ１１に
より、ステップ８３２で現学習ゾーンＺｊｋの学習値Ｌ
ｊｋを更新し、学習用レジスタＭｉ　、　ＮＣをクリア
する（８３３）。この学習値Ｌｊｋの更新は、最大度数
値Ｖｐｍの５％に所定の係数（２）を掛けたものを前回
の学習値の９５％に加算して急激な変動を避けるように
して反映させるものである。

なお、上記係数は最大度数ｌＶｕからノイズ分布の幅に
相当するレベルを求めるためのものであり、最大度数Ｍ
１１が大きいほど分布幅が狭くなる傾向にあることから
、上記係数を最大度数Ｍｌの大きさに応じて変更するの
が好ましい。すなわち、前記ステップ３３２における計
算式の最大度数値■ｐ１にかかる係数２をｎとし、この
係数ｎを最大度数Ｍ１１の関数とし、最大度数Ｍｌｌが
大きくなる程ｎが小さくなるように設定すればよい。

前記のようにして求めた基本点火時期Ａｂとフィードバ
ック補正値Ａ　ｆｂｌ、：基づき、ステップＳ３４で最
終点火時期Ａｓ　　（上死点前進角度）を計算し、ステ
ップ８３５で第１クランク角センサ２５の信号がローレ
ベルとなる上死点前９０゛から上記最終点火時期ＡＳと
なるまでの時間Ｔｃ　　（通電時間）を計算し、この通
電時間Ｔｃを第３ＰＴＭ３４に設定しく８３６）、上死
点前９０”におけるクランク角信号をトリガーとして第
３ＰＴＭ３４が作動し、設定時間ＴＣ後に点火信号を出
力するように制即するものである。

第８図は第２のインターラブドルーチンであり、上死点
前３０’毎にスタートし、前記ノック検出回路３８のア
ナログスイッチ４７に対するゲート信号ＧＡを設定出力
するためのものである。すなわち、ステップ８３７で上
死点から１０°にアナログスイッチ４７を開くまでの時
間Ｔ９ｏを計算するとともに、上死点後５０°にアナロ
グスイッチ４７が閉じるまでの開時間Ｔｇｃを計算する
（８３８）。

そして、ステップ８３９で上記時間Ｔ（１０，Ｔ（Ｉｃ
を第１および第２ＰＴＭ３２．３３に出力し、上死点後
に時間Ｔｇｏ経過時にアナログスイッチ４７を開き、そ
の後、時間Ｔ（ＩＣ経過後にアナログスイッチ４７を閉
じて吸気弁の閉作動音をピークホールド回路４８および
比較器４９に入力させないように開閉作動する。また、
上記ＰＴＭ３２．３３への時間設定と同時に、ステップ
８２１およびＳ２７でリセット状態となっている積分器
５０およびピークホールド回路４８にハイレベルのリセ
ット信号Ｒｚ　、Ｒ１を出力して動作可能とする＜８４
０．８４１）。

上記のような実施例では、ノンキングセンサ４の検出信
号からノッキングが発生する所定期間における最大値Ｖ
ｐを求め、所定回数検出した最大値■ｐを統計的処理に
よって発生度数の分布特性を求め、その最大度数値Ｖｐ
ｒａがノイズの分布とノッキング発生時の分布変化を識
別するノック判定レベルＬｊｋに相関関係があり、この
最大度数値Ｖｐ１８に対して設定したノック判定レベル
を学習マツプに記憶し、運転状態に対応して読み出して
比較器４９に出力してノッキングの発生状態を精度よく
判定し、それに基づいて点火時期を略ノッキング発生限
界にフィードバック制御するものである。

すなわら、ノイズの正規分布は最大度数値を中心として
略対称の特性となり、最大度数値からノイズの正規分布
の上限とノッキング発生時の分布域との境界に判定レベ
ルが設定でき、分布特性の変化にも対応できる。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、エンジン振動を検出する
ノッキングセンサの検出信号の最大値を所定回数求め、
この複数の検出最大値の大きさに対する発生度数の分布
特性を求め、その分布特性から演算した発生度数の最も
高い最大値に基づいてノッキング制御の制６１１を設定
してノッキング制御を行うようにしたことにより、個々
のノッキングセンサの誤差、個々のエンジンもしくは運
転状態、経年変化等に応じてバックグラウンドノイズお
よびノッキング信号が変化しても、その正規分布特性の
変化に対応してノンキング制御の制御量を設定し、ノッ
キングの発生状態を正確に捕らえて精度の高いノッキン
グ制御が行えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図、 第２図はノッキングセンサの検出信号から求めた最大値
の分布特性の例を示す説明図、第３図は本発明の具体例
を示す全体構成図、第４図はコントロールユニットの内
部栴成を示すブロック図、 第５図はノック検出回路のブロック図、第６図はメイン
ルーチンを示すフローチャート図、 第７図および第８図はインターラブドルーチンを示すフ
ローチャート図、 第９図はサブルーチンを示すフローチャート図、第１０
図は学習マツプの設定例を示すマツプ図である。 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・燃焼状態制御
手段、４・・・・・・ノッキングセンサ、５・・・・・
・最大度数演算手段、６・・・・・・分布特性演算手段
、７・・・・・・最大度数演算手段、８・・・・・・制
ａｌｌ設定手段、１４・・・・・・コントロールユニッ
ト、３８・・・・・・ノック検出回路、４７・・・・・
・アナログスイッチ、４８・・・・・・ピークホールド
回路。 第１図 第２図 朶ム遁ｖｐ 第５図 ３日 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジン振動をノッキングセンサによつて検出し
   、このノッキングセンサの検出値に基づくノッキング判
   定に応じてエンジンの燃焼状態を制御するエンジンのノ
   ッキング制御装置であって、エンジン１サイクル中の少
   なくともノッキング発生期間におけるノッキングセンサ
   の検出信号の最大値を所定回数求める最大値検出手段と
   、この複数の検出最大値の大きさに対する発生度数の分
   布特性を求める分布特性演算手段と、該分布特性から上
   記複数の検出最大値のうち発生度数の最も高い最大値を
   演算する最大度数演算手段と、該発生度数の最も高い最
   大値に基づいてノッキング制御の制御量を設定する制御
   量設定手段とを備えたことを特徴とするエンジンのノッ
   キング制御装置。