(57)【要約】【課題】  アイドリングストップ時等のエンジンが停止している場合でも、差分電位を使用するノックセンサの断線を検出することが可能なノッキング検出システムおよび制御装置を提供することにある。【解決手段】  内燃機関を制御するとともに、該内燃機関に取り付けられた振動センサが出力する前記内燃機関の振動に応じた差分電位に基づきノッキングの発生の有無を判定する内燃機関制御装置であって、前記差分電位に、前記内燃機関の動作中は一定のオフセット電圧を印加し、前記内燃機関の停止中は前記オフセット電圧を印加しないように制御するＣＰＵを備え、該ＣＰＵは、前記内燃機関の停止後の前記差分電位の変化に基づいて前記振動センサの異常を検出する内燃機関制御装置。【選択図】  図９
2020037914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を制御するとともに、該内燃機関に取り付けられた振動センサが出力する前記内燃機関の振動に応じた差分電位に基づきノッキングの発生の有無を判定する内燃機関制御装置であって、
前記差分電位に、前記内燃機関の動作中は一定のオフセット電圧を印加し、前記内燃機関の停止中は前記オフセット電圧を印加しないように制御するＣＰＵを備え、
該ＣＰＵは、前記内燃機関の停止後の前記差分電位の変化に基づいて前記振動センサの異常を検出することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関制御装置において、
前記ＣＰＵは、前記内燃機関の停止中に前記振動センサの異常を検出し、かつ、該異常を断線と地絡と天絡に分類することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関制御装置において、
前記ＣＰＵは、車両が許容する前記内燃機関の最大停止時間内に前記振動センサの異常を検出し、該最大停止時間内に異常を検出しないときには、前記内燃機関を始動することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関制御装置において、
前記ＣＰＵは、前記内燃機関の停止後の前記差分電位の低下速度に基づいて前記振動センサの異常を検出することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項５】
内燃機関の振動を検出する振動センサの異常を検出する異常検出方法であって、
前記振動センサの検出信号に、前記内燃機関の動作中はオフセット電圧を印加し、前記内燃機関の停止中はオフセット電圧を印加しない第一ステップと、
該第一ステップを実施した前記検出信号の変化に基づいて前記振動センサの異常を検出する第二ステップと、
を有することを特徴とする振動センサの異常検出方法。
【請求項６】
請求項５記載の振動センサの異常検出方法において、
更に、前記振動センサの異常を断線と地絡と天絡に分類する第三ステップを有することを特徴とする振動センサの異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のノッキングを検出する内燃機関のノッキング検出装置、および、ノッキング検出に用いる振動センサの異常を検出する異常検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように内燃機関でのノッキングは、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燃焼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。ノッキングは、機関の発生エネルギの損失（出力低下）や機関各部への衝撃、更には燃費の低下等を招くので、できるだけ回避するのが望ましい。そのためには、ノッキングの発生を正確に検出してノッキングを抑制することが不可欠である。
【０００３】
本発明の従来技術として特許文献１に示すものがある。この特許文献１では、断線検出手段等の追加によるコストアップを抑え、さらに判定頻度を確保しつつ、精度良くノックセンサの故障を判定できる故障判定装置を提供することを課題としている。
【０００４】
このため、「動弁機構の吸気バルブの着座による振動をノックセンサで検出し、その検出結果に基づいてノックセンサが正常であるか否かを判定する。まず、エンジン運転状態がノック制御領域であるか否かを判定し、ノック制御領域外であると判定された場合には、吸気バルブの着座タイミングと重なる区間である故障判定用のノックセンサ信号検出区間を算出する。そして、故障判定用検出区間でノックセンサにより検出されたノックセンサ信号から周波数成分を算出し、その周波数成分に基づいてノックセンサが正常であるか否かを判定する。」ということが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６５７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、自動車の制御を司るＥＣＵ（Electrical Control Unit）にプログラミングされている機能のひとつとして自己診断機能がある。これはたとえばエンジン（以下、「内燃機関」と称する。）の燃料噴射システムを構成する各センサ及び各アクチュエータに異常が発生していないかどうかを診断する機能である。
【０００７】
ノッキングを検出するノックセンサには、通常、内燃機関の振動を検出する振動センサが用いられるが、この種のセンサには、ノイズの影響を最小化するために正(＋)端子と負(−)端子の差分電位を出力信号として使用するものがある。
【０００８】
特許文献１では、内燃機関の動作中に検出した信号を利用してセンサの異常を診断するため、センサを診断できるのは、内燃機関の駆動中に限られる。差分電位を使用するノックセンサ（振動センサ）では、内燃機関の停止時には、正常時と断線時の差分電位が同じとなるため、アイドリングストップ機能を搭載した車両でのアイドリングストップ時や、HEV(Hybrid Electric Vehicle)やPHEV(Plug-in HEV)のモータ走行中のように、内燃機関が停止している時には、特許文献１の方法では、ノックセンサ（振動センサ）の断線を検知することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、アイドリングストップ時等の内燃機関の停止期間中も、差分電位を使用するノックセンサ（振動センサ）の断線を検出することが可能なノッキング検出装置、および、振動センサの異常検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明の内燃機関制御装置は、内燃機関を制御するとともに、該内燃機関に取り付けられた振動センサが出力する前記内燃機関の振動に応じた差分電位に基づきノッキングの発生の有無を判定するものであって、前記差分電位に、前記内燃機関の動作中は一定のオフセット電圧を印加し、前記内燃機関の停止中はオフセット電圧を印加しないように制御するＣＰＵを備え、該ＣＰＵは、前記内燃機関の停止後の前記差分電位の変化に基づいて前記振動センサの異常を検出するものとした。
【００１１】
また、本発明の振動センサの異常検出方法は、内燃機関の振動を検出する振動センサの異常を検出するものであって、前記振動センサの検出信号に、前記内燃機関の動作中はオフセット電圧を印加し、前記内燃機関の停止中はオフセット電圧を印加しない第一ステップと、該第一ステップを実施した前記検出信号の変化に基づいて前記振動センサの異常を検出する第二ステップと、を有するものとした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アイドリングストップ時等の内燃機関が停止期間中でも、差分電位を使用するノックセンサ（振動センサ）の断線を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ノッキングが発生していない時の振動センサの出力信号の周波数成分の解析結果を示す特性図である。
【図２】ノッキングが発生した時の振動センサの出力信号の周波数成分の解析結果を示す特性図である。
【図３】ノッキング判定指標を用いてノッキングの発生の有無を判定する方法を説明する説明図である。
【図４】内燃機関の制御システムの構成図である。
【図５】コントロールユニットの制御ブロックを示すブロック図である。
【図６】ノッキングの有無を判定する手順を説明するフローチャートである。
【図７】点火時期を演算する手順を説明するフローチャートである。
【図８】内燃機関のノッキング検出装置の概略図である。
【図９】内燃機関の停止前に振動センサに異常が発生した場合のタイミングチャートである。
【図１０】内燃機関の停止中に振動センサに異常が発生した場合のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【００１５】
本発明の実施形態を説明する前に、先ずノッキングを検出する一般的な方法について説明し、その後に本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
内燃機関の振動には、例えば、ピストンの摩擦、クランク軸の回転、吸気/排気弁の作動等による多くの振動成分が含まれている。しかも、これらの振動成分は内燃機関の作動状態によって大きく変化する。内燃機関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し、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内燃機関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行うことができる。
【００１７】
図１は、ノッキングが発生していない時の振動センサの出力信号の周波数成分の解析結果を示したものである。ここでは、略２０ＫＨｚまでの周波数範囲内における解析結果を示しているが、これに限らず他の周波数範囲であっても差し支えないものであり、以下の説明においても同様である。
【００１８】
図２は、ノッキングが発生した時の振動センサの出力信号の周波数成分の解析結果を示したものである。図１の周波数特性と図２の周波数特性を比較すれば分かるように、ノッキングが発生していない場合に比べて、ノッキングが発生していると各々の共鳴周波数成分が大きくなっていることがわかる。例えば、周波数ｆ１０、ｆ０１、ｆ１１の近傍においてノッキングが発生していることがわかる。
【００１９】
図３は、ノック指標を用いてノッキングの発生の有無を判定する方法について示している。以下の説明においては、便宜上、図２で示した共鳴周波数ｆ１０（６．３ＫＨｚ）とｆ０１（１３．０ＫＨｚ）の共鳴周波数成分ω１０Ｐ（ｆ１０）、ω０１Ｐ（ｆ０１）を用いてノック指標を算出する例を説明する。ただし本実施形態はこれらの周波数に限定されるものではなく、任意の２つ以上の共鳴周波数成分を用いてノッキングの発生の有無を判定することができる。
【００２０】
振動センサは、ノッキングの発生による振動とバックグラウンド振動（ノッキング以外の要因によって発生する振動）を合成して検出する。したがってノック指標Ｉは、ノッキングが発生していないときはバックグラウンド振動に対応する指標Ｉｂであり、ノッキングが発生したときはバックグラウンド振動に対応する指標Ｉｂとノッキングに対応する指標Ｉｋの合成により求められる。
【００２１】
ノック指標Ｉは、図２に示す主要な共鳴周波数成分を用いて以下の（式１）により表すことができる。「ω」は内燃機関の回転数により定まる実数値であり、「ω」は「１」、或いは「０」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。
【００２２】
Ｉ＝ω１０Ｐ（ｆ１０）＋ω２０Ｐ（ｆ２０）＋ω０１Ｐ（ｆ０１）＋ω３０Ｐ（ｆ３０）＋ω１１Ｐ（ｆ１１）……（式１）
図３に示すように、バックグラウンド振動の共鳴周波数成分によって示される指標Ｉｂ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Ｉｋとは、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、「ノック無し」の場合の内燃機関の発生音に対し、「ノック有り」の場合の発生音は、例えばカリカリ等という音で聴き分けられることに対応している。
【００２３】
そして、バックグラウンド振動による指標Ｉｂに対してノッキングの発生による振動が加わると、ノック指標Ｉはノック判定閾値Ｉ０２を超過する。これによりノッキングが発生していることを判定することができる。このように、バックグラウンド振動に加えてノッキング発生による特有な周波数成分を考慮してノック指標Ｉを算出するので、バックグラウンド振動が大きくなってもノッキング発生の有無を判定することができる。尚、以下において（式１）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組み合わせることにより算出する指標は、すべてノック指標と定義する。
【００２４】
次に、本実施形態におけるノッキングの検出方法の基本的な考え方を説明する。従来技術におけるノッキングの発生の有無を判定する方法はおおむね次の通りである。振動センサは内燃機関の振動を検出し、ＡＤ変換器はその検出結果をデジタル信号に変換する。振動信号に対して、例えばバンドパスフィルタを適用することにより、ノック指標を算出するために用いる周波数成分（ここでは３つの周波数成分を例示した）を抽出する。以下、本実施形態の具体的な構成とその動作について説明する。
【００２５】
図４において、筒内噴射型の内燃機関ＥＳは、例えば、第１気筒〜第４気筒の４つの気筒を有する直列４気筒の内燃機関であって、シリンダヘッド１１と、シリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２内に摺動自在に嵌挿されたピストン１３とを有し、ピストン１３の上方には燃焼室１４が形成されている。
【００２６】
燃焼室１４には、点火コイル２７から高電圧が印加される点火プラグ２８及び燃焼室１４内に直接的に燃料を噴射するインジェクタ２６が臨設されている。なお、図４において、点火プラグ２８及びインジェクタ２６は、便宜上、燃焼室１４の天井部の左右に並設されているが、それらの配設位置は適宜に設定可能である。
【００２７】
各シリンダに導入されて燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路１７の始端部に設けられたエアクリーナ１８の入口部１８ａから取り入れられ、空気流量計（エアフロセンサ）２０を通り、電制スロットル弁２１が収容されたスロットルボディ２２を通ってコレクタ２に入る。コレクタ２に入った空気は、コレクタ２から吸気通路の下流部分を形成する分岐通路部（吸気管、吸気ポート）及びその下流端に配在された、吸気カムシャフト２により開閉駆動される吸気弁２を介して各気筒の燃焼室１に導かれる。
【００２８】
燃焼室１に吸入された空気とインジェクタから噴射された燃料との混合気は、点火プラグ２８により点火されて爆発、燃焼せしめられ、その燃焼排気ガスは、排気カムシャフト３４により開閉駆動される排気弁３３を介して排気通路３１に排出され、排気通路３１に配備された触媒コンバータ３２で浄化された後、外部に排出される。
【００２９】
また、エアフロセンサ２０からは、吸気流量を表す信号がコントロールユニット１０に出力されている。さらに、スロットルボディ２２には、電制スロットル弁２１の開度を検出するスロットルセンサ１９が取り付けられており、その信号もコントロールユニット１０に出力されるようになっている。
【００３０】
一方、インジェクタ２６から噴射されるガソリン等の燃料は、燃料タンク３５から低圧燃料ポンプ３６により一次加圧されて燃圧レギュレータ３７により一定の圧力（例えば３ｋｇ／ｃｍ２）に調圧される。調圧された燃料は、さらに、排気カムシャフト３４に設けられたポンプ駆動カムにより駆動される高圧燃料ポンプ４１において、より高い圧力（例えば５０ｋｇ／ｃｍ２）に２次加圧されてコモンレール（蓄圧室）３８へ圧送される。
【００３１】
コモンレール３８に、圧送された燃料は、各気筒に設けられているインジェクタ２６に供給され、インジェクタ２６から各気筒の燃焼室１４に噴射される。燃焼室１４に噴射された燃料は、点火コイル２７で高電圧化された点火信号により点火プラグ２８で着火される。尚、インジェクタ２６に供給される燃料の圧力（燃圧）は、燃圧セン４０により検出され、その信号はコントロールユニット１０に出力されるようになっている。
【００３２】
シリンダブロック１２には、ノッキングの発生を検出するための振動センサ４３（ノックセンサ）が設けられており、シリンダブロック１２の機械振動からノッキングを検出している。振動センサ４３の出力信号はコントロールユニット１０に入力され、ノッキングが発生すると点火時期を所定量だけ遅角させてノックを抑制するようにしている。
【００３３】
内燃機関ＥＳのクランク軸１５に取り付けられたクランク角センサ３０は、クランク軸１５の回転位置を検出し、検出された信号はコントロールユニット１０に出力されるようになっている。
【００３４】
さらに、クランク軸１５からのトルクは変速機４２に伝達され、変速機４２は、コントロールユニット１０からの制御信号により、所望の変速段数に変更され、変更された変速段数は、ポジションセンサ２９により検出され、この検出信号は、コントロールユニット１０に出力される。
【００３５】
図５は、コントロールユニット１０のブロック図である。コントロールユニット１０は、各センサからの信号に基づいて燃料供給量や点火時期などを演算し、インジェクタ２６と点火コイル２７に対して制御信号を出力する。コントロールユニット１０は、制御ブロック４５とノッキング検出ブロック４６に大別される。
【００３６】
制御ブロック４５は、ＣＰＵ（Central Control Unit）４７、Ａ／Ｄ変換器４８、ＲＯＭ（Read Only Memory）４９、入力Ｉ／Ｏ５０、ＲＡＭ（Random Access Memory）５１、ＤＰＲＡＭ（Dual Port RAM）５２、出力Ｉ／Ｏ５３、バス５４を備える。
【００３７】
ノッキング検出ブロック４６は、ＣＰＵ５５、Ｉ/Ｏポート５６、タイミング回路５７、Ａ／Ｄ変換器５８、ＲＯＭ５９、ＲＡＭ６０、クロック６１、オペレーショナル回路６２、バス６３を備える。制御ブロック４５のＣＰＵ４７とノッキング検出ブロック４６のＣＰＵ５５の間のデータの交換は、例えばＤＰＲＡＭ５２を介してなされる。
【００３８】
熱線式空気流量計２によって検出された吸入空気量Ｑａは、Ａ／Ｄ変換器４８によってデジタル値に変換され、ＣＰＵ４７に取り込まれる。クランク角センサ１２によって検出されるＲｅｆ信号及びＰＯＳ信号は、入力Ｉ／Ｏポート５０を介してＣＰＵ４７に取り込まれる。ＣＰＵ４７は、ＲＯＭ４９が格納しているプログラムにしたがって演算を実施し、演算結果は出力Ｉ／Ｏ５３を介して、燃料噴射量を指示する燃料噴射時間信号Ｔｉ、点火時期を指示する点火時期信号θｉｇｎとして各アクチュエータに対して出力される。ＲＡＭ５３は演算処理中の必要なデータを格納する。
【００３９】
クランク角センサ１２によって検出されるＲｅｆ信号及びＰＯＳ信号はオペレーショナル回路６２に入力され、オペレーショナル回路６２が上死点（Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）を示すＴＤＣ信号を発生すると、タイミング回路５７は、ＣＰＵ４７がＩ/Ｏポート５６に対して入力した情報にしたがって、クロック６１の発生する周期信号を分周することによりサンプリング信号を発生する。Ａ／Ｄ変換器５８は、サンプリング信号が発生すると、振動センサ４３の出力信号Ｋｐをデジタル値に変換する。
【００４０】
ノッキングを検出するための従来の振動センサは、１３ＫＨｚ付近で共振するが、本実施形態においては少なくとも１８〜２０ＫＨｚ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る。ＣＰＵ５５は、ＲＯＭ５９が格納しているプログラムにしたがって、サンプリングされたデジタル値をＲＡＭ６０に格納するとともに、後述する図６で説明するフローチャートにしたがってノッキングの発生の有無を判定する。
【００４１】
ノッキングの発生の有無の判定結果は、ＤＰＲＡＭ５２を介してＣＰＵ４７に対して通知される。ＣＰＵ４７は、ノッキングが発生していると点火時期を所定量だけ遅角してノッキングの発生を抑制し、その後に徐々に進角していき再びノッキングを検出すると所定量だけ遅角するという動作を繰り返すものである。
【００４２】
図６は、ノッキングの発生の有無を判定する制御ステップの手順を説明するフローチャートである。この制御フローは、内燃機関の爆発サイクル毎に実行されるものであり、ＣＰＵ５５に対して角度割り込みをかけて起動することにより、ＣＰＵ５５によって実行されるものである。
【００４３】
ＣＰＵは、周波数成分毎に加重平均を算出し、算出した加重平均を適当な指標に変換する。ＣＰＵは、各周波数成分の指標を合算することによりノック指標を求め、ノック指標とノック判定閾値を比較することにより、ノッキングの発生の有無を判定するものである。
【００４４】
ノッキングが検出されると点火時期を遅角してノッキングを抑制するために点火時期を補正する。次にこの点火時期の補正方法について図７を用いて説明する。
【００４５】
図７は、図５に示すＣＰＵ４７によって点火時期を演算する手順を説明するフローチャートである。このフローチャートは、周期的に（例えば１０ｍｓｅｃ毎）起動されて実行されるものである。
【００４６】
≪ステップＳ２０１≫
ステップＳ２０１においては、図５に示すＲＡＭ５１内に設定された所定のレジスタから内燃機関の回転数Ｎと吸入空気量Ｑを読みこむ。これらの回転数Ｎや空気量Ｑは、ＣＰＵ４７によって実行されるプログラムによって演算されており、演算が終了するたびに、ＲＡＭ５１に記憶されていくものである。内燃機関の回転数Ｎと吸入空気量Ｑの読み込みが完了するとステップＳ２０２に移行する。
【００４７】
≪ステップＳ２０２≫
ステップＳ２０２においては、単位回転数当たりの吸入空気量Ｑ／Ｎ（基本燃料噴射量）を演算し、更に吸入空気量Ｑ／Ｎから燃料噴射時間幅Ｔｉを求める。また、ＲＯＭ４９内に格納されている基本点火時期マップから基本点火時期θｂａｓｅを求める。基本点火時期マップは、吸入空気量Ｑ／Ｎと回転数Ｎ、および基本点火時期θｂａｓｅの対応関係を記述したデータマップである。基本点火時期が求まるとステップＳ２０３に移行する。
【００４８】
≪ステップＳ２０３≫
ステップＳ２０３においては、ノックフラグ（ＣＰＵ５５が図６のステップＳ１０８、Ｓ１０９で求めたもの）にしたがってノッキングの発生の有無を判定する。ノックフラグが「１」であれば、ノッキングが発生しているのでステップＳ２０４へ進み、ノックフラグが「０」であれば、ノッキングが発生していないのでステップＳ２０６へ進む。
【００４９】
≪ステップＳ２０４≫
ステップＳ２０３においてノッキングが発生したと判断されているので、ステップＳ２０４においては、進角補正値θａｄｖから所定の遅角値Δθｒｅｔを減算する。この減算によって後述する最終点火時期が遅角（リタード）される。進角補正値θａｄｖは内燃機関の状態（機関温度、バッテリ電圧、負荷変動等）に基づいて演算されている。進角補正値θａｄｖが求まるとステップＳ２０５に移行する。
【００５０】
≪ステップＳ２０５≫
ステップＳ２０５においては、カウント値Ａを初期化してステップＳ２１０に進む。このカウント値Ａは、ノッキングの発生を抑制するために遅角した点火時期を、進角側にリカバーする時期を決めるための変数である。カウント値Ａの用い方については後述のステップで説明する。カウント値ＡがリセットされるとステップＳ２１０に移行する。
【００５１】
≪ステップＳ２０６≫
ステップＳ２０３でノッキングが発生していないと判断されているので、ステップＳ２０６においては、カウント値Ａを１つカウントアップする。カウント値Ａが「＋１」だけインクリメントされるとステップＳ２０７に移行する。
【００５２】
≪ステップＳ２０７≫
ステップＳ２０７においては、カウント値Ａが所定値（例えば５０）に到達したか否かを判断する。到達している場合はステップＳ２０８へ進み、到達していない場合はステップＳ２１０へスキップする。
【００５３】
≪ステップＳ２０８≫
ステップＳ２０８においては、ステップＳ２０４で求めた進角補正値θａｄｖに対して所定の補正値Δθａｄｖ（一定値）を加算して進角補正を行なう。この加算により、ステップＳ２０４において遅角された進角補正値θａｄｖが所定の補正値Δθａｄｖだけ進角側に補正されることになる。本実施形態のように１０ｍｓｅｃ毎に起動されている場合、カウント値Ａが５０に到達した時点において、カウント値Ａが初期化されてから０. ５秒が経過したことになる。すなわち、ステップＳ２０８は、ノッキングの発生により点火時期を遅角値Δθｒｅｔだけ遅角させてから０. ５秒が経過する毎に、点火時期を補正値Δθａｄｖだけ進角側にリカバーするものである。点火時期のリカバーが完了するとステップＳ２０９に移行する。
【００５４】
≪ステップＳ２０９≫
ステップＳ２０８においては、カウント値Ａを「０」に初期化する。したがって、以下に示す制御ステップを実行して次の起動タイミングが到来してノッキングが検出されないと、ステップＳ２０６〜Ｓ２０９を繰り返すことになる。これによって、ノッキングが発生するまで点火時期は段階的に進角されていくことになる。カウント値ＡがリセットされるとステップＳ２１０に移行する。
【００５５】
≪ステップＳ２１０≫
ステップＳ２１０においては、ステップＳ２０２で求めた基本点火時期θｂａｓｅに対して、進角補正値θａｄｖを加えることにより、最終点火時期θｉｇｎを演算する。最終点火時期θｉｇｎが求まると、ステップＳ２１１に移行する。
【００５６】
≪ステップＳ２１１≫
ステップＳ２１１においては、ＲＯＭ４９内に格納されている最大進角値マップから最大進角値θｒｅｓを読み出す。最大進角値マップは、吸入空気量Ｑ／Ｎ、回転数Ｎ、および最大進角値θｒｅｓの対応関係を記述したデータマップである。最大進角値θｒｅｓが求まるとステップＳ２１２に移行する。
【００５７】
≪ステップＳ２１２≫
ステップＳ２１２においては、最終点火時期θｉｇｎが最大進角値θｒｅｓを超えたかをどうかを判断する。最終点火時期θｉｇｎが最大進角値θｒｅｓを超えていなければステップＳ２１４へスキップする。最終点火時期θｉｇｎが最大進角値θｒｅｓを超えている場合はステップＳ２１３に移行する。
【００５８】
≪ステップＳ２１３≫
ステップＳ２１２で最終点火時期θｉｇｎが最大進角値θｒｅｓを超えていると判断されているので、ステップＳ２１３においては、最終点火時期θｉｇｎが進角しすぎているとして最終点火時期θｉｇｎを最大進角値θｒｅｓに置き換えてセットする。最終点火時期θｉｇｎを最大進角値θｒｅｓに置き換えるとステップＳ２１４に移行する。これまでの処理で最終点火時期θｉｇｎが求まり、これに基づいて点火コイルへの通電が制御されることになる。ステップＳ２１２，Ｓ２１３が完了するとステップＳ２１４に移行する。
【００５９】
≪ステップＳ２１４≫
ステップＳ２１４においては、振動センサ４３の振動信号の取り込みの設定をおこなうもので、内燃機関の運転状態に応じて、ディレイ時間、サンプリング点数、分周比をＩ/Ｏポート５６に対して出力する。尚、分周比によって振動センサ４３の出力のデジタル値のサンプリング周期が決まり、サンプリング点数によってサンプリング点数が決まるようになっている。
【００６０】
以上のステップＳ２０１〜Ｓ２１４の制御ステップが完了するとリターンに抜けて、次の起動タイミングの到来を待つことになる。
【００６１】
次に、図８を用いて、本実施例のノッキング検出装置の構成と、そのノッキング検出装置による振動センサ４３（ノックセンサ）の異常検出方法を説明する。このノッキング検出装置は、主に、振動センサ４３（ノックセンサ）と、コントロールユニット１０が内蔵するＣＰＵ５５と、このＣＰＵ５５の電圧出力端子が一定のオフセット電圧を出力することで構成されるオフセット電圧印加部と、により構成されたものであり、振動センサ４３とコントロールユニット１０の正極同士、負極同士が接続されている。
【００６２】
振動センサ４３は、正端子と負端子から、内燃機関の振動量に応じた差分電位を出力する。コントロールユニット１０の内部では、正端子と負端子の電位が電源電圧と印加電圧の電圧値によって分圧された後、図示する差分電位としてＣＰＵ５５に取り込まれる。電源電圧が固定の場合、差分電位はオフセット電圧印加部が印加するオフセット電圧の電圧値によって変化する。このため、オフセット電圧を印加した場合、ＣＰＵ５５に入力される差分電位はオフセット電圧を印加しない場合に比べて、大きな差分電位となる。本実施例では、内燃機関の動作状態によって、オフセット電圧の電圧値を変化させている。例えば、ＣＰＵ５５で内燃機関の動作状態を判定し、内燃機関の動作中のみ、オフセット電圧を印加する。このオフセット電圧には、燃料ポンプを動作させるリレーの指令電圧を流用しても良く、内燃機関の回転数によって変化するクランク角センサの出力電圧を流用しても良い。
【００６３】
図８に示す本実施例の構成によれば、異常検知可能な範囲は、図中の破線枠で示す、振動センサ４３からコントロールユニット１０の端子部までであり、振動センサ４３自体の異常、または、端子部での接続異常等を検知することができる。
【００６４】
次に、図９と図１０のタイムチャートを用いて、本実施例の異常検出方法の詳細を説明する。
【００６５】
図９は、内燃機関の停止前に、振動センサ４３（または端子部の接続）が異常となった場合のタイミングチャートである。
【００６６】
図９（ａ）の従来制御に示すように、オフセット電圧を印加しない場合、内燃機関の動作中は、その振動が差分電位にあらわれるが、内燃機関の停止後は、振動が生じないため、振動の大きさに対応する差分電位は所定の値に収束する。
【００６７】
ここで、内燃機関の停止前に振動センサ４３が断線した場合、振動センサ４３が出力する差分電位は、点線で示すように、前述した「所定の値」に収束するが、内燃機関の停止後には、正常時と断線時で同等の「所定の値」に収束しているため、内燃機関の停止中に振動センサ４３の断線を検知することができない。これに対し、正端子または負端子が電源に短絡してしまう(天絡)、または、正端子または負端子がアースに短絡してしまう(地絡)が発生した場合は、差分電位が正常時に比べて、大きくなったり(天絡時)、小さくなったり(地絡時)するため、内燃機関の停止中であっても、異常を検知することができる。
【００６８】
これに対し、図９（ｂ）の本実施例の制御に示す、内燃機関の動作中はオフセット電圧を印加し、内燃機関停止時にオフセット電圧の印加を停止する制御を採用すれば、振動センサ４３の断線時と正常時で、内燃機関の停止後の差分電圧の挙動が異なるため、その挙動の違いから、振動センサ４３の異常の有無を検出することができる。差分電圧の挙動が相違するのは、内燃機関停止時にオフセット電圧の印加を止めると、振動センサ４３が正常である時は、振動センサ４３が持つ静電容量とコントロールユニット１０が持つ静電容量Ｃ２，Ｃ３（図８参照）によって差分電位は徐々に低下するのに対し、振動センサ４３の断線時はコントロールユニット１０が持つ静電容量Ｃ２，Ｃ３のみによって、すなわち、振動センサ４３が持つ静電容量の影響を受けずに、差分電位が低下していくため、正常時に比べて差分電位の低下速度は速くなるからである。従って、この差分電位の低下速度を算出し比較することで振動センサ４３の断線を内燃機関停止中に検知することができる。なお、オフセット電圧の印加の有無に関係なく、天絡や地絡等の異常は検知することができる。
【００６９】
以上の通り、本実施例の内燃機関制御装置では、ＣＰＵ５５は、内燃機関の停止後の差分電位の低下速度に基づいて振動センサ４３の異常を検出するものとした。
【００７０】
図８に例示する回路構成をとる場合、コントロールユニット１０の内部の静電容量Ｃ２，Ｃ３を適切に設計することで、振動センサ４３が正常である場合に差分電位が収束するまでの時間を適切な長さに調整することができる。差分電位の収束時間は、振動センサ４３の異常を診断する期間でもあるため、車両が許容する内燃機関の最大停止時間（例えば、アイドルストップの最大時間）に収まる短い期間である必要がある。この条件を満たすように、コントロールユニット１０の内部の静電容量Ｃ２，Ｃ３を決定すれば、所望の診断期間内に振動センサ４３の異常有無の診断を完了することができ、この診断期間内に異常が検出されなかったときに内燃機関を始動し、異常が検出されたときに内燃機関を始動しない、などの制御を実施することができる。
【００７１】
以上の通り、本実施例の内燃機関制御装置では、ＣＰＵ５５は、車両が許容する内燃機関の最大停止時間内に振動センサ４３の異常を検出し、該最大停止時間内に異常を検出しないときには、内燃機関を再始動するものとした。
【００７２】
また、異常で説明した本実施例によれば、内燃機関の停止後に、三種類の異常、つまり、断線・天絡・地絡を検知できるだけでなく、異常の種類を分類することもできる。
【００７３】
以上の通り、本実施例の内燃機関制御装置では、ＣＰＵ５５は、内燃機関の停止中に振動センサ４３の異常を検出し、かつ、該異常を断線と地絡と天絡に分類するものとした。
【００７４】
図１０は内燃機関の停止後に、振動センサ４３（または端子部の接続）が異常となった場合のタイミングチャートである。
【００７５】
図１０（ａ）の従来制御に示すように、オフセット電圧を印加しない場合、正常時と振動センサ４３の断線時は同等の差分電位であるため、振動センサ４３の断線を検知することができない。
【００７６】
これに対し、図１０（ｂ）の本実施例の制御では、内燃機関の動作中にオフセット電圧を印加しておき、内燃機関の停止時にオフセット電圧の印加をやめることによって、内燃機関停止直後は徐々に差分電位が低下するが、振動センサ４３の断線が発生したタイミング以降は、差分電位の低下速度が正常時と異常時で相違する。この差分電位の低下速度を算出し比較することで振動センサ４３の断線を内燃機関停止中でも検知することができる。
【００７７】
このように、内燃機関の動作中にオフセット電圧を印加しておき、内燃機関の停止時にオフセット電圧の印加をやめる本実施例によれば、内燃機関が停止している場合でも、差分電位を使用する振動センサ４３の断線を検出することができる。
【００７８】
以上の通り、本実施例の内燃機関制御装置は、内燃機関を制御するとともに、該内燃機関に取り付けられた振動センサ４３が出力する内燃機関の振動に応じた差分電位に基づきノッキングの発生の有無を判定する内燃機関制御装置であって、差分電位に、内燃機関の動作中は一定のオフセット電圧を印加し、内燃機関の停止中はオフセット電圧を印加しないように制御するＣＰＵ５５を備え、該ＣＰＵ５５は、内燃機関の停止後の差分電位の変化に基づいて振動センサ４３の異常を検出するものとした。
【００７９】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例では、内燃機関の制御装置１０が、制御ブロック４５のＣＰＵ４７とノッキング検出ブロック４６のＣＰＵ５５の二つのＣＰＵを備える構成を説明したが、一つのＣＰＵで両者の機能を実現してもよい。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０…内燃機関の制御装置（コントロールユニット）、
１１…シリンダヘッド、
１２…シリンダブロック、
１３…ピストン、
１４…燃焼室、
１５…クランク軸、
１６…水温センサ、
１７…吸気通路、
１８…エアクリーナ、
１８ａ…入口部、
１９…スロットルセンサ、
２０…エアフロセンサ、
２１…電制スロットル弁、
２２…スロットルボディ、
２３…コレクタ、
２４…吸気弁、
２５…カムシャフト、
２６…インジェクタ、
２７…点火コイル、
２８…点火プラグ、
２９…ポジションセンサ、
３０…クランク角センサ、
３１…排気通路、
３２…コンバータ、
３３…排気弁、
３４…カムシャフト、
３５…燃料タンク、
３６…低圧燃料ポンプ、
３７…レギュレータ、
３８…コモンレール、
３９…電制リリーフ弁、
４０…燃圧センサ、
４１…高圧燃料ポンプ、
４２…変速機、
４３…振動センサ、
４６…ノッキング検出ブロック、
５５…ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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