JPH04143441A - 内燃機関用ノック検出装置 - 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］ この発明は、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機間の
ノックを検出する装置に関し、特に信号処理精度を向上
させて信頼性を改善した内燃機関用ノック検出装置に関
するものである。

［従来の技術］ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関は複数
の気筒により駆動されており、各気筒において圧縮され
た混合気を最適な点火位置で燃焼させる必要がある。こ
のため、内燃機関制御用にマイクロコンピュータ（ＥＣ
Ｕ）を用い、各気筒毎のイグナイタによる点火時期及び
インジェクタによる燃料噴射順序等を最適に制御してい
る。

しかし、点火位置が進角側に制御され過ぎると異常燃焼
によりノッキングと呼ばれる振動が発生し、気筒を損傷
するおそれがあるため、異常振動を検出したときには、
気筒の制御パラメータをノック抑制側（例えば、点火位
置を遅角側）に制御する必要がある。

第４図は従来の内燃機関用ノック検出装置を示すブロッ
ク図である。

図において、（１）は内燃機関駆動用の気筒の１つ又は
各々に取り付けられたノックセンサであり、振動検出用
の圧電素子等からなっている。

（２）はノックセンサ（１）の出力信号Ａを受信するノ
ック検出回路（インタフェース回路）であり、ノッキン
グ特有の周波数（例えば、７ｋＨｚ　）を通過させるフ
ィルタ（２１）と、フィルタ（２１）の出力信号を所定
のタイミングで周期的に通過させるゲート（２２）と、
ゲート（２２）の出力信号式′を平均化した信号に基づ
いてバックグランドレベルＢＧＬを生成するＢＧＬ発生
器（２３）と、ゲート（２２）の出力信号式′とバック
グランドレベルＢＧＬとを比較して出力信号Δ′がバッ
クグランドレベルＢＧＬを越えたときに出力信号をオン
にする比較器（２４）と、比較器（２４）の出力信号を
積分する積分器（２５）とを備えている。（３）は積分
器（２５）の出力信号をデジタル信号■、に変換するＡ
Ｄ変換器である。

（４）はＡＤ変換器（３）の出力信号Ｖ８に基づいて各
気筒の点火位置を遅角制御すると共に、ゲート（２２）
に対するマスク信号Ｍ及び積分器（２５）に対するリセ
ット信号Ｒを出力するマイクロコンピュータ（以下、Ｅ
ＣＵという）であり、ＡＤ変換器（３）の出力信号Ｖ、
に基づいて気筒点火位置を遅角させるための遅角制御角
θアを生成する遅角反映処理部（４５）を備えている。

次に、第５図の波形図を参照しながら、第４図に示した
従来の内燃機関用ノック検出装置の動作について説明す
る。

通常、各気筒はＴＤＣ（上死点＝Ｏ°）から５°程度手
前の位ｉ！（Ｂ５°）より進角側で点火され、混合気の
爆発は、ＴＤＣがら１０”〜６０°程度過ぎたクランク
角度位置（Ａ１０°〜Ａ６０°）付近で起こるので、異
常燃焼によるノックも、この爆発タイミングで発生する
。

従って、気筒の振動ノイズ（特にノック）が発生した場
合、ノックセンサ（１）の出力信号Ａは第５図のように
周期的で且つ振幅の大きい波形となる。

Ｅ　ＣＵ　（４）は、ノック検出回路（２）が出力信号
Ａを効率的に受信するように、ゲート（２２）に対して
所定周期毎に反転するマスク信号Ｍを出力する。

このマスク信号Ｍは、例えば検出対象となる気筒に対し
て、立ち上がりがＢ７５°程度、立ち下がりがＢ５°程
度に設定され、レベルがｒＨ，のときにゲー）　（２２
）を禁止する。又、積分器（２５）に対して所定周期毎
にリセット信号Ｒを出力するが、このリセット信号Ｒの
出力タイミングは、マスク信号Ｍの立ち上がりと一致す
る。

ノック検出回ｉ１１！（２）内のフィルタ（２１）は、
ノック発生時の周波数成分を通過させ、ゲート（２２）
は、マスク信号Ｍが「Ｌ」レベルの期間だけ出力信号Ａ
を通過させる。ＢＧＬ発生器（２３）は、ゲート（２２
）の出力信号Ａ′に基づいて、出力信号Ａ′に含まれる
バックグランドを判別し、ノック検出の基準となるバッ
クグランドレベルＢＧＬを生成する。

比較器（２４）は、出力信号Ａ′がバックグランドレベ
ルＢＧＬを越えたときに、ノック発生レベルであること
を判別して、出力信号をｒＨＪレベルとする。′Ｎ分器
（２５）は、リセット信号Ｒでリセットされる毎に比較
器（２４）の出力信号を積分し、ＡＤ変換器（３）は、
積分器（２５）の出力信号をデジタルの積分値■１に変
換してＥ　ＣＵ　（４）に入力する。

ＥＣＵ（４）は、ＡＤ変換された積分値ｖＲを気筒の点
火毎に取り込み、これに基づいて遅角制御角θ８を生成
し、ノックを抑制する方向に点火位置を遅角補正する。

このとき、遅角反映処理部（４５）は、前回の遅角制御
角θ２に今回の遅角量Δθ８を累積加算して、今回の遅
角制御角θ８を生成する。従って、今回の遅角制御角θ
７は、 θ、＝θ−＋Δθ８００．■ で表わされる。又、■式において、今回の遅角量Δθ８
は、 ΔθＲ＝ＶＲＸＷ 但し、Ｗ：反映率 で表わされる。

ところで、ノックセンサ（１）の出力信号Ａのレベルが
高いほど、インタフェース回路（２）及びＡＤ変換器（
３）の信号処理精度も高くなり、ＥＣＵ（４）における
ノック検出精度及び信頼性も向上するが、出力信号Ａの
レベルは、ノックの有無のみならず運転状態によっても
変動する。

第６図は例えばエンジンの回転数Ｎｅと出力信号Ａとの
関係を示す特性図であり、回転数Ｎｅが減少するにつれ
て出力信号Ａのレベルも減少する。

従って、回転数Ｎｅが低いときには出力信号Ａのレベル
も小さくなり、インタフェース回路（２）の特性ずれや
ＡＤ変換器（３）によって生じる誤差が大きく影響し、
ノック検出精度及び信頼性が低下してしまうおそれがあ
る。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関用ノック検出装置は以上のように、出力
信号Ａのレベル変動に対して何ら対策をとっていないの
で、ノック検出精度及び信頼性が低下するという問題点
があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、ノックセンサの出力信号レベルが小さいとき
でもノック検出精度及び信頼性を向上させた内燃機関用
ノック検出装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関用ノック検出装置は、ノックセ
ンサの出力信号を増幅する増幅器を設けると共に、ノッ
クセンサの出力信号のレベルに応じて増幅ゲインを切替
える増幅特性切替手段を設けたものである。

この発明の別の発明に係る内燃機関用ノック検出装置は
、増幅ゲインの切替変化を相殺するように振動レベルを
逆変換するための逆変換処理部を更に設けたものである
。

［作用コ この発明においては、ノックセンサの出力信号のレベル
が低いときには増幅ゲインを大きく、ノックセンサの出
力信号のレベルが高いときには増幅ゲインを小さく設定
する。

この発明の別の発明においては、増幅ゲインが大きく設
定されたときには振動レベルを減衰させ、増幅ゲインが
小さく設定されたときには振動レベルを増大させること
により、振動レベルをノックセンサの出力信号に比例し
た値に補正する。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、（４０）
はＥ　ＣＵ　（４’）に対応しており、（１）及び（３
）は前述と同様のものである。

（２０）はノックセンサ（１）とＡＤ変換器（３）との
間に挿入されたインタフェース回路であり、出力信号Ａ
のピークレベルを振動レベルＶｐとして出力するピーク
ホールド回路（２６）と、出力信号Ａを増幅する増幅器
（２７）と、増幅器（２７）の入力側に接続されて出力
信号Ａの増幅ゲインを決定するゲイン調整器（２８）と
を備えている。

ピークホールド回路（２６）において、Ｔ　ｒ　、は増
幅後の出力信号Ａがベースに印加されるトランジスタ、
Ｃ３はトランジスタＴｒ、のエミッタとグランドとの間
に°挿入されて出力信号Ａのピークレベルを保持するた
めのコンデンサである。又、Ｔｒ２はコンデンサＣ３の
電荷をリセットするトランジスタであり、コレクタがコ
ンデンサＣ１の充電側に接続され、Ｅ　ＣＵ　（４０）
からのリセット信号Ｒ′がベースに印加されている。

増幅器（２７）において、Ｔｒ＝及びＴｒ、は増幅トラ
ンジスタ、Ｒ１は増幅トランジスタＴｒ３のベース側に
挿入された入力抵抗器、Ｒ１は増幅トランジスタＴｒｓ
及びＴｒ、の帰還抵抗器、Ｒ５は帰還抵抗器Ｒ１に並列
に設けられた調整抵抗器、Ｔｒｓは調整抵抗器Ｒ５を帰
還抵抗器Ｒ１に選択的に並列接続するトランジスタ、Ｒ
５及びＲ１はトランジスタＴｒｓのベースに対するバイ
アス電圧Ｖ、を設定する分圧抵抗器である。調整抵抗器
Ｒ５、トランジスタＴｒ３、分圧抵抗器Ｒ６及びＲ７は
、出力信号Ａのレベルに応じて増幅器（２７）の増幅ゲ
インを切替えるための増幅特性切替手段を構成している
。又、ここでは、増幅器（２７）は半波増幅器である。

ゲイン調整器（２８）において、Ｒｏはノックセンサ（
１）に並列接続されたマツチング抵抗器、Ｒ３及びＲ２
は出力信号Ａを任意の比率で分圧する分圧抵抗器である
。

Ｅ　ＣＩＪ　（４０）は、増幅器（２７）での増幅ゲイ
ン切替変化を相殺するように振動レベルＶｐを逆変換す
るための逆変換処理部（４１）と、逆変換後の振動レベ
ルＶｐ’を平均化処理してバックグランドレベルに相当
するスレッショルドＶｙＨを生成する演算部（４２〉と
、逆変換後の振動レベルＶｐ’がスレッショルドＶｙＨ
を越えたときにノック判別信号Ｖｋを出力する比較部（
４３）と、ノック判別信号Ｖｋに基づいて気筒の点火位
置を遅角させるための遅角制御角θ８を生成する遅角反
映処理部（図示せず）と、各気筒の回転位置に対応した
クランク角に基づいてピークホールド回路（２６）に対
するリセット信号Ｒ′を出力するリセット信号制御部（
図示せず）とを備えている。

尚、リセット信号Ｒ’（前述のマスク信号Ｍに相当する
）は、内燃機関の回転に同期して生成され、各気筒に対
する基準位置（クランク角）Ｂ７５°で立ち上がり、他
の基準位置（点火時期の後に相当するクランク角）Ｂ５
°で立ち下がるパルスからなっている。従って、ピーク
ホールド回路（２６）は、気筒毎の基準位置Ｂ５°から
有効となり、次の基準位置８７５°におけるピークレベ
ルを生成し、これをＡＤ変換器（３）を介して、振動レ
ベルＶｐとしてＥＣＵ（４０）に入力するようになって
いる。

第２図は増幅器（２７）の増幅特性を示す特性図であり
、Ａｏ及びＶｐｏは増幅ゲインＧがＧ、からＧ２（Ｇ、
＞Ｇ２）に切替わるときの出力信号Ａ及び振動レベルＶ
ｐの各位である。又、第３図は逆変換処理部（４１）の
逆変換特性を示す特性図であり、Ｖｐ。

は増幅ゲイン切替時の振動レベルＶｐｏに対応した逆変
換後の振動レベルＶｐ’の値である。

次に、第２図及び第３図を参照しながら、第１図に示し
たこの発明の一実施例の動作について説明する。

前述のように、ノックセンサ（１）の出力信号Ａは、イ
ンタフェース回路（２）及びＡＤ変換器（３）を介して
Ｅ　ＣＵ　（４０）に入力され、出力信号Ａのレベルに
基づいてノックの有無が判定される。

このとき、ゲイン調整器（２８）は、分圧抵抗器Ｒ１及
びＲ２の抵抗値を設定することにより、機種の違い等に
よる出力信号Ａのレベル変動を予め相殺しておく。

又、増幅器（２７）において、出力信号Ａ及び振動レベ
ルＶｐに対応した増幅電圧Ｖ。がバイアス電圧■、以下
、即ち、 ■。≦Ｖ。

の場合には、トランジスタＴｒｓがオフされるので、帰
還抵抗器Ｒ４のみが有効となる。従って、増幅器（２７
）のゲインＧは、入力抵抗器Ｒ１及び帰還抵抗器Ｒ４の
抵抗値をそれぞれＲ３及びＲ４とすれば、Ｇ＝Ｒ，／Ｒ
３＝Ｇ。

となり、大きい値となる。一方、増幅電圧Ｖ０がバイア
ス電圧Ｖ、より高く、 ■。＞　Ｖ　ｍ の場合には、トランジスタＴｒｓがオンするので、帰還
抵抗器Ｒ４及び調整抵抗器Ｒ９が有効となる。

従って、増幅器（２））のゲインＧは、各抵抗器Ｒ４及
びＲ５の並列抵抗値をＲ４Ｓとすれば、Ｇ　＝Ｒ４Ｓ　
／　Ｒ３＝　Ｇ　２ となり、Ｇ＋より小さい値となる。こうして、ノックセ
ンサ（１）の出力信号Ａのレベルが低いときには増幅ゲ
インＧが大きい値Ｇ１に設定され、逆に、出力信号Ａの
レベルが高いときには増幅ゲインＧが小さい値Ｇ２に設
定される。

この結果、振動レベルＶｐは、ノックセンサ出力信号Ａ
に対して第２図のように変化し、■ｏ≦ｖ６ のときは、出力信号ＡのレベルをＡとすれば、Ｖｐ　＝
　（Ｒ４／　Ｒ３）　Ａ となり、 Ｖ、＞Ｖ。

のときは、 Ｖｐ＝（Ｒ＜ｓ／Ｒｓ）Ａ＋（Ｉ　　Ｒ４Ｓ／Ｒ４）Ｖ
Ｂとなる。このように非線形に増幅された出力信号Ａに
基づく振動レベルＶｐは、気筒の点火毎にＡＤ変換され
てＥ　ＣＵ　（４０）に入力される。

Ｅ　ＣＵ　（４０）内の逆変換処理部（４１）は、振動
レベルＶｐを出力信号Ａに対して線形にするため、第３
図のように振動レベルＶｐを逆変換する。即ち、増幅ゲ
インＧが大きい値Ｇ、に設定されたときには振動レベル
Ｖｐを減衰させ、増幅ゲインＧが小さい値Ｇ２に設定さ
れたときには振動レベルＶｐを増大させ、実際の出力信
号Ａに比例した振動レベルＶｐ’に補正する。

これにより、逆変換後の振動レベルＶｐ’は、Ｖａ≦Ｖ
１．即ち、Ｇ　＝　Ｒ４／　Ｒ３＝　Ｇ　ｌのときは、 Ｖ　ｐ　＝（Ｒ３／　Ｒ４）Ｖ　ｐ となり、 Ｖｏ＞ＶＢ、即ち、Ｇ＝Ｆｔ４ｓ／Ｆｔｓ＝ａｔのとき
は、 Ｖｐ　＝（Ｒａ／Ｒ＜ｓ）（Ｖｐ−Ｖｍ）＋（Ｒｓ／Ｒ
４）Ｖｍとなる。従って、逆変換後の振動レベルＶｐ’
は、出力信号Ａのレベルに比例した値となり、以下のよ
うに、演算部（４２）及び比較部（４３）により、精度
及び信頼性の高いノック判定処理が行われる。

演算部（４２）は、逆変換後の振動レベルＶｐ’に含ま
れる種々の変動成分に対し、ある程度追従するスレッシ
ョルドＶ　Ｔ　ｌを算出する。即ち、振動レベルＶｐ’
を平均化処理した後、増幅し且つオフセットを加算し、
最終的にノックの判別に用いられるスレッショルドＶ　
ｙ　Ｈとする。

比較部（４３）は、振動レベルＶｐ’とスレッショルド
Ｖア、とを比較し、振動レベルＶｐ’がスレッショルド
７丁、を越えたとき、ノッキングの発生を示すノック判
別信号Ｖｋを出力する。このノック判別信号Ｖｋに応じ
て、Ｅ　ＣＵ　（４０）内の遅角反映処理部は、ノック
抑制に必要な遅角量Δθ真を演算し、前述の０式に基づ
いて遅角制御角θ８を生成し、制御対象となる気筒の点
火位１を遅角（ノック抑制）側に補正する。

このとき、出力信号Ａのレベルが小さい場合でも、ＡＤ
変換器（３）でデジタル変換されるまでは、大レベルに
変換された信号として処理されるので、信号処理精度が
向上する。

尚、上記実施例では、振動レベルＶｐを生成するための
インタフェース回路（２０）をピークホールド回路（２
６）で構成したが、積分器で構成しても同等の効果を奏
する。

又、点火時期を遅角制御する場合を示したが、他の制御
パラメータをノック抑制側に遅角制御するようにしても
よい。

更に、Ｅ　ＣＵ　（４０）内に逆変換処理部（４１）を
設けたが、演算部（４２）における処理時間の延長を無
視することができれば、逆変換処理部（４１）を省略し
て演算部（４２）内に同等の逆変換機能を設けてもよい
。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、ノックセンサの出力信
号を増幅する増幅器を設けると共に、ノックセンサの出
力信号のレベルに応じて増幅ゲインを切替える増幅特性
切替手段を設け、出力信号レベルが低いときには増幅ゲ
インを大きく、出力信号レベルが高いときには増幅ゲイ
ンを小さく設定するようにしたので、出力信号のレベル
によらず精度及び信頼性を向上させた内燃機関用ノック
検出装置が得られる効果がある。

又、この発明の別の発明によれば、増幅ゲインの切替変
化を相殺するように振動レベルを逆変換するための逆変
換処理部を更に設け、増幅ゲインが大きく設定されたと
きには振動レベルを減衰させ、増幅ゲインが小さく設定
されたときには振動レベルを増大させることにより、振
動レベルをノックセンサの出力信号に比例した値に補正
するようにしたので、ＥＣＵ内の演算処理負担を増大さ
せることなく、出力信号のレベルによらず精度及び信頼
性を向上させた内燃機関用ノック検出装置が得られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図内の増幅器の増幅特性を示す特性図、第３図は第１
図内の逆変換処理部の逆変換特性を示す特性図、第４図
は従来の内燃機関用ノック検出装置を示すブロック図、
第５図は第４図に示した従来装置の動作を示す波形図、
第６図は運転状態の違いよるノックセンサの出力信号の
変動を示す特性図である。 （１）・・・ノックセンサ （２０）・・・インタフェース回路 （２７）・・・増幅器 （４１）・・・逆変換処理部 Ｒｓ・・・調整抵抗器　　　Ｒ，、Ｒ，・・・分圧抵抗
器Ｔｒ５・・・トランジスタ Ａ・・・ノックセンサの出力信号 Ｖｐ・・・振動レベル Ｖｐ・・・逆変換後の振動レベル Ｖ？ＩＩ・・・スレッショルド　Ｖｋ・・・ノック判別
信号面、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の振動を検出するノックセンサと、この
   ノックセンサの出力信号に基づく振動レベルを生成する
   インタフェース回路と、 前記振動レベルに基づいてノック判別用のスレッショル
   ドを生成する演算手段と、 前記振動レベルが前記スレッショルドを越えたときにノ
   ック判別信号を出力する比較手段とを備えた内燃機関用
   ノック検出装置において、前記ノックセンサの出力信号
   を増幅する増幅器を設けると共に、 前記ノックセンサの出力信号のレベルに応じて前記増幅
   器の増幅ゲインを切替える増幅特性切替手段を設け、 前記ノックセンサの出力信号のレベルが低いときには増
   幅ゲインを大きく、前記ノックセンサの出力信号のレベ
   ルが高いときには前記増幅ゲインを小さく設定するよう
   にしたことを特徴とする内燃機関用ノック検出装置。
2. （２）増幅ゲインの切替変化を相殺するように振動レベ
   ルを逆変換するための逆変換処理部を更に設け、逆変換
   後の振動レベルをノックセンサの出力信号に比例した値
   に補正することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の内燃機関用ノック検出装置。