JPH04143442A - 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関の
ノックを検出する装置に関し、特に小形化を実現した内
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３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
Ａ′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（２
２）の出力信号Ａ′とバックグランドレベルＢＧＬとを
比較して出力信号へ′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Ｖ、に変換するＡＤ変換器である。

（４）はＡＤ変換器（３）の出力信号■７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）　（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、を生成する遅角反映処理部（４５）を備えてい
る。

次に、第４図の波形図を参照しながら、第３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
前の位置（Ｂ５°）より進角側で点火され、混合気の爆
発は、ＴＤＣから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４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８７５°程度、立ち下がりがＢ５°程
度に設定され、レベルがｒＨＪ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。

ノック検出回路（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ｒＨ，レベルとする。積分器（
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Ｖ、に変換
してＥＣＬＪ（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θ、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θ９に今回の遅角量Δθ飄を累積加算して、今回の遅
角制御角θアを生成する。従って、今回の遅角制御角θ
、は、 θ、＝θ、十Δθ８　　　　　　・・・■で表わされる
。又、■式において、今回の遅角量Δθ、は、 八〇ｍ　＝　Ｖ　＊　ｘ　Ｌ 但し、Ｌ：反映率 で表わされる。

［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、ノッ
ク周波数（例えば、５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）を通過させ
るためのフィルタ（２１）を必要としているので、小形
化を実現することができない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、フィルタを不要とすることにより、小形化を
実現し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、インタフ
ェース回路にローパスフィルタ機能を含むピークホール
ド回路を設け、ローパスフィルタのカット周波数をノッ
ク周波数の上限値に設定したものである。

［作用］ この発明においては、インタフェース回路内のピークホ
ールド回路が、ＥＣＵに入力される振動レベルを生成す
ると共に、ノック周波数の上限値以上の周波数をカット
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ブロック図であり、（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
のピークレベル即ち振動レベルＶｐを出力するピークホ
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。

尚、ピークホールド回路（２６）に対するリセット信号
Ｒ′は、Ｅ　ＣＵ　（４０）から内燃機関の回転に同期
して生成される。このリセット信号Ｒ′は、例えば前述
のマスク信号Ｍに相当しており、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
（点火直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、各気筒の基準
位置Ｂフ５°におけるピークレベルを生成し、これをＡ
Ｄ変換器を介して、振動レベルＶｐとしてＥ　ＣＵ　（
４０）に入力するようになっている。

Ｅ　ＣＵ　（４０）は、気筒点火毎に得られる振動レベ
ルＶｐを平均化処理してノック判別用のスレッショルド
を生成する演算部と、振動レベルＶｐがスレッショルド
を越えたときにノック判別信号を出力する比較部と、ノ
ック判別信号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θ、を生成する遅角反映処理部と、各気
筒のクランク角に基づいてリセット信号Ｒ′を出力する
リセット信号制御部とを備えている。

第２図はインタフェース回路（２０）を具体的に示す回
路図である。

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、
Ｃ１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。Ｔｒ２はコンデンサＣ１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Ｃ８の充電側に接続され、リセット信号Ｒ′がベース
に印加されている。又、Ｒ，はトランジスタＴｒ＋のベ
ースに挿入された抵抗器であり、トランジスタＴｒ＋を
介したコンデンサＣ１と共にＣＲ時定数回路を構成して
いる。

増幅器（２））において、Ｔｒ３及びＴｒｎは増幅トラ
ンジスタ、Ｒ１は増幅トランジスタＴｒｓ及びＴｒ４の
帰還抵抗器である。この場合、増幅器（２７）は半波増
幅器で構成されている。

ゲイン調整器（２８）において、Ｒｏはノックセンサ（
１１）に並列接続されたマツチング抵抗器、Ｒ１及びＲ
２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。

次に、第１図及び第２図に示したこの発明による内燃機
関用ノック検出装置の動作について説明する。

まず、所定ゲインの増幅器（２７）に対して、ゲイン調
整器（２８）の分圧抵抗器Ｒ１及びＲ８の抵抗値を選択
することにより、出力信号Ａに対する増幅ゲインを予め
設定する。

ノックセンサ（１）は、前述と同様に内燃機関駆動用の
気筒の振動を検出し、ノック状態を検出するための出力
信号Ａを生成する。又、Ｅ　ＣＵ　（４０）は、気筒の
点火毎に、ノックセンサ（１）の出力信号Ａのピークレ
ベルをＡＤ変換し、振動レベルＶｐとして取り込む。

このとき、インタフェース回路（２０）内のピークホー
ルド回路（２６）は、増幅後のノックセンサ（１）の出
力信号Ａのピークレベルを保持する。このピークレベル
は、ＡＤ変換器（３）によりデジタルの振動レベルＶｐ
に変換された後、Ｅ　ＣＵ　（４０）に入力される。

Ｅ　ＣＵ　（４０）内のリセット信号制御部は、クラン
ク力位ＩＢフ５°での振動レベルＶｐがサンプリングさ
れると、リセット信号Ｒ′を立ち上げてピークホールド
回路（２６）を基準位置Ｂ７５°（実際にはＲ７５゜の
わずか後）でリセットする。

ピークホールド回路（２６）は、リセット信号Ｒ′がオ
ンの閏はリセットされ続け、リセット信号Ｒ′の立ち下
がりの時点（例えばＢ５°）から動作を開始する。

各気筒のクランク角位置Ｒ７５°毎に得られる振動レベ
ルＶｐは、ノックセンサ（１）の出力信号Ａの変動に応
じてサンプリングサイクル毎に変動する。

このとき、所定クランク角Ｂ５°より進角側においては
、出力信号Ａがリセットされているので、点火時の気筒
のバルブノイズや電磁ノイズが重畳されることはない。

又、出力信号Ａの変動にはノック及びノック以外のノイ
ズが含まれているが、振動レベルＶｐの経時変化等を考
慮すると、ノックを確実に検出するためには、振動レベ
ルＶｐにある程度追従するスレッショルドを求める必要
がある。従って、ＥＣＵ　（４０）内の演算部は、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
ョルドを算出する。このスレッショルドは、エンジンサ
イクル毎の変動のバラツキ等が抑制され、信頼性の高い
値となる。

Ｅ　ＣＵ　（４０）内のノック検出手段となる比較部は
、振動レベルＶｐとスレッショルドレベルとを比較し、
振動レベルＶｐがスレッショルドを越えたとき、ノッキ
ングの発生を示すノック判別信号を出力する。もしノッ
ク判別信号が得られた場合、遅角反映処理部は、ノック
抑制に必要な遅角量Δθ訊を演算し、前述の０式に基づ
いて、遅角制御角θ勇を求める。この遅角制御角θ１に
より、制御対象となる気筒の点火位置は遅角側に補正さ
れ、ノックは発生しなくなる。一方、比較部においてノ
ック判別信号が出力されない場合は、遅角量Δθ糞が０
となり、遅角制御角θ、は前回の値のままとなる。

このとき、ピークホールド回路（２６）内のコンデンサ
Ｃ８は、ピークレベルを出力すると共に、抵抗器ＲＦと
共振してローパスフィルタ機能を果たす。

即ち、トランジスタＴｒ＋の電流増幅度をｈ　ｔｏとす
れば、ローパスフィルタのカット周波数ｆは、ｆ　＝　
ｈ　、、／２πＣ、Ｒ，・・・■で表わされる。但し、
■式中、Ｃ６及びＲ１はそれぞれコンデンサＣＩ及び抵
抗器Ｒ，の静電容量値及び抵抗値である。又、トランジ
スタＴｒ＋の電流増幅度ｈｇａは、通常、１００程度の
値である。コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ７の各位は、カ
ット周波数ｆが３６ｋＨｚ程度となるように設定される
。これにより、ノック周波数から逸脱したノイズ周波数
は除去され、振動レベルＶｐに含まれることはない。

このように、ピークホールド回路（２６）にローパスフ
ィルタｍ＊を含ませることにより、フィルタを設ける必
要はなくなり、小形化が実現する。

又、図示したように、増幅器（２７）を半波増幅器とす
れば、インタフェース回Ｎ　（２Ｇ）内で信号処理可能
なダイナミックレンジが拡大し、更に、増幅器（２））
の入力側に接続されたゲイン調整器（２８）の回路定数
を調整すれば、出力信号Ａの増幅ゲインが適性に調整さ
れるので、振動レベルＶｐのバラツキを解消することが
でき、信頼性が高く精度の良いノック検出を行うことが
できる。

尚、上記実施例では、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。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、インタフェース回路に
ローパスフィルタ機能を含むピークホールド回路を設け
、ローパスフィルタのカット周波数をノック周波数の上
限値に設定したので、フィルタが不要となり、小形化を
実現し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図はこの発明による内燃機関用ノック検出装置の一
実施例を示すブロック図、第２図は第１図内のインタフ
ェース回路を具体的に示す回路図、第３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４図は第３
図に示した従来装置の動作を示す波形図である。 （１）・・・ノックセンサ　　Ａ・・・出力信号（２０
）・・・インタフェース回路 （２６）・・・ピークホールド回路 Ｃ８・・・コンデンサ　　　ＲＦ・・・抵抗器Ｖｐ・・
・振動レベル 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、 前記インタフェース回路にローパスフィルタ機能を含む
   ピークホールド回路を設け、 前記ローパスフィルタのカット周波数をノック周波数の
   上限値に設定したことを特徴とする内燃機関用ノック検
   出装置。