JPH04143444A - エンジンの異常検出装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、エンジンの異常を検出する異常検出装置に
関する。

（従来の技術） 一般に、ピストンリングや吸、排気バルブの偏摩耗ある
いはシリンダヘットボルトの緩みなどエンジン各部の異
常に対しては、官能的な評価により判断していることが
多い。これに対し、エンジンの燃焼時に発生する異常と
して点火時期を速め過ぎることにより発生するノッキン
グがあるが、このノッキングに対しては、例えば特開昭
５９−１２５０３４号公報に記載されたようなノック検
出装置がある。これは、気筒内の圧力を検出する筒内圧
センサ（ノックセンサ）を設け、この筒内圧センサの検
出出力からノッキング信号及び吸気バルブ着座信号を検
出してノッキング判定出力を算出するとともに、吸気バ
ルブ着座信号に基づきノッキング判定出力の補正出力を
算出し、この補正出力によりノッキング判定出力に含ま
れる吸気バルブ着座振動に起因するエンジン振動による
誤差を補正し、これにより実際に発生しているノッキン
グの検出精度を高めている。

（発明が解決しようとする課題） このように、ノッキングに対しては専用のセンサを設け
て異常を検出しているので、この異常検出は精度よく行
われ、これに基づき点火時期を遅らせるなどの所望の制
御が可能であり、異常発生に対し速やかに対処できる。

これに対し、ピストンリングや吸、排気バルブの偏摩耗
あるいはシリンダヘッドボルトの緩みなどエンジン各部
の異常に対しては、前述したように点検時に官能的評価
により判断していることが多いため、場合によっては異
常を発見できない恐れがある。

そこでこの発明は、ピストンリングや吸、排気バルブの
偏摩耗あるいはシリンダヘッドボルトの緩みなどエンジ
ン各部の異常を、ノッキング検出と同様に自動的に判定
することで、異常検出を容易にすることを目的としてい
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前述した課題を解決するためにこの発明は、第１図に示
すように、エンジンの振動を検出する振動検出手段５と
、振動検出手段５の検出した振動信号を複数の振動モー
ドが得られるよう周波数分析する周波数分析手段９と、
周波数分析手段９からの出力信号を基にエンジンのノッ
キングを判定するノック判定手段１１と、ノック判定手
段１１がノッキングなしと判定したとき前記周波数分析
手段９により分析された所定の周波数帯に着目してエン
ジンの異常を判定する異常判定手段１３とを有する構成
としである。

（作用） エンジン振動が振動検出手段５により検出され、この振
動信号は周波数分析手段９により複数の振動モードに分
析され、周波数分析された振動モードに基づきノック判
定手段１１によりエンジンのノッキングが判定される。

このノック判定において、ノックなしと判定されたとき
、周波数分析手段９により分析された所定の周波数帯に
着目して異常判定手段１３がエンジンの異常を判定する
。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づき説明する。

第２図に示す車両用エンジン１には、エンジン回転数を
検出するクランク角センサ３及び、エンジン振動を検出
する振動検出手段としてのノックセンサ５が取り付けら
れている。ノックセンサ５は例えばエンジン振動を圧電
素子により電気信号に変換するもので、これにより検出
されるエンジン振動信号は、制御回路７に入力される。

クランク角センサ３の検出信号も制御回路７に入力され
る。制御回路７は、周波数分析手段としてのバンドパス
フィルタ９と、バンドパスフィルタ９からの出力信号に
基づきノック発生を判定するノック判定手段としてのノ
ック判定回路１１と、ノック判定回路１１がノックなし
と判定したときエンジンの異常を判定する異常判定手段
としての異常判定回路１３とを備えている。

バンドパスフィルタ９は、ノックセンサ５が検出した振
動信号を例えば第３図のように周波数分析し、ノック信
号として処理する。ノック判定回路１１は、このノック
信号とノック発生時に相当する基準値とを比較してノッ
ク発生を判定し、この判定結果により点火時期制御回路
１５を介してエンジン１の図示しない点火プラグに対し
て点火時期制御を行う。異常判定回路１３は、ノック判
定回路１１がノックなしと判定したとき、バンドパスフ
ィルタ９により周波数分析された振動信号に対し、エン
ジンの所定部位が異常になると顕著な傾向を示す所定の
周波数帯に着目してエンジンの異常を判定する。

ピストンの異常を判定する際には、第３図における低周
波数側のＡ周波数帯を利用す゛る。このＡ周波数帯は、
エンジンの異常を示すピストンスラップによる影響が大
きい領域であり、これは論文などにより公知となってい
る。ピストンピンのオフセットが異常であると、ピスト
ンが傾きライナへの衝撃力が大きくなりライナ振動が大
きくなって上記Ａ周波数帯の出力が大きくなる。また、
ピストンリングの偏摩耗についても同様で、偏摩耗する
ことによりライナに当たる部位が少なくなり、少なくな
った分うイチに当たる際の振動入力が大きくなり、上記
同様にへ周波数帯の出力が大きくなる。

次に、上記構成からなるエンジンの異常検出装置の動作
を第４図のフローチャートに基づき説明する。まず、ノ
ックセンサ５によりエンジンの振動を検出してセンサ出
力Ｓを読み込み（ステップ４０１）、この出力信号Ｓを
バンドパスフィルタ９により第３図のように周波数分析
する（ステップ４０３）。次にクランク角センサ３によ
りエンジン回転数Ｎｅを読み込む（ステップ４０５）。

上記周波数分析されるエンジン振動信号は、例えば相互
に重複しない周波数通過帯域を備えたバンドパスフィル
タ９を複数用い、複数の周波数帯域毎に各バンドパスフ
ィルタ９を通して周波数分析したものでよい。これによ
り得られる複数の周波数帯域のノック振動モードの総和
を求め、この総和と、非ノツク時でのノックセンサ８力
で作る基準信号との差を求めることでノッキングの判定
を行う（ステップ４０７）。そして、求めた値が基準値
以上のノック発生時には点火時期制御回路１５により点
火プラグの点火時期を遅角制御しくステップ４０９）、
ノッキングを抑制する。

上記ステップ４０７で、ノックなしと判定されたときは
、第３図におけるへ周波数帯を図示しない積分器にて積
分し、出力信号の強度を計測する（ステップ４１１）。

次に、上記算出した積分値ＳａをＡ周波数帯における所
定サイクル数Ｎｃで割って平均値Ｓ　ａｖａを算出する
（ステップ４１３）。そして、この平均値Ｓ　ａｖａが
所定値Ｓａｏより大きいかどうかを判定する（ステップ
４１５）。所定値Ｓａｏは、第５図に示すように機関回
転数Ｎｅが大きくなるに従い、ライナ振動が減衰する前
に次の入力が重なって徐々に増大する。ここで、平均値
Ｓ　ａｖａが所定値Ｓａｏより大きいと、ピストンリン
グの偏摩耗あるいはピストンピンのオフセット異常が発
生していると判断する（ステップ４１７）。このような
エンジンの異常発生は、例えば車室内にその旨を表示す
るかあるいは音声出力することで、運転者に警告するこ
とができる。平均値Ｓ　ａｖａが所定値Ｓａｏ以下のと
きは、ピストンリングの偏摩耗などのエンジン異常は発
生していないことになる（ステップ４１９）。

このように、ピストンリングの偏摩耗あるいはピストン
ピンのオフセット異常などのエンジン異常をノックセン
サ５を利用して自動的に検出するようにしたので、異常
発生を的確に把握でき、この異常に対して速やかに対処
することができる。

第６図はこの発明の第２の実施例を示すフローチャート
である。

この実施例は、シリンダヘッドボルトの緩みや吸、排気
バルブ、バルブガイドの摩耗の異常を判定する際に、第
３図における高周波数側の８周波数帯を利用している。

この８周波数帯は、吸、排気バルブの着座ノイズによる
影響が大きい領域であり、これについても前記Ａ周波数
帯と同様論文などにより公知となっている。ここでは、
ステップ４０１から４０９までは前記第４図のフローチ
ャートと同様であり、ステップ６１１で第３図における
８周波数帯を図示しない積分器にて積分して出力信号の
強度を計測し、次に上記算出した積分値ｓｂを８周波数
帯における所定サイクル数ＮＣで割って平均値Ｓ　ａｖ
ｂを算出する（ステップ６１３）。

そしてこの平均値Ｓ　ａｖｂを利用し、次式に基づきエ
ンジンの異常を判断する（ステップ６１５）。

１−　（Ｓａｖｂ　／５ｂｏ）　　ｌ≦εここで、Ｓｂ
ｏは、第７図に示すように機関回転数Ｎｅが太き（なる
に従い、吸、排気バルブの着座振動が減衰する前に次の
入力が重なって徐々に増大する所定値であり、εも所定
値である。

１−　（Ｓａｖｂ　／５ｂｏ）　　ｌ　＞ｔのときはス
テップ６１７で、５ａｖｂ　／Ｓｂｏ＜１−５の判断が
なされる。ここで、５ａｖｂ／Ｓｂｏ≧１−εのときは
吸。

排気バルブあるいはバルブガイドの偏摩耗などが発生し
てバルブが片当りを起こしていることになる（ステップ
６１９）。一方、ステップ６１７でＳ　ａｖｂ　／　Ｓ
　ｂｏ＜　１−εのときは、正常時の着座ノイズが、シ
リンダヘッドボルトの締め付は力が小さくなって振動伝
達が少なくなったことを示す（ステップ６２１）。

前記ステップ６１５でｌ　１−　（Ｓｘｖｂ　／Ｓｂｏ
）≦εのときは、吸、排気バルブあるいはバルブガイド
の偏摩耗やシリンダヘッドボルトの緩みなどのエンジン
異常は発生していないことになる（ステップ６２３）。

このように、この実施例においても吸、排気バルブある
いはバルブガイドの偏摩耗やシリンダヘッドボルトの緩
みなどのエンジン異常をノックセンサ５を利用して自動
的に検出するようにしたので、異常発生を的確に把握で
き、このようなエンジンの異常発生についても前記実施
例と同様に、例えば車室内にその旨を表示するかあるい
は音声出力することで、運転者に警告することができ、
異常に対して速やかに対処することができる。

第８図は、この発明の第３の実施例を示すフローチャー
トである。

この実施例は、機関の低中速運転時のトルクと高速運転
時の出力向上を両立する目的で、運転状態に応じて吸気
バルブまたは排気バルブのリフト特性を異ならせ、これ
によって吸排気のタイミングあるいは吸排気量を制御す
る可変動弁機構の異常を検出するためのものである。こ
の可変動弁機構の一例としては、例えば機関の低中速運
転時に低速用カムに従いメインロッカシャフトを中心と
して揺動し吸（排）気バルブを開閉駆動するメインロッ
カアームと、このメインロッカアームに対しシャフトを
介して相対的に揺動可能なサブロッカアームとを備えた
ものがある。この場合、サブロッカアームは、機関の高
速運転時にサブロッカアームをメンロッカアームに機械
的に結合して一体化し、高速用カムに従ってメインロッ
カアームとともに揺動して４（排）気バルブを開閉駆動
する。したがって、この場合低速運転時と高速運転時と
では可変動弁機構における機械的振動が異なることにな
り、これを基に可変動弁機構の切り換え異常を検出する
。

この実施例では、ステップ４０１から４０９までは前記
第４図のフローチャートと同様であり、ノックセンサ出
力Ｓの周波数分析後、ステップ７１１でエンジン回転の
２次や３次などの所定の周波数帯で、第９図のように出
力振幅Ｓｉを得る。

そして、次のステップ７１３て可変動弁機構が切換わる
命令の信号のオン、オフが判断される。切換え信号がオ
ンのときは、前回のバンドパスフィルタによる出力振幅
Ｓ　ｉ−１を読み込み（ステップ７１５．７１７）、Ｓ
ｔと５１−１との差の絶対値＄＝　ｌ　Ｓ　１−８ｉ−
１１をとる（ステップ７１９）。

次に、この絶対値＄と所定値＄０とを比較しくステップ
７２１）　、＄＞＄０であれば可変動弁機構の切換えが
あったとしくステップ７２３）、正常に作動したと判断
する（ステップ７２５）。＄≦＄０のときは、切換え信
号がオンにも拘らず可変動弁機構の切換えがなされてい
ないと判定しくステップ７２７）、可変動弁機構の切換
え動作の異常を検出して（ステップ７２９）、前記各実
施例と同様に警告を発生する。これにより、異常発生を
的確に把握でき、この異常に対して速やかに対処するこ
とができる。

次のステップ７３１，７３３では、上記出力振幅Ｓｉを
ストアし、次の判断に備える。

なお上記各実施例において、ノック発生を判定する際に
、複数の周波数帯域の信号を用いることで、次のような
利点がある。

（１）ノック周波数モードは複数存在するが、常にすべ
てのモードでノック信号が発生するとは限らない。この
ため、１つのモードのみでノック判定を行うと、ノック
が発生しても検出できないことがある。したがって、複
数のモードの信号でノック判定することで精度良い検出
が可能となる。

（２）エンジン回転数に対し信号が発生しやすいノック
周波数モードが変化する。また、ノイズの乗りやすい（
大きくなる）ノック周波数モードも変化し、全モードに
対してもエンジン回転数の上昇とともにノイズは大きく
なる。このため、複数のノック周波数モードの信号でノ
ック判定することで精度良いノック検出が可能となる。

（３）第２図に示すように、エンジンに１つのノックセ
ンサ５を設けた場合、ノックセンサ５からの距離によっ
て気筒毎に信号の発生しやすいノック周波数モードが変
わり、またエンジンの個体差もあるので、複数のノック
周波数モードに着目することによってノック検出精度の
向上が可能となる。

以上のような理由で、複数の周波数帯域の信号を用いる
と、精度良いノック検出が可能となり、このようなノッ
ク検出を行うためのノックセンサ５を利用することによ
り、ピストンやシリンダヘッドボルトの緩みなどのエン
ジン異常を、この異常検出のために新たな部品を設ける
ことなく検出できる。

［発明の効果コ 以上説明してきたようにこの発明によれば、ノッキング
を判定すべくエンジン振動を検出する振動検出手段の出
力信号を周波数分析し、ノッキングが発生していない場
合にこの周波数分析した振動信号の所定の周波数帯に着
目して、エンジンの異常を判断するようにしたので、官
能評価によらずエンジンの異常発生を的確に把握でき、
この異常に対して速やかに対処することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図はこの発明
の一実施例を示す構成ブロック図、第３図は周波数分析
例を示す説明図、第４図はこの発明の制御動作を示すフ
ローチャート、第５図は所定値Ｓａｏの特性図、第６図
は第２の実施例を示すフローチャート、第７図は所定値
Ｓｂｏの特性図、第８図は第３の実施例を示すフローチ
ャート。第９図は可変動弁機構の切換え時付近のフィル
タ出力特性図である。 ５・・・振動検出手段 ９・・・周波数分析手段 １１・・・ノック判定手段 １３・・・異常判定手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの振動を検出する振動検出手段と、振動検出手
   段の検出した振動信号を複数の振動モードが得られるよ
   う周波数分析する周波数分析手段と、周波数分析手段か
   らの出力信号を基にエンジンのノッキングを判定するノ
   ック判定手段と、ノック判定手段がノッキングなしと判
   定したとき前記周波数分析手段により分析された所定の
   周波数帯に着目してエンジンの異常を判定する異常判定
   手段とを有することを特徴とするエンジンの異常検出装
   置。