JPH0465638A - エンジンのノッキング検出装置 - 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］ （産業上の利用分野） この発明は、エンジンのノッキングを検出するノッキン
グ検出装置に関する。

（従来の技術） 一般に、燃焼室内における未燃焼部分のガスの圧縮着火
とされているエンジンのノッキングは、出力や熱効率の
低下を招く。このため、その対策を講じる必要があるが
、ノッキング対策としては、オクタン価を高めたり、エ
ンドガスの温度、圧力を下げるなどの方法があるが充分
てはなく、このため従来ではエンジンの振動を検出する
ノックセンサを設けてノック発生を検出し、これに基づ
き点火時期を遅らせるよう進角量を制御している。

このようなノックセンサを設けたエンジンのノッキング
検出装置としては、特開昭６４−５４２２７号公報に記
載されているものがある。これは、ノックセンサの検出
した振動信号を、所定の周波数帯域で通過させるバンド
パスフィルタにより通過させ、この通過した振動信号を
ノック発生時に相当する基準値と比較してノック発生を
判定するとともに、ノックセンサの出力信号を受けてノ
ック振動の周波数かバンドパスフィルタの通過帯域内に
入るよう、二の帯域を狭く変更するものである。バンド
パスフィルタの周波数通過帯域を狭く設定する理由は、
通過帯域が広いと、ノイズの通過ｆｆｉか多く、そのた
めＳ／Ｎ比（信号／ノイズ比）か低下して微小ノックの
発生に対して検出が困難となり、検出精度か低下するこ
とによる。

コノ場合、バントパスフィルタは帯域が変更するノック
制御用フィルタ１つと、帯域変更用フィルタ２つとが設
けられており、これら３つのバンドパスフィルタの周波
数通過帯域は、帯域変更かノック制御用フィルタによる
ノック検出後の３つのバンドパスフィルタの出力値のピ
ーク値に基づくため、互いに重複している。帯域変更の
際には、各バンドパスフィルタを通過したエンジン振動
信号のビークレベルで各フィルタの中心周波数を重み付
けして平均周波数を求め、この平均周波数を実際のノー
ツク周波数とし、このノック周波数をノック制御用フィ
ルタの中心周波数としている。

（発明か解決しようとする課題） ところか、このような従来のエンジンのノッキング検出
装置は、ノック制御用フィルタの周波数帯域を狭くする
ことてノイズの通過量を少なくできるものの、この帯域
でのノック発生が前提条件となっているため、狭く設定
した周波数帯域内に必ずしもノック周波数が入っている
とは限らず、ノック検出精度が充分ではない。

また、多気筒エンジン、例えば第１１図に示すように各
気筒が左右４気筒づつ２つの気筒グループに分けて配置
される■型８気筒エンジンでは、ノックセンサの設置位
置から各気筒まての距離が異なり、特にノックセンサか
ら遠い位置にある気筒については、検出される振動信号
が実際の振動レベルより小さいものとなり、ノッキング
が発生した場合でも、これを検出しない場合がある。第
１２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１１図のＡ。

Ｂ、Ｃ（Ａ側がエンジン前方）の各位置にノックセンサ
を設置した場合の各気筒１〜８において強制的にノッキ
ングを発生させたときのＳ／Ｎ比（信号／ノイズ比）を
示したもので、これによればノックセンサから遠い位置
にある気筒の振動レベル、例えばＡ位置にノックセンサ
を設置した場合では、第１２図（ａ）に示すように５．
６．７８の各気筒の振動レベルかノック発生にも拘らず
低いものとなっている。この第１２図のデータは、エン
ジン回転数か２００Ｏｒ　ｐｍで振動周波数が１２ＫＨ
ｚのときのものである。第１３図（ａ）（ｂ）、（ｃ）
はエンジン回転数が４０００ｒｐｍで振動周波数か１２
ＫＨｚのときのものを示している。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たしので、ノック検出精度をより向上させることを目的
としている。

［発明の構成コ （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
すように多気筒エンジン１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
動モードか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により得られた複数の振動モー
ドに対して各気筒毎に振動検出手段からの距離を考慮し
て振動レベルを演算する振動レベル演算手段１１と、振
動レベル演算手段１１により演算された振動レベルに基
づきノッキングの判定を行うノック判定手段１３とを有
する構成としたものである。

（作用） エンジン振動が振動検出手段５で検出され、この検出信
号は周波数分析手段９により周波数分析されて複数の振
動モードが得られる。得られた複数の振動モードは、振
動レベル演算手段１１により各気筒毎に振動検出手段か
らの距離を考慮して振動レベルが演算され、この演算さ
れた振動レベルに基づきノック判定手段１３かノッキン
グの判定を行う。

（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図に示すような、車両用として用いられる多気筒エ
ンジン１は、第３図のように各気筒が左右バンクに４気
筒づつ２つの気筒グループに分けて配置されるＶ型８気
筒エンジン（第３図中で上部側がエンジン前方）であり
、このエンジン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８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、例えばエンジンの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、制御装置７に入力される。クランク角
センサ３の検出信号も制御装置７に入力される。

制御装置７は、周波数分析手段としてのバンドパスフィ
ルタ９と、振動レベル演算手段としての振動レベル演算
回路１１と、ノック判定手段としてのノック判定回路１
３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所定の周波数帯域で通過さ
せ、例えば第４図のように周波数分析する。この第４図
はエンジン回転数が２００Ｏｒｐｍのときのノック発生
時ての周波数分析例を示している。振動レベル演算回路
１１は、周波数分析されて得られた複数の周波数帯域の
振動モードｆｌ、ｆ２．ｆ３．ｆ４ｆ５に対し、そのと
きのエンジン回転数及び、ノックセンサ５が設置された
位置と点火時の各気筒との距離を考慮して実際の振動レ
ベルを演算する。

このため、制御装置７の図示しないメモリ（ＲＯＭ）に
は、ノックセンサ５と各気筒との距離かあらかじめ記憶
されている。上記振動モードｆｌ。

ｆ２．ｆ３．ｆ４．ｆ５は、シリンダのボア径によって
決まる値であり、ボア径が同してあればこれら各振動モ
ードの多値は同一である。ノック判定回路１３は、振動
レベル演算回路１１て演算された振動レベルと、非ノツ
ク時でのノックセンサ出力で作る基準信号とを比較して
ノッキングの判定を行う。

制御装置７の出力信号は点火時期制御回路１５に入力さ
れており、点火時期制御回路１５はこの入力信号に基づ
いてエンジン１の図示しない点火プラグに対し点火時期
制御を行う。

次に、上記構成からなるエンジンのノッキング検出装置
の動作を第５図のフローチャートに基づき説明する。ま
ず、クランク角センサ３によりエンジン回転数Ｎｅを読
み込み（ステップ１０１）、点火気筒を判定する（ステ
ップ１０３）。点火気筒の判定は、各気筒に設けられる
点火プラグへの点火信号を読み込むことで行われる。次
にノックセンサ５によりエンジン１の振動を検出しくス
テップ１０５）、検出された振動信号Ｓｔは第４図のよ
うにバンドパスフィルタ９を通して周波数分析され（ス
テップ１０７）、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Ｍｉｊ（ｆｌ。

ｆ２．ｆ３．ｆ４．ｆ５）が読み込まれる（ステップ１
０９）。

次に、読み込まれたノック振動モードＭｉｊ、ノックセ
ンサ５と点火気筒との□距離ｆｉｔ及びエンジン回転数
Ｎｅを基にノックレベルＳ１ｊを次式に基づき計算する
（ステップ１１１）。

Ｓ　ｉｊ−ＭｉｊＸ　（ｆｆ　ｉ　）　Ａここで、ｉは
気筒番号て、ｊは周波数モード（ｆｌ、ｆ２．ｆ３．ｆ
４．ｆ５）を示している。このため、読み込まれるノッ
ク振動モードＭｉｊは、１、つの気筒につき５つ、例え
ば気筒番号１の気筒についてみれば、Ｍｌ　ｆｌ　、Ｍ
ｌ　ｆ２．Ｍｌ　ｆ３　。

Ｍ１ｆ４．Ｍｌｆ５か存在し、これに伴いノックレベル
Ｓｉｊも１つの気筒につき５つ存在することになる。ま
た、Ａはエンジン回転数Ｎｅ、周波数モードｊ及び点火
気筒によって決まる指数で、これらの関係は第６図（ａ
）、（ｂ）のように表される。第６図（ａ）は、第３図
における左バンクの気筒（ｉ−１，３，５，７）につい
ての実験データで、第６図（ｂ）は同右バンクの気筒（
＋　−２，４，６，−８）についての実験データである
。

これによれば、エンジン回転数Ｎｅの上昇に伴い指数Ａ
は小さくなっている。これは、エンジン回転数Ｎｅの上
昇に伴いノイズの影響でノック振動モードＭｉｊも高く
なるので、（１ｉ　）　Ａ、すなわちＡが固定値のまま
であると、実際のノック検出値とは掛は離れたものとな
って整合せず、指数Ａを小さくすることて整合させるた
めである。

計算されたノックレベルＳｉｊは、基準値Ｓ　ｏｉｊと
比較され、これに基づきノッキングの判定を行う（ステ
ップ１１３）。基準値５ｏｉｊは、エンジン回転数Ｎｅ
、周波数モードＪ及び点火気筒によって決まる値で、エ
ンジン回転数Ｎｅとの関係においては第７図に示す曲線
にて表されるように、エンジン回転数Ｎｅの上昇に伴っ
て大きくなるよう設定しである。これは、エンジン回転
数Ｎｅの上昇に伴いノイズが増加するためである。基準
値Ｓ　ｏｊｊは、各周波数モードｊに対しノッキングな
しの状態の所定サイクル数の平均をとって決定するか、
あるいはその値をあらかじめメモリに記憶させておく。

ノッキングの判定に際しては、ノックレベルＳｉｊが基
準値Ｓ　ｏｉｊより大きいときノッキングか発生しいて
いるとし、次のステップ１１５にて点火時期制御回路１
５を介して点火プラグの点火進角ｆｆ１（ＡＤＶｉ）が
所定量減しられて遅角制御され、ノッキングか抑制され
る。ノックレベルＳＩＪか基準［５ｏｉｊ以下のときは
、点火進角量（ＡＤＶｉ　）か最大の軸トルクを発生す
るのに必要な最小点火進角（Ｍ　Ｂ　Ｔ　）と比較され
（ステップ１１７）、ＡＤＶｉ　５Ｍ　Ｂ　Ｔのときは
進角量はそのままで（ステップ１１９）　、ＡＤＶｉ　
＜ＭＢＴのときは進角量（ＡＤＶｉ）が所定量加算され
て進角制御される（ステップ１２１）。

前記ステップ１１３でのノック判定は、各気筒毎に５つ
の振動モートについて行う。例えば、１番気筒の５つの
振動モードにおけるノックレベルＳｌｊと基準値Ｓ　ｏ
ｌｊとをそれぞれ比較し、この５つの比較結果のうちＳ
ｉｊ≧Ｓ　ｏｉｊとなる振動モードか多い場合（すなわ
ち多数決）、あるいは１つてもＳｉｊ≧Ｓ　ｏｉｊの条
件を満たした場合にノック発生と判断する。また、５つ
のノックレベルＳｉｊの総和（Ｓ　１ｊ＋　Ｓ　２ｊ＋
　Ｓ　３ｊ＋　Ｓ　４ｊ＋　Ｓ　５ｊ）と、基準値Ｓ　
ｏｉｊの５倍の値（５ＸＳｏｉｊ）とを比較してノック
の判定を行ってもよい。

第８図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、前記第１０図のＡ、
Ｂ、Ｃの各位置にノックセンサを設置した場合の各気筒
１〜８において強制的にノックを発生させた場合のノッ
ク発生時のＳ／Ｎ比（信号／ノイズ比）を示したもので
ある。これによれば、各気筒ての振動レベルは、ノック
センサからの距離に拘らすほぼ同しレベルとなっている
。このデータは、エンジン回転数が２０００　ｒ　ｐｍ
で振動周波数か１２ＫＨｚ（振動モード−ｆ　３に相当
）のときのものである。第９図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
はエンジン回転数か４０００ｒｐｍて振動周波数が１２
ＫＨｚのときのものを示している。この場合でも、各気
筒間での振動レベルは、第８図に比べると多少劣るもの
のほぼ固しレベルを保っている。

このようにノックセンサの設置位置から各気筒まての距
離か異なっていても、この距離を考慮した上で振動検出
値を補正しているので、例えばノックセンサから遠い位
置にある気筒についても、検出される振動信号が実際の
振動レベルに近いものとなり、検出精度が向上する。

また、計算されたノックレベルＳｉｊに重み係数Ｂｊを
乗して重み付けして検出する振動周波数を強調し、より
的確にノック検出を行うようにしてもよい。重み係数Ｂ
ｊは、第１０図に示すように５つの振動モードｆｌ、ｆ
２．ｆ３．ｆ４．ｆ５毎にエンジン回転数Ｎｅに応じて
決まる値で、ｆ３、ｆ４か回転数に拘らず一定で、ｆｌ
、ｆ２が回転数の上昇に伴って小さくなり、ｆ５か回転
数の上昇に伴って大きくなっている。これにより得られ
るノックレベルＬｉｊは、次式で表される。

Ｌ　ｉｊ＝　Ｂ　Ｉ　Ｓ　ｉｌ＋　Ｂ　２　Ｓ　ｉ２＋
　Ｂ　３　Ｓ　ｉ３＋Ｂ４　Ｓｉ４＋Ｂ５　Ｓｉ５ 上記のような重み付けを行うことて、回転数に応した的
確なノック信号か得られ、より高度な制御か可能となる
。

［発明の効果］ 以上説明してきたようにこの発明によれば、振動検出手
段により振動信号を周波数分析することにより得られる
複数の振動モードに対し、振動検出手段が設置された位
置と各気筒との距離を考慮して振動レベルを算出し、こ
れに基づきノッキング発生の判定を行うようにしたので
、ノック検出精度を向上させることができる。

【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図はエンジンへ
のノックセンサの取り付は状態図、第４図はエンジン回
転数が２００Ｏｒｐｍのときの周波数分析例を示す説明
図、第５図は制御動作を示すフローチャート、第６図は
周波数分析した各振動モードの特性図、第７図はエンジ
ン回転数に対するノック判定の際の振動レベル基準値を
示す特性図、第８図はエンジン回転数が２００Ｏｒｐｍ
において各気筒毎にノックを強制的に発生させた場合の
Ｓ／Ｎ比レ比重ベルす説明図、第９図はエンジン回転数
が４０００　ｒ　ｐ、ｍにおいて各気筒毎にノックを強
制的に発生させた場合のＳ／Ｎ比レ比重ベルす説明図、
第１０図エンジン回転数と重ろ係数との相関図、第１１
図はノックセンサの取り付は位置の相違によるＳ／Ｎ比
レ比重ベル定するためのノックセンサ取り付は状態説明
図、第１２図は従来装置によるエンジン回転数か２００
０ｒｐｍにおいての各気筒毎にノックを強制的に発生さ
せた場合のＳ／Ｎ比レ比重ベルす説明図、第１３図は従
来装置によるエンジン回転数が４０００ｒｐｍにおいて
の各気筒毎にノックを強制的に発生させた場合のＳ／Ｎ
比レ比重ベルす説明図である。 １・・・多気筒エンジン ５・・・振動検出手段 ９・・・周波数分析手段 １１・・・振動レベル演算手段 １３・・・ノック判定手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多気筒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
   数分析手段により得られた複数の振動モードに対して各
   気筒毎に振動検出手段からの距離を考慮して振動レベル
   を演算する振動レベル演算手段と、振動レベル演算手段
   により演算された振動レベルに基づきノッキングの判定
   を行うノック判定手段とを有することを特徴とするエン
   ジンのノッキング検出装置。
2. （２）ノック判定手段は、振動レベル演算手段により演
   算された振動レベルをエンジンの回転状態に応じて重み
   付けしてノッキングの発生を判定する構成であることを
   特徴とする請求項１記載のエンジンのノッキング検出装
   置。