JPH0474933A - 内燃機関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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関のノッキング検出装置に関し、詳しく
は、機関振動の検出信号からノッキング発生を精度良く
検出し得るノッキング検出装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関において、所定レベル以上のノッキングが発生
すると、出力を低下させるのみならず、衝撃により吸・
排気バルブやピストンに悪影響を及ぼすため、ノッキン
グを検出して点火時期を補正することにより速やかにノ
ッキングを回避するようにした点火時期制御装置を備え
ているものがある（特開昭５８−１０５０３６号公報等
参照）。

かかるノッキング発生による点火時期補正のためのノッ
キング検出は以下のようにして行ってい１こ。

即ち、第８図に示すように、圧電素子によって振動レベ
ルに応じた検出信号を出力するノックセンサ１１を機関
１２のシリンダブロック等に取付け、このノックセンサ
１１からの検出信号をバンドパスフィルタ１３に入力さ
せてノッキング特有の中心周波数付近の信号のみを通過
させ、半波整流を行った後、積分器１４で所定の積分区
間（例えばＡＴＤＣ１０’〜６０°）だけ積分し、かか
る積分器１４における積分値のピーク値（積分区間にお
ける特定周波数成分強度の総和）をＡ／Ｄ変換器１５で
Ａ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ１６に入力させる
。

マイクロコンピュータ１６では、ノッキング発生時にお
ける前記積分値のピークと、ノッキング非発生時（機械
振動レベル）における積分値のピークとの差に基づいて
、ノッキングが発生しているか否かを判別する。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記のようにノッキング発生を、積分値のピ
ークレベル、即ち、積分区間における特定周波数成分の
強度の総和で判別する構成では、ノッキング発生の有無
によって前記総和のレベル差が充分にあることが望まし
いか、実際には、機関の形状やノックセンサの取付位置
等の条件によって特に信号レベルの小さい領域で前記差
を充分に確保することができない場合かあり、この場合
ノッキング発生の有無によって前記総和に明確な差異か
発生しないために、ノッキングを誤検出してしまうこと
があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ノッキ
ングセンサからの信号レベルが小さい場合あっても、ノ
ッキングを精度良く検出できるノッキング検出装置を提
供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明にかかる内燃機関のノッキング検出装置
は第１図に示すように構成される。

第１図において、振動センサは機関本体に付設されて機
関振動を検出し、特定周波数成分抽出手段は該振動セン
サの検出信号から特定周波数成分を抽出する。

強度サンプリング手段は、前記抽出された特定周波数成
分の強度を、所定区間内で所定期間毎にサンプリングす
る。

一方、重み付け補正率記憶手段は、前記強度サンプリン
グ手段が特定周波数成分の強度をサンプリングする所定
区間内を細分化した各領域毎に強度サンプリング値に対
する重み付け補正率を記憶している。

強度重み付け補正手段は、前記所定区間内を細分化した
各領域毎に記憶されている前記重み付け補正率に基づい
てサンプリングされた強度を補正する。

そして、ノッキング判別手段は、所定区間内でサンプリ
ングされ前述のようにして補正された強度の総和を演算
し、この特定周波数成分の強度の総和に基づいてノッキ
ング発生を判別する。

〈作用〉 かかる構成によると、強度が所定期間毎にサンプリング
される所定区間内において、該所定区間を細分化した領
域のどの領域でサンプリングされた強度であるかによっ
て、異なる重み付け補正率で補正されることになるから
、ノッキンク振動が強度に影響を及ぼし易い領域では、
ノッキング発生時と非ノツキング発生時との強度差を拡
大する方向に補正を行わせ、逆に、ノッキング発生の有
無が強度に影響し難い領域では、強度差を縮減させる方
向に補正を行わせることかできる。

これによって、所定区間内の強度総和かノッキング発生
有無によってより明確なレベル差を発生するようになり
、ノッキング有無による強度変化か小さい場合であって
も、ノッキング検出の精度を確保てきるようになる。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第２図において、図示しない内燃機関の
シリンダブロックに付設されたノックセンサ（振動セン
サ）１は、圧電素子を内蔵し、機関振動に応じた波形の
検出（電圧）信号を出力する。

前記ノックセンサ１の検出信号（アナログ信号）は、Ａ
／Ｄ変換器２てＡ／Ｄ変換されてくし形フィルタ３に入
力される。

前記くし形フィルタ３は、複数段の単位遅延素子からな
る遅延回路４と、この遅延回路４を迂回したデータから
遅延回路４の出力データを減算する加算器５とから構成
されており、このくし形フィルタ３には、ノックセンサ
１の検出信号から抽出したい周波数の数に対応する数の
共振器６ａ〜６ｅが並列接続された回路か縦接接続され
ている。

前記共振器６ａ〜６ｅは、相互に異なる周波数成分に共
振するようにしてあり、本実施例では、かかる共振周波
数を、ノッキング振動か顕著に表れるとされている周波
数域７ｋＨｚ〜９ｋＨｚに従って７ｋＨｚ、８ｋＨｚ、
９ｋＨｚ、１０ｋＨｚ。

１１ｋＨｚとしである。

前記くし形フィルタ３において、遅延回路４をバイパス
させたデータから遅延回路４て遅延されたデータを減算
することによって、検出信号レベルを全体的に減衰させ
ると共に、特に遅延時間に対応する周波数を加算器５で
消し合わせて、周波数特性として所謂くし形となる結果
か得るようになっている。

これにより、加算器５て消し合わされる信号に基づいて
各共振器６ａ〜６ｅか共振し続けることを抑止でき、各
周波数成分の強度か逐次得られるものである。上記くし
形フィルタ３及び共振器６ａ〜６ｅによって本実施例に
おける特定周波数成分抽出手段か構成される。

尚、本実施例では、上記のようにくし形フィルタ３と共
振器６ａ〜６ｅとの構成によってノックセンサ１の信号
から特定周波数成分を抽出するようにしたか、特定周波
数成分抽出手段としてアナログのバンドパスフィルター
を必要とする周波数の数に対応させて設け、各バンドパ
スフィルターの出力をＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュ
ータ７に読み込ませるようにしても良い。

前記各共振器６ａ〜６ｅの出力、即ち、各周波数成分毎
の強度信号は、マイクロコンピュータ７に入力されるよ
うになっており、マイクロコンピュータ７は、クランク
角センサ８からの検出信号に基づいて検出される所定の
周波数分析区間において前記各共振器６ａ〜６ｅを介し
て入力されるノックセンサ１の特定周波数成分に基づき
、図示しない内燃機関におけるノッキング発生を検出す
る。

かかるノッキング発生検出の内容を、第３図のフローチ
ャートに従って次に説明する。尚、本実施例において、
強度サンプリング手段２強度重み付け補正手段、ノッキ
ング判別手段としての機能は、前記第３図のフローチャ
ートに示すように前記マイクロコンピュータ７かソフト
ウェア的に備えており、また、重み付け補正率記憶手段
はマイクロコンピュータ７に設けられた不揮発性のメモ
リか相当する。

第３図のフローチャートに示すノッキング発生検出は、
所定の周波数分析区間において行われるものであり、前
記所定の周波数分析区間とは、例えば点火雑音を避けて
各気筒の燃焼振動をサンプリングできる区間であり、例
えば６気筒機関においてはＡＴＤＣＩＯ°〜ＡＴＤＣ６
０°とし、クランク角センサ８からの検出信号に基づい
てかかる所定の周波数分析区間を検出する。

周波数分析区間に入ると、前記共振器６ａ〜６ｅから所
定時間（所定期間）毎に出力される第７図に示すような
周波数スペクトルを順に記憶することで、第４図及び第
５図に示すように、分析区間内において所定時間毎に得
られる各周波数成分の強度（ａ、ｂ、ｃ、　　・・）を
サンプリングする（Ｓｌ）。

ここで、各周波数成分別に、分析区間でサンプリングさ
れた強度の総和を求め、この総和が非ノツキング時のレ
ベルよりも高いか否かによってノッキング発生を判別す
るか、本実施例では、所定時間毎にサンプリングされた
強度を周波数成分別にそのまま積算するのではなく、サ
ンプリングタイミングに応じて予め設定されている重み
付け補正率（Ｋφ、　Ｋ１．　Ｋ２．　　・・・）によ
る補正を施してから積算するようにしである（Ｓ２）。

即ち、前記分析区間は、ノッキング振動が発生する領域
に設定しであるか、ノッキング振動は発生時から除々に
減衰するため、かかる分析区間内においてノッキング振
動が強度変化に影響し易い領域とあまり影響しない領域
とがある。

従って、例えばノッキング発生初期でノッキング振動か
強度に影響を及はし易い領域でサンプリングされた強度
については、増大補正を施すことによりノッキング発生
の有無によって発生する強度変化を拡大させるようにし
、逆に、ノッキング振動が強度変化にあまり影響を与え
ないような領域については、ノッキング振動に関係ない
強度変化かノッキング判別に影響を与えないように減少
補正すれば、ノッキング発生の有無によって強度の総和
に大きな差異か発生しないようなときに（第４図及び第
５図参照）、第６図に示すようにノッキング発生によっ
て生じた差異のみを拡大させて総和を求めることかでき
るものである。

このように分析区間内のとの領域でサンプリングされた
かによって強度に補正を施すための重み付け補正率（Ｋ
φ、Ｋｌ、に２．　　・・・）は、予め実験によって分
析区間を細分化した領域毎にノッキング発生か強度に影
響する度合いを求め、該影響度に基づいて設定される。

尚、機関回転なとの運転条件やノックセンサ１と気筒と
の位置関係によってノッキング振動のピークが検出され
る時期か異なる場合があるので、機関運転条件又は気筒
に応じて前記領域毎の重み付け補正率を可変設定するよ
うにしても良い。

上記のようにして周波数分析区間内における領域毎の重
み付け補正率（Ｋφ、　Ｋｌ、　Ｋ２．　　・・・・）
に基づいてサンプリングした強度（ａ、ｂ。

Ｃ２・・・）をそれぞれに補正して各周波数成分別に強
度の総和（＝ａ−にφ＋ｂ−Ｋｌ＋Ｃ−に２＋・・・・
・）を求めると、この最新に検出した総和と、各周波数
成分毎に求められている機械振動レベルの強度総和に相
当するバックグラウンドレベルＢＧＬとを比較してノッ
キング発生を判別する（Ｓ３）。

前記バックグラウンドレベルＢＧＬは、上記のように領
域毎の重み付け補正率で補正してから積算して求められ
た各周波数成分毎の強度の総和を、各周波数成分別に加
重平均して求めてあり、加重重みを比較的重く設定して
演算される一方、ノッキング発生か判別された強度の総
和か加重平均されないようにして、非ノツキング時のレ
ベルを精度良く示すようにしである。

かかるバックグラウンドレベルＢＧＬに所定値αを加算
した値よりも、検出した強度総和か大きいときには、ノ
ッキング振動の発生により強度の総和か大きくなったも
のとし、ノッキング発生を判別するが（Ｓ４）　、ＢＧ
Ｌ十αよりも検出した強度の総和か小さいときには、ノ
ッキングか発生していないものと判別する（Ｓ５）。

ここて、前記強度の総和を求めるときに、分析区間の領
域毎の補正を強度に施してノッキング発生によって明確
にレベル変化か表れるようにしであるから、ノッキング
発生の有無によって強度に大きな変化か表れないような
条件であっても、ノッキング発生を精度良く検出させる
ことかできる。

上記のノッキング判別は各周波数成分毎に行い、例えば
、各周波数成分毎のノッキング判別の結果、過半数の周
波数成分でノッキング発生か判別されたときに、最終的
にノッキングの発生か判別されるようにする。

このようにしてノッキング発生か判別されたときには、
内燃機関の点火時期を遅角補正するなどしてノッキング
の発生を速やかに回避させることができる。

尚、本実施例では、ノックセンサ１の検出信号から７ｋ
Ｈｚ、８ｋＨｚ、９ｋＨｚ、１０ｋＨｚ１１ｋ　Ｈｚの
５種類の周波数成分を抽出するようにしたが、抽出する
周波数及び周波数の数を限定するものではなく、１つの
特定周波数成分のみを抽出させて前述のようにノッキン
グ判別させるようにしても良い。

また、アナログフィルターを用いてノックセンサ１の検
出信号から特定周波数成分を抽出する場合であっても、
同様に、周波数分析区間内における領域毎に重み付け補
正率でサンプリングされた強度を補正することで、本実
施例と同様な効果か得られる。かかるアナログによる周
波数分析の場合、積分器による積分を周波数分析区間内
で所定時間毎にリセットして、周波数分析区間内で所定
時間周期毎に積分値のピークを求めるようにして、該所
定時間毎の積分ピーク値（強度）を、前述のにように分
析区間内のどの領域で得たデータであるかによって補正
すれば良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、振動センサから
の検出信号の特定周波数成分の強度を、所定区間内で所
定期間毎にサンプリングし、該サンプリング値の総和に
基づいてノッキング判別するときに、ノッキング発生の
有無によって前記強度に大きな差異が発生しない条件で
あっても、ノッキング振動に影響されて発生した強度変
化を拡大させてノッキング判別させることができるよう
になるので、ノッキング検出の精度を向上させることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステムブロック図、第３図は同上
実施例におけるノッキング検出制御の内容を示すフロー
チャート、第４図及び第５図はそれぞれ同上実施例にお
ける特定周波数成分毎の強度のサンプリングの様子を示
すタイムチャート、第６図は同上実施例において強度を
重み付け補正率で補正した場合の効果を説明するための
線図、第７図は同上実施例における周波数スペクトルの
一例を示す線図、第８図は従来のノッキング検出装置の
一例を示すブロック図である。 ■・・・ノックセンサ（振動センサ）　　２・・・Ａ／
Ｄ変換器　　３・・・くし形フィルタ　　４・・・遅延
回路　　５・・・加算器　　６ａ〜６ｅ・・・共振器７
・・・マイクロコンピュータ　　８・・・クランク角セ
ンサ 特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　笹　島　富二雄 Ｍ３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 機関本体に付設されて機関振動を検出する振動センサと
   、 該振動センサの検出信号から特定周波数成分を抽出する
   特定周波数成分抽出手段と、 該特定周波数成分抽出手段で抽出された特定周波数成分
   の強度を所定区間内で所定期間毎にサンプリングする強
   度サンプリング手段と、 前記所定区間を細分化した各領域毎に強度サンプリング
   値に対する重み付け補正率を記憶した重み付け補正率記
   憶手段と、 該重み付け補正率記憶手段に記憶されている重み付け補
   正率に基づいて前記強度サンプリング手段でサンプリン
   グされた強度を補正する強度重み付け補正手段と、 前記所定区間内でサンプリングされて前記強度重み付け
   補正手段で補正された強度の総和を演算し、該特定周波
   数成分の強度の総和に基づいてノッキング発生を判別す
   るノッキング判別手段と、を含んで構成されたことを特
   徴とする内燃機関のノッキング検出装置。