JPH0477629A - 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か発生
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はすため、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だめのノッ
キング検出は以下のようにして行っていた。

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ＡＴＤＣＩＯ°〜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て
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、ノッキングの振動波形は、振動レベルが所定
の区間で局所的に増大する傾向を有している。

したがって、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、ノッキング以外の要
因で機関振動レベルが検出区間で平均的に増大したよう
な場合でもノッキング有りと誤検出されるおそれがあっ
た。

特に、機関の形状やノックセンサの取付位置等の条件に
よって信号レベルの小さい領域では前記総和の差を充分
に確保することができない場合があり、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が発生し
ないために、ノッキングを誤検出する確率か増大する。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ノッキ
ング特性に見合ったノッキング検出方式により、ノッキ
ングセンサからの信号レベルか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。

最大レベル演算手段は、各特定周波数成分の所定区間に
おいて複数個サンプリングされた強度の最大値の総和を
最大レベルとして演算する。

平均レベル演算手段は、各特定周波数成分の所定区間に
おいて複数個サンプリングされた強度の平均値の総和を
平均レベルとして演算する。

ノッキング判別手段は、最大レベル演算手段によって演
算された最大レベルと前記平均レベル演算手段によって
演算された平均レベルとの差を、バックグラウンドレベ
ルと比較してノッキングの有無を判別する。

バックグラウンドレベル演算手段は、最大レベル演算手
段によって演算された最大レベルと平均レベル演算手段
によって演算された平均レベルとの差を、前記ノッキン
グ判別手段によりノッキング無しと判定されたときに、
加重平均した加重平均値をバックグラウンドレベルとし
て演算する。

また、特定周波数成分毎に当該特定周波数成分のノッキ
ングに寄与する周波数寄与率を記憶した周波数寄与率記
憶手段を備え、最大レベル演算手段及び平均レベル演算
手段は、特定周波数成分の最大値及び平均値に、対応す
る周波数成分の周波数寄与率を乗じたものの総和を最大
値レベル及び平均値レベルとして演算する構成としても
よい。

また、第１図に鎖線で示すように、特定周波数成分毎に
当該特定周波数成分のノッキングに寄与する周波数寄与
率を記憶した周波数寄与率記憶手段を備え、最大レベル
演算手段及び平均レベル演算手段は、特定周波数成分の
最大値及び平均値を対応する周波数成分の周波数寄与率
によって補正した値の総和を最大レベル及び平均レベル
として演算するように構成してもよい。

また、第１図に点線で示すように、特定周波数成分毎に
強度変化を検出する強度変化検出手段と、該強度変化検
出手段で検出された特定周波数成分の強度変化と所定の
規範変化特性とを比較して強度変化補正係数を演算する
強度変化補正係数演算手段と、を備え、平均レベル演算
手段により演算される平均レベル又は最大レベル演算手
段により演算される最大レベルは、前記強度変化補正係
数によって補正して求めるよに構成してもよい。

また、バックグラウンドレベル演算手段におけるバック
グラウンドレベルの演算に用いる重み付け係数を、強度
変化補正係数演算手段によって演算された強度補正係数
の関数として設定する構成としてもよい。

〈作用〉 かかる構成によると、強度か所定期間毎にサンプリング
される所定区間内における、強度の最大レベルと平均レ
ベルとの差に基づいてノッキング検出が行われるため、
ノッキング振動特性に見合った高精度なノッキング検出
を行える。

また、周波数寄与率を用いて強度の最大レベルと平均レ
ベルとを補正する構成とすれば、ノッキングに寄与する
度合いの大きい周波数の強度をノッキング検出により大
きい割合で反映させることができるため、ノッキング検
出精度かより向上する。

更に、強度変化補正係数により平均レベル又は最大レベ
ルを、前記強度変化補正係数で補正する構成とすれば、
強度変化によって推定される振動特性がノッキング振動
特性に近い場合には平均レベル又は最大レベルをノッキ
ングと判定されやすくなる方向に補正することにより、
ノッキング検出精度か更に向上し、同様にバックグラウ
ンドレベルの演算に使用される重み付け係数を強度変化
補正係数で補正する構成とすれば、更に一層ノッキング
検出精度が向上する。

〈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）■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で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
ｌ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が縦接接続され
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、ノッキング振動が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、１０ｋＨｚ１１ｋＨｚ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
が得るようになっている。

これにより、加算器５で消し合わされる信号に基づいて
各共振器６ａ〜６ｅが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Ｉからの
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、最大レベル演算手段、平均レベ
ル演算手段、ノッキング判別手段、バックグラウンドレ
ベル演算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がソフト
ウェア的に備えており、周波数寄与率記憶手段はマイク
ロコンピュータ７内蔵の不揮発性メモリによって構成さ
れる。

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て、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子、　（ｊ＝０〜ｎ）の強度（ｆｏ
ｏ、ｆｚｏ、ｆ２゜ｆ、、・・ｆ、、）、（ｆｏ３．ｆ
ｌｌ　、　ｆ２１　、　ｆ３＋’　”・ｆ、、）、　（
ｆｅ２．　　ｆ１□、ｆ２２．ｆｓ□”　’　ｆ、ｚ）
−−−（ｆ、、、ｆ、、、ｆ２゜、ｆ２．、ｆ３．−−
　ｆ、、、）をサンプリングする（Ｓｌ）。この機能か
強度サンプリング手段に相当する。

次に、これらサンプリングされた強度のデータに基づい
て、全周波数を総合した強度の最大レベルＫＳｉを次式
により演算する（Ｓ２）。この機能か、最大レベル演算
手段に相当する。

ＫＳｉ　＝　ｆ　、ｏ（ｍａｘ）　ＸＫＦｏ　＋　ｆ　
、（ｍａｘ）　ｘＫＦ＋　＋−・−＋ｆ　、、、（ｍａ
Ｘ）　ＸＫＦ。

ここて、ｆ　、＋（ｍａｘ）は周波数成分子、のサンプ
リング強度（ｆａｔ　、ｆｚ　、ｆ２ｒ　、ｆ３＋’　
”　ｆ、）の中の最大値であり、ＫＦ、は周波数成分子
、かノッキングに寄与する度合いを示す周波数寄与率で
ある。周波数寄与率ＫＦ、は気筒や機関回転速度によっ
てばらつきかあるので、気筒及び機関回転速度に対して
三次元マツプに記憶したものから検索によって求めるよ
うにすれば、精度を高められる。

この最大レベルＫＳＬｉは、ノッキングの大きさを表す
指標となる値である。

次に、同じく強度データに基づいて、全周波数を総合し
た強度の平均レベルＳＬｉを次式により演算する（Ｓ３
）。この機能か平均レベル演算手段に相当する。

５Ｌｉ＝　（ＫＦｏ／ｍΣｆｓｏ＋ＫＦ＋／ｍΣｆ、、
、Ｉ＋・・・ＫＦ、　／ｍΣｆ、４） このようにして求められた最大レベルＫＳＬｉと平均レ
ベルＳＬｉ　との差を、バックグラウンドＢＧＬ　ｉと
比較してノッキングの有無を判別する（Ｓ４）。

即ち、ＢＧＬｉ＋α＜ＫＳｉ−３Ｌｉであるときには、
ノッキングが発生していると判定しくＳ　５）　、ＢＧ
Ｌｉ≧ＫＳＬｉ　−ＳＬｉ　＋α（αはしきい値）であ
るときには、ノッキングが発生していないと判定する（
Ｓ６）。この機能かノッキング判別手段に相当する。

前記バックグラウンドレベルＢＧＬｉは、上記当該ＢＧ
Ｌｉと比較される最大レベルＫＳｉ　と平均レベルＳＬ
ｉとの差を、上記のノッキング判別でノッキング無しと
判定されたときに次式により加重平均演算して求められ
る（Ｓ７）。この機能か、バックグラウンド演算手段に
相当する。

Ｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｘか
かるノッキング判別によれば、最大レベルＫＳｉと平均
レベルＳＬｉ　との差は、基本的に振動レベルの最大値
と平均値との差の総和であり、ノッキング発生時には、
前述したノッキング振動の局所的に振動レベルが増大す
るという特性により、この差は増大する。

一方、バックグラウンドレベルＢＧＬｉは、非ノツキン
グ時における最大レベルＫＳｉ　と平均レベルＳＬｉと
の差の総和の加重平均値である。

したかって、ノッキング発生時には、（ＫＳｉＳＬｉ）
の値はＢＧＬｉに比較して十分大きな値となり、レベル
の小さい信号に対しても、正確なノッキング判別を行え
るのである。

また、ノッキングに対する寄与率の高い特定周波数を複
数選択し、強度の総和でノッキング判別を行うため、ノ
ッキング検出精度か向上し、特に本実施例では、周波数
成分毎に周波数寄与率を用いて重み付けを行って総和を
採るようにしたためノッキング検出精度はより向上する
。

次に、ノッキング振動特性をより正確に捕らえて機械振
動との区別をより明確にしてノッキング判別を行う実施
例について説明する。

このものでは、平均レベルＳＬｉの演算に際し、前記実
施例同様にして求めた周波数別の強度平均値の総和を、
強度変化補正係数ＫＬＰなる値で補正を行う。また、Ｂ
ＧＬｉの演算に際し、重み付けＸを強度変化補正係数Ｋ
ＬＰの関数として設定する。前記強度補正係数ＫＬＰを
用いてノッキング検出を行う本実施例のルーチンを第６
図のフローチャートに従って説明する。

まず、第３図の８１同様にして周波数寄与率の強度を所
定時間毎にサンプリングした後（Ｓｌｌ）、該周波数分
析区間に入って初めて求められる各特定周波数成分の強
度（ｆ、。、ｆｌＯ・・・ｆ、ｏ）を、夫々初期値とし
て記憶する（Ｓ１２）。

そして、各周波数成分毎に記憶された初期値が夫々変わ
らず、前記周波数分析区間において一定レベルの強度が
続くと仮定し、このときの前記強度の積分値の時間軸変
化を標本周期と前記初期値とに基づいて設定し、これを
規範変化特性とする（Ｓ１３）。

次に、実際に入力される各周波数成分毎に求められる強
度の時間的推移（第７図参照）に基づき、かかる強度を
それぞれに時間軸上に標本周期ごとに積分し、周波数分
析区間内における強度変化の特性を検出する（Ｓ１４）
。この機能か、強度変化検出手段に相当する。

そして、前述のように強度か不変であると仮定して得た
各周波数成分毎の規範変化特性と、実際に検出された各
周波数成分毎の強度積分値の変化の特性とを比較する（
Ｓ１５）。

ここで、規範変化特性は、強度変化がないことを前提と
しているのでリニアに増大することになるが、これに対
し、実際の検出信号に基づいて得た強度積分値の変化特
性が合致しない場合には、その周波数成分にノッキング
振動か含まれているために、一定の強度で安定していな
いものと推定される。そこで、周波数成分側に所定時間
毎に強度積分値が規範変化特性に合致しているか否かを
判定し、検出区間内で合致しない場合の総数Ｃをカウン
タで計測する。

そして、前記総数Ｃに応じて強度変化補正係数ＫＬＰを
設定する。具体的には、総数Ｃが大きいほど、ノッキン
グ振動か含まれる割合か大きいのでノッキング判定がな
されやすくなる方向、つまり平均レベルＳＬｉを減少さ
せて最大レベルＫＳｉ　との差を増大させるべく小さい
値に設定する（Ｓ１６）。

前記Ｓ１５と、このＳ１６の機能とで強度変化補正係数
演算手段が構成される。

そして、強度の最大レベルＫＳｉを第３図の８２と同様
にして演算した後（Ｓ１７）、上記のようにして設定さ
れた強度変化補正係数ＫＬＰにより、平均レベルＳＬｉ
を次式により演算する（Ｓ１８）。

５Ｌｉ＝　（ＫＦｏ／ｍΣｆ　、ｏ＋ＫＰ、／ｍΣｆ、
＋−−−ＫＦ、、／ｍΣｆ、、）　　−ＮＬＰ 次いて、最大レベルＫＳｉ　と平均レベルＳＬ、ｉ　と
の差をパックブラウン１くルベルＢＧＬｉと比較してノ
ッキングの有無を判別しくＳ　１９）、ＢＧい→−α＜
ＫＳｉ−ＳＬｉのときは、ノッキング有りと判定しく５
２０）　、ＢＧＬｉ＋α≧ＫＳｉ−ＳＬｉのときは、ノ
ッキング無しと判定する（Ｓ２１）。

ノッキング無しと判定されたときは、バックグラウンド
レベルＢＧＬ　ｉを演算して更新するか、その前に該演
算に使用される重み付け係数Ｘを、強度補正係数ＮＬＰ
の関数として設定する。具体的には、ＮＬＰか大きいほ
どノッキング振動を含む割合が小さいから、そのときの
ＫＳｉ−３Ｌｉの重みを大きくしてＢＧＬｉを演算すべ
く、重み付け係数Ｘを小さい値として設定する（Ｓ２２
）。

このようにして設定されたＸを使用して、第３図の８７
で用いた式を用いてＢＧＬｉを演算する（Ｓ２３）。

このように、強度補正係数ＫＬＰを用いることにより、
ノッキングの強度変化特性を捕らえて更に高精度にノッ
キング検出を行える。

尚、本実施例では、強度変化補正係数ＫＬＰを平均レベ
ルを補正する値として設定したが、最大レベルを補正す
る値として設定してもよい。

〈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
の検出信号から複数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、その最大レベルと
平均的な値である平均レベルとの差に基づいてノッキン
グ検出を行うようにしたため、ノッキング特性に見合っ
た高精度な検出を行える。また、周波数寄与率や強度変
化補正係数を用いて補正演算することにより、ノッキン
グ精度を更に高めることができるという効果が得られる
。

【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図は別の実施例ににおけるノッ
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。 ｌ・・・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 第３図 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）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複数の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複数の特定周波数成分の強度を夫々
   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、前記各特定周波数成分の所定区間におい
   て複数個サンプリングされた強度の最大値の総和を最大
   レベルとして演算する最大レベル演算手段と、前記各特
   定周波数成分の所定区間において複数個サンプリングさ
   れた強度の平均値の総和を平均レベルとして演算する平
   均レベル演算手段と、前記最大レベル演算手段によって
   演算された最大レベルと前記平均レベル演算手段によっ
   て演算された平均レベルとの差を、バックグラウンドレ
   ベルと比較してノッキングの有無を判別するノッキング
   判別手段と、 前記最大レベル演算手段によって演算された最大レベル
   と前記平均レベル演算手段によって演算された平均レベ
   ルとの差を、前記ノッキング判別手段によりノッキング
   無しと判定されたときに加重平均した加重平均値をバッ
   クグラウンドレベルとして演算するバックグラウンドレ
   ベル演算手段と、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。
2. （２）特定周波数成分毎に当該特定周波数成分のノッキ
   ングに寄与する周波数寄与率を記憶した周波数寄与率記
   憶手段を備え、最大レベル演算手段及び平均レベル演算
   手段は、特定周波数成分の最大値及び平均値を対応する
   周波数成分の周波数寄与率によって補正した値の総和を
   最大レベル及び平均レベルとして演算してなる請求項１
   に記載の内燃機関のノッキング検出装置。
3. （３）特定周波数成分毎に強度変化を検出する強度変化
   検出手段と、該強度変化検出手段で検出された特定周波
   数成分の強度変化と所定の規範変化特性とを比較して強
   度変化補正係数を演算する強度変化補正係数演算手段と
   、を備え、平均レベル演算手段により演算される平均レ
   ベル又は最大レベル演算手段により演算される最大レベ
   ルは、前記強度変化補正係数によって補正して求められ
   る請求項１又は２に記載の内燃機関のノッキング検出装
   置。
4. （４）バックグラウンドレベル演算手段におけるバック
   グラウンドレベルの演算に用いる重み付け係数を、強度
   変化補正係数演算手段によって演算された強度補正係数
   の関数として設定してなる請求項３に記載の内燃機関の
   ノッキング検出装置。