JPH0675000B2 - 内燃機関のノッキング検出装置 - Google Patents

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検出する
装置の改善技術に関する。

〈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た。即ち、第７
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で所定の積分区間だけ積分し、かかる
積分器14における積分値のピーク値を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
ークレベルで判別する構成では、ノッキング発生の有無
による積分値のピークレベルの差が充分にあることが望
ましいが、実際には、機関の形状やノックセンサの取付
位置によって特に信号レベルの小さい領域では前記差を
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明確な差異が発生しないた
めに、ノッキングを誤検出してしまうことがあった。ま
た、機械振動と燃焼による振動との分離が困難であるた
めに、機械振動の振動レベルが大きくなる高回転時に
は、やはりノッキング発生の有無による差が明確でなく
なり、ノッキングを検出することができなかった。

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、又は、機械
振動レベルが大きくなる高回転であっても、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、特性周波数抽出手段はかかる振動セン
サからの検出信号から特定周波数成分を抽出する。

そして、前記特定周波数成分の振幅の時間軸上における
変化が振幅変化検出手段で検出され、ノッキング判別手
段は前記振幅の時間軸上における変化と所定の規範変化
特性とを比較することによってノッキング発生を判別す
る。

ここで、振幅変化検出手段が、特定周波数抽出手段で抽
出された特定周波数成分の振幅を積分するようにし、ノ
ッキング判別手段が前記積分値の変化特性と所定の規範
変化特性とを比較することでノッキング発生を判別する
よう構成することができる。

また、ノッキング判別手段における所定の規範変化特性
は、特定周波数成分の振幅が略一定である非ノッキング
発生時の変化特性であっても良いし、逆に、特定周波数
成分の振幅が減少変化又は増大変化するノッキング発生
時の変化特性であっても良い。

〈作用〉 かかる構成によると、振動センサの検出信号から取り出
した特定周波数成分の振幅が、ノッキング発生時の特性
で変化するか、また、ノッキング非発生時の特性で変化
するかが判別されるので、ノッキング振動と機械振動と
の分離が行えることになり、信号レベルが小さい場合及
び機械振動の周波数振幅が大きくなる場合であっても、
ノッキング振幅のみを取り出してノッキング検出が行え
る。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。

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
検出信号を出力する。

該ノックセンサ１の検出信号は、通過周波数域の異なる
特定周波数抽出手段としてのバンドパスフィルター2,3,
4に入力される。前記バンドパスフィルター2,3,4それぞ
れにおける中心周波数は、例えばノッキング振動が顕著
に表れる周波数域７〜9kHz及びその周辺周波数域から適
宜選択すれば良い。但し、バンドパスフィルター2,3,4
の数、即ち、抽出する周波数成分の数は、上記３個に限
るものではない。

それぞれのバンドパスフィルター2,3,4を通過して得ら
れる特定周波数の検出信号は、それぞれ抵抗Ｒとコンデ
ンサＣとからなるノイズフィルターを介し、それぞれに
A/D変換器５でA/D変換されて振幅変化検出手段及びノッ
キング判別手段としての機能をソフトウェア的に有する
マイクロコンピュータ６に入力される。

前記マイクロコンピュータ６は、各バンドパスフィルタ
ー2,3,4を通過した相互に異なる周波数の検出信号のA/D
変換値に基づき、第３図のフローチャートに示すように
してノッキング発生を検出する。

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ATDC10゜〜ATDC60゜とし、図示しないクランク角セ
ンサ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。

まず、周波数分析区間に入ったことが検出されると、各
バンドパスフィルター2,3,4を通過して入力される各周
波数成分の振幅をそれぞれ初期値として記憶する（S
1）。

そして、各周波数成分毎に記憶された初期値がそれぞれ
変わらず、前記周波数分析区間において一定レベルの振
幅が続くと仮定し、このときの前記振幅の積分値の時間
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（S2）。

次に、実際に入力される各周波数成分毎に求められる振
幅の時間的推移（第４図参照）に基づき、かかる振幅を
それぞれに時間軸上に標本周期毎に積分し、周波数分析
区間内における振幅変化の特性を検出する（S3）。

そして、前述のように振幅が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
周波数成分毎の振幅積分値の変化の特性とを比較する
（S4）。

ここで、規範変化特性は、振幅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振幅積分値の変化特
性が合致しない場合には、その周波数成分にノッキング
振動が含まれているために、一定の振幅で安定していな
いものと推定してノッキング発生を判別する（S5）が、
実際の検出信号に基づく振幅積分値も前記規範変化特性
と同様に略リニアに増大変化する場合には、その周波数
成分については機械振動のみであると推定してノッキン
グが発生していないものとする（S6）。かかる判別を各
バンドパスフィルター2,3,4に対応する周波数成分毎に
行わせ、例えば各周波数成分毎のノッキング判別・非ノ
ッキング判別の多数決で最終的な判別を下すようにす
る。

尚、規範変化特性と実際の検出信号に基づく変化特性と
の比較は、例えば、同一時間軸における積分値の差を積
算していって、その積算値が所定値以上であるか否かに
よって行える。

上記第３図のフローチャートに示す制御によりノッキン
グ発生が検出される作用を次に説明する。

第５図に示すように、同じ周波数成分において、ノッキ
ング振動が含まれるときには、異常燃焼によるノッキン
グ振動が除々に減衰するから、前記周波数成分の振幅も
最初は大きく除々に減衰して機械振動のみのレベルに戻
ることになり、逆にノッキング振動が含まれないときに
は、略一定の機械振動のレベルで振幅が推移することに
なる。このため、ノッキング振動が含まれないときに
は、分析区間の初期の振幅を略維持することになり、振
幅の積分値は略リニアに上昇することになる。

従って、前述のように、分析区間の初期の振幅を一定と
仮定して、振幅の積分値の時間軸変化を推定すれば、こ
の変化特性（特定の機関変化特性）は、ノッキング非発
生時のものとなり、ノッキングが発生しているときに、
実際の振幅を時間軸上で積分していくと、第５図に示す
ように、前記ノッキング非発生時に対応するものとして
推定した変化特性に合致しない変化特性を示すことにな
る。このため、実際の振幅の時間軸上での積分値を求め
て前記ノッキング非発生時のものと比較することでノッ
キングが検出できるものである。

このように、特定周波数成分の振幅変化に基づいてノッ
キングを検出できるから、信号レベルが小さいときであ
っても識別が可能であり、また、機械振動が強くなる高
回転域であっても、容易にノッキング振動と機械振動と
を区別してノッキング検出を行えるものである。

尚、周波数によっては、ノッキングの発生によって機関
振動レベルよりも振幅が弱くなり、ノッキング振動の減
衰に伴って機関振動レベルに戻るような特性を示す周波
数域もあるが、この場合にも、前記ノッキング非発生時
の変化特性であるリニアな変化を示さないから、ノッキ
ングを検出できる。

上記実施例では、周波数分析区間の初期における振幅を
一定としてノッキング非発生時の変化特性を設定するよ
うにしたが、予めそれぞれの周波数成分毎にノッキング
振動を含んだ場合の振幅変化（減少変化又は増大変化）
の特性を求めておいて、このノッキング発生時に表れる
と予測される振幅の変化特性と、実際の検出信号から求
めた各周波数成分毎の振幅変化特性とを比較し、変化特
性が略一致する場合にはノッキング発生、変化特性が一
致しないときにはノッキング非発生時であると判別する
こともできる。

また、上記実施例では、アナログフィルタによってノッ
クセンサ１の検出信号から特定周波数成分を抽出するよ
うにしたが、第６図に示すようなデジタルフィルタ方式
（周波数サンプリングデジタルフィルタ）によって必要
とする特定周波数成分をそれぞれに抽出するようにして
も良い。

第６図に示すデジタルフィルタは、複数段の遅延素子7
a,7b,・・・と加算器10とからなるくし形フィルタ７
と、並列接続された共振器8a,8b,8c,・・・とを縦接接
続した構成である。ここでは、ノックセンサ１の検出信
号をA/D変換器９でA/Dした値を、くし形フィルタ７に取
り込ませ、そのままのデータと遅延させかつ正負を逆転
させたデータとを加算することで、出力特性として信号
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10で打ち消すようにし、かかる周波
数特性がくし形となった（特定周波数が歯抜けとなっ
た）出力を、それぞれ相互に異なる特定周波数に共振す
る共振器8a,8b,8c,・・・に入力させることによって、
各共振器8a,8b,8c,・・・が共振し続けることを抑止し
つつ各共振器8a,8b,8c,・・・から必要とする周波数成
分の信号レベルをリアルタイムに取り出すものであり、
かかる情報に基づいて前述のような各周波数成分毎の振
幅変化特性を検出するようにする。

前述のようなディジタルフィルタを用いれば、アナログ
フィルタを用いる場合に比べ部品点数を減少できると共
に、マッチング時間を短縮できることになる。

尚、本実施例では、複数の周波数成分を用いたが、１つ
の特定周波数成分の振幅変化のみによってノッキングを
判別させるようにしても良く、また、複数の周波数成分
それぞれの振幅変化を検出してのノッキング判別におい
ては、最終的な判別を多数決に限るものではない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、機関振動を検出
する振動センサからの検出信号から特定周波数成分を抽
出し、該特定周波数成分の振幅変化を時間軸上において
検出することで、ノッキング発生の有無を判別するよう
にしたので、ノッキング振動と機械振動との分離が容易
に行え、信号レベルの小さいときや機械振動の大きなと
きでもノッキングを精度良く検出できるようになるとい
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概略図、第３図は同上実施
例におけるノッキング検出の内容を示すフローチャー
ト、第４図は同上実施例における特定周波数成分の振幅
の時間的推移の一例を示す線図、第５図はノッキング発
生の有無による振幅変化の様子及びその積分値変化を示
す線図、第６図は第１図示のアナログフィルタに代わる
ディジタルフィルタの一例を示すブロック図、第７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。 １……ノックセンサ（振動センサ）、2,3,4……バンド
パスフィルター、５……A/D変換器、６……マイクロコ
ンピュータ、７……くし形フィルタ、8a,8b,8c……共振
器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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特定周波数成分を抽出する
   特定周波数抽出手段と、 前記特定周波数抽出手段で抽出された特定周波数成分の
   振幅の時間軸上における変化を検出する振幅変化検出手
   段と、 該振幅変化検出手段で検出された特定周波数成分の振幅
   の時間軸上における変化と所定の規範変化特性とを比較
   し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内燃機関のノッキング検出装置。
2. 【請求項２】前記振幅変化検出手段が、特定周波数抽出
   手段で抽出された特定周波数成分の振幅を積分するよう
   構成され、前記ノッキング判別手段が前記積分値の変化
   特性と所定の規範変化特性とを比較することでノッキン
   グ発生を判別するよう構成されたことを特徴とする請求
   項１記載の内燃機関のノッキング検出装置。
3. 【請求項３】前記ノッキング判別手段における所定の規
   範変化特性が、特定周波数成分の振幅が略一定である非
   ノッキング発生時の変化特性であることを特徴とする請
   求項１又は２のいずれかに記載の内燃機関のノッキング
   検出装置。
4. 【請求項４】前記ノッキング判別手段における所定の規
   範変化特性が、特定周波数成分の振幅が減少変化又は増
   大変化するノッキング発生時の変化特性であることを特
   徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の内燃機関の
   ノッキング検出装置。