JPS5965226A - 内燃機関のノツキング検出装置 - 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】 本発明は内燃機関のノッキング検出装置に係シ、特に、
内燃機関のノッキングを検出して、ノッキングが発生し
たとき点火時期を遅らせるように制御するノッキング制
御装置に使用されるノッキング検出装置に関する。

従来のノッキング検出装置は、内燃機関の振動を検出す
る振動ピックアップと、この振動ピックアップの出力信
号を全波肢流する全波整流器と、との全波些流器の出力
信号を積分によシ平均する積分器と、この積分器の出力
信号に所定電圧加算して判定基準信号を出力する加算器
と、前記振動ピックアップの出力信号と判定基準信号と
を比較する比較器とを含んで構成されるのが一般である
。

そし゛〔、このノッキング検出装置によれば、振動ピッ
クアップから出力されて全波整流器、積分器および加算
器を介して出力される判定基準信号と、振動ピックアッ
プから出力される電気信号とが比較器において比較され
％　’１４．気信号のレベルが判定基準信号のレベルを
越えたときノッキングの発生を表わすノッキング信号が
出力される。なお、判定基準信号のレベルＶを式で表わ
すと、次の（１）式のようになる。

Ｖ＝Ｋａｏ＋ｂ。・・・・・・・・・・・・（１）ただ
・し、Ｋは比測定ＩＣ１％　　”０は電気信号のレベル
、ｂｏは加ｎ器で加算されるオフセット’４圧のレベル
である。

しかし、振動ピックアップから出力される電気信号のピ
ーク値は、第１図に示すように、内燃機関の同転数に１
５１：て大きくなるが、内燃機関低回転時には非常に小
さい値になっている。なお、第１図において、Ａはノッ
キングが発生していない場合、Ｂはノッキングの大きさ
が小さい場合、Ｃはノッキングの大きさが中（らいの場
合、Ｄはノッキングの大きさが大きい場合の振動ピック
アップ出力のピーク値を各々示す。従って、車両ワイパ
ｐ、４１１４ｇ時およびライト点灯時等に発生ずる電気
ノイズＮが、振動ピックアップと全波整流器とを接続す
る信号線等に印加されると、電気信号に電気ノイズが重
畳され、特に内燃機関低回転時において電気信号と電気
ノイズ等が区別でき々（なり、ノッキングの誤検出が発
生する、という問題がある。

上記ノッキングの誤検出、を防止するだめには、判定基
準信号のレベルを電気ノイズΩレベルより高（設定して
おりばよいが、このように判定基準信号の１７ベルを高
（設定すると、小１／ペルのノッキングを検出すること
ができな（なる、という問題が発生ずる。また、小レベ
ルのノッキングをも検出するために振動ピックアップか
ら出力される電気信号を増幅することも考えられるが、
内燃機関の中、高速回転時において振動ピックアップか
ら出力される電気信号のレベルが大きくなりすぎノッキ
ング検出装置のターイナミツクレンジを越えてしまい、
中、高速回転時のノッキング検出が不可能になる、とい
う問題が生じる。

また、上記従来のノッキング検出装置においては、振動
ピックアップから出力される電気信号のピーク値が内燃
機関の回転数に応じて太き（変化するため、内燃機関の
低回転域から高回転域までノッキングを検出するために
ノッキング検出装置のダイナミックレンジを大きく設定
しなければならない、という問題がある。

本発明は上記問題点を解消すべ（成されたもので、検出
装置のダイナミックレンジを太き（することなく、また
電気ノイズに影響されることな（、低回転域から高回転
域までノッキングを梢反良（検出することができる内燃
機関のノッキング検出装置を提供することを目的とする
。

−上記目的を連成するために本発明の構成は、ノッキン
グによる振動を含む内燃機関の振動に対応する電気信号
を出力する振動センサによシ内燃機関の振動を検出する
と共に、前記電気信号のレベルを平均して第１の平均レ
ベル信号を出力する第１の平均レベル検出回路と増幅信
号のレベルが所定レベルあるいｔｊ、それ以上になるよ
うに前記第１の平均レベル信号に基づいて増幅器の利得
を制御する利得ｆｌ＋ｌＪ御器とによってフィードバッ
クループを形成し２、このフィードバックループによシ
前記′亀気信号を増幅して増幅信号を出力する増幅器の
利得を制御し、第２の平均レベル検出回路および基漁信
号発生器を介して出力される基準信号と前記増幅信号と
を比較器によって比較し、増幅信号のレベルが基準信号
のレベルを越えたときノッキング信号を出力するように
したものである。

上記構成において、振動センサに接続された信号線に電
気ノイズが印加されることを更に防止するために、少な
くとも前記振動センサと増幅器とを一体に構成すること
が好ましい。よシ好ましい態様は、増幅器、第１の平均
レベル検出回路、利得制イハ１１器、第２の平均レベル
検出−回路、比較器および振動センサ等を一体に構成す
ることである。

また、信号線および上記本発明の構成要素を磁気シール
ドおよび電気シールドするようにしてもよい。なお、第
１および第２の平均レベル検出回路としては全波（流回
路と積分回路とを直列接幌した回路が使用でき、利得１
ｆ制御器とし、ては関数発生器や実施例で説明する誤差
検出回路と利得制御回路との直列回路が使用できる。

上れ４本発明のオｊり成によれば、増＠器がら出力され
る増幅信号の１７ペルが、増幅器の利得を制御すること
により基準電圧と等［７（あるいはそれ以上にすること
ができ、従ってηを気ノイズのレベル以上に制御される
だめ、電気ノイズに影響されることな（、またダイナミ
ックレンジを大きくすることなく、エンジン低回転域か
らλ１Ｓ回転域まで小さなノッキングをも４．ｉｔ出す
ることができる、という特イ〕の効果がｑ＋＋もれる。

以下１１面を参照１．て本発明の実施例を詳細に説明す
る。第２し１に、本発明の一実施例の基本的ブロック図
を示す。

マイクロボン等で構成されかつ内燃機関の振動を電気イ
ば号に変換する振動センサ２は、エンジン本体に１反句
けられておυ、この振動センサ２の出力；ｌ：ｒ、’、
　ｉｔ利得制ｆｌＩＩ用ｆＩ３な可変利得増幅器４の入
力端に直接接続されている。まだ、振動センサ２の出力
ｐ；１４は、全波整流回￥＋Ｓ　６およびｆＩ′を分回
路８かも成るシ）１の平均レペルイ・（出回Ｗａ５１０
　、利得制御ｎ器を構成する誤差検出回路１２および利
得制御回路１４を介して可変利得増幅器４に接続されて
いる。

誤差検出回路１２には、電気ノイズのレベルよシ高い値
の基準信号が入力されている。可変利得増幅器４の出力
端は、直接比較器２４の一方の入力端に接続されると共
に、全波整流回路１６および積分回路１８かも成る第２
の平均レベル検出回路２０および増幅器や加算器からな
る基準信号発生器２２を介して比較器２４の他方の入力
端に接続されている。そして、比較器２４の出力端は、
ノッキングが発生しない場合に点火時期を進めかつノッ
キングが発生した場合に点火時期を遅らせるように制御
する点火時期制御回路２６に接続されている。

紀３図に、本実施例の主要部の具体的回路を示す。可変
利得増幅器４は、オペアンプ４１および電界効果トラン
ジスタ４２を備えておシ、オペアンプ４１の十端子（ｔ
ｌ、　＠接接地されている。まだ、オペアンプ４１の一
端子（こは、抵抗４３（本実施例では１．１にΩとしで
ある、）を介して振動センサ２が接続されている。その
振動センサ２はさらに第１の全波整流回路６に接続され
ている。オペアンプ４１の出力端は、第２の全波整流回
路１６に接続されると共に、比較器２４を構成するオペ
アンプ２４１の一端子に接続され、また電界効果トラン
ジスタ４２のドレインに接続されている。電界効果トラ
ンジスタ４２のゲートは、利得制御回路１４に接続され
、さらにコンデンサ４５および抵抗４４を介しドレイン
に接続されている。ソースはオペアンプ４１の一端子に
接続され【いる。

第１の全波整流回路６は、十端子が接地されたオペアン
プ６１と、同様に十端子が接地されたオペアンプ６２と
を備えている。オペアンプ６１の一端子には、抵抗６３
を介して振動センサ２が接続されると共に、ダイオード
６４を介してオペアンプ６１の出力端が接続されている
。オペアンプ６２の一端子にしＬ１抵抗６３、抵抗６５
および抵抗６６を介して振動センサ２が接続され、上記
各抵抗と並列に設けられた抵抗６７を介し、て上記振動
センサ２が接続され、また、抵抗６８を介してオペアン
プ６２の出力端が接続３、さオノている。そして、抵抗
６５と抵抗６６との接続点は、ダイオード６９を介して
オペアンプ６１の出力端に接続され、更にオペアンプ６
２の出力端が第１の積分回路８に接続されている。

第１のｔ＋”を分回路８は、十端子が接続されたオペア
ンプ８１を備えておシ、オペアンプ８１の出力端は誤差
検出回路１２に接続されると共に、並列接続されたコン
デンサ８２および抵抗８３を介してオペアンプ８１の一
端子に１’４ｈｕされている。更に、オペアンプ８１の
一端子には、抵抗８４を介して全波整流回路６に設けら
れたオペアンプ６２の出力端が接続されている。本実施
例における積分時足数はコンデンサ８２と抵抗８４によ
って約２００ｍ５ＦＣ−調駐しである。

誤差検出回路１２は差動増幅器であシ、十端子が抵抗１
２１を介して接地されたオペアンプ１２３を備えている
。このオペアンプ１２３の十端子には、更に、抵抗１２
２を介して電気ノイズのレベルよシ高い電圧である基準
電圧ＶＲ（例えば、５００ｍＶ）　　が極性を反転して
入力されている。オペアンプ１２３の出力端は、利得制
御回路１４に接続されると共に、抵抗１２４を介してオ
ペアンプ１２３の一端子に接続されている。更に、オペ
アンプ１２３の一端子には、抵抗１２５を介して第１の
積分回路８に設けられたオペアンプ８１の出力端が接続
されている。との差動増幅器のゲインは、本実施例では
３となるように抵抗１２４．１２５を訓瞥しである。

利得制御回路１４は、十端子が接地されたオペアンプ１
４１、および、抵抗１４３と抵抗１４４との直列回路か
ら成シ、一端、が電源（例えば、１２Ｖ）に接続されか
つ他端が接地された分圧回路を備えだ反転加算器である
。この分圧回路は電界効果トランジスタ４２のゲート電
圧にオフセットをかけるもので、本実施例では３．４Ｖ
となるように抵抗１４３．１４４で調整しである。オペ
アンプ１４１の一端子にｈ１抵抗１４７を介して誤差検
出回路１２に設けられたオペアンプ１２３の出力端が接
続されている。オペアンプ１４１の出力端は、可変利得
増幅器４に設けられた電界効果トランジスタ４２のゲー
トに接続されると共に、抵抗１４６を介してオペアンプ
１４１の一端子に接続されている。更に、オペアンプ１
４１の一端子には、抵抗１４５を介して抵抗１４３と抵
抗１４４との接続点が接続されオフセラ）！圧が印加さ
れている。

シ’ｒ　２の全波整流回路１６は、第１の全波整流回路
６と同様の構成で、オペアンプ１６１，１６２、抵抗１
６３．１６５．１６６．１６７．１６８、ダイオード１
６４．１６９かも’４に成されている。

そして、オペアンプ１６１の一端子には抵抗１６３を介
して可変利得制御回路４に設けられたオペアンプ４１の
出力端が接続され、オペアンプ１６２の出力端は第２の
積分回路１８に接続されている。

第２の積分回路１８は、第１の積分回路８と同様の構成
で、オペアンプ１８１、コンデンサ１８２、抵抗１８３
．１８４とから構成されている。オペアンプ１８１の一
端子には抵抗１８４を介して第２の全波整流回路１６に
設けられたオペアンプ１６２の出力端が接続され、オペ
アンプ１８１の出力端は基準信号発生器２２に接続され
ている。

第２の積分回路１８のＦｉｔ分時定時定数１のそれよシ
長めの約４００　ｍｓになるようにコンデンサ１８２と
抵抗１８４を調整しである。

基準信号発生器２２は、」一端子が接続されたオペアン
プ２２１を備えておシ、オペアンプ２２１介してオペア
ンプ２２１の一端子に接続されている。更に、オペアン
プ２２１の一端子には、抵抗２０３を介して第２の積分
回路１８に設けられたオペアンプ１８１の出力端が接続
されている。第４図にｉｌＶ界効果トランジスタのゲー
ト・ソース間電圧ＶＣＳとチャンネル抵抗Ｒｃの関係の
一例を示す。紀４図は電界効果トランジスタとして、Ｔ
Ｘ−４２９Ｄ　（ソニー（ｌｉＪ社製、商品名）を用い
た場合のデータを示すものである。

ここで可変利得増幅器４の抵抗４３の抵抗値をＲとする
と、可変利得増幅器４の利得Ｇは次の（２）式で表わさ
れる。

Ｇ　＝　Ｒｃ　／Ｒ・・・・・・・・・・・・・・・（
２）従って、第１の平均レベル信号（第１の積分器の８
の出力ｂ）が基準電圧ｖＲ以丁の場合、ゲート・ソース
間電圧ＶＧ８が太き（なるため、チャンネル抵抗Ｒｃか
大きくなって利得Ｇが太き（なシ、逆に第１の平均レベ
ル信号すが基準電圧■Ｒを越えたとき、ゲート・ソース
を圧ＶＧ８が小さくなシ、利得Ｇが小さくなるように、
フィードバック制御によシ利得が制御される。

第５図に本実施例における、エンジン回転数に対応する
可変利得増幅器出力のピーク値をノッキングの大きさに
応じて示す。なお符号Ｎ、Ａ、Ｂ。

Ｃ，１）は第１図のものと同一である。

次に第３図に示した一実施例の主要部の信号波形を示す
第６図を用いて、本実施例の動作を説明する。

エンジン本体で発生した振動は、振動センサ２によシ検
出されて、振ルυに対応した振幅および周波数を有する
電気信号ａとして出力される。この′１区気個号ａ　ｉ
、１．”ｉＪ変利得増幅器４に入力されると共に、ａ１
３１の全波順流回路６、第１の積分回路８、誤差検出回
ｊ’ｌ’ｉ　１２および、利得側１１１１回路１４を介
して司変利得壇１１１．Ｉｇ器４にフィードバックされ
可変利得増幅器４の利得を制御する。

すなわち、ｈ′５１の全波順流回路６および第１の積分
回路８によってＪＩＭ　Ｗｄｒセンセンから出力される
電気信号ａの平均レベルである第１の平均レベル１６号
すが求められる。この第１の平均レベル信号すは誤差検
出回路１２において、基準電圧ｖＲと比較されその差の
３倍の電圧が、利得制御回路１４でオフセット電圧３．
４■に加算され、利得制動１１１回路１４の出力信号ｄ
いわゆるゲート電圧が求められる。これによってチャン
チル抵抗Ｒｃが変化しｎＪ変利イ（事増幅器４の利得Ｇ
が第６図のように決定され、振ｎ（ｂセンサ２の出力信
号ａは増幅されＥｌ変利得増幅器４かも出力信号ａ′と
して出力される。その出力信号ａ′からシ↓２の全波順
流回路１６および第２の積分回路１８によって第２の平
均レペルイご号ｅ（第２の積分回路１８の出力）が求ま
シ、さらに基準信号発生器２２によって、判冗レベル信
号ｆ（基準信号発生器２２の出力）が求まり、比較器２
４によってｎＪ変利得増幅器４の出力信号ａ′と基準信
号発生器２２の出力信号ｆとが比較され、出力信号ｆの
レベルより出力信号ａ′のレベルが大きい時、ノックパ
ルスｇ（比較器２４の出力）として出力される。とのノ
ックパルスｇは遅延回路を含む点火時期制御回路２６に
入力され、点火時期制御回路２６は、ノックパルスｇの
パルス数に応じて、予め設定されている基本点火化上を
補正し、点火時期が遅れるようにイグナイタを制御する
。

さらに詳細に説明するとエンジンをスタートさせると振
動センサ２かもエンジン振動が出力される。ところが第
１の積分器８の積分時定数が２００ｍ５と比較的長いた
め、スタート直後の第１の積分器８の出力はほぼＯｖで
あシ、基準電圧ＶＲ（−０，５Ｖ）が３伯に増幅されオ
フセット電圧３、．４Ｖに加算され、さらに極性を反転
された−１．９■が電界効果トランジスタ４２のゲート
に印加される。これによってチャンオ、ル抵抗Ｒｃが約
ｌＯＫΩとなり、可変利得増幅器４の利得ＧはＧ＝１０
　Ｊ（Ω、／１．ＩＫΩよ、す９．１倍となる。ところ
が、第１の積分器８の出力が積分時定数と放電時定数に
よって、バランスするある一定値（無負荷時０．０５Ｖ
）にしだいに近づいてい（と、ゲート電圧も （０，０５−０，５）ｘ３＋３．４　＝２．０５［：Ｖ
ｌ・・・・・・（３）より、２．０５　Ｖ　ｋＣ，、近
づき、チャンネル抵抗Ｒｃは６．３にΩとな！（利得Ｇ
に１゜ Ｇ＝６．３にΩ／１．ＩＫΩ＝５．７　　・・・・・・
・・・・・曲（４）より、５．７に近づいていく。

寸だ振動センサ２の出力が小さい無負荷から出力の大き
い全負荷にｙ化した場合、可変利得増幅器４の利得Ｇ←
Ｊ、イτ■述と同杼に無負荷の利得Ｇ＝５．７から全負
荷の利得Ｇ＝３．５に徐々に変化する。

なお、多＋、４４図に示すように、電界効果トランジス
タのチャンイ・ル抵抗ｅよ、ゲート・ソース間電圧によ
ってｙ化するため利得制御回路１４のオフセット電圧の
設定に大きく影響される。実際には、エンジン低回転域
において可変利得増幅器の利得が太き（なシすぎ、エン
ジン高中回転域で小さくなシすぎることがあるため、基
準信号発生器２２のオフセット電圧を適当に選ぶ必要が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エンジン回転数と振動ピックアップ出力のピ
ーク値との関係を示す線図、第２図は、本発明の一実施
例を示すブロック図、第３図は、上記一実施例の回路図
、第４図は、ゲート・ソーのピーク値との関係を示す線
図、第６図は、上記一実施例の主要部の信号波形を示す
υ図である。 ２・・・振動センサ、４・・・可久利得制御器、工０・
・・第１の平均レベル検出器、１２・・・誤差検出回路
、１４・・・利得制御回路、２０・・・第２の平均レベ
ル横田器、２２・・・基準イδ号発住器、２４・・・比
較器。 代理人　　鉗す　沼　辰　之 （ほか２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ノッキングによる振動を含む内燃機関の振動
   を検出しかつ該内燃機関の振動に対応する電気信号を出
   力する振動センサと、利得が制御可能であって該制御さ
   れた利得に応じて前記電気信号を増幅して増幅信号を出
   力する増幅器と、前記電気信号のレベルを平均して第１
   の平均レベル信号を出力する第１の平均レベル検出回路
   と、前記増幅信号のレベルが所定レベル以上になるよう
   に前記第１の平均レベル信号に基づいて前記増幅器の利
   得を制御する利得制御器と、前記増幅信号のレベルを平
   均して第２の平均レベル信号を７・出力する第２の平均
   レベル検出回路と、前記第２の、平均レベル信号にｉｌ
   ｒ足電圧電圧えて基準信鰺モ出力する基準信号発生器と
   、前記増幅信号と前記基準信号とを比肩ズして前記増幅
   信号のレベルが前記基準信号のレベルを越えたときにノ
   ッキング信号を出力する比較器と、を含む内燃機関のノ
   ッキング検出装置。