JPH04166647A - ノック検出装置 - 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〕 本発明は内燃機関にお番ブるノック検出装置及び方法に
関する。

〔従来の技術〕

エンジンの吸気温、空燃比、圧縮比２点火時期等が適正
でない場合、エンジンにノックが発生し、圧縮比とボア
の直径に応じた特有の共鳴周波数成分を持った振動が発
生する。

従来のノック検出装置は、ノック発生時の共鳴周波数成
分のうち、ノック振動センサの信号に含まれる最も大き
な信号のみをバンドパスフィルタを用いて取り出し、特
定のクランク角度の間だけ整流・積分を行なう方法をと
っており、この種の装置の例として特開昭６０−２０４
９６９号がある。この装置では全てアナログ回路で構成
されていた。

［発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術では、バンドパスフィルタの周波数帯域幅
は比較的狭帯域であって、ノッキング発生時に生じる特
徴周波数のうち、大多数をカバーするようになっている
が、実際には特徴周波数はすべて単一ではなく、負荷や
回転数などの運転状態によって変化する。

第２図に示すように、Ｄｒａｐｅｒによれば燃焼室内の
共鳴状態により、円周方向と半径方向に沿って、いくつ
かの共鳴モードがあり、特徴周波数は７ＫＨｚから１８
ＫＨｚまで変化する。

毎爆発毎にこれらの周波数の１つが発生するだけでなく
、複数の共鳴周波数が生じることもある。

特に、高回転高負荷運転領域においては、特徴周波数は
一定せず、従来技術で検出している単一の特徴周波数で
ノック検出が行なうのは困難であった６ 本発明の目的は、高負荷高回転時でのノッキング周波数
の変化に対し２ても十分ノッキングを検出できる装置及
び方法を提供することにある。

また、従来のノック検出回路ではバンドパスフィルタは
アナログ回路で構成されており、周波数調整が煩雑であ
り、また経年変化や温度変化によるドリフトがある問題
があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、エンジンの振動あるいはシ
リンダ内圧振動を検出する振動センサと、エンジンのク
ランク角を検出するクランク角センサと、第１のクラン
ク角度から第２のクランク角度まで周波数帯域毎に成分
を求める手段を設けた。

さらに、アナログ回路のドリフトに対する目的を達成す
るために、ノック信号を所定の時間間隔でサンプリング
する手段と、サンプリング結果を記憶するメモリと、メ
モリの記憶内容に基づいて振動センサに含まれる周波数
成分を分析する手段と５周波教戒分毎にノック発生の有
無を判定する手段を設けた。

〔作用〕

振動センサの出力に含まれる少なくとも２つの共鳴周波
数成分を第１、のクランク角度から第２のクランク角度
まで範囲を限定して求めることにより、ｍ金的にノッキ
ング発生の有無の判定ができるので、高負荷高回転時で
もノック発生時と非発生時との分離ができ、ノッキング
発生の判定が容易になる。

また、振動センサの出力のディジタル値を所定時間間隔
でサンプリングすることにより、周波数分析を行うこと
で、周波数の選択が容易にできるので、ノック発生時の
共鳴周波数に調整することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は本発明の全体構成図であり、エンジン本体とし
てエアクリーナ１．吸入空気置針２．スロットルバルブ
５．インテークマニホールド６゜吸気弁を通して空気が
燃焼室に導かれる。

吸気弁付近にインジェクタ１６を設け、後述のエンジン
制御ユニット９によりインジェクタの開弁時間が変化し
、燃焼室に吸入された空気量に対して適正な量の燃料を
噴射する。

燃焼室内に吸入された空気と燃料は圧縮行程で点火プラ
グ１５で着火されて爆発し、排気行程で排気弁から掃気
され、エキゾーストマニホールド８、触媒、マフラーを
通して大気中に出される。

エンジンのクランクシャフトまたはカム軸にクランク角
センサ１２が取り付けられ、クランク角を表わすポジシ
ョン信号や気筒を判別するレファレンス信号を出す。

また、エンジン制御ユニッｌ−〇は、クランク角センサ
の信号や、吸入空気置針の信号等をとり入れて、インジ
ェクタの開弁時間を計算しインジェクタを駆動する。同
時に、点火時期を適正な時期に設定する。

ノックセンサは燃焼室の近傍に取り付けられて、燃焼室
内の燃焼に伴う圧力変動によって生じる振動をとらえ、
電気信号に変換する。

一般に、ノックセンサには圧電素子が使われるが、磁気
形、抵抗変化形などを用いることができる。

ノックセンサは燃焼室内の圧力変動を直接とらえるもの
でもよく、点火プラグの座金に取り付けたちの１８や、
燃焼室内の圧力を導入管で測定するもの１９でもよい。

ノックセンサの数は各気筒毎に取りつけることが望まし
いが、シリンダブロックの伝達が良ければ、複数気筒に
つき１ケでも、取り付はスペースを少なくできる。

ノックセンサからの信号は、増幅器で後述のＡＤ変換器
の入力電圧範囲にまで増幅される。増幅器の周波数特性
は周波数分析範囲にわたって−様な増幅度を有するもの
、または、使用するノックセンサの周波数特性を補正す
る様に逆の特性をもつものとする。増幅器の増幅度は外
部からの指示により変えられるものとする。

クランク角センサの信号により気筒判別とクランク角度
を決める。例えば、第３図に示すようにレファレンス信
号の立ち上がりは各気筒の五死点の前１１０℃の位置と
し、各気筒の気筒番号に対応した幅だけ異なるカウンタ
幅の間、持続するものとする。この持続する間をポジョ
ン数でかラントすれば、最も大きいときに第１気筒とし
て判別可能である。

また、ＰｏＳカウンタはポジション信号をカウントし、
レファレンス信号の立ち上がりでクリアされるものであ
り、コンベアレジスタと比較される。ＰｏＳカウンタと
コンベアレジスタとが一致するとＡＤ変換を開始する。

そして、コンベアレジスタの値をＡＤ変換終了角度に設
定し、この期間中にＡＤ変換を所定時間間隔てで行なう
。

ＡＤ変換の変換時間間隔でザンプリング定理により、周
波数分析しようとする上限の周波数の２倍量」−のサン
プリング周波数ｆｓの逆数以下とする。例えば、第２図
に示した特徴周波数は高々１８ＫＨｚまでであるから、
ｆｓは例えば４０ＫＨｚでよく、τは４０ＫＨｚの逆数
の２５ｐｓｅｃとする。

ＡＤ変換結果はＲＡＭ３４に次々に蓄えられ、変換個数
がｎ個になった時点でＣＰＵに対して周波数分析要求フ
ラグを出す。ＣＰＵは周波数分析要求フラグが立った時
点で周波数分析を行なう。

周波数分析は例えばＦ　’ｆＦ　”ｆ　（Ｆａｓｔ　Ｆ
ｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）手法やデジタルフィ
ルタを使って行なうことができる。

ノック判定方法を第４図に示す。

周波数分析結果の申から第２図に示した特定の周波数を
含む分析結果について選択抽出し、成分の大きさの大き
い順にｍ個を加算する。加算結果がノック非発生時の平
均値と比較して所定恒量Ｉ−の比率、または差があれば
、ノック発生と認識し、ノックフラグを立てる。

また、別のノック判定法として、各周波数成分毎に比率
または差を求め、比率または差の大きさの大きい順にｍ
個を加算し２て、加算結果が所定値以上であればノック
発生を認識して、ノックフラグを立てる方法もある。

周波数成分の選択は図に示すように、その帯域幅内に共
鳴周波数を有するもので、かつ、別の共鳴モードと弁別
できるものとする。

また、ノック発生時の共鳴周波数は回転数や負荷に応じ
てドリフトするので、ドリフト分を含む帯域幅とする。

このようにして、帯域幅は周波数分析を行なう周波数の
範囲の中でいくつかの帯域に分けられ、帯域内毎にノッ
ク検出を行なうことも可能になる。

大きさの大きい順にｍ個を加算する。加算結果がノック
非発生時の平均値（ＢＧｌ、、）と比較して。

所定のしきい種以上の差分、または比率（ｓｒ、）があ
れば、ノック検出有りと認識し、ノックフラグを立てる
。

ノックなしと判断した場合はＢ　Ｇ　Ｌを係数αとＳＬ
を用いて補正する。

また別のノック判定法として、第５図に示すように、各
周波数成分毎に差分または比率ＳＬｉを求め、差分また
は比５４Ｅ＝　Ｓ　Ｌ　ｉの大きさの大きい１＠にｍ個
を加算して、加算結果が所定のしきい値以上であれば、
ノック検出有りと認識して、ノックフラグを立てる方法
もある。

ノックなしと判断した場合は、各周波数成分毎にＢＧＬ
ｉを係数αとＳＬｉを用いてそれぞれ補正する。

周波数成分の選択は第６図に示すように、その帯域幅内
に共鳴周波数を有するもので、かつ、別の共鳴モードと
弁別できるものとする。

また、ノック発生時の共鳴周波数は回転数や負荷に応じ
てドリフとするので、ドリフト分を含む帯域幅とする。

このようにし５て、帯域幅は周波数分析を行なう周波数
の範囲の中でいくつかの帯域に分けらＪｌ、、帯域内毎
にノック検出を行なうことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、振動センサに含まれる任意周波数成分
を選択してノック判定を行なうことができるので、エン
ジンの運転状態に応じて適切な共鳴周波数成分を用いて
ノッキングの発生の有無の判別ができる。このため、エ
ンジンの全運転領域にわたってノックの判定ができる効
果がある。

また、周波数分析を行なう帯域幅を全周波数分析範囲の
中から特定して狭めることができるのでＣＰＵとの計算
負荷を軽くできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の主構成図、第２図はノック
発生時の共鳴振動モードの説明図、第３図はノック信号
のサンプリングのタイミングチャート、第４図はノック
検出のための１手段のフローチャート、第５図はノック
検出のための別の手段のフローチャート、第６図は周波
数分析範囲の帯域分割の説明図である。 １・・・エアクリーナ、２・・空気流量言４．３・・ダ
クト、６・・・インテークマニホールド、７・・・エン
ジンブロック５８・・・エキゾーストマニホールド、７
・・コントロールユニット、１２・・・クランク角セン
サ、１７・・・ノックセンサ、］８・・・座圧センサ、
１９・・・筒内圧針３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の燃焼室の近傍に取り付けたノック振動セ
   ンサ、または燃焼室の圧力変化を検出する筒内圧センサ
   を備え、 ノック発生時に生じる共鳴周波数を含め振動エネルギー
   の帯域内の所定の割合のエネルギーを有する帯域内で、
   あらかじめ定められた帯域毎に連続して分割された帯域
   幅毎にノック振動を検出する手段を設けたことを特徴と
   するノック検出装置。 ２、請求項１のノック検出装置において、振動成分の大
   きい成分から複数間の成分を選択して演算し、ノック非
   発生時の演算結果と比較して所定の条件を満たすときに
   ノックを検出する手段を設けたことを特徴とするノック
   検出装置。 ３、請求項１のノック検出装置において、各振動成分毎
   にノック非発生時の平均値と比較して、各振動成分毎の
   信号比率または差分を演算し、演算結果が所定値以上の
   ときにノック検出を行なう手段を設けたことを特徴とす
   るノック検出装置。 ４、請求項１のノック検出装置において、共鳴周波数を
   含む振動エネルギー帯域内の第１の周波数と第２の周波
   数の間に９０％以上のエネルギーを有するように帯域を
   制限したことを特徴とするノック検出装置。 ５、請求項１、２、３、４のノック検出装置において、
   内燃機関の回転数、負荷に応じて振動成分を選択して演
   算する手段を設けたことを特徴とするノック検出装置。 ６、請求項１、２、３、４、５のノック検出装置におい
   て、ノック振動成分を検出する周波数帯域の一部を重ね
   てノックを検出する手段を設けたことを特徴とするノッ
   ク検出装置。