JPH0465636A - 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慝影響を及はすため、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ためのノッ
キング検出は、従来以下のようにして行っていた。即ち
、第５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を機関のシ
リンダブロック等に取付け、相互に異なる中心周波数に
設定されたバンドパスフイルター１３．１４．１５によ
って前記ノックセンサ１１の検出信号からノッキング特
有の周波数の成分をそれぞれ取り出し、抵抗Ｒとコンデ
ンサＣとからなるノイズフィルターを通過させた後、ア
ナログ／デジタル（以下、単にＡ／Ｄとする。）変換器
１６でＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ１７に入力
させる。

そして、マイクロコンピュータ１７ては、バンドパスフ
ィルター１３．　１４．　１５によって得られた各周波
数成分の非ノツキング時とノッキング時とのレベル差や
特定周波数の波形の時間的な変化特性等に基づいてノッ
キングの発生を検出する。

また、第６図に示すように、ノッキングセンサ１１の検
出信号をそのままＡ／Ｄ変換器１６てＡ／Ｄ変換してマ
イクロコンピュータ１７に入力させ、マイクロコンピュ
ータ１７で高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の演算によっ
て信号解析を行って、ノッキング特有の周波数成分を取
り出し、前述のようにノッキング発生を検出する場合も
ある。

〈発明か解決しようとする課題〉 ところで、上記の第５図に示すようにバンドパスフィル
ターによってノッキング振動か顕著となる周波数成分を
取り出す構成の場合、複数種の周波数成分によってノッ
キングを検出しようとすると、それたけ部品点数か多く
なり、また、フィルタか多くなる分たけマツチング時間
を要するため、コスト高になってしまうという問題かあ
る。

また、第６図に示すような構成によりマイクロコンピュ
ータ内で高速フーリエ変換演算などの信号解析を行わせ
、第７図に示すように周波数スペクトルを求める場合に
は、部品点数やマツチング時間の増大という前記アナロ
グのバンドパスフィルターを用いた場合の欠点を解消で
きるが、演算のために多くのメモリ容量を必要とすると
共に、抽出した特定周波数の波形の時間的推移をリアル
タイムに得ることかできないため、波形の時間的推移に
基づくノッキング検出か行えないという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、振動セ
ンサ（ノックセンサ）の検出信号から複数種の特定周波
数成分を取り出しノッキング検出を行わせるときに、部
品点数やマツチング時間を節約でき、然も、取り出した
特定周波数の波形の時間的推移をリアルタイムに検出す
ることかできるように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、この振動センサの検出信号かＡ／Ｄ
変換器によってＡ／Ｄ変換されて機関振動のデジタルデ
ータを得る。

そして、この機関振動のデジタルデータは、くし形フィ
ルタに入力されて処理される。このくし形フィルタは、
Ａ／Ｄ変換された検出信号を入力する複数段の遅延素子
と、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換されたデータとＡ／Ｄ変
換後に前記複数段の遅延素子で遅延されたデータとを加
算する加算器とを含んで構成されている。

かかるくし形フィルタで処理されたデータは、相互に異
なる周波数成分と共振する複数の共振器にそれぞれ入力
され、該複数の共振器それぞれから得られる相互に異な
る特定周波数成分に基つきノッキング判別手段かノッキ
ング発生を判別する。

〈作用〉 かかる構成によると、振動センサからのアナログとして
の検出信号か、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換され、このＡ
／Ｄ変換して得たデジタル検出信号からくし形フィルタ
及び共振器からなる所謂デジタルフィルタによって、複
数種の特定周波数成分の強度（振幅）か取り出される。

即ち、くし形フィルタでは、遅延素子によって遅延され
た信号と遅延素子をバイパスした信号とを加算器で加算
することて特定周波数を打ち消す処理を行い、これによ
って共振器の共振を打ち消すようにしてあり、かかる構
成を複数段備えることで複数種の周波数成分の強度を抽
出できるものである。

従って、ノッキングか顕著となる周波数成分の強度変化
をリアルタイムに検出することか、多くのメモリ容量を
必要とせずに可能となる。

〈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（本体）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
た波形のアナログ電圧信号を出力する。

該ノックセンサｌの検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２でＡ／
Ｄ変換されることより、不要な高周波成分がカットされ
てからくし形フィルタ３に入力される。

前記くし形フィルタ３は、抽出したい周波数の数に対応
して複数段設けられた遅延素子４ａ−，４ｂ、・・・と
加算器５とから構成され、前記複数段の遅延素子４ａ、
　　４ｂ、　　・・・で遅延されかつ正負を逆転させた
データと、遅延素子４ａ、４ｂ。

・・・をバイパスしたデータとを加算器５で加算するこ
とにより、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。

くし形フィルタ３は、ノッキング検出に用いる周波数の
数に対応して設けられ並列接続された複数の共振器６ａ
、６ｂ、　　・・・・に対して直列に接続されており、
くし形フィルタ３の出力か相互に共振周波数の異なる複
数の共振器６ａ、６ｂ。

・・・にそれぞれ入力され、遅延素子、加算器。

掛算器で構成される共振器６ａ、　　６ｂ、　　・・・
は、それぞれ特定周波数の成分と共振して、それぞれの
周波数の振幅値（強度）をリアルタイムで出力する。

このように、くし形フィルタ３で処理されたデジタル信
号に基づいて共振器６ａ、６ｂ、　　・・、・をそれぞ
れ共振させるようにすれば、加算器５て消し合わされる
信号に基づいて各共振器６ａ、６ｂ、・・が共振し続け
ることを抑止し、各周波数成分の強度か逐次得られるも
のである。

ここで、必要とする周波数の種類に対応させて共振器６
ａ、６ｂ、　　・・・を設け、これに対応させて遅延素
子４ａ、４ｂ、　　・・・の数が決定されるが、共振器
６ａ、　　６ｂ、　　・・・それぞれの共振周波数は、
ノッキング振動か顕著となる７　ｋＨｚ〜９　ｋＨ２及
びその周辺周波数域から適宜選択し、例えば７ｋＨｚ　
、　　８ｋＨｚ　、　　９ｋＨｚ　、　ＩＱｋＨｚ　、
　１１ｋＨｚの５種類程度とすると良い。

それぞれの共振器６ａ、６ｂ、、　　・・・からの第４
図に示すような出力データは、ノッキング判別手段上し
てのマイクロコンピュータ７に入力され、該マイクロコ
ンピュータ７が予め記憶されているＲＯＭ上のプログラ
ムに従ってノッキング検出を行う。

かかる構成において、ノックセンサ１からの検出信号か
ら、ノッキング振動が顕著となる複数種の周波数成分を
抽出するに当たり、゛＜シ形フィルタ３と共振器６ａ、
　　６ｂ、　　・・・とからなる所謂デジタルフィルタ
を用いるようにしであるので、マイクロコンピュータ７
に入力させた検出信号から高速フーリエ変換の演算によ
って特定周波数成分を取り出す場合に比べ、各周波数成
分の強度（振幅）を、多くのメモリ容量を必要とするこ
となくリアルタイムに得ることかでき（第４図参照）、
また、バンドパスフィルタのようなアナログフィルタを
用いた場合のように多くのマツチング工数を必要とする
こともない。

前述のようにして得られる各特定周波数成分毎の強度変
化の情報に基づくノッキング判別は、例えば第３図のフ
ローチャートに示すようにして行われる。

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てきる区間であり、例
えば６気筒機関においてＡＴＤＣＩＯ°〜Ａ　Ｔ　Ｄ　
Ｃ６０°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
共振器６ａ、６．ｂ、　　・・・を介して入力される各
周波数成分の強度（振幅）をそれぞれ初期値として記憶
する（Ｓｌ）。

そして、各周波数成分毎に記憶された初期値かそれぞれ
変わらず、前記周波数分析区間において一定レベルの強
度か続くと仮定し、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
れを各周波数成分毎の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強
度の時間的推移（第４図参照）に基つき、かかる強度を
それぞれに時間軸上に標本周期毎に積分し、周波数分析
区間内における強度変化の特性を検出する（Ｓ３）。

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それぞれ比
較する（Ｓ４）。

ここで、規範変化特性は、強度変化かないことを前提と
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
性か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
いものと推定してノッキング発生を判別する（Ｓ５）か
、実際の検出信号に基づく強度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）。

かかる判別を各共振器６ａ、６ｂ、　　・・・に対応す
る周波数成分毎に行わせ、例えば、過半数の周波数でノ
ッキングが判別されたときを最終的にノッキング発生と
判別させるようにする。

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、その積算値か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
グ発生か検出される作用を次に説明する。

即ち、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か除々に
減衰するから、前記ノッキング振動か含まれる周波数成
分の強度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か含まれ
ないときには、略一定の機械振動のレベルで強度で推移
することになる。このため、ノッキング振動か含まれな
いときには、分析区間の初期の強度を略維持することに
なり、強度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、分析区間の初期の強度を一定と
仮定して、強度の積分値の時間軸変化を推定すれば、こ
の変化特性（所定の機関変化特性）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、
実際の強度を時間軸上で積分していくと、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
強度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か検出できるも
のである。

このように、特定周波数成分の強度変化に基づいてノッ
キングを検出てきるから、信号レベルが小さいときてあ
っても識別か可能であり、また、機械振動か強くなる高
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、ノッキング発生によって機械振動レベルよりも強度
か弱くなって、ノッキング振動の減衰に伴って機械振動
レベルにまで復帰する周波数も存在することかあるので
、強度か減衰しているときに限らず、強度レベルか増減
変化していることをノッキング振動に影響されたものと
することが好ましい。

但し、各共振器６ａ、　　６ｂ、　　・・・から出力さ
れる複数周波数成分毎の時間的な推移に基つくノッキン
グ判別は、上記の第３図のフローチャートに示すロジッ
ク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、振動センサから
複数種の周波数成分を取り出すときに、各周波数成分毎
の強度変化をリアルタイムに得ることかでき、然も、前
記強度変化の時間的推移を観察するときにメモリ容量か
少量で済むという効果かあり、特に、検出信号に含まれ
る複数種の周波数成分の強度変化に基づいてノッキング
検出するときに最適な前処理装置を提供できる。

【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各共振器の出力例を示す
線図、第５図及び第６図はそれぞれ従来のノッキング検
出装置の一例を示すブロック図、第７図は第６図示の構
成において求められる周波数スペクトルの一例を示す線
図である。 ｌ・・・ノックセンサ（振動センサ）　　３・・・（し
形フィルタ　　４ａ、４ｂ、　　・・・・・−遅延素子
５・・・加算器　　６ａ、　　６ｂ、　　６ｃ、　　・
・・・・・共振器　　７・・・マイクロコンピュータ 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４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
   、 該振動センサからの、検出信号をアナログ／デジタル変
   換するアナログ／デジタル変換器と、該アナログ／デジ
   タル変換器でアナログ／デジタル変換された検出信号を
   入力する複数段の遅延素子と、該複数段の遅延素子で遅
   延されたデータと前記アナログ／デジタル変換器の出力
   データとを加算する加算器とを含んで構成されたくし形
   フィルタと、 該くし形フィルタの出力をそれぞれ入力し相互に異なる
   周波数成分と共振する複数の共振器と、該複数の共振器
   からそれぞれ得られる相互に異なる特定周波数成分に基
   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内燃機関のノッキング検出装置。