JPH05273069A - Knock sensor - Google Patents
Knock sensorInfo
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- JPH05273069A JPH05273069A JP6841092A JP6841092A JPH05273069A JP H05273069 A JPH05273069 A JP H05273069A JP 6841092 A JP6841092 A JP 6841092A JP 6841092 A JP6841092 A JP 6841092A JP H05273069 A JPH05273069 A JP H05273069A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のノッキング
（異常燃焼による振動）を検出するノックセンサに関す
る。特に本発明では、ノックセンサからの信号をディジ
タル信号に変換して処理する際にディジタル信号処理の
負担を軽減することを目的とする。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a knock sensor for detecting knocking (vibration due to abnormal combustion) of an internal combustion engine. Particularly, it is an object of the present invention to reduce the load of digital signal processing when the signal from the knock sensor is converted into a digital signal and processed.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来ガソリンエンジンの熱効率を上げる
ために、圧縮比を高めることが行われている。この圧縮
比を高めると、ノッキングが問題になるが、圧縮比を下
げないようにしてエンジンを使用するために、ノックセ
ンサが採用されている。このノックセンサによってノッ
キングの発生が感知されると、これに応じてエンジンの
点火時期が遅らされてノッキングが回避され、エンジン
がノッキング限界に近い最も効率の良い点火時期で作動
することが可能になる。2. Description of the Related Art Conventionally, the compression ratio has been increased in order to increase the thermal efficiency of a gasoline engine. When this compression ratio is increased, knocking becomes a problem, but a knock sensor is used in order to use the engine without lowering the compression ratio. When this knock sensor detects the occurrence of knocking, the ignition timing of the engine is delayed accordingly to avoid knocking, and the engine can be operated at the most efficient ignition timing close to the knocking limit. Become.
【０００３】次に、ノックセンサからの信号をエンジン
の点火装置に出力するまでのディジタル信号処理装置に
ついて説明する。図４は従来のノックセンサのディジタ
ル信号処理装置の概要を示す図である。本図に示すディ
ジタル信号処理装置は、エンジンのブロックに固着され
た圧電式のノックセンサ１０と、該ノックセンサ１０か
ら信号成分から高周波成分を除去する前置フィルタ１１
と、該前置フィルタ１１からのアナログ信号をディジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２（Analog to Digita
l Converter)と、該Ａ／Ｄ変換器１２かのディジタル信
号から振動を検出し、ノッキング強度を判定し、点火時
期を制御する信号等を形成する処理回路１３とを含む。Next, a digital signal processor for outputting a signal from the knock sensor to the ignition device of the engine will be described. FIG. 4 is a diagram showing an outline of a conventional digital signal processing device for a knock sensor. The digital signal processing device shown in this figure includes a piezoelectric knock sensor 10 fixed to a block of an engine, and a prefilter 11 for removing high frequency components from signal components from the knock sensor 10.
And an A / D converter 12 (Analog to Digita) for converting an analog signal from the prefilter 11 into a digital signal.
I Converter) and a processing circuit 13 that detects vibration from the digital signal of the A / D converter 12, determines knocking strength, and forms a signal for controlling ignition timing.
【０００４】図５は図４の前置フィルタの構成を示す図
である。本図５に示す前置フィルタ１１は二次のバタワ
ース(Butter Worth)を二段に接続した低域通過アクティ
ブフィルタ回路の一例である。この前置フィルタ１１
は、オペアンプからなりバタワズ特性を有するため周波
数に対する振幅特性は、滑らかに変化し途中で振幅が上
がってピーク現象が現れるようなことがない。以下に前
置フィルタの必要性を説明する。FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the prefilter shown in FIG. The prefilter 11 shown in FIG. 5 is an example of a low-pass active filter circuit in which a secondary Butterworth is connected in two stages. This prefilter 11
Since it is composed of an operational amplifier and has a Battawa's characteristic, the amplitude characteristic with respect to frequency does not change smoothly, and the amplitude does not rise in the middle to cause a peak phenomenon. The need for a prefilter is explained below.
【０００５】ノックセンサ１０は圧電式のセンサであり
構造上複数の共振周波数を有し、この共振点での感度が
共振点を除いた周波数帯での感度を相対的に劣化させ
る。このため全体的に周波数に対する感度を平坦化する
必要がある。この感度の平坦化のためにノックセンサ１
０から電気信号を前置フィルタ１１を介して平坦化して
いる。さらにディジタル信号処理では、高周波成分に関
して折り返しによるＳ／Ｎの劣化が生ずる。この折り返
しについて以下に説明する。The knock sensor 10 is a piezoelectric sensor and has a plurality of resonance frequencies structurally, and the sensitivity at the resonance point relatively deteriorates the sensitivity in the frequency band excluding the resonance point. Therefore, it is necessary to flatten the sensitivity with respect to frequency as a whole. Knock sensor 1 for flattening this sensitivity
The electrical signal from 0 is flattened through the prefilter 11. Further, in the digital signal processing, the S / N is deteriorated due to the aliasing with respect to the high frequency component. This folding back will be described below.
【０００６】図６は折り返し雑音発生のメカニズムを説
明する図である。本図に示すようなアナログ信号をＡ／
Ｄ変換器１２でディジタル信号に変換するに際し、Ａ／
Ｄ変換器１２のサンプリング周波数を、例えば１６ｋＨ
ｚとすると、図中の１ｋＨｚの正弦波の入力信号（ａ）
と１７ｋＨｚの正弦波の入力信号（ｂ）とは、同じ出力
波（ｃ）となる。別の例で説明すると、１ｋＨｚと１８
ｋＨｚの成分を重畳した入力信号を１６ｋＨｚでサンプ
リングした場合、出力は１ｋＨｚの成分に２ｋＨｚの雑
音が折り返して混入した波形になる。このような折り返
し雑音はＳ／Ｎを著しく損ねる。これを防ぐために、Ａ
／Ｄ変換器１２の前にサンプリング周波数以上の高周波
成分を除去する前置フィルタ１１が設けられる。信号帯
域の上限と入力周波数が接近している場合には、非常に
鋭いカットオフ特性を持ったフィルタが必要となる。こ
のため、図５に示すように、二次のバタワース(Butter
Worth)を二段に接続している。FIG. 6 is a diagram for explaining the mechanism of aliasing noise generation. The analog signal shown in this figure is
When converting to a digital signal by the D converter 12, A /
For example, the sampling frequency of the D converter 12 is 16 kHz.
Let z be the input signal (a) of a 1 kHz sine wave in the figure.
And the 17 kHz sine wave input signal (b) have the same output wave (c). In another example, 1 kHz and 18
When the input signal on which the kHz component is superimposed is sampled at 16 kHz, the output has a waveform in which noise of 2 kHz is folded back into the component of 1 kHz and mixed. Such aliasing noise significantly impairs S / N. To prevent this, A
In front of the / D converter 12, a pre-filter 11 for removing high frequency components higher than the sampling frequency is provided. When the upper limit of the signal band and the input frequency are close to each other, a filter having a very sharp cutoff characteristic is required. Therefore, as shown in FIG. 5, the secondary Butterworth (Butter
Worth) is connected in two steps.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなノックセンサ１０のディジタル信号処理装置で
は、ノックセンサ１０とＡ／Ｄ変換器１２との間に前置
フィルタ１１を設けなければならず、コストアップの原
因となっており、前置フィルタ１１を簡略化することが
必要になっている。単にサンプリング周波数を大きくし
ても、高周波数の除去が可能であるが、後段の処理回路
１３での処理量が増大し、処理回路の規模が増大するだ
けでなく信号処理の遅延が問題になり、また感度の平坦
化には何ら寄与しない。However, in the digital signal processing device of the knock sensor 10 as described above, the prefilter 11 must be provided between the knock sensor 10 and the A / D converter 12. This causes a cost increase, and it is necessary to simplify the prefilter 11. Even if the sampling frequency is simply increased, the high frequency can be removed, but the processing amount in the processing circuit 13 in the subsequent stage increases, not only the scale of the processing circuit increases but also the delay of signal processing becomes a problem. Moreover, it does not contribute to the flattening of the sensitivity.
【０００８】したがって、本発明は上記問題点に鑑み高
周波成分を除去してディジタル信号処理を容易化できる
ノックセンサを提供することを目的とする。Therefore, in view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a knock sensor capable of removing high frequency components and facilitating digital signal processing.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、内燃機関の振動に応じて振動する圧電素
子を振動させる振動体を有し、該振動体で発生する電気
信号からノッキングを検出するノックセンサのハウジン
グ内にダンパ材を設ける。前記ハウジングは、前記内燃
機関に固定されかつ前記振動体を収納する。前記ダンパ
材は、前記ハウジング内に、前記振動体の共振の先鋭度
を緩和しかつ前記電気信号をディジタル信号化するため
の所定サンプリング周波数よりも大きい高周波成分を除
去するために、前記振動体と共に充填される。In order to solve the above problems, the present invention has a vibrating body for vibrating a piezoelectric element that vibrates according to the vibration of an internal combustion engine, and uses an electric signal generated by the vibrating body. A damper material is provided in the housing of the knock sensor that detects knocking. The housing is fixed to the internal combustion engine and houses the vibrating body. The damper material is provided in the housing together with the vibrating body in order to reduce a sharpness of resonance of the vibrating body and remove a high frequency component higher than a predetermined sampling frequency for converting the electric signal into a digital signal. Is filled.
【００１０】[0010]
【作用】本発明のノックセンサによれば、前記内燃機関
に固定された前記ハウジングに前記振動体が収納され
る。前記ダンパ材が前記振動体と共に前記ハウジングに
充填されることにより、前記振動体の共振の先鋭度が緩
和されさらに前記電気信号をディジタル信号化するため
の所定サンプリング周波数よりも大きい高周波成分が除
去される。このようにしてノックセンサ自体に電気信号
が発生する前にノッックセンサの振動体の振動面で共振
の先鋭度が緩和され、高周波成分が除去される。このた
め簡単なノックセンサの構造の改良により従来共振の先
鋭度の緩和や高周波成分の除去を行っていた電気信号処
理部の負担を大幅に軽減できるようになる。According to the knock sensor of the present invention, the vibrating body is housed in the housing fixed to the internal combustion engine. By filling the damper material with the vibrating body in the housing, the sharpness of resonance of the vibrating body is alleviated, and a high frequency component higher than a predetermined sampling frequency for converting the electric signal into a digital signal is removed. It In this way, the sharpness of resonance is relaxed on the vibration surface of the vibrating body of the knock sensor before an electrical signal is generated in the knock sensor itself, and high frequency components are removed. Therefore, by simply improving the structure of the knock sensor, it becomes possible to significantly reduce the load on the electric signal processing unit which has conventionally eased the sharpness of resonance and removed high frequency components.
【００１１】[0011]
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の実施例に係るノックセンサの
構造を示す図である。本図に示すノックセンサ１００
は、圧電式のもので、圧電素子からの信号を電気的に取
り出すための防水コネクタ２と、該防水コネクタ２と後
述するハウジング７とに挟まれており、ノックセンサ１
００内部に水分等の不用成分が侵入するのを防止するた
めのＯリング３と、後述の振動板５、ディスクユニモル
フ素子６をハウジング７に固定し、さら振動板５からの
電位をハウジング７（つまり基準設置電位）に固定する
ためのもので、固い導電性の物質、例えば金属からなる
ベース４と、エンジンブロックの発生するノッキング振
動（通常５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）で共振するように円板
状中心部分でのみベース４に固定されている振動板５
と、該振動板５の上に形成されてなる圧電素子であり、
振動板５の振動に合わせて電位を発生し、図に示すよう
に、振動板５及びベース４の中心軸部分に作られた穴を
通して、防水コネクタ２上につくられた電極に接続され
ているディスクユニモルフ素子６と、ノックセンサ１０
０本体をエンジンブロック等の測定物に取り付けるとと
もに、ノックセンサ１００本体を防水コネクタ２ととも
に収納し筒体形状をなすハウジング７と、該ハウジング
７とベース４の間の区間の全部または一部に充填されて
おり、エンジンブロックのノッキング振動により振動す
る振動板５の振動を制限するダンパ材料としてのシリコ
ンオイル等のように電気的絶縁度が高い流動性を持つオ
イル１とを含む。ここでノッキングが生じると、ハウジ
ング７が振動し、振動板５が湾曲振動し、該振動板上の
ディスクユニモルフ素子６に湾曲歪みが与えられて、デ
ィスクユニモルフ素子６が電位を発生するようになって
いる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a structure of a knock sensor according to an embodiment of the present invention. Knock sensor 100 shown in this figure
Is a piezoelectric type and is sandwiched between a waterproof connector 2 for electrically taking out a signal from the piezoelectric element, and the waterproof connector 2 and a housing 7 described later.
00, an O-ring 3 for preventing unwanted components such as water from entering the inside, a vibrating plate 5 and a disc unimorph element 6 described later are fixed to the housing 7, and the potential from the vibrating plate 5 is applied to the housing 7 ( In other words, it is for fixing to the reference installation potential), and is a disk-shaped central portion that resonates with the base 4 made of a hard conductive material, such as a metal, and the knocking vibration (usually 5 kHz to 20 kHz) generated by the engine block. Diaphragm 5 fixed to base 4 only at
And a piezoelectric element formed on the vibrating plate 5,
An electric potential is generated according to the vibration of the diaphragm 5, and as shown in the figure, it is connected to an electrode formed on the waterproof connector 2 through a hole formed in the central axis portion of the diaphragm 5 and the base 4. Disc unimorph element 6 and knock sensor 10
The main body of the knock sensor 100 is attached to the object to be measured such as an engine block, and the main body of the knock sensor 100 is housed together with the waterproof connector 2 in a cylindrical shape, and the whole or part of the section between the housing 7 and the base 4 is filled. The oil 1 has fluidity with high electrical insulation such as silicon oil as a damper material for limiting the vibration of the diaphragm 5 vibrating due to knocking vibration of the engine block. When knocking occurs here, the housing 7 vibrates, the diaphragm 5 bends and vibrates, and the disc unimorph element 6 on the diaphragm is given a bending distortion, so that the disc unimorph element 6 generates an electric potential. ing.
【００１２】図２は本発明の実施例に係るノックセンサ
の特性を示す図である。本図の曲線Ａは本発明の改良以
前の特性であり、曲線Ｂは改良後の特性である。本発明
に係るノックセンサ１００はエンジンブロックからの振
動を受け、その振動はハウジング７、ベース４を伝わっ
て信号処理部５を振動させこれに貼り合わされた圧電素
子であるディスクユニモルフ素子６に応力が加わり、こ
れによって生ずる電位がハウジング７と防水コネクタ２
にある電極間に生ずるのが本ノックセンサ１００の基本
動作である。ここに振動板５はその固有の構造に対応す
る共振周波数を有する。この基本動作に加えて本発明の
ノックセンサ１００の改良では、オイル１の粘性の作用
により振動板５の共振点付近での先鋭度が緩和されて振
動が制限される。このようなオイル１の特性により、ノ
ックセンサ１００特性自体が図２の曲線Ａから曲線Ｂの
ブロードな特性に変化する。さらにこのオイル１の粘性
の作用により、振動板５の振動の後述する高周波成分が
除去される。このような特性は、振動体の構造、オイル
１等の粘性、オイル１の充填スペースを考慮して調整可
能である。FIG. 2 is a diagram showing characteristics of the knock sensor according to the embodiment of the present invention. Curve A in the figure is the characteristic before improvement of the present invention, and curve B is the characteristic after improvement. The knock sensor 100 according to the present invention receives a vibration from the engine block, and the vibration is transmitted through the housing 7 and the base 4 to vibrate the signal processing unit 5 and stress is applied to the disk unimorph element 6 which is a piezoelectric element bonded thereto. In addition, the potential generated by this is applied to the housing 7 and the waterproof connector 2.
The basic operation of the knock sensor 100 occurs between the electrodes at. The diaphragm 5 here has a resonance frequency corresponding to its own structure. In addition to this basic operation, in the improvement of the knock sensor 100 of the present invention, the viscous action of the oil 1 relaxes the sharpness of the vibrating plate 5 near the resonance point and limits the vibration. Due to the characteristics of the oil 1, the characteristics of the knock sensor 100 itself change from the curve A of FIG. 2 to the broad characteristics of the curve B. Further, the viscous action of the oil 1 removes a high frequency component of the vibration of the diaphragm 5 which will be described later. Such characteristics can be adjusted in consideration of the structure of the vibrating body, the viscosity of the oil 1 and the like, and the filling space of the oil 1.
【００１３】図３は本発明の実施例に基づくノックセン
サのディジタル信号処理装置を示す図である。本図
（ａ）に示すように、本実施例によればノックセンサ１
００とＡ／Ｄ変換器１２との間に従来のような前置フィ
ルタ１１を設ける必要がなくなりディジタル信号処理装
置の回路構成が簡単になるから、コスト抑制が図れるこ
ととなる。すなわち本実施例のノックセンサ１００によ
れば、従来のディジタル信号処理装置の前置フィルタ１
１によって従来のノックセンサ１０の共振点付近の先鋭
度を緩和してその感度を平坦化していたのに代えてノッ
クセンサ１００内のオイル１の粘性によって共振点付近
の先鋭度を緩和しその感度を平坦化できるためである。
さらに振動の高周波成分をオイル１の粘性で除去できる
ためディジタル信号のサンプリング周波数よりも大きい
電気信号の発生が防止されるためである。FIG. 3 is a diagram showing a digital signal processing device for a knock sensor according to an embodiment of the present invention. According to the present embodiment, as shown in FIG.
00 and the A / D converter 12, there is no need to provide the prefilter 11 as in the prior art, and the circuit configuration of the digital signal processing device is simplified, so that the cost can be suppressed. That is, according to the knock sensor 100 of this embodiment, the prefilter 1 of the conventional digital signal processing device is used.
1, the sharpness near the resonance point of the knock sensor 10 is relaxed and the sensitivity is flattened, but instead the viscosity of the oil 1 in the knock sensor 100 relaxes the sharpness near the resonance point and its sensitivity is reduced. This is because the can be flattened.
Further, since the high frequency component of vibration can be removed by the viscosity of the oil 1, generation of an electric signal having a frequency higher than the sampling frequency of the digital signal is prevented.
【００１４】なお、本図（ｂ）に示すように、ノックセ
ンサ１００とＡ／Ｄ変換器１２との間にコンデンサと抵
抗からなる簡単な低域のＣＲフィルタ１４を設けてもよ
い。このＣＲフィルタ１４によって、ノックセンサ１０
０による感度の平坦化や高周波成分の除去を電気的に補
助してさらにこれらの完全を達成することが可能にな
る。As shown in FIG. 3B, a simple low-pass CR filter 14 including a capacitor and a resistor may be provided between the knock sensor 100 and the A / D converter 12. With this CR filter 14, the knock sensor 10
It is possible to electrically assist the flattening of the sensitivity and the removal of high frequency components by 0, and further achieve these perfections.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
燃機関に固定されたハウジングに振動体が収納され、ダ
ンパ材が振動体と共にハウジングに充填されるようにし
たので、電気信号処理部に代わって振動体の共振の先鋭
度が緩和されさらに電気信号をディジタル信号化するた
めの所定サンプリング周波数よりも大きい高周波成分が
除去されるため電気信号処理部の負担を大幅に軽減でき
るようになる。As described above, according to the present invention, the vibrating body is housed in the housing fixed to the internal combustion engine, and the damper material is filled in the housing together with the vibrating body. In place of the above, the sharpness of resonance of the vibrating body is alleviated, and a high frequency component higher than a predetermined sampling frequency for converting the electric signal into a digital signal is removed, so that the load on the electric signal processing unit can be significantly reduced. ..
【図１】本発明の実施例に係るノックセンサの構造を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing a structure of a knock sensor according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例に係るノックセンサの特性を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing characteristics of a knock sensor according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例に基づくノックセンサのディジ
タル信号処理装置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a digital signal processing device for a knock sensor according to an embodiment of the present invention.
【図４】従来のノックセンサのディジタル信号処理装置
の概要を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an outline of a conventional digital signal processing device for a knock sensor.
【図５】図４の前置フィルタの構成を示す図である。5 is a diagram showing the configuration of the prefilter of FIG.
【図６】折り返し雑音発生のメカニズムを説明する図で
ある。FIG. 6 is a diagram illustrating a mechanism of aliasing noise generation.
１…オイル ２…防水コネクタ ５…振動板 ６…ディスクユニモルフ素子 ７…ハウジング １０、１００…ノックセンサ １１…前置フィルタ １２…Ａ／Ｄ変換器 １３…処理回路 １４…ＣＲフィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oil 2 ... Waterproof connector 5 ... Vibration plate 6 ... Disk unimorph element 7 ... Housing 10, 100 ... Knock sensor 11 ... Pre-filter 12 ... A / D converter 13 ... Processing circuit 14 ... CR filter
Claims (1)
子を振動させる振動体を有し、該振動体で発生する電気
信号からノッキングを検出するノックセンサにおいて、 前記内燃機関に固定されかつ前記振動体を収納するハウ
ジングと、 前記振動体の共振の先鋭度を緩和しかつ前記電気信号を
ディジタル信号化するための所定サンプリング周波数よ
りも大きい高周波成分を除去するために、前記振動体と
共に前記ハウジングに充填されるダンパ材を備えること
を特徴とするノックセンサ。1. A knock sensor having a vibrating body for vibrating a piezoelectric element that vibrates in response to vibration of an internal combustion engine, the knock sensor detecting knocking from an electric signal generated by the vibrating body, the knock sensor being fixed to the internal combustion engine. A housing for accommodating the vibrating body, and the housing together with the vibrating body for relaxing a sharpness of resonance of the vibrating body and removing a high frequency component higher than a predetermined sampling frequency for converting the electric signal into a digital signal. A knock sensor, characterized in that it comprises a damper material filled in.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6841092A JPH05273069A (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Knock sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6841092A JPH05273069A (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Knock sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05273069A true JPH05273069A (en) | 1993-10-22 |
Family
ID=13372882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6841092A Pending JPH05273069A (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Knock sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05273069A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006523309A (en) * | 2003-03-19 | 2006-10-12 | エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド | Method and apparatus for improving pressure change rate measurement by adjusting gas flow |
-
1992
- 1992-03-26 JP JP6841092A patent/JPH05273069A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006523309A (en) * | 2003-03-19 | 2006-10-12 | エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド | Method and apparatus for improving pressure change rate measurement by adjusting gas flow |
| JP4703558B2 (en) * | 2003-03-19 | 2011-06-15 | エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド | Method and apparatus for improving pressure change rate measurement by adjusting gas flow |
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