JPS60174918A - Knocking detection apparatus of internal combustion engine - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To attain to enhance fuel consumption and power capacity by calculating an optimum ignition period with good accuracy, by enhancing knocking detection accuracy. CONSTITUTION:The output of a knocking sensor 10 is directly inputted to a digital filter 32 where multiplexing processing is applied to the output of said knocking sensor 10 and the signal obtained by delaying said output by a predetermined time T to perform the detection of a higher harmonic component. Then, the fundamental wave of the resonance frequency of knocking extracted by a first stage digital filter 32 and the higher harmonic component are further passed through second and third stage digital filters 34, 36 to be amplified and extracted at an extremely high S/N ratio. The output of a final stage digital filter 36 is inputted to a knocking discrimination circuit 38 and the presence or absence of knocking is judged. As mentioned above, by employing the digital filters 32, 34, 36, even a small knocking signal can be extracted in a state separated from noise.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、内燃機関のノッキング検出装置に係り、特に
、ガソリンエンジンの点火時期制御に用いるのに好適な
、ノックセンサ出力のノッキングに関係する周波数成分
が判定レベルより大となったことから、ノッキングの有
無を検出するようにした内燃機関のノッキング検出装置
の改良に関する。The present invention relates to a knocking detection device for an internal combustion engine, and is particularly suitable for use in ignition timing control of a gasoline engine. The present invention relates to an improvement in a knocking detection device for an internal combustion engine that detects the presence or absence of.

【従来技術】[Prior art]

一般に内燃機関、特に、自動車等の車両に搭載される、
ガソリンエンジンのような火花点火式内燃機関において
は、その点火時期をエンジンの運°転状態にあった適切
な値、例えばＭＢＴに制御することは、該エンジンの出
力性能及び燃費性能を向上する上で極めて重要なことで
ある。このような内燃機関に用いられる点火時期制御装
置とじては、種々のものが実用化されているが、近年、
エンジンのシリンダブロックに、該シリンダブロック壁
の振動を検出して電気信号に変換するノックセンサを配
設し、エンジンの運転状態に応じて決定された基本の点
火時期を、前記ノックセンサの出力から判定されるノッ
キングの有無に応じて補正することにより、エンジンの
ノッキング状態に応じた点火時期制御を行うようにした
点火時期制御装置が実用化されている。 このような点火時期制御装置におけるノッキングの有無
の判定に際して、従来は、例えば第１図に示す如く、ノ
ックセンサ１０の出力のうち、ノッキングの共振周波数
の基本波の成分のみを通過させるための、アンプを含む
バンドパスフィルタ（以下ＢＰＦと称する）１２と、該
ＢＰＦ１２出力の基本波成分をレベルシフトして被判定
信号Ｖｉとするレベルシフタ１４と、前記ＢＰＦ１２出
力を各々半波整流し、積分し、増幅して比較レベルＶｒ
とする整流器１６、積分器１８及びアンプ２０と、前記
レベルシフタ１４出力の被判定信号Ｖｉが前記比較レベ
ルＶｒより大となってノッキング有りと判定された時に
遅角信号を発生する比較器２２とを有するものが、例え
ば特開昭５７−１７８１１４で提案されており、前記比
較器２２出力の遅角信号を点火時期制御装＠２４に入力
して、所定の遅角量制御を行うようにしている。 このようなりＰＦＩ　２を用いたノッキング検出装置に
よれば、第２図に□実線Ａ（ノッキング有り）及び破線
Ｂ（ノッキング無し）で示した、ノッキング発生時のシ
リンダ内圧力スペクトラムの一例に示されるような、ノ
ッキングの有無に出力の差が認められる、ノッキングの
共振周波数Ｔｏ　（例えば６〜９’ｋＨｚ）近傍の周波
数成分のみを通過させることによって、ノックセンサ１
０からの電気信号の内、ドリフト等によって発生する低
周波分や、電磁ノイズ等によって発生する高周波弁を遮
断することができ、比較的大きなノッキングに対しては
、精度の高いノッキング検出を行うことができるもので
ある。しかしながら、トレースノックのような小さいノ
ッキングに対しては、点火雑音等により誤検出する可能
性があった。 一方、第１図に示したようなアナログ構成によるもので
なく、第３図に示す如く、前記ＢＰＦ１２の出力をアナ
ログ−デジタル変換器（以下ＡＤＣと称する）２６を介
して、ＣＰＵ２８Ａ、ＲＯｔｖ１２８Ｂ、ＲＡＭ２８Ｃ
等を含むマイクロコンピュータ２８に入力し、該マイク
ロコンピュータ２８内で、例えば、ノックセンサ１０出
力のピークホールド値■ｐを点火毎になました後、所定
値値することによって判定レベルＶｒを得て、該判定レ
ベルＶ　ｒとノックセンサ１０出力のピークホールド（
ｉｉＶｕを比較して、該ピークホールドｌ！Ｖｐが前記
判定レベルＶ、ｒ以上となったことから、ノッキングを
検出することも、例えば特開昭５８−２８５９７、同５
８−２８６４５に提案されている。 しかしながら、このようなデジタル構成のノッキング検
出装置においても、アナログのＢＰＦＩ２によって、ノ
ックセンサ１０出力からノッキングの共振周波数成分の
みを抽出すζようにしていたため、前出第１図に示した
アナログ構成のノッキング検出装置と同様の問題点を有
していた。Generally installed in internal combustion engines, especially in vehicles such as automobiles,
In a spark-ignition internal combustion engine such as a gasoline engine, controlling the ignition timing to an appropriate value depending on the operating state of the engine, such as MBT, is an effective way to improve the output performance and fuel efficiency of the engine. This is extremely important. Various types of ignition timing control devices have been put into practical use for such internal combustion engines, but in recent years,
A knock sensor that detects the vibration of the cylinder block wall and converts it into an electrical signal is installed in the cylinder block of the engine, and the basic ignition timing determined according to the operating state of the engine is determined from the output of the knock sensor. Ignition timing control devices have been put into practical use that perform ignition timing control according to the knocking state of the engine by making corrections depending on the determined presence or absence of knocking. When determining the presence or absence of knocking in such an ignition timing control device, conventionally, as shown in FIG. A band pass filter (hereinafter referred to as BPF) 12 including an amplifier, a level shifter 14 that levels-shifts the fundamental wave component of the output of the BPF 12 to obtain a signal to be determined Vi, and half-wave rectifies and integrates the output of the BPF 12, Amplify and compare level Vr
a rectifier 16, an integrator 18, and an amplifier 20, and a comparator 22 that generates a retard signal when the determined signal Vi output from the level shifter 14 becomes larger than the comparison level Vr and it is determined that there is knocking. For example, there is a system proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-178114, in which a retard signal output from the comparator 22 is input to an ignition timing control device @24 to control a predetermined amount of retard. . According to the knocking detection device using PFI 2, an example of the cylinder pressure spectrum when knocking occurs is shown in Fig. 2 by solid line A (with knocking) and broken line B (with no knocking). The knock sensor 1
It is possible to cut off the low frequency component of the electric signal from 0 caused by drift, etc., and the high frequency component generated by electromagnetic noise, etc., and perform highly accurate knocking detection for relatively large knocking. It is something that can be done. However, for small knocks such as trace knocks, there is a possibility of erroneous detection due to ignition noise, etc. On the other hand, instead of using the analog configuration as shown in FIG. 1, as shown in FIG.
In the microcomputer 28, for example, the peak hold value ■p of the output of the knock sensor 10 is determined for each ignition, and then the determination level Vr is obtained by setting it to a predetermined value. Peak hold of the judgment level Vr and knock sensor 10 output (
ii Compare Vu and the peak hold l! Since Vp has become equal to or higher than the above-mentioned determination level V,r, knocking can be detected, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 58-28597 and No. 58-28597.
8-28645. However, even in such a knocking detection device with a digital configuration, only the resonant frequency component of knocking is extracted from the output of the knock sensor 10 using the analog BPFI 2, so the analog configuration shown in FIG. It had the same problems as the knocking detection device.

【発明の目的］ 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、ノッキング検出の精度を向上することができ、従って、ｍ度の高い点火時期制御を行って、燃費性能及び動力性能を向上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。 【発明の構成】[Purpose of the invention] The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and can improve the accuracy of knocking detection, and therefore performs high-level ignition timing control to improve fuel efficiency and power performance. An object of the present invention is to provide a knocking detection device for an internal combustion engine that is capable of detecting knocking of an internal combustion engine. [Structure of the invention]

本発明は、ノックセンサ出力のノッキングに関係する周
波数成分が判定レベルより大となったことから、ノッキ
ングの有無を検出するようにした内燃機関のノッキング
検出装置において、前記ノックセンサ出力から、ノッキ
ングの共振周波数の基本波及び高調波成分を抽出するデ
ジタルフィルタと、該デジタルフィルタ出力が判定レベ
ルより大となったことからノッキングの有無を識別する
ノック識別回路と、を備えることにより、前記目的を達
成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記デジタルフィルタを、基
本波を含む奇数次の高調波成分を抽出する第１抽出回路
と、偶数次の高調波成分を抽出する第２抽出回路と、前
記第１抽出回路の出力と第２抽出回路の出力を加算する
加算素子とから構成して、ノッキングの共振周波数の基
本波及び高調波成分が確実に抽出されるようにしたもの
である。 更に、本発明の他の実施態様は、前記デジタルフィルタ
を多重化して、ノッキング検出の精度を一層高めたもの
である。 ｒ発明の構成】 本発明においては、ノックセンサ出力から、ノッキング
の共振周波数の基本波成分だけでなく、高ｍ波成分も抽
出するようにしたので、ノッキング検出の精度を向上す
ることができる。又、前記ノッキングの共振周波数の基
本波及び高調波成分を抽出するに際して、デジタルフィ
ルタを用いるようにしたので、多重化の技術等を用いる
ことによって、アナログフィルタよりも逃かに高い精度
で必要な特性を得ることが可能であり、しかも、大規模
集積回路（Ｊ：１．下ＬＳＩと称する）の製造技術の改
良により、コストメリットも大きい。The present invention provides a knocking detection device for an internal combustion engine that detects the presence or absence of knocking when a frequency component related to knocking in the knock sensor output becomes higher than a determination level. The above object is achieved by comprising a digital filter that extracts the fundamental wave and harmonic components of the resonant frequency, and a knock identification circuit that identifies the presence or absence of knocking when the output of the digital filter exceeds a determination level. This is what I did. Further, in an embodiment of the present invention, the digital filter includes a first extraction circuit that extracts odd-order harmonic components including the fundamental wave, a second extraction circuit that extracts even-order harmonic components, and a second extraction circuit that extracts even-order harmonic components. It consists of an addition element that adds the output of the first extraction circuit and the output of the second extraction circuit, so that the fundamental wave and harmonic components of the resonant frequency of knocking are reliably extracted. Furthermore, in another embodiment of the present invention, the digital filters are multiplexed to further improve the accuracy of knocking detection. Structure of the Invention In the present invention, not only the fundamental wave component of the resonant frequency of knocking but also the high m-wave component are extracted from the knock sensor output, so that the accuracy of knocking detection can be improved. In addition, when extracting the fundamental wave and harmonic components of the resonant frequency of the knocking, a digital filter is used, so by using multiplexing technology etc., the required accuracy is much higher than that of an analog filter. In addition, improvements in the manufacturing technology of large-scale integrated circuits (hereinafter referred to as J:1. LSI) provide significant cost benefits.

【実施例】【Example】

以下図面を参照して、本発明に係る自動車用エンジンの
ノッキング検出装置の実施例を詳細に説明する。 本実施例は、第４図に示す如く、従来例と同様のノック
センサ１０と、該ノックセンサ１０の出力から、ノッキ
ングの共振周波数の基本波及び高調波成分を抽出する、
３重化されたデジタルフィルタ３２．３４．３６と、最
終段のデジタルフィルタ３６の出力が判定レベルより大
となったことからノッキングの有無を識別して、ノッキ
ング発生時に遅角信号を点火時期制御ｌＩ装置２４に入
力するノック識別回路３８と、から構成されている。 前記ノックセンサ１０としては、種々のタイプがあるが
、例えば、エンジンブロックのノッキング時に、その詩
の撮動周波数帯域に感応する共振型のものを用いること
ができる。 前記各デジタル、フィルタ３２．３４．３６は、同じく
第４図に詳細に示した如く、前記ノックセンサ１０の出
力を所定時間τだけ遅延させるための第１及び第２のデ
ジタル遅延素子３２Ａ、３２Ｂと、前記ノックセンサ１
０の出力から前記第１のデジタル遅延素子３２Ａの出力
を引くことによって、基本波を含む奇数次、即ち、１次
、３次、・５次、・・・の高調波成分を抽出するための
減算素子３２Ｃと、前記ノックセンサ１０の出力に前記
第２のデジタル遅延素子３２Ｂの出力を加えることによ
って、偶数次、即ち、２次、４次、・・・の高調波成分
を抽出するための加算素子３２Ｄと、前記減算素子３２
Ｃの出力と加算素子３２Ｄの出力を加算するための加算
素子３２Ｅと、から構成されている。 以下作用を説明する。 前記ノックセンサ１０の出力は、従来例で用いられてい
るようなりＰＦ等を介づることなく、直接デジタルフィ
ルタ３２に入力され、ここで、ノックセンサ１０の出力
と、該ノックセンサ１０の出力を所定時間でだけ遅延し
た信号を多重化処理して、高調波成分の検出が行われる
。第１段のデジタルフィルタ３２によって抽出されたノ
ッキングの共振周波数の基本波及び高調波成分は、更に
第２段、第３段のデジタルフィルタ３４．３６を通され
ることによって、非常に高いＳ／Ｎ比で増幅・抽出され
る。最終段のデジタルフィルタ３６の出力は、従来と同
様のノック識別回路３８に入力され、従来と同様にして
、ノッキングの有無が判定される。このようにして、デ
ジタルフィルタ３２．３４．３６を採用することにより
、前出第２図に示したような小さなノック信号も、雑音
から分離して抽出することができる。 本実施例においては、デジタルフィルタを３個設けて３
重化しているので、鋭いフィルタ性能を得ることができ
、より高いＳ／Ｎ比でノッキングを判定することができ
る。なお、デジタルフィルタの数はこれに限定されず、
２個あるいは４個以上としたり、あるいは、１個として
、構成を単純化することも可能である。 なお前記実施例は、本発明を自動車用エンジンの点火時
期制御に適用したものであるが、本発明の適用範囲はこ
れに限定されず、一般の内燃機関の点火時期制御や他の
制御にも同様に適用できることは明らかである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a knocking detection device for an automobile engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 4, this embodiment uses a knock sensor 10 similar to the conventional example, and extracts the fundamental wave and harmonic components of the knocking resonance frequency from the output of the knock sensor 10.
Since the outputs of the triple digital filters 32, 34, and 36 and the final stage digital filter 36 are greater than the determination level, the presence or absence of knocking is identified, and when knocking occurs, the retard signal is used to control the ignition timing. and a knock identification circuit 38 that inputs input to the II device 24. There are various types of the knock sensor 10, and for example, a resonance type that is sensitive to the frequency band of the poem when the engine block knocks can be used. Each of the digital filters 32, 34, 36 includes first and second digital delay elements 32A, 32B for delaying the output of the knock sensor 10 by a predetermined time τ, as also shown in detail in FIG. and the knock sensor 1
By subtracting the output of the first digital delay element 32A from the output of 0, odd-numbered harmonic components including the fundamental wave, that is, 1st, 3rd, 5th, etc., are extracted. By adding the subtraction element 32C and the output of the second digital delay element 32B to the output of the knock sensor 10, the harmonic components of even orders, that is, second order, fourth order, etc., are extracted. Addition element 32D and subtraction element 32
The adder element 32E is configured to add the output of the adder C and the output of the adder element 32D. The action will be explained below. The output of the knock sensor 10 is directly input to the digital filter 32 without going through a PF or the like as used in the conventional example, and here, the output of the knock sensor 10 and the output of the knock sensor 10 are inputted directly to the digital filter 32. Harmonic components are detected by multiplexing signals delayed by a predetermined time. The fundamental wave and harmonic components of the knocking resonance frequency extracted by the first stage digital filter 32 are further passed through the second and third stage digital filters 34 and 36 to achieve a very high S/ Amplified and extracted at N ratio. The output of the final stage digital filter 36 is input to a knock identification circuit 38 similar to the conventional one, and the presence or absence of knocking is determined in the same manner as the conventional one. In this way, by employing the digital filters 32, 34, 36, even a small knock signal as shown in FIG. 2 above can be extracted separately from noise. In this embodiment, three digital filters are provided.
Since the filters are overlapped, sharp filter performance can be obtained, and knocking can be determined with a higher S/N ratio. Note that the number of digital filters is not limited to this.
It is also possible to simplify the configuration by using two, four or more, or one. In the above embodiment, the present invention is applied to ignition timing control of an automobile engine, but the scope of application of the present invention is not limited to this, and can also be applied to ignition timing control of general internal combustion engines and other controls. It is clear that the same applies.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明した通り、本発明によれば、ノッキングの出力
成分を確実に検出することが可能となり、ノッキング検
出の’ＳｉＮ比を向上することができる。従って、精度
よく最適点火時期を狙うことが可能となり、燃費性能及
び動力性能を向上することができる。又、デジタルフィ
ルタを用いているため、ＬＳＩの製造技術の改良による
コストメリットが大きい。更に、デジタルフィルタにお
いて、遅延素子の遅延時間を変えるだけで、周波数マツ
チングが可能であるため、他種類のノッキング周波数の
判定回路に流用することができる等の滑れた効果を有す
る。As explained above, according to the present invention, it is possible to reliably detect the output component of knocking, and the 'SiN ratio for knocking detection can be improved. Therefore, it is possible to accurately aim at the optimal ignition timing, and fuel efficiency and power performance can be improved. Furthermore, since a digital filter is used, there is a large cost advantage due to improvements in LSI manufacturing technology. Furthermore, in the digital filter, frequency matching is possible by simply changing the delay time of the delay element, so it has the advantage of being applicable to other types of knocking frequency determination circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は、従来のノッキング検出Ｖ装置の一例の構成を
示すブロック線図、第２図は、ノッキング発生時のシリ
ンダ内圧力スペクトラムの例を示す線図、第３図は、従
来のノッキング検出装置の他の例の構成を示すブロック
線図、第４図は、本発明に係る自動車用エンジンのノッ
キング検出装置の実施例の構成を示すブロック線図であ
る。 １０・・・ノックセンサ、 ２４・・・点火時期制御装置、 ３２．３４．３Ｇ・・・デジタルフィルタＪ３２Ａ、３
２Ｂ・・・デジタル遅延素子、３２Ｃ・・・減算素子、 ３２Ｄ、３２Ｅ・・・加算素子、 ３８・・・ノック識別回路。 代理人　高　矢　論 （ほか１名） 第１図 第２図 ｒｌｌ　Ｍ＝ｉｔ収− 第３図 第４図Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of an example of a conventional knocking detection V device, Fig. 2 is a diagram showing an example of a cylinder pressure spectrum when knocking occurs, and Fig. 3 is a diagram showing an example of a conventional knocking detection V device. Block Diagram Showing the Structure of Another Example of the Device FIG. 4 is a block diagram showing the structure of an embodiment of the knocking detection device for an automobile engine according to the present invention. 10... Knock sensor, 24... Ignition timing control device, 32.34.3G... Digital filter J32A, 3
2B... Digital delay element, 32C... Subtraction element, 32D, 32E... Addition element, 38... Knock identification circuit. Agent Takaya Ron (and 1 other person) Fig. 1 Fig. 2 rll M=IT income - Fig. 3 Fig. 4

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）ノックセンサ出力のノッキングに関係する周波数
成分が判定レベルより大となったことから、ノッキング
の有無を検出するようにした内燃機関のノッキング検出
装置において、前記ノックセンサ出力から、ノッキング
の共振周波数の基本波及び高調波成分を抽出するデジタ
ルフィルタと、該デジタルフィルタ出力が判定レベルよ
り大となったことからノッキングの有無を識別するノッ
ク識別回路と、を備えたことを特徴とする内燃機関のノ
ッキング検出装置。(1) In a knocking detection device for an internal combustion engine that detects the presence or absence of knocking because the frequency component related to knocking in the knock sensor output has become larger than the determination level, the resonance of knocking is detected from the knock sensor output. An internal combustion engine characterized by comprising: a digital filter that extracts the fundamental wave and harmonic components of a frequency; and a knock identification circuit that identifies the presence or absence of knocking based on the output of the digital filter being greater than a determination level. knocking detection device. （２）前記デジタルフィルタが、基本波を含む奇数次の
高調波成分を抽出する第１抽出回路と、偶数次の高調波
成分を抽出する第２抽出回路と、前記第１抽出回路の出
力と第２抽出回路の出力を加算する加算、素子とから構
成されている特許請求の範囲第１項記載の内燃機関のノ
ッキング検出装置。(2) The digital filter includes a first extraction circuit that extracts odd-order harmonic components including the fundamental wave, a second extraction circuit that extracts even-order harmonic components, and an output of the first extraction circuit. 2. The knocking detection device for an internal combustion engine according to claim 1, comprising an addition element for adding up the output of the second extraction circuit. （３）前記デジタルフィルタが多重化されている特許請
求の範囲第１項又は第２項記載の内燃機関のノッキング
検出装置。(3) The knocking detection device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the digital filter is multiplexed.