JP2005083314A - Knocking detection device for internal combustion engine - Google Patents
Knocking detection device for internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005083314A JP2005083314A JP2003318686A JP2003318686A JP2005083314A JP 2005083314 A JP2005083314 A JP 2005083314A JP 2003318686 A JP2003318686 A JP 2003318686A JP 2003318686 A JP2003318686 A JP 2003318686A JP 2005083314 A JP2005083314 A JP 2005083314A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- knocking
- internal combustion
- combustion engine
- knock
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
本発明は内燃機関のノッキング検出装置に関し、特に、内燃機関のシリンダブロックに取り付けられた振動検出センサからの信号により、内燃機関のノッキング状態を正確に検出することができるノッキング検出装置に関する。 The present invention relates to a knocking detection device for an internal combustion engine, and more particularly to a knocking detection device that can accurately detect a knocking state of an internal combustion engine based on a signal from a vibration detection sensor attached to a cylinder block of the internal combustion engine.
ガソリンを燃料とする内燃機関では、燃焼行程において、点火プラグからの火花でシリンダ内の混合気を着火させて燃焼させるが、着火後の火炎伝播の途中でシリンダ内の圧力が異常に高くなった場合、火炎の伝播が終了する前に混合気の未燃焼部分が自己着火して過激な圧力上昇を生じるノッキング現象が発生し、内燃機関が破損に至ることがある。 In an internal combustion engine fueled with gasoline, in the combustion stroke, the mixture in the cylinder is ignited and burned with sparks from the spark plug, but the pressure in the cylinder becomes abnormally high during the flame propagation after ignition. In this case, a knocking phenomenon may occur in which an unburned portion of the air-fuel mixture is self-ignited before the flame propagation is finished and an extreme pressure rise occurs, resulting in damage to the internal combustion engine.
そこで、このようなノッキングを抑え、かつ最適なトルクや燃費を実現するための制御であるノックコントロールシステムが従来から提案されている。このノックコントロールシステムでは、ノッキングが内燃機関の現在の運転条件で発生しているか否かを検出するため、内燃機関のシリンダブロックにはノックセンサと呼ばれる振動検出センサが取り付けられており、このノックセンサで検出した内燃機関の振動波形を解析することでノッキングの有無を判定している。 Therefore, a knock control system that is a control for suppressing such knocking and realizing optimum torque and fuel consumption has been proposed. In this knock control system, a vibration detection sensor called a knock sensor is attached to the cylinder block of the internal combustion engine in order to detect whether knocking is occurring under the current operating conditions of the internal combustion engine. The presence or absence of knocking is determined by analyzing the vibration waveform of the internal combustion engine detected in (1).
このノックセンサで検出した信号を解析する場合、従来は内燃機関の各燃焼サイクル毎に発生する振動検出信号のピーク値を用いていた。すなわち、このピーク値が大きい時はノッキングの発生と判定し、ピーク値が小さい時はバックグランドノイズが発生していると判定していた。 When analyzing the signal detected by this knock sensor, conventionally, the peak value of the vibration detection signal generated for each combustion cycle of the internal combustion engine has been used. That is, when the peak value is large, it is determined that knocking has occurred, and when the peak value is small, it is determined that background noise has occurred.
ところが、振動検出信号のピーク値の大小によってノッキングの発生を検出する従来の方法では、内燃機関から大きなノイズが発生した場合に、振動検出信号に大きなピーク値が現れ、このピーク値をノッキングの発生と誤判定する場合がある。すなわち、ノッキングの強度判定を行う場合は、各サイクルのノックセンサからの信号のピーク値を使用し、その大小を比較することで行っているが、ノックセンサは振動検出センサであるので、ノッキング以外に内燃機関から発生する様々な振動(例えば、バルブ着座音やインジェクタノイズ)を検出することがある。また、電気ノイズ等を検出する場合もある。そして、これらのノイズが小さい場合は無視できるが、これらのノイズが何らかの原因で大きくなった場合には、ノックセンサからの振動検出信号のピーク値が大きくなり、入力されたノイズをノッキングと誤判定してしまうことになるのである。 However, in the conventional method of detecting the occurrence of knocking by the magnitude of the peak value of the vibration detection signal, when a large noise is generated from the internal combustion engine, a large peak value appears in the vibration detection signal, and this peak value is generated by knocking. May be misjudged. In other words, when the knocking strength is determined, the peak value of the signal from the knock sensor of each cycle is used and the magnitude is compared. However, since the knock sensor is a vibration detection sensor, other than knocking In addition, various vibrations (for example, valve seating noise and injector noise) generated from the internal combustion engine may be detected. In addition, electrical noise or the like may be detected. If these noises are small, they can be ignored, but if these noises increase for some reason, the peak value of the vibration detection signal from the knock sensor increases, and the input noise is erroneously determined to be knocking. It will end up.
これに対して、前述のようなピーク値によるノッキング判定における誤判定を回避するために、ノッキング発生時には特有の周波数の音が内燃機関から発生することを利用するものが提案されている。この提案では、内燃機関から発生する音を耳で聞いた場合と同様に、マイクロホンで集音した内燃機関で発生する音の周波数分析を行い、ノックセンサからの信号のピーク値によるノッキングの判定に加えて、内燃機関からの発生音による判定を行ってノッキングを判定している(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in order to avoid the erroneous determination in the knocking determination based on the peak value as described above, there has been proposed one utilizing the fact that a sound having a specific frequency is generated from the internal combustion engine when knocking occurs. In this proposal, as in the case where the sound generated from the internal combustion engine is heard by ear, the frequency analysis of the sound generated by the internal combustion engine collected by the microphone is performed, and knocking is determined by the peak value of the signal from the knock sensor. In addition, knocking is determined by performing determination based on sound generated from the internal combustion engine (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の内燃機関のノッキングの検出装置では、内燃機関の近傍に内燃機関で発生する音を電気信号に変換するマイクロホンと、このマイクロホンから出力される電気信号を増幅するアンプ、電気信号からノッキングの周波数分析に必要な所定の周波数だけを取り出すフィルタ、及び、周波数の分析を行う電気回路が必要であり、ノッキング検出装置の装置コストが高くなるという問題点があった。
However, in the knocking detection device for an internal combustion engine described in
そこで、本発明の目的は、ノッキング音の大小を比較する際に、現状のノックコントロールシステムに新たなセンサ類を追加することなく、より人間の聴覚に適合した正確なノッキングの判定を行う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である。 Accordingly, an object of the present invention is to accurately determine knocking more suitable for human hearing without adding new sensors to the current knock control system when comparing the magnitudes of knocking sounds. An object of the present invention is to provide a knock detection device for an internal combustion engine.
前記目的を達成する本発明の内燃機関のノッキング検出装置の第1の形態は、内燃機関に発生する振動を検出する振動検出手段と、内燃機関の運転状態に応じてノッキングを検出するための期間を、内燃機関の各気筒の燃焼行程の少なくとも一部を含むゲート区間として設定するゲート区間設定手段と、振動検出センサからの信号の、ゲート区間における音圧実効値を算出する音圧実効値算出手段と、音圧実効値が基準値を越えた時に、内燃機関にノッキングが発生したと判定するノッキング判定手段とを備えることを特徴としている。 A first embodiment of the knock detection device for an internal combustion engine of the present invention that achieves the above object is a vibration detection means for detecting vibration generated in the internal combustion engine, and a period for detecting knock according to the operating state of the internal combustion engine. Is set as a gate section including at least a part of the combustion stroke of each cylinder of the internal combustion engine, and a sound pressure effective value calculation for calculating a sound pressure effective value in the gate section of a signal from the vibration detection sensor And knocking determination means for determining that knocking has occurred in the internal combustion engine when the sound pressure effective value exceeds the reference value.
また、前記目的を達成する本発明の内燃機関のノッキング検出装置の第2の形態は、内燃機関に発生する振動を検出する振動検出手段と、内燃機関の運転状態に応じて、内燃機関の各気筒の燃焼行程の少なくとも一部を含むノッキングを検出するための期間を、ゲート区間として設定するゲート区間設定手段と、振動検出センサからの信号の、ゲート区間における音圧実効値を算出する音圧実効値算出手段と、内燃機関の各運転状態におけるバックグランドノイズ値を算出するバックグランドノイズ値算出手段と、音圧実効値からバックグランドノイズ値を減算した値が、予め定められた判定値を越えた時に、内燃機関にノッキングが発生したと判定するノッキング判定手段とを備えることを特徴としている。 Further, a second form of the knock detection device for an internal combustion engine of the present invention that achieves the above object is a vibration detection means for detecting vibration generated in the internal combustion engine, and each of the internal combustion engine according to the operating state of the internal combustion engine. A gate section setting means for setting a period for detecting knocking including at least a part of the combustion stroke of the cylinder as a gate section, and a sound pressure for calculating a sound pressure effective value in the gate section of a signal from the vibration detection sensor An effective value calculating means, a background noise value calculating means for calculating a background noise value in each operating state of the internal combustion engine, and a value obtained by subtracting the background noise value from the sound pressure effective value is a predetermined determination value. It is characterized by comprising knocking judging means for judging that knocking has occurred in the internal combustion engine when exceeding.
第1の形態の内燃機関のノッキング検出装置は、更に、内燃機関の各気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、筒内圧検出手段からの信号波形からゲート区間がノックサイクルかノイズサイクルかを判定するノックサイクル判定手段とを備え、ノッキング判定手段は、ゲート区間がノックサイクルである時に、ノッキングの判定を行うことができる。 The knock detection device for an internal combustion engine according to the first aspect further includes an in-cylinder pressure detecting means for detecting a pressure in each cylinder of the internal combustion engine, and whether a gate section is a knock cycle or a noise cycle from a signal waveform from the in-cylinder pressure detecting means. Knock cycle determination means for determining whether knocking is determined when the gate section is a knock cycle.
第2の形態の内燃機関のノッキング検出装置は、更に、内燃機関の各気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、筒内圧検出手段からの信号波形からゲート区間がノックサイクルかノイズサイクルかを判定するノックサイクル判定手段とを備え、ノッキング判定手段は、ゲート区間がノックサイクルである時に、ノッキングの判定を行うことができる。 The knock detection device for an internal combustion engine according to the second aspect further includes an in-cylinder pressure detecting means for detecting a pressure in each cylinder of the internal combustion engine, and whether a gate section is a knock cycle or a noise cycle from a signal waveform from the in-cylinder pressure detecting means. Knock cycle determination means for determining whether knocking is determined when the gate section is a knock cycle.
そして、バックグランドノイズ値算出手段は、バックグランドノイズ値を、ノイズサイクルにおける音圧実効値の平均値から算出する、或いは、内燃機関にノッキングが発生しない運転条件における音圧実効値の平均値から算出することができる。 Then, the background noise value calculating means calculates the background noise value from the average value of the sound pressure effective values in the noise cycle, or from the average value of the sound pressure effective values in the operating condition in which knocking does not occur in the internal combustion engine. Can be calculated.
また、ノッキング判定手段がノッキングの判定に使用する前記判定値は、内燃機関の機関回転数の増大に伴って値が大きくなるマップ値とすることができ、更に、バックグランドノイズの実効値と、音圧実効値からバックグランドノイズ値を減算した値との関係を示すマップを使用してノッキングの判定を行うことも可能である。 Further, the determination value used by the knock determination means for determination of knocking can be a map value that increases as the engine speed of the internal combustion engine increases, and further, an effective value of background noise, It is also possible to determine knocking using a map showing the relationship with the value obtained by subtracting the background noise value from the sound pressure effective value.
何れの形態においても、内燃機関が4気筒であり、振動検出手段が機関に1つだけ設けられている場合は、ゲート区間を、各気筒の上死点から180°CAの区間とすることができる。また、内燃機関が4気筒であり、振動検出手段が機関に2つ設けられている場合は、ゲート区間を、振動検出手段が受け持つ各気筒の上死点から180°CAの区間とすることができる。更に、内燃機関がV型であり、振動検出手段が機関の各バンクにそれぞれ設けられている場合は、ゲート区間を、機関の気筒数に応じて、振動検出手段が受け持つ各気筒の上死点から(720°CA/気筒数)で決まる角度までの区間とすることができる。 In any form, when the internal combustion engine has four cylinders and only one vibration detection means is provided in the engine, the gate section may be a section of 180 ° CA from the top dead center of each cylinder. it can. Further, when the internal combustion engine has four cylinders and two vibration detection means are provided in the engine, the gate section may be set to a section of 180 ° CA from the top dead center of each cylinder that the vibration detection means is responsible for. it can. Further, when the internal combustion engine is a V-type and the vibration detection means is provided in each bank of the engine, the gate section is set to the top dead center of each cylinder which the vibration detection means is responsible according to the number of cylinders of the engine. To an angle determined by (720 ° CA / number of cylinders).
このゲート区間は変更可能とすることができ、また、燃焼行程にない気筒のバンクに取り付けられた振動検出手段の検出値が所定の閾値を越えた場合には、このバンクの振動検出手段の検出値を、燃焼行程にある気筒のバンクに取り付けられた振動検出手段の検出値に加算して、ノッキング判定手段がノッキングを判定するも可能である。 This gate section can be changed, and if the detection value of the vibration detection means attached to the bank of the cylinder not in the combustion stroke exceeds a predetermined threshold, the detection of the vibration detection means of this bank It is also possible for the knocking determination means to determine knocking by adding the value to the detection value of the vibration detection means attached to the bank of the cylinder in the combustion stroke.
更に、振動検出手段の信号出力端子に、
(1)可聴帯域の周波数を通過させるバンドパスフィルタを接続する形態、
(2)低周波帯域の周波数をカットするハイパスフィルタを接続する形態、
(3)検出信号にピークが表れる周波帯域のみの周波数を通過させるバンドパスフィルタを接続する形態、
(4)ノッキング音として認識され易い可聴帯域の周波数のみを通過させて強調するための複数個のバンドパスフィルタを接続する形態、が可能である。
Furthermore, to the signal output terminal of the vibration detection means,
(1) A form of connecting a bandpass filter that passes the frequency of the audible band,
(2) A form of connecting a high-pass filter that cuts a frequency in the low frequency band,
(3) A configuration in which a band pass filter that allows only a frequency band in which a peak appears in the detection signal to pass is connected,
(4) A configuration is possible in which a plurality of bandpass filters for passing and enhancing only frequencies in the audible band that are easily recognized as knocking sounds are connected.
更にまた、ノッキング判定手段にノッキング再判定手段を備えておき、ノッキング判定手段によるノッキングの判定が、音圧実効値が基準値の近傍にある状態、或いは、音圧実効値からバックグランドノイズ値を減算した値が判定値の近傍にある状態で行われた場合に、ノッキング再判定手段に音圧実効値の高周波成分の有無を判定させ、高周波成分が小さければノッキング判定手段がノッキングが発生したと判定した場合でもノッキングの発生判定を取り消し、逆に、ノッキング判定手段がノッキングが発生していないと判定した場合でも、高周波成分が大きければノッキングの発生判定を行うようにしても良い。 Further, the knocking determination means includes a knocking re-determination means, and the determination of knocking by the knocking determination means is performed when the sound pressure effective value is in the vicinity of the reference value, or the background noise value is calculated from the sound pressure effective value. When the subtracted value is in the vicinity of the determination value, the knocking re-determination means determines whether or not there is a high-frequency component of the sound pressure effective value, and if the high-frequency component is small, the knock determination means Even when the determination is made, the determination of the occurrence of knocking may be canceled, and conversely, the determination of the occurrence of knocking may be performed when the knocking determination means determines that knocking has not occurred and the high frequency component is large.
また、内燃機関に1つの振動検出手段しか設けられていない場合に、内燃機関の各気筒に同一条件で同一の大きさのノッキングを予め発生させ、この振動検出手段の各気筒毎のノッキング検出出力が同一になるように、振動検出手段の出力値を補正するようにすることもできる。 Further, when the internal combustion engine is provided with only one vibration detection means, knocking of the same magnitude is generated in advance under the same conditions in each cylinder of the internal combustion engine, and the knocking detection output for each cylinder of the vibration detection means is provided. It is also possible to correct the output value of the vibration detecting means so that they are the same.
本発明の内燃機関のノッキング検出装置によれば、ノッキング音の大小を比較する際に、現状のノックコントロールシステムに新たなセンサ類を追加することなく、より人間の聴覚に適合した正確なノッキングの判定を行うことができる。 According to the knock detection device for an internal combustion engine of the present invention, when comparing the magnitude of knocking sound, accurate knocking more suitable for human hearing can be performed without adding new sensors to the current knock control system. Judgment can be made.
以下、添付図面を参照することにより、本発明の実施の形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on specific examples with reference to the accompanying drawings.
図1(a)は、本発明の内燃機関のノッキング検出装置の第1の形態の第1の実施例の構成を示すものである。内燃機関1のシリンダブロックには、内燃機関1に発生する振動を検出する振動検出手段としての振動検出センサ(以後ノックセンサという)2が取り付けられており、このノックセンサ2によって検出された内燃機関1のノック信号がノック判定装置10に入力される。このノック判定装置10は、データ解析装置、或いは、電子制御ユニット(ECU)によって構成することができる。
FIG. 1 (a) shows the configuration of a first example of the first form of the knocking detecting device for an internal combustion engine of the present invention. A vibration detection sensor (hereinafter referred to as a knock sensor) 2 as vibration detection means for detecting vibration generated in the
また、ノック判定装置10には、内燃機関1の負荷を検出する負荷検出センサSLからの機関負荷の信号、内燃機関1の回転数を検出する回転数センサSNからの機関回転数信号、内燃機関1の冷却水温を検出する温度センサSWからの冷却水温信号、内燃機関1の吸気通路に設けられた吸入空気の温度を検出する温度センサSAからの吸気温度信号等の、内燃機関1の運転状態パラメータが入力される。
The
図1(b)は(a)に示したノック判定装置10の内部の機能構成を示すブロック構成図である。ノック判定装置10の内部には、内燃機関1の運転状態に応じてノッキングを検出するための期間をゲート区間として設定するゲート区間設定手段3と、ノックセンサ2からの信号のゲート区間における音圧実効値を算出する音圧実効値算出手段4と、音圧実効値が基準値を越えた時に、内燃機関1にノッキングが発生したと判定するノッキング判定手段5とが備えられている。ノッキングは内燃機関1の各気筒の燃焼行程に発生するので、ゲート区間は燃焼行程の少なくとも一部を含むように設定される。なお、ノックセンサ2からのノック信号は、後述するフィルタ9を通して音圧実効値算出手段4に入力される。
FIG.1 (b) is a block block diagram which shows the function structure inside the
ここで、図1(a)、(b)に示したノック判定装置10によるノッキング検出手順を、図2に示すフローチャートにより説明する。この検出は、例えば所定時間毎に行われる。
Here, the knocking detection procedure by the
ステップ101ではまず、内燃機関1の運転状態の読み込みを、ノック判定装置10に入力される運転状態パラメータによって行う。そして、この内燃機関1の運転状態に応じて、ステップ102においてノッキングの判定を行うゲート区間の設定を行う。ここで、ノックセンサ2と音圧実効値算出手段4の間に設けられたフィルタ9として、特定の周波数の信号のみを通過させる周波数フィルタが設けられている場合について説明すると、この場合はステップ103において、周波数フィルタの通過周波数の設定を行う。ゲート区間の設定や、周波数フィルタの設定は、内燃機関1の構造やノックセンサ2の取付位置、内燃機関1の運転状態等の違いによるずれを修正するためのものである。
In
周波数フィルタの設定後はステップ104において、ノックセンサ2からの信号をサンプリングして読み込む。続くステップ105では、ステップ102で設定したゲート区間における、ステップ104でサンプリングして読み込んだノックセンサ2からの信号に基づいて、この音圧実効値を算出する。次のステップ106では、ステップ105で算出した音圧実効値が基準値よりも大きいか否かを判定する。
After setting the frequency filter, in
ステップ106の判定において、(音圧実効値)>(基準値)の場合はステップ107に進み、内燃機関1にノッキングが発生したとして、ノッキング発生の検出信号を出力する。一方、ステップ106の判定において、(音圧実効値)≦(基準値)の場合はステップ108に進み、内燃機関1がノッキングの発生のない正常状態である信号を出力する。
If it is determined in
図3は、従来のノッキングの判定方法と、本発明の第1の形態の第1の実施例のノッキングの判定方法を比較して示すものである。従来のノッキング判定方法では、(c)に示すノックセンサ信号pに対して、(b)に示すノック判定しきい値Sによってノッキングの有無を判定していた。このため、ノックセンサ信号pにノイズが乗った場合には、このノイズが原因でノックセンサ信号pのピーク値がノック判定しきい値Sを越えてしまい、内燃機関にノッキングが発生したと判定されていた。 FIG. 3 shows a comparison between the conventional knocking determination method and the knocking determination method according to the first embodiment of the first aspect of the present invention. In the conventional knock determination method, the presence or absence of knocking is determined based on the knock determination threshold S shown in (b) with respect to the knock sensor signal p shown in (c). For this reason, when noise is added to the knock sensor signal p, it is determined that the peak value of the knock sensor signal p exceeds the knock determination threshold value S due to the noise, and knocking has occurred in the internal combustion engine. It was.
これに対して、本発明の第1の形態の第1の実施例では、(c)に示したノックセンサ信号pに対して、ゲート区間Tにおいて(e)に示すような音圧実効値Pを算出しており、この音圧実効値Pを(d)に示すノッキング判定基準値Rと比較している。この音圧実効値Pは、ノックセンサ信号をp、ゲート区間をTとすると、以下の式(1)によって算出することができる。 On the other hand, in the first embodiment of the first mode of the present invention, the sound pressure effective value P as shown in (e) in the gate section T with respect to the knock sensor signal p shown in (c). This sound pressure effective value P is compared with the knocking determination reference value R shown in (d). This sound pressure effective value P can be calculated by the following equation (1), where p is the knock sensor signal and T is the gate interval.
この図3から分かるように、本発明の第1の形態の第1の実施例のように、ノックセンサ信号pに対して、各ゲート区間Tにおいて算出した音圧実効値Pは、(d)に示すように、実際にノッキングが発生した時のみノッキング判定基準値Rを越えるので、正確にノッキングの発生を検出することができる。 As can be seen from FIG. 3, as in the first embodiment of the first aspect of the present invention, the sound pressure effective value P calculated in each gate section T with respect to the knock sensor signal p is (d) As shown in FIG. 4, since knock determination reference value R is exceeded only when knocking actually occurs, the occurrence of knocking can be accurately detected.
図4(a)は、本発明の内燃機関のノッキング検出装置の第1の形態の第2の実施例の構成を示すものである。第2の実施例でも内燃機関1のシリンダブロックには、第1の実施例と同様にノックセンサ2が取り付けられており、このノックセンサ2によって検出された機関のノック信号がノック判定装置10に入力される。一方、第2の実施例では、内燃機関1の各気筒に、各気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段としての筒内圧センサ6が取り付けられている点が第1の実施例と異なる。筒内圧センサ6によって検出された筒内圧信号もノック判定装置10に入力される。
FIG. 4A shows the configuration of the second embodiment of the first mode of the knocking detection apparatus for an internal combustion engine of the present invention. Also in the second embodiment, a
また、第2の実施例でもノック判定装置10には第1の実施例と同様に、内燃機関1の負荷を検出する負荷検出センサSLからの機関負荷信号、内燃機関1の回転数を検出する回転数センサSNからの機関回転数信号、内燃機関1の冷却水温を検出する温度センサSWからの冷却水温信号、内燃機関1の吸気通路に設けられた吸入空気の温度を検出する温度センサSAからの吸気温度信号等の、機関の運転状態パラメータが入力される。
Also in the second embodiment, the
図4(b)は(a)に示したノック判定装置10の内部の機能構成を示すブロック構成図である。第2の実施例のノック判定装置10の内部には、第1の実施例と同様に、ゲート区間設定手段3、音圧実効値算出手段4、ノッキング判定手段5、及びフィルタ9が設けられている。一方、第2の実施例のノック判定装置10の内部には、これらの構成に加えて、筒内圧センサ6からの筒内圧信号により機関のノックサイクルを判定する、ノックサイクル判定手段7が設けられている。ノックサイクル判定手段7で検出されたノックサイクルを示す信号は、ノッキング検出手段5に入力される。ノックサイクルとはノッキングが発生したサイクル(燃焼行程)であり、ノッキングが発生しなかったサイクルはノイズサイクルと呼ばれる。また、ノックサイクルをノッキングが発生したゲート区間と定義し、ノイズサイクルをノッキングが発生していないゲート区間と定義することもあり、以後の説明ではこの定義を使用している。
FIG. 4B is a block configuration diagram illustrating an internal functional configuration of the
ここで、図4(a)、(b)に示したノック判定装置10によるノッキング検出手順を、図5に示すフローチャートにより説明する。なお、第2の実施例におけるステップ101からステップ103の処理は第1の実施例と全く同じであるので、同じステップ番号を付してその説明を省略する。
Here, the knocking detection procedure by the
第2の実施例では、周波数フィルタの設定を行ったステップ103の後のステップ201において、ノックセンサ2と筒内圧センサ6からの信号を、同じタイミングでサンプリングして記憶する。次のステップ202では、ステップ201で記憶したノックセンサ2からの信号を読み込み、続くステップ203でゲート区間における音圧実効値を算出する。この後、ステップ204において、ステップ201で記憶した筒内圧センサ6からの信号を読み込む。そして、次のステップ205では、図4(b)に示したノックサイクル判定手段7によりノッキングの判定を行い、その結果を参照することで、ゲート区間がノックサイクルかノイズサイクルかを判定する。
In the second embodiment, in
ステップ205でゲート区間がノックサイクルであると判定された場合は、第1の実施例と同じ手順であるステップ106に進み、ステップ203で算出した音圧実効値が基準値よりも大きいか否かを判定する。ステップ106の判定において、(音圧実効値)>(基準値)の場合はステップ107に進み、内燃機関1にノッキングが発生したとして、ノッキング発生の検出信号を出力する。
If it is determined in
一方、ステップ205の判定でゲート区間がノックサイクルではないと判定した場合はステップ108に進む。また、ステップ106の判定において、(音圧実効値)≦(基準値)の場合もステップ108に進む。ステップ108では、内燃機関1がノッキングの発生のない正常状態である信号を出力する。
On the other hand, if it is determined in
図6は、(a)に4気筒内燃機関における燃焼気筒の順序、(b)に従来のノック判定しきい値S、(c)にノックセンサ信号p、(d)〜(g)に各気筒に設けられた筒内圧センサS1〜S4の出力波形を示す。4気筒内燃機関の場合、燃焼気筒は第1気筒♯1、第3気筒♯3、第4気筒♯4、第2気筒♯2の順である。図6は図3と同様に、第3気筒♯3にノッキングが発生し、第2気筒♯2にはノッキングは発生していないが、ノックセンサの出力にノイズが重畳された場合を示している。
FIG. 6 shows (a) the order of combustion cylinders in a four-cylinder internal combustion engine, (b) conventional knock determination threshold value S, (c) knock sensor signal p, and (d) to (g) each cylinder. The output waveforms of the in-cylinder pressure sensors S1 to S4 provided in FIG. In the case of a four-cylinder internal combustion engine, the combustion cylinders are in the order of the
図6(c)〜(g)から分かるように、第3気筒♯3にノッキングが発生した場合は、第3気筒の筒内圧センサS3の出力波形が乱れる(出力波形のピーク付近に細かい振幅変動が生じる)ので、第3気筒♯3におけるノッキングの発生を検出することができ、第3気筒♯3のゲート区間をノックサイクルとして検出することが可能である。一方、ノックセンサ信号pにはノック判定しきい値Sを越えるピークが含まれているが、実際にはノッキングは発生していない第2気筒♯2では、第2気筒♯2に設けられた筒内圧センサS2の出力に乱れはない。よって、この筒内圧センサS2の波形から、ノックサイクル判定手段7は、この時の第2気筒♯2のゲート区間をノイズサイクルとして検出することができる。
As can be seen from FIGS. 6C to 6G, when knocking occurs in the
よって、ノックサイクルと判定された場合に、第2の実施例のように音圧実効値と基準値との大小を判定することにより、ノッキングが発生した気筒を一層正確に特定することができる。 Therefore, when the knock cycle is determined, the cylinder in which knocking has occurred can be more accurately specified by determining the magnitude of the sound pressure effective value and the reference value as in the second embodiment.
図7(a)は、本発明の内燃機関のノッキング検出装置の第2の形態の第1の実施例の構成を示すものであり、図1(a)に示したノック判定装置10の、第2の形態における内部の機能構成を示している。第1の形態では、ゲート区間におけるノックセンサ2からのノック信号の音圧実効値を算出し、これを基準値と比較することによってノッキングの有無を判定していた。一方、第2の形態では、ゲート区間において算出したノックセンサ2からのノック信号の音圧実効値を、ゲート区間におけるバックグランドノイズと比較することによってノッキングの有無を判定しており、この点が第1の形態と異なる点である。
FIG. 7A shows the configuration of the first embodiment of the second form of the knock detection device for the internal combustion engine of the present invention. The
第2の形態の第1の実施例のノック判定装置10の内部には、第1の形態の第1の実施例と同様に、ゲート区間設定手段3、音圧実効値算出手段4、ノッキング判定手段5、及びフィルタ9が設けられている。第2の形態の第1の実施例のノック判定装置10の内部には、これらの構成に加えて、内燃機関の運転状態パラメータからバックグランドノイズの値を算出するバックグランドノイズ値算出手段8が設けられている。バックグランドノイズ値算出手段8で検出されたバックグランドノイズ信号は、ノッキング検出手段5に入力される。
Inside the
ここで、図7(a)に示したノック判定装置10によるノッキング検出手順を、図8に示すフローチャートにより説明する。なお、第2の形態の第1の実施例におけるステップ101からステップ105の処理は、第1の形態の第1の実施例と全く同じであるので、同じステップ番号を付してその説明を省略する。
Here, the knocking detection procedure by the
第2の形態の第1の実施例では、ゲート区間における音圧実効値を算出したステップ105の後のステップ301において、バックグランドノイズ値の算出を行う。バックグランドノイズ値の算出方法には幾つかの方法があるので、この算出方法については後述する。次のステップ302では、ステップ105で求めたゲート区間における音圧実効値と、ステップ301で求めたバックグランドノイズ値の差ΔNを算出する。そして、ステップ303では、ゲート区間における音圧実効値とバックグランドノイズ値の差ΔNがノック判定値よりも大きいか否かを判定する。
In the first embodiment of the second mode, the background noise value is calculated in
ステップ303の判定において、(ΔN)>(判定値)の場合はステップ304に進み、内燃機関1にノッキングが発生したとして、ノッキング発生の検出信号を出力する。一方、ステップ303の判定で(ΔN)≦(判定値)の場合はステップ305に進み、内燃機関1がノッキングの発生のない正常状態である信号を出力する。
If it is determined in
第2の形態では、ノッキングの発生を判定するに際して、内燃機関1のバックグランドノイズの大きさを考慮に入れているので、バックグランドノイズに埋もれて聴覚上問題のない小さなノッキングはノッキングと判定されず、人間の耳によるノッキングの判定に近いノッキングの判定を行うことができる。
In the second embodiment, since the magnitude of the background noise of the
図7(b)は、本発明の内燃機関のノッキング検出装置の第2の形態の第2の実施例の構成を示すものであり、図4(a)に示したノック判定装置10の、第2の形態における内部の機能構成を示している。第2の形態の第2の実施例のノック判定装置10の内部には、第1の形態の第2の実施例と同様に、ゲート区間設定手段3、音圧実効値算出手段4、ノッキング判定手段5、ノックサイクル判定手段7、及びフィルタ9が設けられている。第2の形態の第2の実施例のノック判定装置10の内部には、これらの構成に加えて、内燃機関の運転状態パラメータからバックグランドノイズの値を算出するバックグランドノイズ値算出手段8が設けられている。バックグランドノイズ値算出手段8で検出されたバックグランドノイズ信号は、ノッキング検出手段5に入力される。
FIG. 7B shows the configuration of the second embodiment of the second form of the knock detection device for the internal combustion engine of the present invention. The
ここで、図7(b)に示したノック判定装置10によるノッキング検出手順を、図9に示すフローチャートにより説明する。なお、第2の形態の第2の実施例におけるステップ101からステップ103の処理は、第1の形態の第1の実施例と全く同じであり、ステップ201から203の処理は第1の形態の第2の実施例と同じであるので、同じステップ番号を付してその説明を省略する。
Here, the knocking detection procedure by the
第2の形態の第2の実施例では、ゲート区間における音圧実効値を算出したステップ203の後のステップ301において、第2の形態の第1の実施例と同様にバックグランドノイズ値の算出を行う。そして、次のステップ302では、ステップ203で求めたゲート区間における音圧実効値と、ステップ301で求めたバックグランドノイズ値の差ΔNを算出する。
In the second example of the second mode, in
このようにしてゲート区間における音圧実効値とバックグランドノイズ値の差ΔNを算出した後は、第1の形態の第2の実施例と同様に、ステップ204において、ステップ201で記憶した筒内圧センサ6からの信号を読み込む。そして、次のステップ205では、図4(b)に示したノックサイクル判定手段7によりノック判定を行い、その結果を参照することで、ゲート区間がノックサイクルかノイズサイクルかを判定する。
After calculating the difference ΔN between the sound pressure effective value and the background noise value in the gate section in this way, the in-cylinder pressure stored in
ステップ205でゲート区間がノックサイクルであると判定された場合は、第2の形態の第1の実施例と同じ手順であるステップ303に進む。ステップ303では、ゲート区間における音圧実効値とバックグランドノイズ値の差ΔNがノック判定値よりも大きいか否かを判定する。ステップ303の判定において、(ΔN)>(判定値)の場合はステップ304に進み、内燃機関1にノッキングが発生したとして、ノッキング発生の検出信号を出力する。
If it is determined in
一方、ステップ205の判定でノックサイクルでないと判定された場合、及びステップ303の判定で(ΔN)≦(判定値)の場合はステップ305に進み、内燃機関1がノッキングの発生のない正常状態である信号を出力する。
On the other hand, if it is determined in
ここで、前述のバックグランドノイズ値の算出方法について説明する。 Here, a method for calculating the above-described background noise value will be described.
バックグランドノイズ値の第1の算出方法は、図7(a),(b)に示したバックグランドノイズ値算出手段8が、ノッキングが発生していないゲート区間(ノイズサイクル)における音圧実効値の平均値を算出して、これをバックグランドノイズ値とする方法である。この時の音圧実効値の平均値は、バックグランドとして常に聞こえている内燃機関1のエンジン音に相当する。
The first method for calculating the background noise value is that the sound pressure effective value in the gate interval (noise cycle) where the background noise value calculation means 8 shown in FIGS. This is a method of calculating an average value of the above and making this a background noise value. The average value of the sound pressure effective values at this time corresponds to the engine sound of the
このノッキングが発生していないゲート区間は、ノックセンサの出力からも判断できるが、内燃機関1に筒内圧センサ6が設けられている場合の方が一層正確に判断することができる。即ち、図7(b)に示したノックサイクル判定手段7がノイズサイクルであると判定した時に、バックグランドノイズ値算出手段8がこのノイズサイクルにおける音圧実効値の平均値を算出して、これをバックグランドノイズ値とすれば、一層正確にバックグランドノイズ値を算出することができる。
The gate section where knocking has not occurred can be determined from the output of the knock sensor, but can be determined more accurately when the
バックグランドノイズ値の第2の算出方法は、図7(a),(b)に示したバックグランドノイズ値算出手段8が、内燃機関1にノッキングが発生しない運転条件における音圧実効値の平均値からバックグランドノイズ値を算出する方法である。この場合は、内燃機関1の点火時期等の設定により、内燃機関1にノッキングが発生しない運転条件を設定し、この運転状態の時の音圧実効値の平均値からバックグランドノイズを算出するので、ノックセンサ2による非ノッキング状態の検出や、筒内圧センサ6によるノイズサイクルの検出は不要である。
The second method for calculating the background noise value is that the background noise value calculation means 8 shown in FIGS. 7A and 7B is an average of sound pressure effective values under operating conditions in which knocking does not occur in the
バックグランドノイズ値の第3の算出方法は、内燃機関の運転状態に応じて予めバックグランドノイズ値のマップを作成しておき、内燃機関の運転状態に応じてマップを参照してバックグランドノイズ値を得る方法である。図10(a)にこのマップの例を示す。この例では、バックグランドノイズ値は内燃機関の回転数の増大に伴ってその値が大きくなるようにしてある。 According to the third method of calculating the background noise value, a background noise value map is created in advance according to the operating state of the internal combustion engine, and the background noise value is referred to by referring to the map according to the operating state of the internal combustion engine. Is the way to get. FIG. 10A shows an example of this map. In this example, the background noise value increases as the rotational speed of the internal combustion engine increases.
この理由を説明する。機関回転数が大きくなると、これにつれてエンジン音も大きくなり、バックグランドノイズも大きくなる。すると、この場合、内燃機関にノッキングが発生した状態でも、そのノッキング音が小さい場合はバックグランドノイズにかき消されて聞こえず、ノッキング音がある程度以上にならないとノッキング音としては聞こえない。このような状況を踏まえて、前述のマップに、図10(a)に示すように、ノッキング音として聞こえる範囲と、バックグランドノイズよりは大きいがノッキング音としては聞こえない範囲(ハッチングで示す)を設定しておく。これは即ち、前述のノッキング判定手段5がノッキングの判定に使用する判定値を、図10(b)に示すように、内燃機関の回転数の増大に伴って値が大きくなるマップ値としたものであることを示すものである。 The reason for this will be explained. As the engine speed increases, the engine noise increases and the background noise increases. In this case, even when knocking has occurred in the internal combustion engine, if the knocking sound is small, it will not be heard due to background noise, and if the knocking sound does not exceed a certain level, it will not be heard as a knocking sound. Based on such a situation, as shown in FIG. 10A, the range that can be heard as the knocking sound and the range that is larger than the background noise but cannot be heard as the knocking sound (shown by hatching) are shown in the map. Set it. That is, the determination value used by the knocking determination means 5 for determining knocking is a map value that increases as the rotational speed of the internal combustion engine increases as shown in FIG. 10B. It shows that it is.
一方、内燃機関の種類が異なる場合、機関回転数が同じでもエンジン音(バックグランドノイズ値)は異なる。そのため、図10に示したマップだけでは、別の内燃機関のエンジン音を判定できない。そこで、マップの横軸をバックグランドノイズ値のレベルに、縦軸をゲート区間における音圧実効値とバックグランドノイズ値(実効値)の差とした、図11に示すような汎用マップを作ることが可能である。図11に示すマップには、ノッキング音として聞こえる範囲と、バックグランドノイズよりは大きいがノッキング音としては聞こえない範囲(ハッチングで示す)がある。 On the other hand, when the types of internal combustion engines are different, the engine sound (background noise value) is different even if the engine speed is the same. Therefore, the engine sound of another internal combustion engine cannot be determined only with the map shown in FIG. Therefore, a general-purpose map as shown in FIG. 11 is created in which the horizontal axis of the map is the background noise value level and the vertical axis is the difference between the sound pressure effective value and the background noise value (effective value) in the gate section. Is possible. The map shown in FIG. 11 includes a range that can be heard as a knocking sound and a range that is larger than the background noise but cannot be heard as a knocking sound (indicated by hatching).
例えば、内燃機関E1と内燃機関E2の2つの内燃機関があり、これら2つの内燃機関E1,E2の機関回転数3000rpmにおける実効値の差ΔNの値が共にYであった場合を考える。そして、内燃機関E1のバックグランドノイズ値がX1であり、内燃機関E2のバックグランドノイズ値がX1より大きいX2であったとする。この場合、内燃機関E1の機関回転数3000rpmにおける実効値の差ΔNの値は、図11のマップのノッキング音として聞こえる範囲にあるので、内燃機関E1にはノッキングが発生していると判定される。一方、内燃機関E2の機関回転数3000rpmにおける実効値の差ΔNの値は、バックグランドノイズよりは大きいが、図11のマップのノッキング音としては聞こえない範囲にあるので、内燃機関E2にはノッキングは発生していないと判定される。 For example, consider a case where there are two internal combustion engines E1 and E2, and the value of the difference ΔN between the effective values of the two internal combustion engines E1 and E2 at an engine speed of 3000 rpm is Y. Then, it is assumed that the background noise value of the internal combustion engine E1 is X1, and the background noise value of the internal combustion engine E2 is X2 larger than X1. In this case, since the value of the effective value difference ΔN at the engine speed 3000 rpm of the internal combustion engine E1 is within a range that can be heard as a knocking sound in the map of FIG. 11, it is determined that knocking has occurred in the internal combustion engine E1. . On the other hand, the value ΔN of the effective value at the engine speed 3000 rpm of the internal combustion engine E2 is larger than the background noise, but is in a range that cannot be heard as the knocking sound in the map of FIG. Is determined not to occur.
このように、ノッキング判定手段5が、図11に示すようなバックグランドノイズの実効値と、音圧実効値からバックグランドノイズ値を減算した値との関係を示すマップを使用してノッキングの判定を行えば、内燃機関の種類に関係なくノッキングの判定を行うことができる。 Thus, the knocking determination means 5 determines the knocking using the map showing the relationship between the effective value of the background noise as shown in FIG. 11 and the value obtained by subtracting the background noise value from the sound pressure effective value. If it performs, knocking determination can be performed irrespective of the kind of internal combustion engine.
ここで、図10のマップを使用したノック判定装置10による第2の形態の第3の実施例におけるノッキング検出手順を、図12に示すフローチャートにより説明する。なお、第2の形態の第3の実施例におけるステップ101からステップ103の処理は、第1の形態の第1の実施例と全く同じであるので、同じステップ番号を付してその説明を省略する。
Here, the knocking detection procedure in the third example of the second mode by the
第2の形態の第3の実施例では、周波数フィルタの設定を行ったステップ103の後のステップ201において、ノックセンサ2と筒内圧センサ6からの信号をサンプリングして記憶する。そして、次のステップ204において、筒内圧センサ6からの信号を読み込み、続くステップ205において図4(b)に示したノックサイクル判定手段7によりノッキングの判定を行い、その結果を参照することで、ゲート区間がノックサイクルかノイズサイクルかを判定する。
In the third embodiment of the second mode, the signals from the
ステップ205でノックサイクルであると判定した場合は、ステップ401に進み、ステップ201で記憶したノックセンサ2からの信号を読み込む。続くステップ402では、ステップ401でサンプリングして読み込んだノックセンサ2からの信号に基づいて、ステップ102で設定したゲート区間における音圧実効値を算出する。そして、次のステップ403では、ステップ101で読み込んだ機関の運転状態に応じた判定値を、図10(b)に示したマップに基づいて算出する。一方、ステップ205でノックサイクルではないと判定した場合は、ステップ404に進み、ノイズサイクルの音圧実効値の平均値を算出してこれをバックグランドノイズ値としてステップ302に進む。
If it is determined in
次のステップ302では、ステップ402で求めたゲート区間における音圧実効値と、ステップ404で求めたバックグランドノイズ値の差ΔNを算出する。このようにしてゲート区間における音圧実効値とバックグランドノイズ値の差ΔNを算出した後は、第2の形態の第1の実施例と同じ手順であるステップ303に進む。ステップ303では、ゲート区間における音圧実効値とバックグランドノイズ値の差ΔNがステップ403で算出したノック判定値よりも大きいか否かを判定する。ステップ303の判定において、(ΔN)>(判定値)の場合はステップ304に進み、内燃機関1にノッキングが発生したとして、ノッキング発生の検出信号を出力する。一方、ステップ303の判定で(ΔN)≦(判定値)の場合はステップ305に進み、内燃機関1がノッキングの発生のない正常状態である信号を出力する。
In the
次に、図11のマップを使用したノック判定装置10による第2の形態の第4の実施例におけるノッキング検出手順を、図13に示すフローチャートにより説明する。なお、第2の形態の第4の実施例におけるステップ101からステップ103の処理、ステップ201からステップ404の処理(但しステップ403の処理を除く)は、第2の形態の第3の実施例と全く同じであるので、同じステップ番号を付してその説明を省略する。
Next, the knocking detection procedure in the fourth example of the second mode by the
第2の形態の第3の実施例では、ステップ205でノックサイクルであると判定した場合は、ステップ401でステップ201で記憶したノックセンサ2からの信号を読み込んだ後に、ステップ402でゲート区間における音圧実効値を算出し、ステップ205でノックサイクルではないと判定した場合は、ステップ404でバックグランドノイズ値を算出した。
In the third embodiment of the second mode, if it is determined in
これに対して、第2の形態の第4の実施例では、ステップ402又はステップ404の次のステップ501において、ゲート区間における音圧実効値とバックグランドノイズ値の差ΔNを算出し、この実効値の差ΔNとバックグランドノイズの実効値との関係を図11のノック音マップに当てはめ、実効値の差ΔNとバックグランドノイズの実効値とで示される点が図11のノッキング音として聞こえる範囲にあるかどうかをステップ502で判定する。
On the other hand, in the fourth example of the second mode, in
そして、この判定で、実効値の差ΔNとバックグランドノイズの実効値とで示される点が図11のノッキング音として聞こえる範囲にある場合は、ステップ503に進み、内燃機関1にノッキングが発生したとして、ノッキング発生の検出信号を出力する。一方、ステップ502の判定で実効値の差ΔNとバックグランドノイズの実効値とで示される点が図11のノッキング音として聞こえる範囲にない場合はステップ504に進み、内燃機関1がノッキングの発生のない正常状態である信号を出力する。
If it is determined in this determination that the point indicated by the difference ΔN between the effective values and the effective value of the background noise is within the range that can be heard as the knocking sound in FIG. 11, the routine proceeds to step 503 where knocking has occurred in the
次に、内燃機関の種類に応じたゲート区間の設定方法について説明する。 Next, a method for setting the gate section according to the type of the internal combustion engine will be described.
まず、内燃機関が直列4気筒であり、ノックセンサがこの内燃機関のシリンダブロックに1つだけ設けられている場合は、ゲート区間を、各気筒の上死点から180°CAの区間に設定する。また、内燃機関が直列4気筒であり、ノックセンサがこの内燃機関のシリンダブロックに2つ設けられている場合は、ゲート区間を、2つのノックセンサがそれぞれ受け持つ各気筒の上死点から180°CAの区間に設定する。 First, when the internal combustion engine is an in-line four cylinder and only one knock sensor is provided in the cylinder block of this internal combustion engine, the gate section is set to a section of 180 ° CA from the top dead center of each cylinder. . Further, when the internal combustion engine is an in-line 4-cylinder engine and two knock sensors are provided in the cylinder block of the internal combustion engine, the gate section is 180 ° from the top dead center of each cylinder that the two knock sensors respectively handle. Set to CA section.
一方、内燃機関がV型多気筒内燃機関であり、ノックセンサがV型機関の各バンクにそれぞれ設けられている場合は、ゲート区間をV型機関の気筒数に応じて、各ノックセンサが受け持つ各気筒の上死点から(720°CA/気筒数)で決まる角度までの区間に設定する。 On the other hand, when the internal combustion engine is a V-type multi-cylinder internal combustion engine and a knock sensor is provided in each bank of the V-type engine, each knock sensor takes charge of the gate section according to the number of cylinders of the V-type engine. The interval is set from the top dead center of each cylinder to an angle determined by (720 ° CA / number of cylinders).
そして、このようにして設定したゲート区間は、その区間の長さを変更可能にすることができる。これは、ゲート区間の長さを変更して、内燃機関のノッキングによる振動が顕著に現れる行程の部分のみで実効値を算出した方が、ノックセンサからのノック信号のS/N比を良くすることができるためである。 The gate interval set in this way can be changed in length. This is because the S / N ratio of the knock signal from the knock sensor is improved by changing the length of the gate section and calculating the effective value only in the part of the stroke where the vibration due to knocking of the internal combustion engine is noticeable. Because it can.
更に、V型内燃機関のノッキング検出装置の検出の信頼性を増大させるために、燃焼行程にない気筒のバンクに取り付けられたノックセンサの検出値が所定の閾値を越えた場合には、このバンクのノックセンサによる検出値を、燃焼行程にある気筒のバンクに取り付けられたノックセンサの検出値に加算する方法が考えられる。このようにすれば、ノッキング発生時にノッキング判定手段に入力されるノッキング検出信号のレベルが大きくなるので、ノッキングを判定する際の確実性が増大する。 Further, in order to increase the detection reliability of the knock detection device for the V-type internal combustion engine, when the detection value of the knock sensor attached to the bank of the cylinder not in the combustion stroke exceeds a predetermined threshold, this bank A method of adding the detection value of the knock sensor to the detection value of the knock sensor attached to the bank of the cylinder in the combustion stroke is conceivable. In this way, since the level of the knocking detection signal input to the knocking determination means when knocking occurs increases, the certainty in determining knocking increases.
なお、図1(b)、図4(b)、図7(a),(b)でノックセンサ2と音圧実効値算出手段4との間に設けられたフィルタ9としては、以下の構成とすることができる。
(1)20Hz〜20kHzのバンドパスフィルタ
ノックセンサから出力されるノック信号には、様々な周波数帯の信号が含まれている。しかしながら、人間の耳に聞こえる周波数帯は限られているので、人間の耳にノッキングとして聞こえない周波数帯の信号まで解析してノッキングを判定することは人間の聴感に合わせるという観点からは無駄である。そこで、ノッキングの検出をより人間の聴感に一致させることができるように、ノックセンサからのノック信号を可聴周波数帯(20Hz〜20kHz)のみを通過させるバンドパスフィルタを通す。そして、得られた可聴周波数帯の周波数の信号の実効値を算出し、この実効値に基づいてノッキングの判定を行う。
(2)ハイパスフィルタ
内燃機関にノッキングが発生しても、4kHz程度以下の低周波帯域の周波数は、ノックサイクルにおいてもノイズサイクルにおいても余りその実効値に差がないことが知られている。そこで、ノックサイクルとノイズサイクルとで差がない4kHz以下の低周波数帯は、ハイパスフィルタによってカットし、ノック信号のS/N比を向上させる。
(3)検出信号にピークが表れる周波帯域のみの周波数を通過させるバンドパスフィルタ
ノックセンサから出力されるノック信号は、内燃機関のシリンダボア径によって決まる或る決まった周波数帯にピーク値を持つことが知られている。そして、ピーク値を含まない周波数帯においては、ノックサイクルとノイズサイクルとの間で実効値に差が出にくい。そこで、このピーク値を含む周波数帯においてノッキングの検出を行った方がS/N比が良く、ノッキングの検出精度が高くなる。このため、検出信号にピークが表れる周波帯域のみの周波数を通過させるバンドパスフィルタをノックセンサの出力に接続し、可聴周波数帯であってもカットすることにより、ノッキングの検出精度を向上させる。
(4)ノッキング音として認識され易い可聴帯域の周波数のみを通過させて強調するための複数個のバンドパスフィルタ
人間の耳には、図14(a)に示すように、2kHz〜4kHzの周波数帯の音は良く聞こえるが、それより低い周波数や高い周波数は聞こえにくいという聴感特性を持つという特徴がある。そこで、ノックセンサ2の出力信号の周波数特性をこの人間の聴感特性に合わせて減衰させれば、人間の耳に聞こえる周波数帯のノッキングを検出することができる。
The
(1) Bandpass filter of 20 Hz to 20 kHz The knock signal output from the knock sensor includes signals of various frequency bands. However, since the frequency band that can be heard by the human ear is limited, it is useless from the viewpoint of matching the human sense of hearing to determine knocking by analyzing a signal in a frequency band that cannot be heard by the human ear as knocking. . Therefore, the knock signal from the knock sensor is passed through a bandpass filter that allows only the audible frequency band (20 Hz to 20 kHz) to pass through so that the detection of knocking can be more matched to human hearing. And the effective value of the signal of the frequency of the obtained audible frequency band is calculated, and knocking determination is performed based on this effective value.
(2) High-pass filter It is known that even if knocking occurs in an internal combustion engine, the frequency in the low frequency band of about 4 kHz or less has little difference in the effective value in the knock cycle and the noise cycle. Therefore, a low frequency band of 4 kHz or less that is not different between the knock cycle and the noise cycle is cut by a high-pass filter to improve the S / N ratio of the knock signal.
(3) Band-pass filter that passes only the frequency of the frequency band where the peak appears in the detection signal The knock signal output from the knock sensor may have a peak value in a certain frequency band determined by the cylinder bore diameter of the internal combustion engine. Are known. In the frequency band not including the peak value, it is difficult for the effective value to be different between the knock cycle and the noise cycle. Therefore, the S / N ratio is better when knocking is detected in the frequency band including this peak value, and the knocking detection accuracy is higher. For this reason, the detection accuracy of knocking is improved by connecting a bandpass filter that passes only the frequency of the frequency band where the peak appears in the detection signal to the output of the knock sensor and cutting it even in the audible frequency band.
(4) A plurality of band-pass filters for emphasizing by passing only frequencies in the audible band that are easily recognized as knocking sounds. The human ear has a frequency band of 2 kHz to 4 kHz as shown in FIG. The sound is well audible, but it has the characteristic of having an auditory characteristic that it is difficult to hear lower and higher frequencies. Therefore, if the frequency characteristic of the output signal of the
図14(b)はこの実施例を示すものであり、ノックセンサ2の出力側に複数のフィルタ、この実施例では3つのバンドパスフィルタ9A,9B、及び9Cとを設けている。バンドパスフィルタ9Aの通過帯域は、例えば、2〜8kHzとし、バンドパスフィルタ9Bの通過帯域は8〜16kHzとし、バンドパスフィルタ9Cの通過帯域は16〜20kHzとする。そして、ノックセンサ2の出力を3つに分岐してこれらのフィルタ9A〜9Cに入力すると共に、バンドパスフィルタ9Bの出力には出力を0.8倍に減衰させる減衰器11を接続し、バンドパスフィルタ9Cの出力には出力を0.5倍に減衰させる減衰器12を接続する。バンドバスフィルタ9A、及び減衰器11と12の出力は合成して音圧実効値算出手段に入力させる。
FIG. 14B shows this embodiment, and a plurality of filters, in this embodiment, three band-
この結果、バンドパスフィルタ9Aから出力されるノック信号のレベルは変わらないが、バンドパスフィルタ9Bから出力されるノック信号のレベルは80%のレベルに低下し、ハイパスフィルタ9Cから出力されるノック信号のレベルは50%に低下する。よって、合成器13で合成された後のノック信号は、人間の耳の聴感特性に近い周波数特性を持つことになり、前述の何れの形態の実施例のノッキング判定手段5においても、人間の耳に聞こえ易いノッキング音を検出することができる。
As a result, the level of the knock signal output from the
ところで、内燃機関に発生するノッキングが人間に聞こえる、聞こえないの判断をする際に、ノッキングのレベルが判定境界の近傍にあった時には、ノッキングの周波数特性によって、ノッキング判定手段がノッキングの発生有りと判定した場合でも聞こえない場合があったり、ノッキング判定手段がノッキングの発生無しと判定した場合でも聞こえる場合がある。この理由は、元々バックグランドノイズで聞こえるエンジン音が低い周波数の音のため、より高周波のノッキング音の方が聞こえ易いことにある。 By the way, when it is judged that knocking occurring in the internal combustion engine is audible or not audible to humans, if the knocking level is in the vicinity of the judgment boundary, the knocking judging means determines that knocking has occurred due to the frequency characteristics of knocking. Even if it is determined, it may not be heard, or it may be heard even when the knock determination means determines that knocking has not occurred. The reason for this is that the engine sound that is originally heard as background noise is a low frequency sound, so that a higher frequency knocking sound is easier to hear.
このため、ノッキング判定手段にノッキング再判定手段を備えておき、ノッキング判定手段によるノッキングの判定が、音圧実効値が基準値の近傍にある状態、或いは、音圧実効値からバックグランドノイズ値を減算した値が判定値の近傍にある状態で行われた場合に、このノッキング再判定手段にノッキング発生の再判定をさせることができる。ノッキング再判定手段は、ノッキングの判定が基準値又は判定値の近傍で行われた場合に、音圧実効値の高周波成分の有無を判定する。そして、音圧実効値の高周波成分が小さければ、ノッキング判定手段がノッキングが発生したと判定した場合でもノッキングの発生判定を取り消し、逆に、ノッキング判定手段がノッキングが発生していないと判定した場合でも、高周波成分が大きければノッキングの発生判定を行う。 For this reason, the knocking determination means includes a knocking re-determination means, and the determination of knocking by the knocking determination means is performed when the sound pressure effective value is in the vicinity of the reference value or the background noise value is calculated from the sound pressure effective value. When the subtraction is performed in a state where the value is in the vicinity of the determination value, the knocking re-determination unit can re-determine the occurrence of knocking. The knocking re-determination means determines whether or not there is a high-frequency component of the sound pressure effective value when knocking determination is performed near the reference value or the determination value. And, if the high frequency component of the sound pressure effective value is small, even when the knocking determination means determines that knocking has occurred, cancels the determination of knocking occurrence, and conversely, when the knocking determination means determines that knocking has not occurred However, if the high frequency component is large, the occurrence of knocking is determined.
このノッキング再判定手段を設けることにより、ノッキングの発生の有無をより人間の耳で聞いた判定に近づけることができる。 By providing this knocking re-determination means, the presence or absence of the occurrence of knocking can be made closer to the determination heard with the human ear.
また、4気筒内燃機関にノックセンサが1つしか設けられていない場合、一般にノックセンサは第2気筒♯2と第3気筒♯3の間に設置される。この場合、各気筒で同じ大きさのノッキングが発生しても、ノックセンサに近い気筒(第2、第3気筒♯2,♯3)ではノックセンサの出力が大きくなり、ノックセンサに遠い気筒(第1、第4気筒♯1,♯4)では振動がノックセンサに届く前に減衰するのでノックセンサの出力が小さくなる。この差を補正するために、各気筒に同一条件で同一の大きさのノッキングを予め発生させ、この時のノックセンサの各気筒毎のノッキング検出出力が同一になるように、振動検出手段の出力値を音圧実効値算出手段で補正することもできる。
When the four-cylinder internal combustion engine has only one knock sensor, the knock sensor is generally installed between the
本発明の内燃機関のノッキング検出装置によれば、内燃機関に発生するノッキング音の大小を比較する際に、現状のノックコントロールシステムに新たなセンサ類を追加することなく、より人間の聴覚に適合した正確なノッキングの判定を行うことができる。 According to the knock detection device for an internal combustion engine of the present invention, when comparing the magnitude of knocking sound generated in the internal combustion engine, it is more suitable for human hearing without adding new sensors to the current knock control system. Accurate determination of knocking can be performed.
1…内燃機関
2…振動検出手段(ノックセンサ)
3…ゲート区間設定手段
4…音圧実効値算出手段
5…ノッキング判定手段
6…筒内圧検出手段(筒内圧センサ)
7…ノックサイクル判定手段
8…バックグランドノイズ算出手段
9,9A,9B,9C…フィルタ
10…ノック判定装置
11,12…減衰器
13…合成器
DESCRIPTION OF
3 ... Gate section setting means 4 ... Sound pressure effective value calculation means 5 ... Knocking determination means 6 ... In-cylinder pressure detection means (in-cylinder pressure sensor)
7 ... Knock cycle determination means 8 ... Background noise calculation means 9, 9A, 9B, 9C ...
Claims (19)
前記内燃機関の運転状態に応じてノッキングを検出するための期間を、前記内燃機関の各気筒の燃焼行程の少なくとも一部を含むゲート区間として設定するゲート区間設定手段と、
前記振動検出センサからの信号の、前記ゲート区間における音圧実効値を算出する音圧実効値算出手段と、
前記音圧実効値が基準値を越えた時に、前記内燃機関にノッキングが発生したと判定するノッキング判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。 Vibration detecting means for detecting vibration generated in the internal combustion engine;
Gate interval setting means for setting a period for detecting knocking according to the operating state of the internal combustion engine as a gate interval including at least a part of the combustion stroke of each cylinder of the internal combustion engine;
A sound pressure effective value calculation means for calculating a sound pressure effective value in the gate section of the signal from the vibration detection sensor;
Knocking determination means for determining that knocking has occurred in the internal combustion engine when the sound pressure effective value exceeds a reference value;
A knocking detection apparatus for an internal combustion engine, comprising:
内燃機関の各気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段からの信号波形から、前記ゲート区間がノックサイクルかノイズサイクルかを判定するノックサイクル判定手段とを備え、
前記ノッキング判定手段は、前記ゲート区間がノックサイクルである時に、前記ノッキングの判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のノッキング検出装置。 The knock detection device for the internal combustion engine further includes:
In-cylinder pressure detecting means for detecting the pressure in each cylinder of the internal combustion engine;
From the signal waveform from the in-cylinder pressure detection means, provided with a knock cycle determination means for determining whether the gate section is a knock cycle or a noise cycle,
2. The knock detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the knock determination unit performs the knock determination when the gate section is in a knock cycle. 3.
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の各気筒の燃焼行程の少なくとも一部を含むノッキングを検出するための期間を、ゲート区間として設定するゲート区間設定手段と、
前記振動検出センサからの信号の、前記ゲート区間における音圧実効値を算出する音圧実効値算出手段と、
前記内燃機関の各運転状態におけるバックグランドノイズ値を算出するバックグランドノイズ値算出手段と、
前記音圧実効値から前記バックグランドノイズ値を減算した値が、予め定められた判定値を越えた時に、前記内燃機関にノッキングが発生したと判定するノッキング判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。 Vibration detecting means for detecting vibration generated in the internal combustion engine;
A gate section setting means for setting a period for detecting knocking including at least a part of a combustion stroke of each cylinder of the internal combustion engine as a gate section according to an operating state of the internal combustion engine;
A sound pressure effective value calculation means for calculating a sound pressure effective value in the gate section of the signal from the vibration detection sensor;
A background noise value calculating means for calculating a background noise value in each operating state of the internal combustion engine;
Knocking determination means for determining that knocking has occurred in the internal combustion engine when a value obtained by subtracting the background noise value from the sound pressure effective value exceeds a predetermined determination value;
A knocking detection apparatus for an internal combustion engine, comprising:
内燃機関の各気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段からの信号波形から、前記ゲート区間がノックサイクルかノイズサイクルかを判定するノックサイクル判定手段とを備え、
前記ノッキング判定手段は、前記ゲート区間がノックサイクルである時に、前記ノッキングの判定を行うことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関のノッキング検出装置。 The knock detection device for the internal combustion engine further includes:
In-cylinder pressure detecting means for detecting the pressure in each cylinder of the internal combustion engine;
From the signal waveform from the in-cylinder pressure detection means, provided with a knock cycle determination means for determining whether the gate section is a knock cycle or a noise cycle,
4. The knock detection device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the knocking determination unit determines the knocking when the gate section is in a knock cycle. 5.
前記振動検出手段が前記機関に1つだけ設けられており、
前記ゲート区間が、各気筒の上死点から180°CAの区間であることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の内燃機関のノッキング検出装置。 The internal combustion engine has four cylinders;
Only one vibration detection means is provided in the engine,
The knock detection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein the gate section is a section of 180 ° CA from the top dead center of each cylinder.
前記振動検出手段が前記機関に2つ設けられており、
前記ゲート区間が、前記振動検出手段が受け持つ各気筒の上死点から180°CAの区間であることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の内燃機関のノッキング検出装置。 The internal combustion engine has four cylinders;
Two vibration detection means are provided in the engine,
9. The knock detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the gate section is a section of 180 ° CA from the top dead center of each cylinder that the vibration detecting means is responsible for.
前記振動検出手段が前記機関の各バンクにそれぞれ設けられており、
前記ゲート区間が、前記機関の気筒数に応じて、前記振動検出手段が受け持つ各気筒の上死点から(720°CA/気筒数)で決まる角度までの区間であることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の内燃機関のノッキング検出装置。 The internal combustion engine is V-shaped;
The vibration detection means is provided in each bank of the engine,
The gate section is a section from the top dead center of each cylinder that the vibration detecting means is responsible to an angle determined by (720 ° CA / number of cylinders) according to the number of cylinders of the engine. The knock detection device for an internal combustion engine according to any one of 1 to 8.
このノッキング再判定手段は、前記ノッキング判定手段によるノッキングの判定が、前記音圧実効値が基準値の近傍にある状態、或いは、前記音圧実効値から前記バックグランドノイズ値を減算した値が前記判定値の近傍にある状態で行われた場合に、前記音圧実効値の高周波成分の有無を判定し、前記ノッキング判定手段がノッキングが発生したと判定した場合でも、前記高周波成分が小さければノッキングの発生判定を取り消し、逆に、前記ノッキング判定手段がノッキングが発生していないと判定した場合でも、前記高周波成分が大きければノッキングの発生判定を行うことを特徴とする請求項1から17の何れか1項に記載の内燃機関のノッキング検出装置。 The knocking determination means is further provided with a knocking re-determination means,
In this knocking re-determination means, the determination of knocking by the knocking determination means is such that the sound pressure effective value is in the vicinity of a reference value, or a value obtained by subtracting the background noise value from the sound pressure effective value is When it is performed in a state in the vicinity of the determination value, it is determined whether or not there is a high frequency component of the sound pressure effective value, and even if the knock determination means determines that knocking has occurred, knocking is performed if the high frequency component is small. The determination of occurrence of knocking is canceled, and conversely, even when the knocking determination means determines that knocking has not occurred, the occurrence determination of knocking is performed if the high frequency component is large. The knock detection device for an internal combustion engine according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003318686A JP2005083314A (en) | 2003-09-10 | 2003-09-10 | Knocking detection device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003318686A JP2005083314A (en) | 2003-09-10 | 2003-09-10 | Knocking detection device for internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005083314A true JP2005083314A (en) | 2005-03-31 |
Family
ID=34417901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003318686A Withdrawn JP2005083314A (en) | 2003-09-10 | 2003-09-10 | Knocking detection device for internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005083314A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006307708A (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Toyota Motor Corp | Knocking determining device of internal combustion engine |
JP2007107458A (en) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Honda Motor Co Ltd | Control device of internal combustion engine |
JP2011174409A (en) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Nippon Soken Inc | Apparatus for detecting knocking of internal combustion engine |
JP2012103157A (en) * | 2010-11-11 | 2012-05-31 | A & D Co Ltd | Method and device for determining knocking |
JP2013053554A (en) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Honda Motor Co Ltd | Control device for internal-combustion engine |
JP2013238185A (en) * | 2012-05-16 | 2013-11-28 | Daihatsu Motor Co Ltd | Combustion status determining device of internal combustion engine |
EP2868902A1 (en) | 2013-10-25 | 2015-05-06 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Power unit of saddle-riding type vehicle, saddle-riding type vehicle and method for controlling power unit |
GB2564694A (en) * | 2017-07-20 | 2019-01-23 | Delphi Automotive Systems Lux | Combustion noise detection in an internal combustion engine |
-
2003
- 2003-09-10 JP JP2003318686A patent/JP2005083314A/en not_active Withdrawn
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006307708A (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Toyota Motor Corp | Knocking determining device of internal combustion engine |
JP4491376B2 (en) * | 2005-04-27 | 2010-06-30 | トヨタ自動車株式会社 | Internal combustion engine knock determination device |
JP2007107458A (en) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Honda Motor Co Ltd | Control device of internal combustion engine |
JP2011174409A (en) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Nippon Soken Inc | Apparatus for detecting knocking of internal combustion engine |
JP2012103157A (en) * | 2010-11-11 | 2012-05-31 | A & D Co Ltd | Method and device for determining knocking |
JP2013053554A (en) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Honda Motor Co Ltd | Control device for internal-combustion engine |
JP2013238185A (en) * | 2012-05-16 | 2013-11-28 | Daihatsu Motor Co Ltd | Combustion status determining device of internal combustion engine |
EP2868902A1 (en) | 2013-10-25 | 2015-05-06 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Power unit of saddle-riding type vehicle, saddle-riding type vehicle and method for controlling power unit |
GB2564694A (en) * | 2017-07-20 | 2019-01-23 | Delphi Automotive Systems Lux | Combustion noise detection in an internal combustion engine |
GB2564694B (en) * | 2017-07-20 | 2020-03-11 | Delphi Automotive Systems Lux | Combustion noise detection in an internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4311657B2 (en) | Knock detection device for internal combustion engine | |
US7669459B2 (en) | Knocking determination device for internal combustion engine | |
JP4165751B2 (en) | Knock detection device for internal combustion engine | |
US7562558B2 (en) | Knock sensor diagnostic system and method | |
JP4390786B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP4600431B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP4327582B2 (en) | Knocking detection device | |
JP2007009739A (en) | Knocking state judging device | |
JP4532348B2 (en) | Knocking control device for internal combustion engine | |
JP2005083314A (en) | Knocking detection device for internal combustion engine | |
JP2009209751A (en) | Knock detection device of internal combustion engine | |
US7621172B2 (en) | Knocking determination device for internal combustion engine | |
JP2006300036A (en) | Knocking determining device of internal combustion engine | |
US10871113B2 (en) | Method for managing pinking in a controlled-ignition internal combustion engine | |
JP2008095602A (en) | Knock judging device for internal combustion engine | |
JP3502580B2 (en) | Knock detection device for internal combustion engine | |
JP2009215930A (en) | Abnormality diagnostic device for knock detection system | |
CN112922724B (en) | Method for identifying knock interference | |
JP2582969B2 (en) | Knocking control device for internal combustion engine | |
JP4324137B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP2009209828A (en) | Knock detection device of internal combustion engine | |
JP4945482B2 (en) | Knock detection device for internal combustion engine | |
JPH0392569A (en) | Knocking detecting device for internal combustion engine | |
JP4919020B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP4134879B2 (en) | Ion current detection device for internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061205 |