JP2006118449A - Knocking detection device for internal combustion engine - Google Patents

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Masato Hoshino
真人 星野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform accurate knocking determination without being influenced by temperature change. <P>SOLUTION: Vibration signal (level) in a frequency band used for knocking determination obtained by frequency analysis of high frequency component of output of a knocking sensor is determined. Temperature correction coefficient corresponding to frequency band used for the knocking determination is selected from temperature correction coefficient characteristics established for each frequency band. A thermistor is connected to output terminal of the knocking sensor in parallel to detect temperature of the sensor from low frequency (direct current) component of out put of the knocking sensor. Temperature correction coefficient is determined from the temperature correction coefficient characteristics selected based on temperature of the sensor. Temperature correction is performed by multiplying the level of the vibration signal and the temperature correction coefficient together. Knocking determination is performed by comparing the vibration signal level subjected to temperature correction and a determination threshold. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関のノッキングを検出する技術に関する。   The present invention relates to a technique for detecting knocking of an internal combustion engine.

特許文献1には、ノッキングセンサからの出力またはノッキング判定値を、水温センサで検出された水温に基づいて推定したセンサ温度によって、修正することにより、ノッキング判定精度の向上を図った技術が開示されている。
実開平2−122330号公報
Patent Document 1 discloses a technique for improving the knocking determination accuracy by correcting the output from the knocking sensor or the knocking determination value with the sensor temperature estimated based on the water temperature detected by the water temperature sensor. ing.
Japanese Utility Model Publication No. 2-122330

しかしながら、本願発明者は、ノッキングセンサ出力の温度による変化特性が、センサ本体である圧電素子等の温度変化による一律な変化だけでは定まらず、センサ振動系の周波数−振動レベル特性が温度変化によって周波数方向にずれることにより、振動の周波数帯域によって異なることを見出した。
特許文献1では、温度に対して一義的に設定した温度補正特性で補正する方式としているため、ノッキング判定に用いる振動周波数が切り換えられたときに、正しく温度補正されず誤判定することがあり、正確なノッキング判定を行えないことがあった。
However, the inventor of the present application does not determine the change characteristic of the knocking sensor output due to the temperature only by the uniform change due to the temperature change of the piezoelectric element or the like that is the sensor body. It was found that the difference in the frequency band of the vibration was caused by shifting in the direction.
In Patent Document 1, since the correction is performed with the temperature correction characteristic uniquely set for the temperature, when the vibration frequency used for the knocking determination is switched, the temperature may not be corrected correctly and an erroneous determination may be made. In some cases, accurate knocking determination could not be made.

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、周波数帯域の相違によらず正しく温度補正を行うことにより、正確なノッキング判定を行えるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object thereof is to perform accurate knocking determination by correctly performing temperature correction regardless of the difference in frequency band.

このため本発明は、ノッキングセンサからの振動信号に基づいて、ノッキングの有無を検出するノッキング検出装置であって、前記ノッキングセンサからの振動信号を周波数帯域別に分離する周波数帯域分離手段と、前記ノッキングセンサの温度を検出するセンサ温度検出手段と、前記検出されたノッキングセンサ温度に基づいて前記周波数帯域別にノッキングセンサ出力の温度補正係数を算出する温度補正係数算出手段と、前記算出された周波数帯域別の温度補正係数を用いて、ノッキング判定を温度補正して行うノッキング判定手段と、を含んで構成した。   Therefore, the present invention provides a knocking detection device that detects the presence or absence of knocking based on a vibration signal from a knocking sensor, the frequency band separation means for separating the vibration signal from the knocking sensor by frequency band, and the knocking Sensor temperature detecting means for detecting the temperature of the sensor, temperature correction coefficient calculating means for calculating a temperature correction coefficient of the knocking sensor output for each frequency band based on the detected knocking sensor temperature, and for each calculated frequency band And a knocking determination means for performing the knocking determination by correcting the temperature using the temperature correction coefficient.

かかる構成とすれば、温度に対する出力変化特性が振動の周波数によって異なることに対応して、周波数帯域別の温度補正係数を用いた温度補正処理によってノッキング判定を行うので、温度変化のノッキング判定への影響をできるだけ回避して正確な判定を行うことができる。   With such a configuration, the knocking determination is performed by the temperature correction process using the temperature correction coefficient for each frequency band in response to the fact that the output change characteristic with respect to the temperature varies depending on the vibration frequency. It is possible to make an accurate determination while avoiding the influence as much as possible.

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図1において、ノッキングセンサ1は、底部が外側に張り出すフランジ部11aを有した筒状部材11が中心部に設けられ、該筒状部材11の中心孔に締結用ボルト3を通してエンジンのシリンダブロック2に締結される。
筒状部材の外側には、前記フランジ部の上面に接合して環状の圧電素子(ピエゾ素子)12が嵌挿され、該圧電素子12の上にマス部材13が載せられ、さらに該マス部材13を弾性付勢する板ばね14と、該板ばね14の押さえ金15が載せられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, a knocking sensor 1 includes a cylindrical member 11 having a flange portion 11a with a bottom portion protruding outward, and a cylinder block of an engine through a fastening bolt 3 in a central hole of the cylindrical member 11. 2 is fastened.
On the outside of the cylindrical member, an annular piezoelectric element (piezo element) 12 is fitted and joined to the upper surface of the flange portion, and a mass member 13 is placed on the piezoelectric element 12. A plate spring 14 that elastically urges the plate spring 14 and a presser plate 15 of the plate spring 14 are mounted.

さらに、これらの外周を樹脂モールドしてハウジング16が形成され、前記圧電素子12の2本の出力端子12aの端部を突出させてコネクタ部16aが形成されている。
そして、圧電素子12に機関の振動加速度が加わると、振動加速度に応じた出力電圧が発生し、該出力電圧の高周波成分に基づいてノッキングを検出することができる。
かかる圧電素子型のノッキングセンサ1において、本願発明にかかる構成として、圧電素子12の出力端子12aに温度係数の大きなサーミスタ(感温抵抗素子)17を、並列接続する。該サーミスタ17は、上記樹脂モールドによりハウジング16内に埋設される。
Further, a housing 16 is formed by resin molding of these outer circumferences, and a connector portion 16a is formed by projecting end portions of the two output terminals 12a of the piezoelectric element 12.
When the vibration acceleration of the engine is applied to the piezoelectric element 12, an output voltage corresponding to the vibration acceleration is generated, and knocking can be detected based on the high frequency component of the output voltage.
In the piezoelectric element type knocking sensor 1, as a configuration according to the present invention, a thermistor (temperature sensitive resistance element) 17 having a large temperature coefficient is connected in parallel to the output terminal 12 a of the piezoelectric element 12. The thermistor 17 is embedded in the housing 16 by the resin mold.

図2は、上記ノッキングセンサ1を含むノッキング検出装置の回路構成を示す。
ノッキングセンサ1(圧電素子12)の出力は、ハーネス21を介してエンジンコントロールユニット(ECU)31のハイパスフィルタ(HPF)32及びローパスフィルタ(LPF)33に入力される。なお、入力端子の+側は、抵抗(RL)34を介して電源VCCに接続され、−側は、コンデンサ(CL)35を介して接地される。
FIG. 2 shows a circuit configuration of a knocking detection device including the knocking sensor 1.
The output of the knocking sensor 1 (piezoelectric element 12) is input to the high pass filter (HPF) 32 and the low pass filter (LPF) 33 of the engine control unit (ECU) 31 via the harness 21. The + side of the input terminal is connected to the power supply VCC through a resistor (RL) 34, and the-side is grounded through a capacitor (CL) 35.

前記ハイパスフィルタ32は、ノッキングセンサ1の出力からノッキング判定用の高周波成分を抽出し、該高周波成分は増幅器(AMP)37で増幅された後、振動信号としてマイクロコンピュータ36に入力される。
一方、前記ローパスフィルタ33は、ノッキングセンサ1の出力から直流に近い低周波成分を抽出する。ここで、該直流に近い低周波成分は、前記サーミスタ17の温度−抵抗特性によって温度に依存するので、センサ温度信号としてマイクロコンピュータ36に入力される。
The high-pass filter 32 extracts a high-frequency component for knocking determination from the output of the knocking sensor 1, and the high-frequency component is amplified by an amplifier (AMP) 37 and then input to the microcomputer 36 as a vibration signal.
On the other hand, the low-pass filter 33 extracts a low frequency component close to a direct current from the output of the knocking sensor 1. Here, the low frequency component close to the direct current depends on the temperature depending on the temperature-resistance characteristic of the thermistor 17, and is input to the microcomputer 36 as a sensor temperature signal.

図3は、マイクロコンピュータ36によるノッキング判定処理の機能ブロックを示す。
周波数解析(FFT)部Aは、前記ハイパスフィルタ32から抽出した高周波成分の振動信号を周波数分析し、ノッキング判定に用いる周波数帯域の振動信号レベルを算出する。なお、ハイパスフィルタ32によって、ノッキング周波数成分に帯域を絞ることにより周波数分析機能を持たせるようにしてもよい。あるいは、専用の周波数分析回路を介して周波数分析された信号をマイクロコンピュータ36に入力させるようにしてもよい。
FIG. 3 shows functional blocks of knocking determination processing by the microcomputer 36.
The frequency analysis (FFT) unit A performs frequency analysis on the vibration signal of the high frequency component extracted from the high pass filter 32, and calculates the vibration signal level in the frequency band used for knocking determination. Note that the high-pass filter 32 may have a frequency analysis function by narrowing the band to the knocking frequency component. Alternatively, a signal subjected to frequency analysis via a dedicated frequency analysis circuit may be input to the microcomputer 36.

センサ温度検出部Bは、前記ローパスフィルタ33から抽出した低周波(直流)成分に基づいてセンサ温度を検出する。
マイクロコンピュータ36のメモリCには、周波数帯域別の温度補正係数の特性マップが記憶されている。ここで、温度変化によるノッキングセンサの出力変化は、圧電素子のみの特性で考えると温度上昇に応じて出力が減少する特性を有するが、センサ全体(質量−バネ−ダンパ)で構成される振動系の周波数−出力特性が温度変化によって周波数方向にもずれることにより、周波数によっては所定の温度上昇で逆に出力(センサ感度)が増加する場合もある(図4参照)。したがって、周波数帯域別に温度変化に対する出力変化を無くすように温度補正特性を設定してある。
The sensor temperature detection unit B detects the sensor temperature based on the low frequency (direct current) component extracted from the low pass filter 33.
A memory C of the microcomputer 36 stores a temperature correction coefficient characteristic map for each frequency band. Here, the change in the output of the knocking sensor due to the temperature change has a characteristic that the output decreases as the temperature rises when considering only the characteristic of the piezoelectric element, but the vibration system configured by the entire sensor (mass-spring-damper). When the frequency-output characteristic of the frequency shifts in the frequency direction due to a temperature change, the output (sensor sensitivity) may increase with a predetermined temperature rise depending on the frequency (see FIG. 4). Therefore, the temperature correction characteristic is set so as to eliminate the output change with respect to the temperature change for each frequency band.

補正部Dは、前記FFT部Aで周波数分析したノッキング判定に用いる周波数帯域の振動信号レベルに、対応する周波数帯域の温度補正係数の特性マップから前記温度検出部Bで検出したセンサ温度に基づいて検索された温度補正係数を乗じて温度補正する。
ノッキング判定部Eは、該温度補正した振動レベルを判定しきい値と比較してノッキング判定を行う。なお、判定しきい値を温度補正するようにしてもよい。温度補正係数を上記同様に設定した場合は、判定しきい値を対応する温度補正係数で除算することにより、同一のノッキング判定結果が得られる。また、ノッキング判定に用いる周波数帯域別の振動信号は、1個または複数個を切り換えて用いることができる。
Based on the sensor temperature detected by the temperature detection unit B from the characteristic map of the temperature correction coefficient of the corresponding frequency band, the correction unit D uses the frequency band vibration signal level used for knocking determination analyzed by the FFT unit A. The temperature is corrected by multiplying the searched temperature correction coefficient.
The knock determination unit E performs knock determination by comparing the temperature-corrected vibration level with a determination threshold value. The determination threshold value may be temperature corrected. When the temperature correction coefficient is set in the same manner as described above, the same knocking determination result can be obtained by dividing the determination threshold value by the corresponding temperature correction coefficient. Further, one or a plurality of vibration signals for each frequency band used for knocking determination can be switched and used.

このようにすれば、運転条件によってノッキング判定に用いる周波数帯域が切り換えられても、周波数帯域別の温度補正特性を用いることにより、周波数帯域によって異なる温度変化に対するノッキングセンサ1の出力変化を正しく補正することができ、判定しきい値の誤差要因として設定マージンを減らして、ノッキング判定を正確に行うことができる。   In this way, even if the frequency band used for the knocking determination is switched depending on the operating conditions, the output change of the knocking sensor 1 is correctly corrected for the temperature change that differs depending on the frequency band by using the temperature correction characteristic for each frequency band. Therefore, knocking determination can be performed accurately by reducing the setting margin as an error factor of the determination threshold.

また、本実施形態では、ノッキングセンサ1にセンサ温度検出用のサーミスタ17を出力端子に並列接続して内蔵する構成とし、直流に近い低周波成分を分離してセンサ温度を検出するようにしたため、高精度な温度検出を行え、センサのコネクタ、ワイヤハーネスを共通化でき、コンパクト性を維持しつつノッキングセンサ及び判定回路共に、低コストで実現できる。   In this embodiment, the thermistor 17 for detecting the sensor temperature is connected to the output terminal in parallel in the knocking sensor 1, and the sensor temperature is detected by separating the low frequency component close to the direct current. High-accuracy temperature detection can be performed, sensor connectors and wire harnesses can be shared, and both the knocking sensor and the determination circuit can be realized at low cost while maintaining compactness.

但し、センサ温度の検出は、水温センサで検出されるエンジンの冷却水温度や、潤滑油温センサによって検出される潤滑油温度で代用してもよい。   However, the sensor temperature may be detected by the engine coolant temperature detected by the water temperature sensor or the lubricant temperature detected by the lubricant temperature sensor.

実施形態におけるノッキングセンサの内部構造を示す断面図Sectional drawing which shows the internal structure of the knocking sensor in embodiment 同上ノッキングセンサを用いたノッキング検出装置の回路図Circuit diagram of knock detection device using knock sensor 同上ノッキング検出装置におけるマイクロコンピュータによるノッキング判定処理の機能ブロック図Functional block diagram of knock determination processing by microcomputer in the knock detection device 異なる周波数帯域での温度−センサ感度特性が異なる様子を示す図Diagram showing different temperature-sensor sensitivity characteristics in different frequency bands

符号の説明Explanation of symbols

1 ノッキングセンサ
12 圧電素子
12a 出力端子
17 サーミスタ
21 ハーネス
31 エンジンコントロールユニット
32 ハイパスフィルタ
33 ローパスフィルタ
A 周波数解析部
B 温度検出部
C メモリ
D 補正部
E 判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Knocking sensor 12 Piezoelectric element 12a Output terminal 17 Thermistor 21 Harness 31 Engine control unit 32 High pass filter 33 Low pass filter A Frequency analysis part B Temperature detection part C Memory D Correction part E Determination part

Claims (6)

ノッキングセンサからの振動信号に基づいて、ノッキングの有無を検出するノッキング検出装置であって、
前記ノッキングセンサからの振動信号を周波数帯域別に分離する周波数分離手段と、
前記ノッキングセンサの温度を検出するセンサ温度検出手段と、
前記検出されたノッキングセンサ温度に基づいて前記周波数帯域別にノッキングセンサ出力の温度補正係数を算出する温度補正係数算出手段と、
前記算出された周波数帯域別の温度補正係数を用いて、ノッキング判定を温度補正して行うノッキング判定手段と、
を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
A knocking detection device that detects the presence or absence of knocking based on a vibration signal from a knocking sensor,
Frequency separation means for separating the vibration signal from the knocking sensor by frequency band;
Sensor temperature detecting means for detecting the temperature of the knocking sensor;
A temperature correction coefficient calculating means for calculating a temperature correction coefficient of the knocking sensor output for each frequency band based on the detected knocking sensor temperature;
Using the calculated temperature correction coefficient for each frequency band, knocking determination means for performing knocking determination with temperature correction;
A knock detection device for an internal combustion engine, comprising:
前記ノッキング判定手段は、周波数帯域別の振動信号を温度補正係数で補正した値を、しきい値と比較してノッキング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。   2. The knock detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the knocking determination unit performs knocking determination by comparing a value obtained by correcting a vibration signal for each frequency band with a temperature correction coefficient with a threshold value. 3. . 前記ノッキング判定手段は、周波数帯域別の振動信号を、温度補正係数で補正したしきい値と比較してノッキング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。   2. The knock detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the knocking determination unit performs knocking determination by comparing a vibration signal for each frequency band with a threshold value corrected with a temperature correction coefficient. 3. 前記ノッキングセンサは、圧電素子と温度係数の大きな感温抵抗素子とを並列接続して構成され、
前記センサ温度検出手段は、前記ノッキングセンサの出力から直流に近い低周波成分を分離して抽出し、該低周波成分のレベルに基づいてセンサ温度を検出することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関のノッキング検出装置。
The knocking sensor is configured by connecting a piezoelectric element and a temperature-sensitive resistance element having a large temperature coefficient in parallel.
The said sensor temperature detection means isolate | separates and extracts the low frequency component close | similar to direct current | flow from the output of the said knocking sensor, and detects sensor temperature based on the level of this low frequency component. Item 4. The knocking detection device for an internal combustion engine according to any one of Items 3 to 4.
センサ温度検出手段は、センサ温度の代用値として機関冷却水温度を検出する手段である特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関のノッキング検出装置。   The knock detection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor temperature detection means is means for detecting an engine coolant temperature as a substitute value of the sensor temperature. センサ温度検出手段は、センサ温度の代用値として潤滑油温度を検出する手段である特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関のノッキング検出装置。   The knock detection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor temperature detection means is means for detecting a lubricating oil temperature as a substitute value of the sensor temperature.
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