JP2612365B2 - Knocking detection device for internal combustion engine - Google Patents

Knocking detection device for internal combustion engine

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JP2612365B2
JP2612365B2 JP2110291A JP11029190A JP2612365B2 JP 2612365 B2 JP2612365 B2 JP 2612365B2 JP 2110291 A JP2110291 A JP 2110291A JP 11029190 A JP11029190 A JP 11029190A JP 2612365 B2 JP2612365 B2 JP 2612365B2
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combustion engine
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工三 加藤木
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関のノッキング現象の検出装置に係
り、特に自動車用ガソリンエンジンに好適なノッキング
結果装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a knocking detection device for an internal combustion engine, and more particularly to a knocking result device suitable for a gasoline engine for an automobile.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

内燃機関、特に自動車用のガソリンエンジンなどで
は、その性能向上のため、ノッキング限界での運転が望
ましい。
In an internal combustion engine, particularly a gasoline engine for an automobile, it is desirable to operate at a knocking limit in order to improve the performance.

しかして、このためには、高精度のノッキング制御の
適用が必要であり、当然、高精度のノッキング検出装置
の使用が不可欠である。
However, this requires the application of high-precision knock control, and of course, the use of a high-precision knock detection device is indispensable.

ところで、このノッキング検出装置としては、従来か
ら、エンジン(内燃機関)の振動を検出するセンサを用
い、このセンサの検出信号からノッキングを判定する方
法が広く採用されている。すなわち、エンジンの燃焼室
内の異常燃焼に伴うノッキング現象により、エンジンブ
ロックに特有の、複数の共鳴周波数成分を持つた振動が
生じ、この振動エネルギーをとらえることにより、ノッ
キング発生を検出するのである。
By the way, as this knocking detection device, a method of using a sensor for detecting vibration of an engine (internal combustion engine) and determining knocking from a detection signal of the sensor has been widely adopted. That is, a knocking phenomenon caused by abnormal combustion in the combustion chamber of the engine causes vibration having a plurality of resonance frequency components peculiar to the engine block, and the occurrence of knocking is detected by capturing the vibration energy.

しかし、この方法は、エンジン自体の機械的運動によ
つて生じる機械音との区別が難しく、これを判別する方
法として、前述の共鳴周波数成分のみをとり出す方法が
考案されている。
However, in this method, it is difficult to distinguish it from mechanical noise caused by the mechanical movement of the engine itself, and as a method for determining this, a method of extracting only the above-described resonance frequency component has been devised.

例えば、特開昭63−219874号公報では、複数個のフイ
ルタを設けて、複数の周波数成分からなる特定の共鳴周
波数成分をとり出し、ノッキングを検出する方法につい
て記載している。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-219874 describes a method in which a plurality of filters are provided, a specific resonance frequency component including a plurality of frequency components is extracted, and knocking is detected.

ここで、複数のフイルタを用いる例としては、アナロ
グフイルタ等をデイスクリートの部品で構成する方法
や、デジタルフイルタの応用により複数の周波数を検出
する方法が知られている。
Here, examples of using a plurality of filters include a method of configuring an analog filter or the like with discrete components, and a method of detecting a plurality of frequencies by applying a digital filter.

そして、このように複数のフィルタを使用する従来の
手法としては、サンプリンクのクロックを変化させるな
どの技術が知られており、例えば、特開昭64−54227号
公報では、帯域を変更している。
As a conventional method of using a plurality of filters as described above, a technique of changing a sampling clock is known. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 64-54227, a band is changed. I have.

しかしながら、サンプリングのクロックを変化させる
と、バンドパス特性が変化したり、通常は、このクロッ
クとしてマイクロコンピュータのクロックを用いている
ので、この場合には、マイクロコンピュータによる演算
処理時間も変化してしまうという問題があった。
However, if the sampling clock is changed, the band-pass characteristic changes, and the clock of the microcomputer is usually used as this clock. In this case, the calculation processing time by the microcomputer also changes. There was a problem.

〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術では、アナログフイルタやデジタルフイ
ルタでは、中心周波数が固定のものとせざるを得ない点
について考慮されておらず、エンジンの運転状態の変化
や、エンジン自体の経年変化に伴う共鳴周波数の変化の
ために、中心周波数を共鳴周波数に適切に合わせること
が困難で、ノッキング検出の高精度化に問題があつた。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned conventional technology, the point that the center frequency has to be fixed in the analog filter and the digital filter is not considered, and the change in the operation state of the engine and the engine itself are not considered. It has been difficult to properly adjust the center frequency to the resonance frequency due to the change of the resonance frequency with the aging of the sensor, and there has been a problem in improving the accuracy of knocking detection.

また、上記従来技術では、フイルタをアナログフイル
タとした場合、抽出しなければならない周波数の数の分
だけ、デイスクリート部品を必要とする点について配慮
がされておらず、コストアップと大型化の問題があつ
た。
Further, in the above-described conventional technology, when the filter is an analog filter, no consideration is given to the necessity of using discrete parts by the number of frequencies to be extracted. There was.

本発明の目的は、構成部品を増やすことなく、エンジ
ンの運転状態や経年変化に係らず、常に高精度の検出が
可能なノッキング検出装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a knocking detection device that can always perform high-accuracy detection regardless of the operating state or aging of the engine without increasing the number of components.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、内燃機関の振動を検出するセンサと、複
数の振動モードによる周波数を通過帯域とするフィルタ
とを用い、上記センサの検出信号から周波数を異にする
少なくとも2種の特有周波数成分を同時に抽出し、これ
らの特有周波数成分に基づいて上記内燃機関の燃焼室内
に発生する所定の振動モードに対応した音色指標を求
め、この音色指標によりノッキングの存否を判定するよ
うにした内燃機関のノッキング検出装置において、上記
少なくとも2種の特有周波数成分に対応して予め設定し
てある、それぞれの所定の周波数を中心として、その近
傍のスペクトル成分の中から最大レベル値を示す周波数
をそれぞれ検出する選択手段を設け、この選択手段によ
り検出された周波数を、その検出の都度、上記音色指標
の計算に使用する特有周波数成分として用い、該音色指
標を更新してゆくようにして達成される。
The object is to simultaneously use a sensor for detecting vibration of an internal combustion engine and a filter having a pass band of a frequency based on a plurality of vibration modes, and simultaneously detect at least two types of specific frequency components having different frequencies from the detection signal of the sensor. Extraction, a timbre index corresponding to a predetermined vibration mode generated in the combustion chamber of the internal combustion engine is obtained based on these specific frequency components, and knocking detection of the internal combustion engine is determined based on the timbre index. In the apparatus, selecting means for detecting a frequency having a maximum level value from among spectral components in the vicinity of each predetermined frequency which is preset in correspondence with the at least two kinds of specific frequency components, respectively The frequency detected by the selection means is used for calculating the tone index every time the frequency is detected. Used as wave number components, it is accomplished as slide into updating the timbre index.

以上のことを、さらに実施例に即していえば、エンジ
ンブロックの振動または、燃焼室内の内圧変動を検出す
るセンサを設け、このセンサの検出信号をノッキング信
号の解析に必要な、十分なレベルにまで増幅するために
前置増幅器を設ける。
According to the embodiment, a sensor for detecting the vibration of the engine block or the fluctuation of the internal pressure in the combustion chamber is provided, and the detection signal of the sensor is reduced to a sufficient level necessary for analyzing the knocking signal. A preamplifier is provided to amplify up to

増幅された信号をAD変換器によりデジタル量に変換
し、マイクロコンピュータによりサンプリングする。
The amplified signal is converted into a digital value by an AD converter and sampled by a microcomputer.

そして、このノッキング信号のAD変換結果をマイクロ
コンピュータにより周波数解析することによりノッキン
グ発生を判定するのである。
Then, the occurrence of knocking is determined by analyzing the frequency of the AD conversion result of the knocking signal by a microcomputer.

また、エンジンの経年変化を検出するため、エンジン
の動作時間または、走行距離を積算する手段を設ける。
In order to detect the aging of the engine, means for integrating the operating time of the engine or the traveling distance is provided.

〔作用〕[Action]

ノッキングセンサは、ノッキングを検出するのに必要
な信号を含む十分広い帯域にわたつて周波数特性が平坦
なものとし、ノッキング発生時に生じる特有な周波数成
分を複数個含み、これらの信号から総合的にノッキング
発生を検出できる。
The knocking sensor has a flat frequency response over a sufficiently wide band including the signal required to detect knocking, and contains a plurality of unique frequency components generated when knocking occurs. Occurrence can be detected.

またエンジンの動作時間または走行距離を積算するこ
とにより、エンジンの劣化を推定でき、劣化に伴うノッ
キング発生時の特有周波数のシフトに対して、周波数解
析に用いる周波数の追尾が可能になり、ノッキング検出
を最適化できる。
In addition, by accumulating the operating time or mileage of the engine, it is possible to estimate the deterioration of the engine, and it is possible to track the frequency used for frequency analysis for the shift of the specific frequency when knocking occurs due to the deterioration, and to detect knocking. Can be optimized.

また、マイクロコンピュータによりサンプリング結果
を解析することにより、リアルタイムにノッキング発生
を検出でき、エンジン出力や燃焼効率を最適化できる。
Further, by analyzing the sampling result by the microcomputer, the occurrence of knocking can be detected in real time, and the engine output and the combustion efficiency can be optimized.

さらに、マイクロコンピュータ内の周波数分析によ
り、同時に複数の周波数成分の分析ができ、且つ、周波
数が僅かに異なる帯域の分析も可能になる。
Further, by the frequency analysis in the microcomputer, a plurality of frequency components can be analyzed at the same time, and a band with a slightly different frequency can also be analyzed.

その上、複数の周波数を分析しているので、ノッキン
グ発生時ての全ての振動モードを捕捉することができる
ので、確実にノッキングを検出することができる。
In addition, since a plurality of frequencies are analyzed, all vibration modes at the time of occurrence of knocking can be captured, so that knocking can be detected reliably.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明による内燃機関のノッキング検出装置に
ついて、図示の実施例により詳細に説明する。
Hereinafter, a knocking detection device for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiment.

第1図は本発明の一実施例が適用されたエンジンシス
テムのブロック図で、この図において、1はエンジンで
あり、このエンジン1には、マイクロコンピュータのCP
U11及びROM12、RAM13、I/O14等からなるエンジン制御ユ
ニツト10が設けられており、吸入空気量計(H/W)2の
出力電圧やクランク角センサ3、4、水温センサ5、そ
れに絞り弁開度センサ6の出力などを取り込み、エンジ
ンの運転に最適な燃焼噴射量や点火時期を計測し、この
計測結果をI/O14から出力し、インジエクタ7や点火コ
イル8を駆動し、エンジン1の燃料供給量制御と点火制
御を行う。
FIG. 1 is a block diagram of an engine system to which an embodiment of the present invention is applied. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine.
An engine control unit 10 comprising U11, ROM12, RAM13, I / O14, etc., is provided. The output voltage of the intake air meter (H / W) 2, the crank angle sensors 3, 4, the water temperature sensor 5, and the throttle valve The output of the opening degree sensor 6 and the like are taken in, the combustion injection amount and the ignition timing optimum for the operation of the engine are measured, and the measurement result is output from the I / O 14 to drive the injector 7 and the ignition coil 8 to drive the engine 1 Performs fuel supply control and ignition control.

これらの制御について、以下に、さらに詳しく説明す
る。
These controls will be described in more detail below.

エンジンが吸入する空気はエアクリーナ(図示せず)
の入口部から入り、ダクト,スロツトルボテイ,吸入
管,吸入弁を通じて燃焼室に入る。吸入空気量は吸入空
気量計2で計測され、単位時間当りの吸入量に対応した
電圧として、エンジン制御ユニツト10に入力される。
The air taken by the engine is an air cleaner (not shown)
And enters the combustion chamber through ducts, slots, suction pipes and suction valves. The intake air amount is measured by the intake air amount meter 2 and input to the engine control unit 10 as a voltage corresponding to the intake amount per unit time.

クランク角センサ3、4からは、気筒を判別し、上死
点を表わすレフアレンス信号Refと、クランク角度を表
わすポジション信号posの2種の信号が発生され、エン
ジン制御ユニツト10内で気筒判別とエンジン回転数の計
測に使用される。
From the crank angle sensors 3 and 4, a cylinder is determined, and two types of signals, a reference signal Ref indicating the top dead center and a position signal pos indicating the crank angle, are generated. Used for measuring the rotation speed.

水温センサ5により、エンジンの冷却水の温度Twを測
定し、これはエンジン制御の補正に使用される。
The temperature Tw of the engine cooling water is measured by the water temperature sensor 5 and is used for correcting the engine control.

CPU11は、吸入空気量を回転数で除算し、水温等の補
正を加えて燃料噴射量を計算する。
The CPU 11 calculates the fuel injection amount by dividing the intake air amount by the number of revolutions and adding a correction such as a water temperature.

他方、点火時期は、燃料噴射量と回転数により基本値
が決められ、水温や回転数の挙動により補正が加えられ
る。
On the other hand, the basic value of the ignition timing is determined by the fuel injection amount and the rotation speed, and is corrected by the behavior of the water temperature and the rotation speed.

次に、ノックセンサ9は、エンジン1のシリンダブロ
ツクに取り付けられた振動検出用のセンサで、ノッキン
グ発生に伴う振動を電気的信号に変換する働きをする。
Next, the knock sensor 9 is a sensor for detecting vibration attached to the cylinder block of the engine 1, and has a function of converting the vibration accompanying the occurrence of knock into an electric signal.

なお、このノックセン9は、図示の位置ではなく、点
火プラグ8aと一緒に取付けられる場合もある。
The knock sen 9 may be attached together with the ignition plug 8a instead of the illustrated position.

また、このノックセンサ9としては、筒内圧の変動分
をノッキング信号としてとり出す方式の、燃焼室に取り
付けた筒内圧検出用のセンサでもよく、これは9aで表わ
してある。
Further, the knock sensor 9 may be a sensor for detecting in-cylinder pressure attached to the combustion chamber, which is a system that takes out a variation in the in-cylinder pressure as a knocking signal, and is represented by 9a.

さらに、この実施例では、エンジン制御ユニツト10内
にタイマ20が設けてあり、エンジンの運転総時間を求め
るようになっている。
Further, in this embodiment, a timer 20 is provided in the engine control unit 10 so as to obtain the total operating time of the engine.

また、自動車の車輪には車速セン21が設けられてあ
り、この車速センサ21からの車速信号VSPをエンジン制
御ユニツト10内の積算計22で積算し、運転総距離を求め
るようになっている。
A vehicle speed sensor 21 is provided on the wheels of the vehicle. The vehicle speed signal VSP from the vehicle speed sensor 21 is integrated by an integrator 22 in the engine control unit 10 to obtain the total driving distance.

これらの運転総時間と運転総距離は、図示してない不
揮発性ROM、または内蔵電池によるバツクアツプによ
り、エンジン制御ユニツト10の電源が切れても保存され
るように構成されている。
The total operation time and total operation distance are stored by a non-volatile ROM (not shown) or a backup by a built-in battery, so that the total operation time and the total operation distance are retained even when the power of the engine control unit 10 is turned off.

次に、この本発明におけるノッキング検出について説
明する。
Next, the knocking detection according to the present invention will be described.

まず、エンジンの燃焼過程での振動は、シリンダの周
方向の次数をm、径方向の次数をnとしたとき、それぞ
れ回数値ρmnを持ち、それに対応して共鳴周波数f mnが
存在する。例えば、本実施例で用いたエンジンの場合、
第2図(a)に示す値となる。
First, the vibration in the combustion process of the engine has the frequency value ρmn, where m is the degree in the circumferential direction of the cylinder and n is the degree in the radial direction of the cylinder, and the resonance frequency fmn exists correspondingly. For example, in the case of the engine used in this embodiment,
The values are as shown in FIG.

従って、本実施例の場合、回数値ρ10とは、シリンダ
の周方向の次数が1で、径方向の次数が0の場合を表
す。
Therefore, in the case of the present embodiment, the number of times ρ10 indicates a case where the order in the circumferential direction of the cylinder is 1 and the order in the radial direction is 0.

ここで、回数値ρmnとは、振動モードの呼称である。 Here, the frequency value ρmn is a name of the vibration mode.

エンジン1のシリンダブロツクに取り付けたノックセ
ンサ9の周波数特性は、ノッキング発生時に発生する上
記の特有な周波数を全て含み、その範囲にわたつて一様
の感度をもつものとする。
The frequency characteristics of the knock sensor 9 attached to the cylinder block of the engine 1 include all the above-mentioned specific frequencies generated when knocking occurs, and have a uniform sensitivity over the range.

そこで、いま、或るノッキング信号を分析すると、例
えば第2図(b)のような分布をする。
Therefore, when a certain knocking signal is analyzed, a distribution as shown in FIG. 2B is obtained.

そこで、予め、周波数特性が一様でないことが判って
いれば、その周波数特性の逆の特性を後に述べる前置増
幅器に持たせることにより、周波数特性を一様に平坦化
できる。
Therefore, if it is known in advance that the frequency characteristics are not uniform, the frequency characteristics can be evenly flattened by providing the preamplifier described later with characteristics opposite to the frequency characteristics.

次に、ノッキング信号の処理について、第3図により
説明する。
Next, the processing of the knocking signal will be described with reference to FIG.

ノッキング信号sは前置増幅器30を通して増幅され
る。前述したようにノックセンの周波数特性に対応して
イコライザ31により周波数特性が変えられており、か
つ、AD変換器34の入力電圧範囲を超えない範囲で、可変
増幅器33により増幅させる。この可変増幅器33による増
幅値はI/O14からの指示により、入力信号のレベルまた
は回転数に応じて可変できるものとする。但し、ノッキ
ング信号の周波数解析区間では増幅値が一定になるよう
にしている。
The knocking signal s is amplified through the preamplifier 30. As described above, the frequency characteristic is changed by the equalizer 31 in accordance with the frequency characteristic of Knocksen, and is amplified by the variable amplifier 33 within a range not exceeding the input voltage range of the AD converter 34. It is assumed that the amplification value of the variable amplifier 33 can be changed according to the level of the input signal or the number of rotations in accordance with an instruction from the I / O 14. However, the amplification value is set to be constant in the frequency analysis section of the knocking signal.

ここで、ノッキング信号を解析する区間は、第4図に
示すように、ノッキング現象が起き易い上死点後の所定
の角度(時点)θopenからスタートさせる。なお、この
角度θopenは、図示のように、レフアレンス信号Refの
立上りをゼロとし、ポジション信号Posをカウントする
ことにより判定することができる。
Here, the section for analyzing the knocking signal is started from a predetermined angle (time point) θopen after the top dead center where the knocking phenomenon easily occurs, as shown in FIG. The angle θopen can be determined by setting the rising of the reference signal Ref to zero and counting the position signal Pos, as shown in the figure.

カウント値が角度θopenに一致した時点でAD変換終了
割込を許可し、AD変換器34による処理を開始する(第3
図)。
When the count value matches the angle θopen, the AD conversion end interrupt is permitted, and the processing by the AD converter 34 is started (third processing).
Figure).

AD変換は、第4図に示すように、一定周期τ毎に行な
われ、AD変換終了時にマイクロコンピュータに割込がか
かり、AD変換終了割込内で、RAMに順々に逐次転送され
る。
As shown in FIG. 4, the AD conversion is performed at regular intervals τ, and the microcomputer is interrupted at the end of the AD conversion, and is sequentially and sequentially transferred to the RAM within the AD conversion end interrupt.

ここで、このAD変換の周期τは、その逆数で表わされ
る周波数が、ここで解析しようとしている周波数の中で
最も高い周波数を示すものの2倍以上になるようにして
おく。
Here, the period τ of the AD conversion is set so that the frequency represented by the reciprocal thereof is twice or more that of the highest frequency to be analyzed here.

また、第3図に示すように、前述の前置増幅器30は、
1/(2t)以上の周波数f cutについて十分な減衰量を持
つローパスフイルタ32を含むものとする。
As shown in FIG. 3, the preamplifier 30 is
It is assumed that a low-pass filter 32 having a sufficient attenuation for a frequency f cut of 1 / (2t) or more is included.

こうして、AD変換されたデータの個数が、例えば2n
になった時点t0で、第4図に示すように、AD変換終了割
込を終了し、この時点t0で周波数解析フラグを立て、周
波数解析処理を開始する。
Thus, the number of AD-converted data, at time t 0, which has become the 2 n for example, as shown in FIG. 4, and ends the AD conversion end interrupt, sets a frequency analysis flag at this time t 0 Then, the frequency analysis process is started.

この周波数解析は、第3図に示すように、例えば高速
フーリエ変換35により、2n個のサンプリングデータAか
らバタフライ計算(計算方法は例えば「FFT活用マニユ
アル」(日本能率協会 昭60.10.30発行 城戸著)を参
照)により、2n個の異なった周波数データBとして求め
ることにより開始される。
As shown in FIG. 3, this frequency analysis is performed, for example, by a fast Fourier transform 35 from a 2n number of sampled data A in a butterfly calculation (calculation method is, for example, “manual utilizing FFT” (published by Japan Management Association 60.10.30, Kido) This is started by obtaining 2 n different frequency data B.

そして、これら2n個の周数のうち、予め実験により、
ノッキングの発生に特有な周波数として定められたk個
(k>1)の周波数f1〜fkに対応したスペクトル成分S1
〜SkをデータCとして求める。これがノッキングに応じ
た音色指標となる。
And, of these 2 n number of revolutions, by preliminary experiments,
Spectral components S 1 corresponding to k (k> 1) frequencies f 1 to f k determined as frequencies specific to knocking occurrence
SS k as data C. This is a tone index corresponding to knocking.

次に、これらのスペクトル成分S1〜Skに対して処理36
により、それぞれ重みづけ量W1〜Wkを乗じてノッキング
信号強度Iを求める。
Next, processing 36 is performed on these spectral components S 1 to S k .
, The knocking signal strength I is obtained by multiplying the weighting amounts W 1 to W k , respectively.

そして、比較処理37で、この信号強度Iを、ノッキン
グ現象が発生していない時点の強度を表わす基準強度I0
と比較し、それより大きいときにノッキング発生と判定
するのである。
Then, in the comparison process 37, the signal intensity I is changed to a reference intensity I 0 representing the intensity at the time when the knocking phenomenon does not occur.
It is determined that knocking has occurred when the value is larger than.

こうして、ノッキング発生と判定されたら、第4図に
示すように、点火時期を所定角度θrefだけ遅らせ、そ
の後、所定の期間Tadvごとに所定角度、例えば+1°づ
つ戻す、公知の点火時期制御を行うのである。
In this manner, when it is determined that knocking has occurred, as shown in FIG. 4, a known ignition timing control is performed in which the ignition timing is delayed by a predetermined angle θref, and thereafter, the ignition timing is returned by a predetermined angle, for example, + 1 ° every predetermined period Tadv. It is.

次に、これらの計算に必要なマイクロコンピュータの
処理について、第5図により説明する。
Next, the processing of the microcomputer required for these calculations will be described with reference to FIG.

まず、第5図(a)の処理をレフアレンス信号の立上
りに応じて実行し、気筒判別してから所定の角度θopen
を設定する。
First, the processing of FIG. 5A is executed in response to the rise of the reference signal, and after the cylinder is determined, the predetermined angle θopen
Set.

また、これと並行して、レフアレンス信号の立上りか
らθopenの角度分、ポジション信号をカウントした時点
で、アングル割込を発生させ、これにより第5図(b)
の処理を開始させ、このアングル割込内で、AD変換終了
割込を許可し、サンプリングカウンタをゼロにし、サン
プリングデータ格納ポインタを格納エリアの先頭アドレ
スに初期化する。
At the same time, an angle interrupt is generated when the position signal is counted by the angle of θopen from the rise of the reference signal, thereby generating an angle interrupt, as shown in FIG.
, The AD conversion end interrupt is permitted within this angle interrupt, the sampling counter is set to zero, and the sampling data storage pointer is initialized to the head address of the storage area.

AD変換終了割込により、第5図(c)の処理を開始さ
せ、この処理内で、まず、AD変換値をサンプリングデー
タ格納ポインタに示すアドレスに格納し、ポインタとサ
ンプリングカウンタをインクリメントする(50)。
The processing of FIG. 5C is started by the AD conversion end interrupt. In this processing, first, the AD conversion value is stored in the address indicated by the sampling data storage pointer, and the pointer and the sampling counter are incremented (50). ).

そして、サンプリングカウンタが2n個になつた時に、
AD変換終了割込を停止し、周波数解析フラグを立てる
(51)。
And when the sampling counter reaches 2 n ,
The AD conversion end interrupt is stopped, and the frequency analysis flag is set (51).

一方、第5図(d)に示す処理を、一定周期毎に起動
されるタイマタスクとして設け、この処理内で、周波数
解析フラグをチエツクし、周波数解析フラグが立つた時
点で、まず、高速フーリエ変換サブルーチンを起動する
(52)。
On the other hand, the processing shown in FIG. 5 (d) is provided as a timer task which is started at regular intervals. In this processing, the frequency analysis flag is checked. A conversion subroutine is started (52).

高速フーリエ変換終了後、周波数f1〜fkに対応したス
ペクトル成分S1〜Skを取り出す処理(53)を実行する。
After fast Fourier transform completed, the execution process (53) for taking out the spectral components S 1 to S k corresponding to the frequency f 1 ~f k.

ところで、ノッキング発生時の特有周波数は、回転数
や点火時期によつてわずかに変わり、かつ、ノッキング
発生時のピストンの位置等でも変動するため、スペクト
ル成分S1〜Skの値をそのまま用いたのでは、ノッキング
現象を正確に判定できない。
However, specific frequency of knocking occurrence is slightly instead Te cowpea the rotational speed and the ignition timing, and for varying in position of the piston at the time of knocking, it was used as the value of the spectral components S 1 to S k Therefore, the knocking phenomenon cannot be accurately determined.

そこで、この実施例では、第6図に示すように、周波
数f1〜fkからなる特有周波数に相前後する、f±Δfに
相当する範囲内のスペクトル成分の中から最大のピーク
点を求め、これらを周波数f1〜fkからなる特有周波数の
代りに用いるようになっている。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the maximum peak point is determined from among the spectral components in the range corresponding to f ± Δf, which are adjacent to the specific frequency consisting of the frequencies f 1 to f k. , so that the use in place of the specific frequencies of them from the frequency f 1 ~f k.

なお、特有周波数の相前後するf±Δfに相当する範
囲内のスペクトル成分の平均値を代りに用いるようにし
てもよい。
Note that an average value of spectral components within a range corresponding to f ± Δf that is immediately before and after the specific frequency may be used instead.

また、各点火毎のf±Δfの中から選ばれる最大ピー
クスペクトル量を与える周波数を次の点火の際の中心周
波数としてもよい。
Further, the frequency giving the maximum peak spectrum amount selected from f ± Δf for each ignition may be used as the center frequency for the next ignition.

こうして得られたスペクトル成分S1〜Skにそれぞれ重
み付け係数W1〜Wkを乗じてノッキング強度Iを求め(5
4)、基準強度I0と比較する(55)。
Calculated knocking intensity I on the spectral components S 1 to S k thus obtained is multiplied by a weighting factor W 1 to W-k, respectively (5
4), it is compared with a reference intensity I 0 (55).

そして、ノッキング強度Iが基準強度I0より大になっ
たときには、ノッキング発生フラグを立てるのである
(56)。
When the knock intensity I becomes larger than the reference intensity I 0 is the make knocking occurrence flag (56).

第5図(c)は、点火時期計算タスクで、上記したよ
うにして、ノッキング発生フラグが立ったら、点火時期
を角度θretだけ遅らせ、点火時期保持タイマを時期Tad
vにセツトする(57)。
FIG. 5 (c) shows an ignition timing calculation task. As described above, when the knocking occurrence flag is set, the ignition timing is delayed by the angle θret, and the ignition timing holding timer is set to the timing Tad.
Set to v (57).

そして、期間Tsdvをタイマタスクの周期毎に減算し、
ゼロになつた時点で、角度θretを1度だけ減らし、こ
こで角度θretがゼロにならなければ、再度、期間Tadv
をセツトする。この一連の動作により、ノッキング発生
時毎に点火時期が遅角し、この結果、ノッキング制御が
得られることになる(58)。
Then, the period Tsdv is subtracted for each period of the timer task,
At the time when it reaches zero, the angle θret is reduced by one degree. If the angle θret does not become zero here, the period Tadv
Set. By this series of operations, the ignition timing is retarded every time knocking occurs, and as a result, knocking control is obtained (58).

ところで、ノッキング検出のための特定の周波数f1
fkは、第7図に示すように、経年変化を伴う。
By the way, the specific frequency f 1 to knock detection
f k is accompanied by aging as shown in FIG.

そこで、この実施例では、第1図で説明したように、
エンジン制御ユニット10内にタイマ20と車速センサ21が
設けてあり、これらによりエンジンの運転総時間と自動
車の運転総距離が求められ、これらの運転総時間と運転
総距離は、エンジン制御ユニット10の電源が切れても保
存されるようになっている。
Therefore, in this embodiment, as described in FIG.
A timer 20 and a vehicle speed sensor 21 are provided in the engine control unit 10, and the total operation time of the engine and the total operation distance of the vehicle are obtained by these. The total operation time and the total operation distance are calculated by the engine control unit 10. It will be saved even if the power is turned off.

そして、これらの運転総時間と運転総距離に応じて、
ノッキング検出のための特定の周波数f1〜fkを、第7図
の経年変化を打ち消す方向にずらすように構成してあ
り、これにより、ノッキング検出をさらに高精度化でき
る。
And according to these total driving time and total driving distance,
The specific frequencies f 1 to f k for knocking detection are configured to be shifted in a direction to cancel the aging shown in FIG. 7, so that the knocking detection can be performed with higher accuracy.

ところで、上記実施例では、高速フーリエ変換により
周波数解析するように構成しているが、高速フーリエ変
換の代りに、別の周波数解析方法、例えば、ウオルシユ
アダマール変換を用いるようにしてもよい。
By the way, in the above embodiment, the frequency analysis is performed by the fast Fourier transform. However, instead of the fast Fourier transform, another frequency analysis method, for example, a Walsh-Hadamard transform may be used.

このウオルシユアダマール変換によれば、2n個のスペ
クトルを抽出することなく、特有周波数f1〜fkを求める
ことができ、従って、計算時間を短くできる。
According to the Walsh-Hadamard transform, the specific frequencies f 1 to f k can be obtained without extracting 2 n spectra, and the calculation time can be shortened.

なお、ウオルシユアダマール変換については、「計測
自動学会論文集、第18巻10号」、p38〜p44、昭57年10
月、栗原著、などを参照すればよい。
The Walsh-Hadamard transformation is described in "Transactions of the Society of Instrument and Measurement Engineers, Vol. 18, No. 10," p. 38-p.
You may refer to Moon, Kurihara, etc.

さらに別の周波数解析方法としては、例えば、予め必
要とするf1〜fkについて、デジタルバンドパスフイルタ
を構成し、Z変換における各係数をずらして、バンドパ
スの中心周波数をずらす方法を適用してもよい。
Still another frequency analysis method, for example, for f 1 ~f k to advance required, constitutes a digital bandpass filter, by shifting each coefficient in Z transform, applying the method of shifting the center frequency of the bandpass You may.

また、ノッキング発生時の中心周波数は、冷却水温や
吸入空気温,湿度,運転状態によつても変化するので、
これらの条件に応じて中心周波数を移動させるように構
成すれば、さらにノッキング検出精度を高めることがで
きる。
Also, the center frequency at the time of knocking varies depending on the cooling water temperature, intake air temperature, humidity, and operating conditions.
If the center frequency is moved in accordance with these conditions, knock detection accuracy can be further improved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、ノッキング発生時の特有の周波数を
エンジンの運転状態に応じて追尾することができ、常に
高精度でノッキングを判定でき、的確なノッキング制御
を得ることができる。
According to the present invention, a specific frequency at the time of occurrence of knocking can be tracked in accordance with the operating state of the engine, knocking can always be determined with high accuracy, and accurate knocking control can be obtained.

また、複数の周波数を選ぶことにより、高負荷、高回
転時でも適切な周波数による検出が可能で、ノッキング
発生時とノッキング非発生時とで、ノッキング強度Iと
基準強度I0の比を大きくとることができ、ノッキング判
定を正確に行うことができる。
Further, by selecting a plurality of frequencies, a high load, can be detected by high speed rotation even appropriate frequency, in the knocking generation time and knocking non occurrence, a large ratio of the knocking intensity I and the reference intensity I 0 And the knocking determination can be made accurately.

さらに、ノッキング制御を高負荷、高回転まで適用で
きるので、エンジンの動作点をMBT制御で求める点火時
期に近づけることができ、エンジン出力や燃料消費率の
向上ができる効果がある。
Further, since the knocking control can be applied to high loads and high revolutions, the operating point of the engine can be brought close to the ignition timing required by the MBT control, and the engine output and the fuel consumption rate can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による内燃機関のノッキング検出装置が
適用されたエンジンシステムを示す構成図、第2図は振
動モードの説明図、第3図は本発明の一実施例によるノ
ッキング検出処理の説明図、第4図は動作説明用の波形
図、第5図は本発明の一実施例によるノッキング検出処
理手順を示すフローチャート、第6図はノッキング検出
用の周波数を表わす特性図、第7図はノッキング検出用
周波数の経年変化を示す特性図である。 1……エンジン、2……吸入空気量計(H/W)、3、4
……クランク角センサ、5……水温センサ、6……水温
センサ、7……インジエクタ、8……点火コイル、9…
…ノックセンサ、10……エンジン制御ユニット、11……
マイクロコンピュータのCPU、12……ROM、13……RAM、1
4……I/O。
1 is a block diagram showing an engine system to which a knocking detection device for an internal combustion engine according to the present invention is applied, FIG. 2 is an explanatory diagram of a vibration mode, and FIG. 3 is a description of a knocking detection process according to an embodiment of the present invention. FIG. 4, FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation, FIG. 5 is a flowchart showing a knocking detection processing procedure according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a characteristic diagram showing a frequency for knocking detection, and FIG. FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating a secular change of a knocking detection frequency. 1 ... engine, 2 ... intake air meter (H / W), 3, 4
... Crank angle sensor, 5 ... Water temperature sensor, 6 ... Water temperature sensor, 7 ... Injector, 8 ... Ignition coil, 9 ...
... knock sensor, 10 ... engine control unit, 11 ...
Microcomputer CPU, 12… ROM, 13… RAM, 1
4 ... I / O.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】内燃機関の振動を検出するセンサと、複数
の振動モードによる周波数を通過帯域とするフィルタと
を用い、上記センサの検出信号から周波数を異にする少
なくとも2種の特有周波数成分を同時に抽出し、これら
の特有周波数成分に基づいて上記内燃機関の燃焼室内に
発生する所定の振動モードに対応した音色指標を求め、
この音色指標によりノッキングの存否を判定するように
した内燃機関のノッキング検出装置において、 上記少なくとも2種の特有周波数成分に対応して予め設
定してある、それぞれの所定の周波数を中心として、そ
の近傍のスペクトル成分の中から最大レベル値を示す周
波数をそれぞれ検出する選択手段を設け、 この選択手段により検出された周波数を、その検出の都
度、上記音色指標の計算に使用する特有周波数成分とし
て用い、該音色指標を更新してゆくように構成したこと
を特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
1. A sensor for detecting vibration of an internal combustion engine, and a filter having a pass band of frequencies according to a plurality of vibration modes, wherein at least two types of specific frequency components having different frequencies from a detection signal of the sensor are provided. Simultaneously extracted, based on these specific frequency components to determine a tone index corresponding to a predetermined vibration mode generated in the combustion chamber of the internal combustion engine,
In the knocking detection device for an internal combustion engine, which is configured to determine the presence or absence of knocking based on the timbre index, in the vicinity of each predetermined frequency set in advance corresponding to the at least two kinds of specific frequency components, A selecting means for detecting a frequency indicating the maximum level value from among the spectral components of each of the spectral components is used.The frequency detected by the selecting means is used as a specific frequency component used for calculating the timbre index each time the detection is performed. A knocking detection device for an internal combustion engine, characterized in that the tone color index is updated.
【請求項2】請求項1の発明において、 上記内燃機関の冷却水温度、吸入空気温度、及び吸入空
気湿度の少なくとも1種を含む内燃機関の運転状態を検
出する運転状態検出手段を設け、 この運転状態検出手段の検出結果に応じて、上記少なく
とも2種の特有周波数成分に対応して予め設定してある
それぞれの所定の周波数を変化させるように構成したこ
とを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
2. The invention according to claim 1, further comprising operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine including at least one of a cooling water temperature, an intake air temperature, and an intake air humidity of the internal combustion engine. Knocking detection of an internal combustion engine, wherein each predetermined frequency set in advance corresponding to the at least two kinds of specific frequency components is changed in accordance with a detection result of an operating state detecting means. apparatus.
【請求項3】請求項1の発明において、 上記内燃機関の運転時間を所定の時点から積算する計時
手段を設け、 この計時手段の検出結果に応じて、上記少なくとも2種
の特有周波数成分に対応して予め設定してあるそれぞれ
の所定の周波数を変化させるように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。
3. The invention according to claim 1, further comprising: time counting means for accumulating the operation time of said internal combustion engine from a predetermined point in time, and corresponding to said at least two kinds of characteristic frequency components according to a detection result of said time counting means. A knocking detection device for an internal combustion engine, wherein each of the predetermined frequencies set in advance is changed.
【請求項4】請求項1の発明において、 上記選択手段が、上記近傍のスペクトル成分を含む複数
のスペクトルについて、それぞれ所定の加重係数を乗算
してから、それらの総和により上記スペクトル成分を得
るように構成されていることを特徴とする内燃機関のノ
ッキング検出装置。
4. The invention according to claim 1, wherein said selecting means multiplies a plurality of spectra including said neighboring spectral components by respective predetermined weighting coefficients, and obtains said spectral components by summing them. A knocking detection device for an internal combustion engine, characterized in that:
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