JP3188998B2 - Knock detection device for internal combustion engine - Google Patents

Knock detection device for internal combustion engine

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将宏 前田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のノッキング
検出装置に関し、詳しくは機関振動の検出信号を処理し
てノッキング判定用の信号を形成する装置の改善技術に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for detecting knocking of an internal combustion engine, and more particularly to an improved technique for processing a detection signal of engine vibration to form a signal for determining knocking.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関において、所定レベル以上のノ
ッキングが発生すると、出力を低下させるのみならず、
衝撃により吸・排気弁やピストンに悪影響を及ぼすた
め、ノッキングを検出して点火時期を補正することによ
り速やかにノッキングを回避するようにした点火時期制
御装置を備えているものがある。
2. Description of the Related Art In an internal combustion engine, when knocking of a predetermined level or more occurs, not only does the output decrease, but also
There is an ignition timing control device that detects knocking and corrects the ignition timing to avoid the knocking promptly because the impact adversely affects the intake / exhaust valve and the piston due to the impact.

【0003】前記ノッキングの検出は、次のようにして
行われている。圧電素子によって機関振動レベルに応じ
た検出信号を出力するノックセンサを機関のシリンダブ
ロック等に取付け、1以上のバンドパスフィルタ (以下
BPFという) によって、前記ノックセンサの検出信号
からノッキング特有の周波数の成分を夫々取り出し、ノ
イズフィルタを通過させて平滑化 (積分) した後、A/
D変換してマイクロコンピュータに入力させる。マイク
ロコンピュータは、前記BPFによって得られた周波数
成分の非ノッキング時とノッキング時とのレベル差や特
定周波数の時間的な変化特性等に基づいてノッキングの
発生を検出する。
The detection of the knocking is performed as follows. A knock sensor that outputs a detection signal corresponding to the engine vibration level by a piezoelectric element is attached to a cylinder block or the like of the engine, and one or more band-pass filters (hereinafter referred to as BPFs) are used to determine the knocking-specific frequency from the detection signal of the knock sensor. After taking out each component, passing through a noise filter and smoothing (integrating), A /
D-converted and input to microcomputer. The microcomputer detects occurrence of knocking based on a level difference between a non-knocking time and a knocking time of a frequency component obtained by the BPF, a temporal change characteristic of a specific frequency, and the like.

【0004】ところで、前記のようにアナログ信号を処
理するBPFを設けると部品点数が増大し、コストアッ
プとなる。このため、ノックセンサからの検出信号をA
/D変換したデジタル信号をマイクロコンピュータでフ
ーリエ変換演算等を行ってノッキングに特有の周波数成
分の抽出を行ってノッキングの検出を行うことが考えら
れるが、演算のために大きなメモリ容量が必要となり、
かつ、特定周波数の波形の時間的推移をリアルタイムに
得ることができないため、実質的に採用は困難である。
By the way, if a BPF for processing an analog signal is provided as described above, the number of parts increases and the cost increases. Therefore, the detection signal from the knock sensor is set to A
It is conceivable to detect the knocking by performing a Fourier transform operation or the like on the / D-converted digital signal with a microcomputer to extract a knock-specific frequency component, but a large memory capacity is required for the operation,
In addition, since it is not possible to obtain a temporal transition of a waveform of a specific frequency in real time, it is practically difficult to employ the waveform.

【0005】そこで、近年、図2に示すように、ノック
センサ11からの機関振動の検出信号をインターフェース
回路12を介して信号処理IC13に入力させ、該信号処理
IC13で前記検出信号に対して高速フーリエ演算等を行
ってノッキング特有の特定周波数成分の抽出と該抽出さ
れた各周波数成分レベルの積分演算とを行い、該積分値
をマイクロコンピュータ (CPU) 14に入力させ、マイ
クロコンピュータ14が前記積分値に基づいてノッキング
の有無を検出するようにしたものが提案されている (特
公平6−35937号等参照) 。
In recent years, as shown in FIG. 2, a detection signal of engine vibration from the knock sensor 11 is input to a signal processing IC 13 via an interface circuit 12, and the signal processing IC 13 performs high-speed processing on the detection signal. A specific frequency component specific to knocking is extracted by performing a Fourier operation or the like, and an integration operation of each of the extracted frequency component levels is performed.The integrated value is input to a microcomputer (CPU) 14, and the microcomputer 14 A device that detects the presence or absence of knocking based on a value has been proposed (see Japanese Patent Publication No. 6-35937).

【0006】ところで、上記従来のノッキング検出装置
においては、内燃機関の運転状態により変化するノック
センサ10の出力を常にA/D変換器のダイナミックレン
ジで使用させてノッキング検出精度を高めるため、前記
インターフェース回路12のフィルタ回路部12Aの後段に
ゲイン切換回路部12Bが設けられており、外部からの切
換信号によりゲインを切り換えて信号処理IC13内のA
/D変換器に入力させるようになっている。
In the above-described conventional knocking detection device, the interface is used in order to improve the knocking detection accuracy by always using the output of the knock sensor 10 that changes according to the operating state of the internal combustion engine in the dynamic range of the A / D converter. A gain switching circuit section 12B is provided at the subsequent stage of the filter circuit section 12A of the circuit 12, and the gain is switched by an external switching signal to control the A in the signal processing IC 13.
/ D converter.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにオペアンプ等でゲイン調整を行うアナログのゲイ
ン切換回路を設けるとインターフェース回路12が複雑と
なり、実装面積が増大してコストも高くつく等の問題が
あった。本発明は、このような従来の問題点に鑑みなさ
れたもので、ゲイン調整機能を行いつつインターフェー
ス回路の回路を簡易化できるようにした内燃機関のノッ
キング検出装置を提供することを目的とする。
However, when the analog gain switching circuit for adjusting the gain by the operational amplifier or the like is provided as described above, the interface circuit 12 becomes complicated, the mounting area increases, and the cost increases. was there. The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to provide a knocking detection device for an internal combustion engine that can simplify an interface circuit while performing a gain adjustment function.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明は、機関本体に付設されて機関振動を検出する振
動センサにより検出され、デジタル信号に変換された信
号から特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出手
段と、前記抽出された特定周波数成分のレベルを積分す
る積分手段と、からなる機関振動信号処理装置を含んで
構成され、前記積分値に基づいてノッキングの有無を検
出するように構成された内燃機関のノッキング検出装置
において、前記機関信号処理装置に、前記特定周波数成
分のレベルに積分ゲインを乗じたデータのデータ長が所
定値になるように該積分ゲインを調整する積分ゲイン調
整手段を設けたことを特徴とする。
According to the present invention, a specific frequency component is extracted from a signal detected by a vibration sensor attached to an engine main body and detecting an engine vibration and converted into a digital signal. And an integration means for integrating the level of the extracted specific frequency component. The engine vibration signal processing device is configured to detect the presence or absence of knocking based on the integrated value. In the knocking detection device for an internal combustion engine, the engine signal processing device includes the specific frequency component.
The data length of the data obtained by multiplying the integration level by the
An integral gain adjusting means for adjusting the integral gain so as to have a constant value is provided.

【0009】また、請求項2に係る発明は、前記積分ゲ
イン調整手段が、外部からの通信により積分ゲインを調
整可能であるように構成されていることを特徴とする。
Further, the invention according to claim 2 is characterized in that the integral gain adjusting means is configured to be capable of adjusting the integral gain by external communication.

【0010】[0010]

【作用】請求項1に係る発明によれば、機関振動処理装
置においてデジタルの特定周波数成分の信号レベルを積
分する際に、積分ゲインの調整が行われて特定周波数成
分のレベルに積分ゲインを乗じたデータが所定のデータ
長となるため、レベルの低い信号でも下位桁のデータ値
の切り捨てが行われることなく、可及的に高い精度でノ
ッキングの検出を行うことができる。
In accordance with the invention according to claim 1, in integrating the signal level of the digital specific frequency component in the engine vibration processing apparatus, adjustment is performed a specific frequency component of the integral gain
The data obtained by multiplying the minute level by the integral gain is the specified data
Since the signal length is long , knocking can be detected with as high accuracy as possible without truncating the data value of the lower digit even for a signal of a low level.

【0011】請求項2に係る発明によれば、例えば積分
値に基づいてノッキングの判定を行う制御装置等外部か
らの通信により積分ゲインを調整することができる。
According to the second aspect of the present invention, the integral gain can be adjusted by communication from outside such as a control device for determining knocking based on the integral value.

【0012】[0012]

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。一実施例の構成を示す図1において、機関のシリン
ダブロック等に取付けられるノックセンサ11は、圧電素
子によって機関振動レベルに応じた検出信号を出力す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1 showing a configuration of an embodiment, a knock sensor 11 attached to a cylinder block or the like of an engine outputs a detection signal corresponding to an engine vibration level by a piezoelectric element.

【0013】該ノックセンサ11からの検出信号は、イン
ターフェース回路20を介してデジタルプロセッサで構成
される信号処理装置としての信号処理IC21に入力され
る。前記信号処理IC21は、前記検出信号をA/D変換
器21Aによってデジタル信号に変換し、該デジタル信号
に変換された機関振動信号からノッキングに特有な特定
周波数成分が特定周波数抽出回路21Bによって抽出され
る。該抽出は前記高速フーリエ変換演算等により行われ
る。
A detection signal from the knock sensor 11 is input via an interface circuit 20 to a signal processing IC 21 as a signal processing device composed of a digital processor. The signal processing IC 21 converts the detection signal into a digital signal by the A / D converter 21A, and a specific frequency component peculiar to knocking is extracted from the engine vibration signal converted into the digital signal by the specific frequency extraction circuit 21B. You. The extraction is performed by the fast Fourier transform operation or the like.

【0014】前記抽出された各特定周波数成分のレベル
は、積分ゲイン調整回路21Cによって調整された積分ゲ
インを乗じられて積分器21Dに入力され、積分が行われ
る。前記積分値のデータが制御装置としてのマイクロコ
ンピュータ22に入力され、該マイクロコンピュータ22
は、前記周波数成分の積分値のデータに基づいて各周波
数成分の非ノッキング時とノッキング時とのレベル差や
特定周波数の時間的な変化特性等に基づいてノッキング
の発生を検出する。
The extracted level of each specific frequency component is multiplied by the integral gain adjusted by the integral gain adjusting circuit 21C and input to the integrator 21D, where integration is performed. The data of the integrated value is input to a microcomputer 22 as a control device, and the microcomputer 22
Detects the occurrence of knocking based on the level difference between non-knocking and knocking of each frequency component, a temporal change characteristic of a specific frequency, and the like, based on the data of the integral value of the frequency component.

【0015】ここで、前記積分ゲイン調整回路21Cに
は、マイクロコンピュータ22からの積分ゲイン信号がア
ドレスバス・データバス或いはシリアル通信ライン等の
通信回路23を介して入力される。前記積分ゲイン信号
は、マイクロコンピュータ22に入力された機関運転状態
の検出信号に基づいて機関回転速度と機関負荷 (例えば
基本燃料噴射量TP ) に応じて発生するノッキングレベ
ルに対応して予め設定してたものをマップテーブルから
の検索等によって求める。そして、例えばノッキングレ
ベルが高い運転領域では積分ゲインを小さくし、ノッキ
ングレベルが低い運転領域では積分ゲインを大きく設定
することにより、特定周波数成分のレベルに積分ゲイン
を乗じたデータ長が所定値例えば1バイトになるように
設定されている。このようにすれば、積分器21Dによる
積分値のデータがセットされるレジスタが1バイトであ
るとすると、常に8ビットの有効データ値を持つデータ
がセットされることとなり、ノッキングレベルが低い場
合でも可及的に高い精度でノッキング検出を行えること
となる。尚、マイクロコンピュータ22では、積分ゲイン
の調整に合わせてノッキング判定用のスライスレベルを
調整するようになっている。
Here, an integral gain signal from the microcomputer 22 is input to the integral gain adjusting circuit 21C via a communication circuit 23 such as an address bus / data bus or a serial communication line. The integral gain signal is preset according to a knocking level generated according to the engine speed and the engine load (for example, the basic fuel injection amount TP ) based on the detection signal of the engine operation state input to the microcomputer 22. What was done is obtained by searching from a map table or the like. Then, for example, by setting the integral gain to be small in an operation region where the knocking level is high and by increasing the integral gain in an operation region where the knocking level is low, the data length obtained by multiplying the level of the specific frequency component by the integral gain becomes a predetermined value, for example, 1 It is set to be bytes. In this way, if the register in which the data of the integration value by the integrator 21D is set to 1 byte, data having an 8-bit effective data value is always set, and even if the knocking level is low. Knock detection can be performed with as high a precision as possible. Note that the microcomputer 22 adjusts the slice level for knocking determination in accordance with the adjustment of the integral gain.

【0016】そして、本発明のように信号処理IC21内
部のデジタル信号に変換された信号の積分ゲインをソフ
トウエアで調整する構成としたことにより、インターフ
ェース回路20には、アナログのゲイン切換回路を設ける
ことが不要となり、インターフェース回路20の小型化,
低コスト化を図れる。また、浮動小数点型のシフトレジ
スタを用いれば、常に有効データ長を一定に揃えること
ができるが、かかるシフトレジスタを用いるとコスト高
につく。本発明のように予め所定のデータ長となるよう
にゲイン調整を行うことで、固定少数点型の安価なレジ
スタを使用できるのである。
In addition, since the integral gain of the signal converted into the digital signal in the signal processing IC 21 is adjusted by software as in the present invention, the interface circuit 20 is provided with an analog gain switching circuit. Is unnecessary, and the interface circuit 20 can be downsized.
Cost can be reduced. In addition, if a floating-point shift register is used, the effective data length can always be made constant, but using such a shift register increases the cost. By performing gain adjustment in advance so as to have a predetermined data length as in the present invention, an inexpensive fixed-point register can be used.

【0017】また、積分ゲインの設定は、外部のマイク
ロコンピュータ22によってソフトウエア処理で行い、通
信により信号処理IC21に送信する構成であるから、信
号処理IC21自体は、積分ゲインのデータをRAMに記
憶して変更できるようにしておくだけでよく、実質的に
ハードウエアの回路構成を殆ど変更することもない。
Further, since the setting of the integral gain is performed by software processing by an external microcomputer 22 and transmitted to the signal processing IC 21 by communication, the signal processing IC 21 itself stores the data of the integral gain in the RAM. It is only necessary to make it possible to change the circuit configuration, and there is almost no change in the hardware circuit configuration.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明してきたように請求項1の発明
によれば、特定周波数成分のレベルに積分ゲインを乗じ
たデータが常に一定のデータ長となるように積分ゲイン
の調整が行われるため、レベルの低い信号でも可及的に
高い精度でノッキングの検出を行うことができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the level of the specific frequency component is multiplied by the integral gain.
Since the integral gain is adjusted so that the obtained data always has a constant data length, knocking can be detected with as high accuracy as possible even with a low-level signal.

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

【図1】本発明の一実施例のブロック回路図。FIG. 1 is a block circuit diagram of one embodiment of the present invention.

【図2】従来例のブロック回路図。FIG. 2 is a block circuit diagram of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ノックセンサ 20 インターフェース回路 21 信号処理IC 21A A/D変換器 21B 特定周波数抽出回路 21C 積分ゲイン調整回路 21D 積分器 22 マイクロコンピュータ 23 通信回路 11 Knock sensor 20 Interface circuit 21 Signal processing IC 21A A / D converter 21B Specific frequency extraction circuit 21C Integral gain adjustment circuit 21D Integrator 22 Microcomputer 23 Communication circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 45/00 368 F02D 45/00 358 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F02D 45/00 368 F02D 45/00 358

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】機関本体に付設されて機関振動を検出する
振動センサにより検出され、デジタル信号に変換された
信号から特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出
手段と、前記抽出された特定周波数成分のレベルを積分
する積分手段と、からなる機関振動信号処理装置を含ん
で構成され、前記積分値に基づいてノッキングの有無を
検出するように構成された内燃機関のノッキング検出装
置において、 前記機関信号処理装置に、前記特定周波数成分のレベル
に積分ゲインを乗じたデータのデータ長が所定値になる
ように該積分ゲインを調整する積分ゲイン調整手段を設
け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 specific frequency component extracting means for extracting a specific frequency component from a signal detected by a vibration sensor attached to an engine main body and detecting an engine vibration and converted into a digital signal, said specific frequency component being extracted. A knocking detection device for an internal combustion engine, which is configured to include an engine vibration signal processing device including an integrating means for integrating the level of the engine signal, and configured to detect the presence or absence of knocking based on the integrated value. Processing device, the level of the specific frequency component
The data length of the data multiplied by the integral gain becomes the specified value
A knocking detection device for an internal combustion engine provided with integral gain adjusting means for adjusting the integral gain.
【請求項2】前記積分ゲイン調整手段は、外部からの通
信により積分ゲインを調整可能であるように構成されて
いる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 knocking detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said integral gain adjusting means is configured to be capable of adjusting the integral gain through external communication.
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