JP3580812B2 - 内燃機関のノッキングを識別する方法と装置 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載の内燃機関のノッキングを検出するための方法、および前記方法を実施する装置に関する。
いわゆるノッキングは、内燃機関の所定の動作状態の下で発生することが知られている。これは、中でもエンジンの可聴周波数の振動として顕著になる燃料／空気の混合気の衝撃波を意味する。一般に、ノッキングは、燃焼室の側に位置するピストンのシリンダ壁に高い熱負荷が加わるので、ノッキングによって材料の腐食が発生することがあり、また比較的長い期間にわたって発生すると、内燃機関の破壊を招来することがあるので、基本的にノッキングを防止するよう努力している。
しかし、他方で、特にレーシングカーにおいて、内燃機関の現存する動作範囲を最大限に活用することであり、内燃機関のノッキングをできる限り速やかに、かつ確実に識別する必要がある。同時に、内燃機関をノッキングの発生に依存して、適切に調整するために、内燃機関の振動からセンサにより検出されたノック信号を確実かつ障害を受けることなく読み出すには測定上の問題がある。
ノッキングを検出するために、ノッキング現象に対応する信号を基準信号と比較することが公知である。ノック信号が基準信号を超えると、ノック検知信号が送出される。この方法の欠点は基準信号を非常に複雑な方法で発生しなければならないということである。
発明の利点
これに反し、請求の範囲第１項に記載の特徴を有する本発明の方法は、ノックセンサにより検出され、供給される入力信号をそれ自体公知のノック制御器に直接供給することができ、そこで内燃機関の所定の実際値とバランス調整させることである。この目的のために、ノックセンサからの信号はデジタル化され、次にハイパスフィルタで処理され、引き続いて積分され、このように得られた信号は、２つの所定の限界値と比較され、両方の限界値を超えた場合、ノッキング現象として検出される。
このようにして、評価すべきノック信号を、他の付従する信号から最も高い信頼性で区別することができる。
本発明の有利な実施例において、装置は、内燃機関のシリンダの内圧の圧力経過を、ノックセンサの信号の発生の基礎として捉え、またこの信号を、設定の値として事前に設定された圧力振動のエネルギー量の絶対値および圧力限界値を超える圧力振幅の数と比較するように構成されている。
特に有利な方法では、比較測定はクランクシャフトの位置に依存する測定窓内で実施される。
請求項９に記載の特徴を有する本発明による装置の利点は、別の信号からノック信号を高い信頼度で区別し、ノック信号が検出された場合、燃焼に作用する量、たとえば点火時期を、燃焼現象にとって重要なクランクシャフトとカムシャフトの位置の実際の位置に依存して調整するノック検出回路を形成するように、それ自体公知であるいくつかの構成要素が、相互に簡単な方法で接続されていることである。
本発明の別の有利な実施例が、実施態様から明らかである。
図面
本発明を、次の図面を用いてより詳細に説明する。
図１は、内燃機関のノッキングを本発明により検出するブロック図を示す。
図２は、典型的なノッキングの振動波形を示す。
図３は、ハイパスフィルタで処理されたノッキングの振動の波形を示す。
図４は、ハイパスフィルタで処理し、積分して得られたノッキングの振動の経過を示す。
実施例
図１に示された有利な実施例において、シリンダ内部空間の燃焼圧力に対する圧力検出器として構成されたノックセンサ１は、チャージ増幅器２を介して、アナログ／デジタルコンバータ３に接続されている。アナログ／デジタルコンバータ３はシグナルプロセッサ４に接続されている。さらにシグナルプロセッサ４は、クランク角度の位置発信器７に接続された入力側６と、カム角度の位置発信器９に接続された入力側８とを有している。シグナルプロセッサ４の出力側は、ノック制御のための点火角度調整、制御装置13に接続されている。点火角度調整、制御装置13は、入力側11を介して、クランク角度の位置発信器７に接続され、入力側12を介してカム角度の位置発信器に接続されている。
図１に示された装置の作用は以下のとおりであり、図２から図４までに示される曲線と関連して、説明する。
図２の実施例に示すように、内燃機関のノッキング燃焼は非常に典型的な経過を有する。シリンダの内部空間の燃焼圧力に対する圧力センサとして構成された圧力検出器１により得られる図２に示す信号経過は、曲線の下降部分にノッキング燃焼である可能性のある振動を有する。
評価を簡単にするために、測定窓Ｍを形成することにより、重要でない情報は有利にも取り除かれる。信号経過の評価は、この測定窓Ｍの期間中だけ行われる。測定窓Ｍは、有利にも所定のクランクシャフトの角度に達すると形成される。このために、クランク角度の位置発信器７から、前記情報は入力側６を介して供給される情報を用いる。この場合、ノッキング燃焼がクランクシャフトの所定の回転角度範囲でだけ発生することができるという事実を利用している。たとえば、４サイクルの内燃機関において、この角度範囲の外では、吸気バルブまたは排気バルブが開放されるので、ノッキング燃焼は不可能である。圧力センサ１を介して得られる信号は、チャージ増幅器２に供給され、そこで増幅される。
増幅された信号は、アナログ／デジタルコンバータ３を介してデジタル化され、シグナルプロセッサ４に供給される。
信号のハイパスフィルタでの処理により、例えば図３に示される経過の信号が生じる。ノッキングの振動は典型的には非常に高い周波数であるので、他のノイズはフィルタで取り除かれ、可及的に高い信頼性で、実際に関心のある信号だけが評価される。引続いてこれらの振動は、ノッキング燃焼に起因するものかを確認するために直ちに解析される。このために、簡単な形で、まず測定窓Ｍの内に位置し、所定の圧力しきい値P1を超える圧力の振幅がカウントされる。
さらに、ハイパスフィルタで処理された圧力信号は絶対値をとって積分される。結果として、高い周波数の圧力振動のエネルギー量、つまり圧力の積分値が得られる。圧力の積分の典型的な経過は、図４に示されている。
圧力振動のエネルギー量は、内燃機関のノッキング燃焼に対する公知の限界値P2と比較される。
次に、圧力振動のエネルギー量が限界値P2を超え、同時に圧力のしきい値P1を超える圧力の振幅の数が所定の数を超える場合、ノッキング燃焼として検出する評価がシグナルプロセッサ４で行われる。
内燃機関のノッキング燃焼にとって重要な２つの異なる信号の値の同時検出および評価により、ノッキング燃焼は、適切な時点に高い信頼度で識別される。
ノッキング燃焼が発生する場合、この情報は、ノッキング制御のためにそれ自体が公知の点火角度調整、制御装置13に供給され、ノックを低減するように作用するパラメータを制御するが、ここでその詳細な説明は省略する。

Claims (10)

1. ノックセンサの信号がデジタル化され、シグナルプロセッサに供給される内燃機関のノッキング検出方法において、ノックセンサの信号をハイパスフィルタで処理し、第１圧力しきい値（P1）を超える高い周波数の信号の振幅の数をカウントし、該数を所定の数と比較し、引続いて、ハイパスフィルタで処理された信号を積分し、積分して得られた信号を所定の第２限界値（P2）と比較し、第１圧力しきい値を超える高い周波数の信号の振幅の数が所定の数より大きく、かつ積分された信号が第２限界値（P2）を超える場合に、ノッキング燃焼として検出することを特徴とする内燃機関のノッキングを検出する方法。
2. ノックセンサの信号を内燃機関のシリンダの内圧の圧力経過として得る請求項１記載の方法。
3. 第２限界値（P2）は、圧力振動のエネルギー量の絶対値である請求項１または２記載の方法。
4. 比較操作は、測定窓内で実施される請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 測定窓は、クランク角度の窓である請求項４記載の方法。
6. 測定窓は、カムシャフトの窓である請求項４または５記載の方法。
7. アナログ／デジタルコンバータ（３）に接続されたノックセンサ（１）と、測定窓を設定する位置発信器を有し、前記測定窓内でノックセンサの信号は評価され、アナログ／デジタルコンバータの出力側はシグナルプロセッサ（４）の１つの入力側に接続され、位置発信器の信号はシグナルプロセッサ（４）の別の１つの入力側に送出され、シグナルプロセッサは、測定窓の期間中にノック信号のハイパスフィルタで処理した後、ハイパスフィルタで処理された信号を第１圧力しきい値（P1）と比較し、第１圧力しきい値を超える高い周波数の信号の振幅の数をカウントし、該数を所定の数と比較し、またシグナルプロセッサは、ハイパスフィルタで処理された信号を積分し、積分値を第２限界値（P2）と比較し、第１圧力しきい値（P1）を超える高い周波数の信号の振幅の数が所定の数より大きく、かつ積分された信号が第２限界値（P2）を超える場合、シグナルプロセッサはノッキングを検出することを特徴とする内燃機関のノッキングを検出する装置。
8. ノックセンサー（１）は、圧力検出器である請求項７記載の装置。
9. 位置発信器（７）は、クランクシャフトに接続されている請求項７記載の装置。
10. 位置発信器（９）は、カムシャフトに接続されている請求項７または９記載の装置。

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