JP4474327B2 - Engine system design method and engine system designed by the design method - Google Patents

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本発明は、エンジンシステムの設計方法およびその設計方法により設計されたエンジンシステムに関し、特に、ノッキングが発生したか否かを判定するノッキング判定装置を含むエンジンシステムの設計方法およびその設計方法により設計されたエンジンシステムに関する。   The present invention relates to an engine system design method and an engine system designed by the design method, and more particularly, to an engine system design method including a knock determination device that determines whether or not knocking has occurred, and the engine system design method. Related to the engine system.

従来より、内燃機関のノッキングを検出する技術が知られている。特開2001−227400号公報(特許文献1)は、ノッキングの発生の有無を正確に判定することができる内燃機関用ノック制御装置を開示する。特許文献1に記載の内燃機関用ノック制御装置は、内燃機関で発生する振動波形信号を検出する信号検出部と、信号検出部で検出された振動波形信号が予め定められた値以上となる期間を発生期間として検出する発生期間検出部と、発生期間検出部で検出された発生期間におけるピーク位置を検出するピーク位置検出部と、発生期間とピーク位置との関係に基づき内燃機関におけるノック発生の有無を判定するノック判定部と、ノック判定部による判定結果に応じて内燃機関の運転状態を制御するノック制御部とを含む。ノック判定部は、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲内にあるときにはノック(ノッキング)発生有りと判定する。   Conventionally, a technique for detecting knocking of an internal combustion engine is known. Japanese Patent Laying-Open No. 2001-227400 (Patent Document 1) discloses a knock control device for an internal combustion engine that can accurately determine whether or not knocking has occurred. A knock control device for an internal combustion engine described in Patent Literature 1 includes a signal detection unit that detects a vibration waveform signal generated in the internal combustion engine, and a period in which the vibration waveform signal detected by the signal detection unit is equal to or greater than a predetermined value. Is detected as an occurrence period, a peak position detection unit that detects a peak position in the occurrence period detected by the occurrence period detection unit, and occurrence of knock in the internal combustion engine based on the relationship between the occurrence period and the peak position A knock determination unit that determines presence or absence, and a knock control unit that controls the operating state of the internal combustion engine in accordance with a determination result by the knock determination unit. The knock determination unit determines that knock (knocking) has occurred when the peak position for the generation period is within a predetermined range.

この公報に記載の内燃機関用ノック制御装置によれば、内燃機関で発生する振動波形信号が信号検出部で検出され、その振動波形信号が予め定められた値以上となる発生期間とそのピーク位置とが発生期間検出部およびピーク位置検出部でそれぞれ検出される。このように、振動波形信号の発生期間のどの位置でピークが発生しているかが分かることで内燃機関におけるノック発生の有無がノック判定部にて判定され、このノック判定結果に応じて内燃機関の運転状態が制御される。ノック判定部では、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲内にあるとき、即ち、振動波形信号の予め定められた長さの発生期間に対してピーク位置が早めに現われるような波形形状であるときには、ノック発生時に特有のものであると認識される。これにより、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のON/OFF時においても、内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定され、内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
特開2001−227400号公報
According to the knock control device for an internal combustion engine described in this publication, the vibration waveform signal generated in the internal combustion engine is detected by the signal detection unit, and the generation period and the peak position where the vibration waveform signal is equal to or greater than a predetermined value. Are detected by the occurrence period detector and the peak position detector, respectively. In this way, by knowing at which position in the generation period of the vibration waveform signal the peak is generated, the knock determination unit determines whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine, and the internal combustion engine is determined according to the knock determination result. The operating state is controlled. In the knock determination unit, when the peak position with respect to the occurrence period is within a predetermined range, that is, with a waveform shape such that the peak position appears earlier with respect to the occurrence period of the predetermined length of the vibration waveform signal. In some cases, it is recognized as unique when a knock occurs. As a result, even when the operating state of the internal combustion engine changes abruptly or when the electric load is turned on / off, the presence or absence of knocking in the internal combustion engine is accurately determined, and the operating state of the internal combustion engine can be controlled appropriately. .
JP 2001-227400 A

ところで、特開2001−227400号公報は、ノッキングが発生したか否かを判定するために、エンジンを実際に運転して得られるデータから、ノッキングが発生した場合のピーク位置を予め把握しておく必要がある。ところが、エンジン(内燃機関)の形状によっては、ノッキングが発生しても、ノッキングに起因した振動を明確に検出できない場合があり得る。たとえば、ノッキングに起因する振動がノックセンサの取付位置まで伝達され難く、エンジン自体の機械振動がノックセンサの取付位置まで伝達され易い場合、ノッキングが発生した場合のピーク位置を特定し難い場合があり得る。このような場合、ノッキングが発生した場合におけるピーク位置を特定し易いような形状に設計変更した後に、再度エンジンを運転してデータを取得し直したりする必要がある。そのため、結果としてエンジンシステムを製造するために必要な工数が増大するおそれがあるという問題点があった。   By the way, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-227400 knows in advance the peak position when knocking occurs from data obtained by actually operating the engine in order to determine whether knocking has occurred. There is a need. However, depending on the shape of the engine (internal combustion engine), even if knocking occurs, vibrations caused by knocking may not be clearly detected. For example, if the vibration caused by knocking is difficult to be transmitted to the knock sensor mounting position and the mechanical vibration of the engine itself is easily transmitted to the knock sensor mounting position, it may be difficult to specify the peak position when knocking occurs. obtain. In such a case, it is necessary to re-acquire the data by operating the engine again after changing the design to a shape that makes it easy to specify the peak position when knocking occurs. Therefore, as a result, there is a problem that man-hours required for manufacturing the engine system may increase.

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は製造時の工数を抑制することができるエンジンシステムの設計方法およびその方法により設計されたエンジンシステムを提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an engine system design method capable of suppressing the man-hours during manufacture and an engine system designed by the method. That is.

第1の発明に係るエンジンシステムの設計方法は、ノッキングが発生したか否かを判定するノッキング判定装置を含むエンジンシステムを製造する方法である。この設計方法は、シリンダヘッドとシリンダブロックとを備えるエンジンブロックに、予め定められた振動を与えて、シリンダヘッドの振動およびシリンダブロックの振動を検出することにより、ノッキングに起因する振動の伝達特性を解析する解析ステップと、伝達特性の解析結果に応じてエンジンを運転することにより、ノッキング判定装置において用いられる情報を設定する設定ステップとを含む。   An engine system design method according to a first aspect of the present invention is a method of manufacturing an engine system including a knock determination device that determines whether knock has occurred. This design method applies a predetermined vibration to an engine block including a cylinder head and a cylinder block, and detects the vibration of the cylinder head and the vibration of the cylinder block, so that the transfer characteristic of vibration caused by knocking is obtained. An analysis step for analyzing, and a setting step for setting information used in the knocking determination device by operating the engine according to the analysis result of the transfer characteristic.

第1の発明によると、シリンダヘッドとシリンダブロックとを備えるエンジンブロックを、エンジンブロックに予め定められた振動を与えて、シリンダヘッドの振動およびシリンダブロックの振動が検出される。実際のエンジンにおいては、ノッキング発生時のピストンの位置は、圧縮上死点後(ATDC)約10°〜60°の範囲にあるため、燃焼室内のシリンダブロックへ伝達する振動は、ピストンによって抑制され、シリンダヘッドからの振動伝達(S:ヘッド部振動応答)が支配的となる。一方、ピストンの位置が低下すると、ピストンによるシリンダブロックの抑制が開放されて、シリンダブロックが共振(N:ライナー部振動応答)を始める。したがって、シリンダヘッドの振動特性をノッキング信号(S)として、エンジンブロックの振動特性をノイズ信号(N)として、擬似的にSN比を得ることができる。この擬似SN比に基づいて、ノッキングに起因する振動の伝達特性が解析される。たとえば、擬似SN比が小さい場合は、ノッキングに起因する振動の伝達性が悪いといえる。このようなエンジンは、ノイズ(エンジン自体の機械振動など)の影響により、ノッキングが発生したか否かを判定し難いため、点火時期などの制御性が悪い。このようなエンジンは、設計変更などを行なう必要がある。一方、擬似SN比が大きい場合は、ノッキングに起因する振動の伝達性が良いといえる。このようなエンジンは、ノッキングが発生したかを判定しやすいため、点火時期などの制御性が良い。このようなエンジンは、設計変更などの必要がない。このような解析結果に応じて、ノッキング判定装置において用いられる情報が、エンジンを運転することにより設定される。たとえば、擬似SN比が大きく、ノッキングに起因する振動の伝達性が良いため、点火時期などの制御性がよいと判断された場合にのみ、エンジンを実際に運転して、ノッキング判定装置において用いられる情報が設定される。これにより、エンジンを組み上げて実際に運転し、ノッキング判定装置において用いられる情報を設定した後に、エンジンの制御性が悪いと判断されることを抑制することができる。そのため、設計変更して再度エンジンを運転してデータを取得し直したりすることを回避することができる。その結果、製造時の工数を抑制することができるエンジンシステムの設計方法を提供することができる。   According to the first aspect of the present invention, the engine block including the cylinder head and the cylinder block is given a predetermined vibration to the engine block, and the vibration of the cylinder head and the vibration of the cylinder block are detected. In an actual engine, the position of the piston at the time of knocking is in the range of about 10 ° to 60 ° after compression top dead center (ATDC), so vibration transmitted to the cylinder block in the combustion chamber is suppressed by the piston. Vibration transmission from the cylinder head (S: head portion vibration response) becomes dominant. On the other hand, when the position of the piston is lowered, the suppression of the cylinder block by the piston is released, and the cylinder block starts to resonate (N: liner portion vibration response). Therefore, the S / N ratio can be obtained in a pseudo manner with the vibration characteristics of the cylinder head as the knocking signal (S) and the vibration characteristics of the engine block as the noise signal (N). Based on this pseudo S / N ratio, the transmission characteristic of vibration caused by knocking is analyzed. For example, when the pseudo S / N ratio is small, it can be said that the transmission of vibration due to knocking is poor. Such an engine has poor controllability such as ignition timing because it is difficult to determine whether knocking has occurred due to the influence of noise (such as mechanical vibration of the engine itself). Such an engine requires a design change or the like. On the other hand, when the pseudo S / N ratio is large, it can be said that the transmission of vibration caused by knocking is good. Such an engine has a good controllability such as ignition timing because it is easy to determine whether knocking has occurred. Such an engine does not require any design changes. In accordance with such an analysis result, information used in the knocking determination device is set by operating the engine. For example, the engine is actually operated and used in the knock determination device only when it is determined that the controllability such as the ignition timing is good because the pseudo SN ratio is large and the vibration due to knocking is good. Information is set. Accordingly, it is possible to prevent the engine from being determined to have poor controllability after the engine is assembled and actually operated and information used in the knocking determination device is set. Therefore, it is possible to avoid redesigning the data by operating the engine again after changing the design. As a result, it is possible to provide a method for designing an engine system that can reduce the number of man-hours during manufacturing.

第2の発明に係るエンジンシステムの設計方法においては、第1の発明の構成に加え、ノッキング判定装置は、予め設定された周波数帯の振動に基づいてエンジンにノッキングが発生したか否かを判定する。情報は、振動の周波数帯である。設定ステップは、ノッキング判定装置において用いられる振動の周波数帯を、シリンダブロックの振動を含む周波数帯以外の周波数帯に設定するステップを含む。   In the engine system design method according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the knock determination device determines whether or not knocking has occurred in the engine based on vibration in a preset frequency band. To do. The information is a frequency band of vibration. The setting step includes a step of setting the frequency band of vibration used in the knocking determination device to a frequency band other than the frequency band including the vibration of the cylinder block.

第2の発明によると、ノッキング判定装置において用いられる振動の周波数帯が、シリンダブロックの振動を含む周波数帯以外の周波数帯に設定される。これにより、シリンダブロック自体の機械振動をノッキングに起因する振動として取り込むことを抑制し、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。   According to the second aspect, the frequency band of vibration used in the knocking determination device is set to a frequency band other than the frequency band including the vibration of the cylinder block. Thereby, taking in the mechanical vibration of the cylinder block itself as vibration caused by knocking can be suppressed, and it can be accurately determined whether or not knocking has occurred.

第3の発明に係るエンジンシステムの設計方法においては、第1の発明の構成に加え、ノッキング判定装置は、第1の運転状態において検出される振動の波形と予め設定された第1の波形とを比較した結果に基づいて、第2の運転状態において検出される振動の波形を補正し、補正された波形と予め設定された第2の波形とを比較した結果に基づいて、振動の強度に関する値を算出し、算出された値と予め設定されたしきい値とを比較した結果に基づいて、エンジンにノッキングが発生したか否かを判定する。しきい値は、エンジンにおける振動の発生状態に応じて補正される。情報は、第1の波形、第2の波形およびしきい値の初期値である。設定ステップは、ノッキング判定装置において用いられる第1の波形、第2の波形およびしきい値の初期値を、予め定められた条件を満たすように製造されたエンジンを運転することにより設定するステップを含む。   In the engine system design method according to the third invention, in addition to the configuration of the first invention, the knocking determination device includes a vibration waveform detected in the first operating state and a preset first waveform. The vibration waveform detected in the second operating state is corrected based on the result of comparing the two, and the intensity of vibration is determined based on the result of comparing the corrected waveform with the preset second waveform. A value is calculated, and it is determined whether or not knocking has occurred in the engine based on the result of comparing the calculated value with a preset threshold value. The threshold value is corrected according to the state of occurrence of vibration in the engine. The information is an initial value of the first waveform, the second waveform, and the threshold value. The setting step includes a step of setting the first waveform, the second waveform, and the initial value of the threshold value used in the knocking determination device by operating an engine manufactured so as to satisfy a predetermined condition. Including.

第3の発明によると、情報は、第1の波形、第2の波形およびしきい値の初期値である。設定ステップは、ノッキング判定装置において用いられる第1の波形、第2の波形およびしきい値の初期値が、予め定められた条件を満たすように製造されたエンジンを運転することにより設定される。たとえば、寸法やノックセンサの出力などの公差が中央値であるように製造されたエンジンを運転することにより、ノッキング判定装置において用いられる第1の波形、第2の波形およびしきい値の初期値が設定される。これにより、製造されるエンジンの全てを個別に運転することなく、ノッキング判定装置において用いられる第1の波形、第2の波形およびしきい値の初期値を設定することができる。そのため、エンジンシステムの製造のために必要な工数を抑制することができる。   According to the third invention, the information is an initial value of the first waveform, the second waveform, and the threshold value. The setting step is set by operating an engine manufactured so that initial values of the first waveform, the second waveform, and the threshold value used in the knocking determination device satisfy a predetermined condition. For example, the first waveform, the second waveform, and the initial value of the threshold value used in the knock determination device are operated by operating an engine manufactured such that tolerances such as dimensions and knock sensor output have a median value. Is set. Thereby, the initial values of the first waveform, the second waveform, and the threshold value used in the knocking determination device can be set without individually operating all manufactured engines. Therefore, man-hours necessary for manufacturing the engine system can be suppressed.

第4の発明に係るエンジンシステムの設計方法においては、第3の発明の構成に加え、予め定められた条件は、公差が中央値であるという条件である。   In the engine system design method according to the fourth aspect of the invention, in addition to the configuration of the third aspect of the invention, the predetermined condition is that the tolerance is a median value.

第4の発明によると、たとえば、寸法やノックセンサの出力などの公差が中央値であるように製造されたエンジンを運転することにより、ノッキング判定装置において用いられる第1の波形、第2の波形およびしきい値の初期値が設定される。これにより、製造されるエンジンの全てを個別に運転することなく、ノッキング判定装置において用いられる第1の波形、第2の波形およびしきい値の初期値を設定することができる。そのため、エンジンシステムの製造のために必要な工数を抑制することができる。   According to the fourth aspect of the invention, for example, the first waveform and the second waveform used in the knock determination device by operating an engine manufactured such that the tolerances such as the size and the output of the knock sensor have a median value. And an initial threshold value is set. Thereby, the initial values of the first waveform, the second waveform, and the threshold value used in the knocking determination device can be set without individually operating all manufactured engines. Therefore, man-hours necessary for manufacturing the engine system can be suppressed.

第5の発明に係るエンジンシステムは、第1〜4のいずれかの発明のエンジンシステムの設計方法により設計されたエンジンシステムである。   An engine system according to a fifth invention is an engine system designed by the engine system design method according to any one of the first to fourth inventions.

第5の発明によると、製造時の工数を抑制することができるエンジンシステムの設計方法により設計されたエンジンシステムを提供することができる。   According to the fifth invention, it is possible to provide an engine system designed by an engine system design method capable of suppressing man-hours during manufacturing.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

図1〜7を参照して、本発明の実施の形態に係るエンジンシステムの設計方法において、ノッキングに起因する振動の伝達特性を解析する方法について説明する。   With reference to FIGS. 1 to 7, a method for analyzing a transmission characteristic of vibration caused by knocking in the engine system design method according to the embodiment of the present invention will be described.

図1は、本実施の形態における振動伝達特性解析装置100の構成およびコンピュータ200を示す全体斜視図であり、図2は、振動伝達特性解析装置100の構成を示す側面図であり、図3は、高精度高さ調節機構120の構造を示す模式図であり、図4は、エンジンブロックの内部構成を示す模式断面図である。また、図5は、シリンダヘッド162の拡大断面図であり、図6は、図5中VI線矢視図である。   FIG. 1 is an overall perspective view showing the configuration of the vibration transfer characteristic analyzing apparatus 100 and the computer 200 in the present embodiment, FIG. 2 is a side view showing the structure of the vibration transfer characteristic analyzing apparatus 100, and FIG. FIG. 4 is a schematic view showing the structure of the high-precision height adjustment mechanism 120, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the internal configuration of the engine block. 5 is an enlarged cross-sectional view of the cylinder head 162, and FIG. 6 is a view taken along line VI in FIG.

本実施の形態における振動伝達特性解析装置100の構造は、図1および図2に示すように、定盤110の上に、振動伝達特性を解析すべきエンジンブロック160と、このエンジンブロック160に所定の振動を与えるための加振装置130とが配設されている。エンジンブロック160は、外方からの振動を遮断するために定盤110との間に防振ゴム150が介在されている。また、加振装置130は、エンジンブロック160に対して正確に振動を加える観点から定盤110との間に高精度高さ調節機構120が介在されている。加振装置130としては、電磁式の加振装置等が用いられる。なお、本実施の形態における振動伝達特性解析装置100の外形寸法は、幅450mm、奥行き450mm、高さ400mm程度である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the structure of the vibration transfer characteristic analyzing apparatus 100 in the present embodiment has an engine block 160 on which a vibration transfer characteristic is to be analyzed on a surface plate 110, and a predetermined value for the engine block 160. And a vibration exciter 130 for applying the above vibration. An anti-vibration rubber 150 is interposed between the engine block 160 and the surface plate 110 in order to block vibration from the outside. In addition, the high-accuracy height adjustment mechanism 120 is interposed between the vibration device 130 and the surface plate 110 from the viewpoint of accurately applying vibration to the engine block 160. As the vibration device 130, an electromagnetic vibration device or the like is used. Note that the external dimensions of the vibration transfer characteristic analyzing apparatus 100 in the present embodiment are about 450 mm wide, 450 mm deep, and 400 mm high.

加振装置130は、図2に示すように、高精度高さ調節機構120のベース121に取付けられた保持治具122に設けられたU字溝123に、加振装置130の支持ボルト131が保持され、粗い高さ調節を行なうことを可能としている。また、高精度高さ調節機構120としては、図3に示すように、ベース121のケース121a内に配設された楔部材121bと楔部材121cとを有し、ハンドル121dを回転させることで、楔部材121cがX方向及びY方向に移動して、数十μm単位での高さ位置調節を可能としている。   As shown in FIG. 2, the vibration device 130 has a support bolt 131 of the vibration device 130 in a U-shaped groove 123 provided in a holding jig 122 attached to the base 121 of the high-precision height adjustment mechanism 120. It is held and allows for a rough height adjustment. Further, as shown in FIG. 3, the high-precision height adjusting mechanism 120 includes a wedge member 121b and a wedge member 121c disposed in the case 121a of the base 121, and by rotating the handle 121d, The wedge member 121c moves in the X direction and the Y direction, and the height position can be adjusted in units of several tens of micrometers.

エンジンブロック160は、図2に示すように、シリンダボアを有するシリンダブロック161とシリンダヘッド162とを備え、加振装置130の加振軸140は、シリンダブロック161に設けられたノックセンサ取付ボス163に連結されている。このノックセンサ取付ボス163は、実機エンジンにおいて、ノッキングの発生を検出するノッキングセンサ(以下、ノックセンサとも記載する)を取付けるための円筒状の突起部である。   As shown in FIG. 2, the engine block 160 includes a cylinder block 161 having a cylinder bore and a cylinder head 162, and the vibration shaft 140 of the vibration device 130 is attached to a knock sensor mounting boss 163 provided on the cylinder block 161. It is connected. The knock sensor mounting boss 163 is a cylindrical protrusion for mounting a knock sensor (hereinafter also referred to as a knock sensor) that detects the occurrence of knocking in an actual engine.

また、図4を参照して、シリンダブロック161の、シリンダボア161Aの内面のノックセンサ取付ボス163に対向する位置には、シリンダブロック振動測定器としてのシリンダブロック振動検出センサ310が配置されている。実機のエンジンにおいては、シリンダボア161A内には、上下に摺動するピストン164が配設され、シリンダブロック振動検出センサ310が配置される位置は、シリンダボアの内面の燃焼室Aに相当する領域に配置される。ノックセンサ取付ボス163は、精度良く形成されていることから、シリンダブロック161に対して、加振軸140を精度良く取付けることを可能としている。   Referring to FIG. 4, a cylinder block vibration detection sensor 310 as a cylinder block vibration measuring instrument is disposed at a position of the cylinder block 161 facing the knock sensor mounting boss 163 on the inner surface of the cylinder bore 161A. In an actual engine, a piston 164 that slides up and down is disposed in the cylinder bore 161A, and the position where the cylinder block vibration detection sensor 310 is disposed is disposed in a region corresponding to the combustion chamber A on the inner surface of the cylinder bore. Is done. Since the knock sensor mounting boss 163 is formed with high accuracy, the vibration shaft 140 can be mounted with high accuracy on the cylinder block 161.

図5を参照して、シリンダヘッド162に設けられたプラグ孔162pには、シリンダヘッド振動測定器としてのシリンダヘッド振動検出センサ320が配置され、このシリンダヘッド振動検出センサ320は、特殊ボルト301、金属キューブ302、および、センサ303から構成されている。このプラグ孔162pは、図6に示すように、シリンダヘッド162に設けられる吸気バルブ孔162iと排気バルブ孔162eとに囲まれたシリンダヘッド162の中央領域に設けられている。また、このプラグ孔162pは、機械加工により、精度良く形成されていることから、シリンダヘッド162に対して、シリンダヘッド振動検出センサ320を精度良く取付けることを可能としている。   Referring to FIG. 5, a cylinder head vibration detection sensor 320 as a cylinder head vibration measuring device is disposed in a plug hole 162p provided in the cylinder head 162. The cylinder head vibration detection sensor 320 includes special bolts 301, It consists of a metal cube 302 and a sensor 303. As shown in FIG. 6, the plug hole 162p is provided in a central region of the cylinder head 162 surrounded by an intake valve hole 162i and an exhaust valve hole 162e provided in the cylinder head 162. Further, since the plug hole 162p is formed with high precision by machining, the cylinder head vibration detection sensor 320 can be attached to the cylinder head 162 with high precision.

上記構成からなる振動伝達特性解析装置100を用いた、ノッキング発生時におけるエンジンブロック160の振動解析方法、すなわち、ノッキングに起因する振動の伝達特性を解析する方法について説明する。伝達特性は、ノッキング信号(S:シリンダヘッドの振動特性)とノイズ信号(N:エンジンブロックの振動特性)とによるSN比を用いて解析される。   A vibration analysis method for the engine block 160 at the time of knocking using the vibration transfer characteristic analyzer 100 having the above-described configuration, that is, a method for analyzing the transfer characteristic of vibration caused by knocking will be described. The transfer characteristic is analyzed using an SN ratio based on a knocking signal (S: cylinder head vibration characteristic) and a noise signal (N: engine block vibration characteristic).

まず、加振装置130を用いて、エンジンブロック160のノックセンサ取付ボス163に連結された加振軸140から、エンジンブロック160に所定の振動を加える。次に、シリンダブロック振動検出センサ310およびシリンダヘッド振動検出センサ320を用いて、シリンダブロック161に生じる振動信号1およびシリンダヘッド162に生じる振動信号2をピックアップする。振動信号1および振動信号2は、コンピュータ200に入力され、エンジンブロック160のノッキング発生時における振動伝達特性(S/N比)が解析される。   First, a predetermined vibration is applied to the engine block 160 from the vibration shaft 140 connected to the knock sensor mounting boss 163 of the engine block 160 using the vibration device 130. Next, the vibration signal 1 generated in the cylinder block 161 and the vibration signal 2 generated in the cylinder head 162 are picked up using the cylinder block vibration detection sensor 310 and the cylinder head vibration detection sensor 320. The vibration signal 1 and the vibration signal 2 are input to the computer 200, and vibration transmission characteristics (S / N ratio) when the engine block 160 is knocked are analyzed.

実際に組み上げたエンジンを運転した状態において、ノッキング発生時のピストン164の位置は、図7に示すように、圧縮上死点後(ATDC)約10°〜60°の範囲にあるため、燃焼室A内のシリンダブロック161へ伝達する振動は、ピストン164によって抑制され、シリンダヘッド162からの振動伝達(S:ヘッド部振動応答)が支配的となる。一方、ピストン164の位置が低下すると、ピストン164によるシリンダブロック161の抑制が開放されて、シリンダブロック161が共振(N:ライナー部振動応答)を始める。   In the state where the assembled engine is actually operated, the position of the piston 164 when knocking occurs is in the range of about 10 ° to 60 ° after compression top dead center (ATDC) as shown in FIG. Vibration transmitted to the cylinder block 161 in A is suppressed by the piston 164, and vibration transmission from the cylinder head 162 (S: head portion vibration response) becomes dominant. On the other hand, when the position of the piston 164 is lowered, the suppression of the cylinder block 161 by the piston 164 is released, and the cylinder block 161 starts to resonate (N: liner portion vibration response).

したがって、シリンダヘッド162の振動特性をノッキング信号(S)として、エンジンブロック161の振動特性をノイズ信号(N)として、擬似的にSN比を得ることができる。   Therefore, a pseudo S / N ratio can be obtained by using the vibration characteristic of the cylinder head 162 as a knocking signal (S) and the vibration characteristic of the engine block 161 as a noise signal (N).

本実施の形態における振動伝達特性解析装置100においては、シリンダブロック振動測定センサ310とシリンダヘッド振動測定センサ320との2種類の振動測定センサを燃焼室A内に配設することにより、加振装置130によりエンジンブロック160に所定の振動を与えた場合の応答信号をシリンダブロック振動測定センサ310およびシリンダヘッド振動測定センサ320によりピックアップすることで、シリンダブロック161の振動特性とシリンダヘッド162の振動特性、つまり、ノッキング信号(S:シリンダヘッドの振動特性)とノイズ信号(N:エンジンブロックの振動特性)とによる擬似SN比を予め把握することができる。   In the vibration transfer characteristic analyzing apparatus 100 according to the present embodiment, two types of vibration measuring sensors, a cylinder block vibration measuring sensor 310 and a cylinder head vibration measuring sensor 320, are arranged in the combustion chamber A, so By picking up a response signal when a predetermined vibration is applied to the engine block 160 by the cylinder block vibration measurement sensor 310 and the cylinder head vibration measurement sensor 320, the vibration characteristics of the cylinder block 161 and the vibration characteristics of the cylinder head 162 are obtained. That is, the pseudo S / N ratio based on the knocking signal (S: vibration characteristic of the cylinder head) and the noise signal (N: vibration characteristic of the engine block) can be grasped in advance.

この擬似SN比に基づいて、ノッキングに起因する振動の伝達特性が解析される。たとえば、擬似SN比が小さい場合は、ノッキングに起因する振動の伝達性が悪いといえる。このようなエンジンは、ノイズ(エンジン自体の機械振動など)の影響により、ノッキングが発生したか否かを判定し難いため、点火時期などの制御性が悪い。このようなエンジンは、設計変更などを行ない、ノッキングに起因する振動が伝達し易いような形状に変更する必要がある。   Based on this pseudo S / N ratio, the transmission characteristic of vibration caused by knocking is analyzed. For example, when the pseudo S / N ratio is small, it can be said that the transmission of vibration due to knocking is poor. Such an engine has poor controllability such as ignition timing because it is difficult to determine whether knocking has occurred due to the influence of noise (such as mechanical vibration of the engine itself). Such an engine needs to be changed to a shape that facilitates transmission of vibration caused by knocking by making a design change or the like.

一方、擬似SN比が大きい場合は、ノッキングに起因する振動の伝達性が良いといえる。このようなエンジンは、ノッキングが発生したかを判定しやすいため、点火時期などの制御性が良い。このようなエンジンは、設計変更などの必要がない。   On the other hand, when the pseudo S / N ratio is large, it can be said that the transmission of vibration caused by knocking is good. Such an engine has a good controllability such as ignition timing because it is easy to determine whether knocking has occurred. Such an engine does not require any design changes.

本実施の形態においては、擬似SN比を用いた解析を行ない、予め定められた基準(たとえば擬似SN比がしきい値よりも大きいという基準)を満たした場合にのみ、実機エンジン(運転可能であるように実際に組み上げられたエンジン)を運転して得られたデータから、エンジンECU(Electronic Control Unit)の適合(エンジンECUで用いられるパラメータなどの情報の最適化)が行なわれる。   In the present embodiment, an analysis using a pseudo S / N ratio is performed, and only when a predetermined criterion (for example, a criterion that the pseudo S / N ratio is larger than a threshold value) is satisfied, an actual engine (operable) The engine ECU (Electronic Control Unit) is adapted (optimization of information such as parameters used in the engine ECU) from the data obtained by operating the engine that is actually assembled).

以下、本実施の形態に係るエンジンシステムの設計方法により設計されるエンジンシステムにおけるノッキング判定装置について説明する。ノッキング判定装置は、たとえばエンジンECU200が実行するプログラムにより実現される。   Hereinafter, a knock determination device in an engine system designed by the engine system design method according to the present embodiment will be described. The knocking determination device is realized by a program executed by engine ECU 200, for example.

図8を参照して、ノッキング判定装置によりノッキングが発生したか否かが判定されるエンジン1000について説明する。   With reference to FIG. 8, engine 1000 for determining whether or not knocking has occurred by the knocking determination device will be described.

エンジン1000は、エアクリーナ1020から吸入された空気とインジェクタ1040から噴射される燃料との混合気を、燃焼室内で点火プラグ1060により点火して燃焼させる内燃機関である。   Engine 1000 is an internal combustion engine that burns an air-fuel mixture of air sucked from air cleaner 1020 and fuel injected from injector 1040 by igniting with an ignition plug 1060 in a combustion chamber.

混合気が燃焼すると、燃焼圧によりピストン1080が押し下げられ、クランクシャフト1100が回転する。燃焼後の混合気(排気ガス)は、三元触媒1120により浄化された後、車外に排出される。エンジン1000に吸入される空気の量は、スロットルバルブ1140により調整される。   When the air-fuel mixture burns, the piston 1080 is pushed down by the combustion pressure, and the crankshaft 1100 rotates. The combusted air-fuel mixture (exhaust gas) is purified by the three-way catalyst 1120 and then discharged outside the vehicle. The amount of air taken into engine 1000 is adjusted by throttle valve 1140.

エンジン1000は、エンジンECU2000により制御される。エンジンECU2000には、ノックセンサ3000と、水温センサ3020と、タイミングロータ3040に対向して設けられたクランクポジションセンサ3060と、スロットル開度センサ3080と、車速センサ3100と、イグニッションスイッチ3120とが接続されている。   Engine 1000 is controlled by engine ECU 2000. Engine ECU 2000 is connected to knock sensor 3000, water temperature sensor 3020, crank position sensor 3060 provided opposite to timing rotor 3040, throttle opening sensor 3080, vehicle speed sensor 3100, and ignition switch 3120. ing.

ノックセンサ3000は、圧電素子により構成されている。ノックセンサ3000は、エンジン1000の振動により電圧を発生する。電圧の大きさは、振動の大きさと対応した大きさとなる。ノックセンサ3000は、電圧を表す信号をエンジンECU2000に送信する。水温センサ3020は、エンジン1000のウォータージャケット内の冷却水の温度を検出し、検出結果を表す信号を、エンジンECU2000に送信する。   Knock sensor 3000 is composed of a piezoelectric element. Knock sensor 3000 generates a voltage due to vibration of engine 1000. The magnitude of the voltage corresponds to the magnitude of the vibration. Knock sensor 3000 transmits a signal representing a voltage to engine ECU 2000. Water temperature sensor 3020 detects the temperature of cooling water in the water jacket of engine 1000 and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 2000.

タイミングロータ3040は、クランクシャフト1100に設けられており、クランクシャフト1100と共に回転する。タイミングロータ3040の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ3060は、タイミングロータ3040の突起に対向して設けられている。タイミングロータ3040が回転すると、タイミングロータ3040の突起と、クランクポジションセンサ3060とのエアギャップが変化するため、クランプポジションセンサ3060のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ3060は、起電力を表す信号を、エンジンECU2000に送信する。エンジンECU2000は、クランクポジションセンサ3060から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。   The timing rotor 3040 is provided on the crankshaft 1100 and rotates together with the crankshaft 1100. A plurality of protrusions are provided on the outer periphery of the timing rotor 3040 at predetermined intervals. The crank position sensor 3060 is provided to face the protrusion of the timing rotor 3040. When the timing rotor 3040 rotates, the air gap between the protrusion of the timing rotor 3040 and the crank position sensor 3060 changes, so that the magnetic flux passing through the coil portion of the clamp position sensor 3060 increases and decreases, and an electromotive force is generated in the coil portion. . Crank position sensor 3060 transmits a signal representing electromotive force to engine ECU 2000. Engine ECU 2000 detects the crank angle based on the signal transmitted from crank position sensor 3060.

スロットル開度センサ3080は、スロットル開度を検出し、検出結果を表す信号をエンジンECU2000に送信する。車速センサ3100は、車輪(図示せず)の回転数を検出し、検出結果を表す信号をエンジンECU2000に送信する。エンジンECU2000は、車輪の回転数から、車速を算出する。イグニッションスイッチ3120は、エンジン1000を始動させる際に、運転者によりオン操作される。   Throttle opening sensor 3080 detects the throttle opening and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 2000. Vehicle speed sensor 3100 detects the number of rotations of a wheel (not shown) and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 2000. Engine ECU 2000 calculates the vehicle speed from the rotational speed of the wheel. The ignition switch 3120 is turned on by the driver when the engine 1000 is started.

エンジンECU2000は、各センサおよびイグニッションスイッチ3120から送信された信号、メモリ2020に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン1000が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。   Engine ECU 2000 performs arithmetic processing based on signals transmitted from each sensor and ignition switch 3120, a map and a program stored in memory 2020, and controls equipment so that engine 1000 is in a desired operating state. .

本実施の形態において、エンジンECU2000は、ノックセンサ3000から送信された信号およびクランク角に基づいて、予め定められたノック検出ゲート(予め定められた第1クランク角から予め定められた第2クランク角までの区間)におけるエンジン1000の振動の波形(以下、振動波形と記載する)を検出し、検出された振動波形に基づいて、エンジン1000にノッキングが発生したか否かを判定する。本実施の形態におけるノック検出ゲートは、燃焼行程において上死点(0度)から90度までである。なお、ノック検出ゲートはこれに限らない。   In the present embodiment, engine ECU 2000 determines a predetermined knock detection gate (a predetermined second crank angle from a predetermined first crank angle based on a signal and a crank angle transmitted from knock sensor 3000). The vibration waveform of the engine 1000 (hereinafter referred to as a vibration waveform) is detected in the interval until the engine section 1000), and it is determined whether or not knocking has occurred in the engine 1000 based on the detected vibration waveform. The knock detection gate in the present embodiment is from top dead center (0 degree) to 90 degrees in the combustion stroke. The knock detection gate is not limited to this.

ノッキングが発生した場合、エンジン1000には、図9において実線で示す周波数付近の周波数の振動が発生する。すなわち、ノッキングが発生した場合、エンジン100には、第1の周波数帯A、第2の周波数帯B、第3の周波数帯Cおよび第4の周波数帯Dに含まれる周波数の振動が発生する。なお、ノッキングに起因する振動の周波数を含む周波数帯は4つに限らない。   When knocking occurs, vibration of a frequency near the frequency indicated by the solid line in FIG. That is, when knocking occurs, vibrations of frequencies included in first frequency band A, second frequency band B, third frequency band C, and fourth frequency band D are generated in engine 100. In addition, the frequency band including the frequency of the vibration resulting from knocking is not limited to four.

これらの周波数帯のうち、第4の周波数帯Dには、図9において一点鎖線で示すエンジン100自体の共振周波数が含まれる。共振周波数の振動は、ノッキングの有無に関わらず発生する。この共振周波数は、振動伝達特性解析装置100において、シリンダブロック振動測定センサ310により検出される振動の周波数と略同じ周波数である。   Among these frequency bands, the fourth frequency band D includes the resonance frequency of the engine 100 itself, which is indicated by a one-dot chain line in FIG. Resonance frequency vibration occurs regardless of knocking. This resonance frequency is substantially the same as the vibration frequency detected by the cylinder block vibration measurement sensor 310 in the vibration transfer characteristic analyzer 100.

そのため、本実施の形態においては、共振周波数を含まない第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの振動の強度(大きさ)Vに基づいて、振動波形を検出する。なお、振動波形の検出に用いられる周波数帯の数は3つに限らない。   Therefore, in the present embodiment, the vibration waveform is detected based on the vibration intensity (magnitude) V in the first frequency band A to the third frequency band C that does not include the resonance frequency. The number of frequency bands used for detecting the vibration waveform is not limited to three.

振動の強度Vは、ノックセンサ3000の出力電圧値で表される。なお、ノックセンサ300の出力電圧値と対応した値で振動の強度Vを表してもよい。第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cのそれぞれにおけるノックセンサ3000の出力電圧値(振動の強度を表す値)が、クランク角で5度ごとに(5度分だけ)積算される。これにより、図10に示すように、周波数帯ごとの振動波形が検出される。なお、図10には、周波数帯Aの振動波形を示す。5度ごとの積算値により振動波形を検出することにより、振動の強度が細かく変化する複雑な形状の振動波形が検出されることを抑制することができる。   The vibration intensity V is expressed by the output voltage value of knock sensor 3000. The vibration intensity V may be expressed by a value corresponding to the output voltage value of the knock sensor 300. The output voltage value of knock sensor 3000 in each of the first frequency band A to the third frequency band C (a value representing the intensity of vibration) is integrated every 5 degrees (for 5 degrees) in crank angle. Thereby, as shown in FIG. 10, the vibration waveform for every frequency band is detected. FIG. 10 shows a vibration waveform in the frequency band A. By detecting the vibration waveform by the integrated value every 5 degrees, it is possible to suppress detection of a vibration waveform having a complicated shape in which the vibration intensity changes finely.

各周波数帯の振動波形は、図11に示すように合成される。ここで、波形の合成とは、各クランク角に対応する積算値を加算することをいう。合成された波形がエンジンECU2000のメモリ2020に記憶されたノック波形モデルと比較され、ノッキングが発生したか否かが判定される。図12に示すように、ノック波形モデルは、周波数帯ごとに記憶される。これらのノック波形モデルが図13に示すように合成されて、振動波形の合成波形と比較される。   The vibration waveform in each frequency band is synthesized as shown in FIG. Here, the synthesis of the waveform means adding the integrated values corresponding to the respective crank angles. The synthesized waveform is compared with a knock waveform model stored in memory 2020 of engine ECU 2000, and it is determined whether or not knocking has occurred. As shown in FIG. 12, the knock waveform model is stored for each frequency band. These knock waveform models are synthesized as shown in FIG. 13 and compared with the synthesized waveform of the vibration waveform.

ノック波形モデルにおいて、振動の強度は0〜1の無次元数として表され、振動の強度はクランク角と一義的には対応していない。すなわち、本実施の形態のノック波形モデルにおいては、振動の強度のピーク値以降、クランク角が大きくなるにつれ振動の強度が低減することが定められているが、振動の強度がピーク値となるクランク角は定められていない。   In the knock waveform model, the vibration intensity is expressed as a dimensionless number from 0 to 1, and the vibration intensity does not uniquely correspond to the crank angle. That is, in the knock waveform model of the present embodiment, after the peak value of the vibration intensity, it is determined that the vibration intensity decreases as the crank angle increases. The corner is not fixed.

本実施の形態におけるノック波形モデルは、ノッキングにより発生した振動の強度のピーク値以降の振動に対応している。なお、ノッキングに起因した振動の立ち上がり以降の振動に対応したノック波形モデルを記憶してもよい。   The knock waveform model in the present embodiment corresponds to vibrations after the peak value of the vibration intensity generated by knocking. Note that a knock waveform model corresponding to the vibration after the rise of vibration caused by knocking may be stored.

ノック波形モデルは、実験などにより、強制的にノッキングを発生させた場合におけるエンジン1000の振動波形を検出し、この振動波形に基づいて予め作成されて記憶される。   The knock waveform model detects the vibration waveform of engine 1000 when knocking is forcibly generated by experiments or the like, and is created and stored in advance based on the vibration waveform.

ノック波形モデルは、エンジン1000の寸法やノックセンサ3000の出力値が、寸法公差やノックセンサ3000の出力値の公差の中央値であるエンジン1000(以下、特性中央エンジンと記載する)を用いて作成される。すなわち、ノック波形モデルは、特性中央エンジンに強制的にノッキングを発生させた場合における振動波形である。なお、ノック波形モデルを作成する方法は、これに限られない。   The knock waveform model is created using engine 1000 (hereinafter referred to as a characteristic center engine) in which the dimensions of engine 1000 and the output value of knock sensor 3000 are the median of the tolerances of the dimensions and the output value of knock sensor 3000. Is done. That is, the knock waveform model is a vibration waveform when knocking is forcibly generated in the characteristic center engine. Note that the method of creating the knock waveform model is not limited to this.

振動波形とノック波形モデルとの比較においては、正規化された振動波形とノック波形モデルとが比較される。ここで、正規化とは、各積算値を最大の積算値で除算することにより、図14において実線で示すように、振動の強度を0〜1の無次元数で表すことである。この正規化により、振動の強度に関係なく検出された振動波形とノック波形モデルとの比較を行なうことができる。そのため、振動の強度に対応した多数のノック波形モデルを記憶しておく必要がなく、ノック波形モデルの作成を容易にすることができる。   In the comparison between the vibration waveform and the knock waveform model, the normalized vibration waveform and the knock waveform model are compared. Here, normalization is to express the intensity of vibration by a dimensionless number from 0 to 1, as shown by a solid line in FIG. 14 by dividing each integrated value by the maximum integrated value. By this normalization, it is possible to compare the detected vibration waveform with the knock waveform model regardless of the vibration intensity. Therefore, it is not necessary to store a large number of knock waveform models corresponding to the vibration intensity, and the creation of the knock waveform model can be facilitated.

正規化後の振動波形とノック波形モデルとが比較により、正規化された振動波形とノック波形モデルとの偏差に関する値である相関係数Kが算出される。図14に示すように、正規化後の振動波形において振動の強度が最大になるタイミングとノック波形モデルにおいて振動の強度が最大になるタイミングとを一致させた状態で、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差の絶対値(ズレ量)をクランク角ごと(5度ごと)に算出することにより、相関係数Kが算出される。   By comparing the normalized vibration waveform with the knock waveform model, a correlation coefficient K, which is a value related to the deviation between the normalized vibration waveform and the knock waveform model, is calculated. As shown in FIG. 14, in a state where the timing at which the vibration intensity is maximized in the vibration waveform after normalization is matched with the timing at which the vibration intensity is maximum in the knock waveform model, The correlation coefficient K is calculated by calculating the absolute value (deviation amount) of the deviation from the knock waveform model for each crank angle (every 5 degrees).

正規化後の振動波形とノック波形モデルとのクランク角ごとの偏差の絶対値をΔS(I)(Iは自然数)とし、ノック波形モデルにおける振動の強度をクランク角で積分した値(ノック波形モデルの面積)をSとおくと、相関係数Kは、K=(S−ΣΔS(I))/Sという方程式により算出される。これにより、検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合を数値化して客観的に判定することができる。ここで、ΣΔS(I)は、上死点から90度までのΔS(I)の総和である。なお、相関係数Kの算出方法はこれに限らない。   The absolute value of the deviation for each crank angle between the normalized vibration waveform and knock waveform model is ΔS (I) (I is a natural number), and the value obtained by integrating the vibration intensity in the knock waveform model with the crank angle (knock waveform model) If S is the area, the correlation coefficient K is calculated by the equation K = (S−ΣΔS (I)) / S. Thereby, the degree of coincidence between the detected vibration waveform and the knock waveform model can be expressed numerically and objectively determined. Here, ΣΔS (I) is the total sum of ΔS (I) from the top dead center to 90 degrees. Note that the method of calculating the correlation coefficient K is not limited to this.

相関係数Kに基づいて、ノッキングに起因する振動の強度を表す値であるノック強度Nが算出される。算出された積算値の最大値をPとし、エンジン1000にノッキングが発生していない状態におけるエンジン1000の振動の強度を表す値をBGL(Back Ground Level)とおくと、ノック強度Nは、N=P×K/BGLという方程式で算出される。なお、積算値の最大値の代わりに積算値の総合計に基づいてノック強度Nを算出するようにしても構わない。また、ノック強度Nの算出方法はこれに限らない。   Based on the correlation coefficient K, a knock intensity N that is a value representing the intensity of vibration caused by knocking is calculated. When the maximum value of the calculated integrated value is P and a value representing the vibration intensity of the engine 1000 in a state where the engine 1000 is not knocked is BGL (Back Ground Level), the knock intensity N is N = It is calculated by the equation P × K / BGL. The knock magnitude N may be calculated based on the total sum of the integrated values instead of the maximum integrated value. Further, the calculation method of knock strength N is not limited to this.

ノック強度Nが予め定められた判定値V(KX)よりも大きい場合、ノッキングが発生したと判定され、点火時期が遅角される。これにより、ノッキングの発生が抑制される。一方、ノック強度Nが予め定められた判定値V(KX)よりも大きくない場合、ノッキングが発生していないと判定され、点火時期が進角される。   When knock magnitude N is larger than a predetermined determination value V (KX), it is determined that knocking has occurred, and the ignition timing is retarded. Thereby, occurrence of knocking is suppressed. On the other hand, if knock magnitude N is not greater than a predetermined determination value V (KX), it is determined that knocking has not occurred, and the ignition timing is advanced.

ここで、実際に製造されるエンジンには寸法のばらつきがあったり、ノックセンサ3000などのセンサ類の出力のばらつきがあったりする。そのため、実際に検出される振動波形をそのままノック波形モデルと比較した場合、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定できない場合がある。   Here, there are variations in dimensions in engines that are actually manufactured, and variations in the output of sensors such as the knock sensor 3000. For this reason, when the vibration waveform actually detected is directly compared with the knock waveform model, it may not be possible to accurately determine whether or not knocking has occurred.

また、ノックセンサ3000の出力値のばらつきや劣化などにより、エンジン1000で同じ振動が生じた場合であっても、検出される振動の強度Vが変化し得る。この場合、判定値V(VK)を補正し、実際に検出される強度に応じた判定値V(KX)を用いてノッキングが発生したか否かを判定する必要がある。そこで、本実施の形態においては、振動波形が補正されたり、判定値が補正されたりする。   Further, even if the same vibration occurs in engine 1000 due to variations or deterioration in the output value of knock sensor 3000, the intensity V of the detected vibration can change. In this case, it is necessary to correct the determination value V (VK) and determine whether knocking has occurred using the determination value V (KX) corresponding to the actually detected intensity. Therefore, in the present embodiment, the vibration waveform is corrected or the determination value is corrected.

以下、振動波形の補正方法について説明する。メモリ2020には、ノック波形モデルの他、図15に示すように、特性中央エンジンをフューエルカット状態(クランクシャフト1100は回転しているが、燃料供給が停止された状態)で運転させた場合における振動波形が記憶される。以下、フューエルカット状態における特性中央エンジンの振動波形をハードモデルとも記載する。なお、フューエルカット状態の代わりに、クランキング時の振動波形を記憶するようにしてもよい。   Hereinafter, a method for correcting the vibration waveform will be described. In the memory 2020, in addition to the knock waveform model, as shown in FIG. 15, the characteristic central engine is operated in the fuel cut state (the crankshaft 1100 is rotating but the fuel supply is stopped). The vibration waveform is stored. Hereinafter, the vibration waveform of the characteristic center engine in the fuel cut state is also referred to as a hard model. In addition, you may make it memorize | store the vibration waveform at the time of cranking instead of a fuel cut state.

本実施の形態においては、フューエルカット状態において検出された振動波形の積算値を、ハードモデルにおける積算値で各クランク角ごとに(5度ごとに)除算することにより、補正係数が算出される。なお、補正係数の算出方法はこれに限らない。   In the present embodiment, the correction coefficient is calculated by dividing the integrated value of the vibration waveform detected in the fuel cut state by the integrated value in the hardware model for each crank angle (every 5 degrees). The correction coefficient calculation method is not limited to this.

この補正係数を、フューエルカット状態とは異なる運転状態(たとえば加速時)において検出された振動波形の積算値に乗算して、算出された積算値(検出された振動波形)が補正される。   The calculated integrated value (detected vibration waveform) is corrected by multiplying this correction coefficient by the integrated value of the vibration waveform detected in an operating state (for example, during acceleration) different from the fuel cut state.

たとえば、図16に示すように、検出された振動波形における積算値(実線)がハードモデルの振動波形における積算値(破線)よりも小さい場合、補正係数が1以上の値として算出されるため、図17に示すように、算出された積算値(実線)が破線で示す値まで大きくされる。   For example, as shown in FIG. 16, when the integrated value (solid line) in the detected vibration waveform is smaller than the integrated value (broken line) in the hard model vibration waveform, the correction coefficient is calculated as a value of 1 or more. As shown in FIG. 17, the calculated integrated value (solid line) is increased to a value indicated by a broken line.

このようにして補正された振動波形とノック波形モデルとが比較される。これにより、エンジン100の個体差による振動の強度のバラツキを補正することができる。なお、検出された振動波形における積算値がハードモデルにおける積算値よりも大きい場合は、算出された積算値を小さくするように補正すればよい。   The vibration waveform corrected in this way is compared with the knock waveform model. Thereby, variation in the intensity of vibration due to individual differences of the engine 100 can be corrected. In addition, what is necessary is just to correct | amend so that the calculated integrated value may be made small, when the integrated value in the detected vibration waveform is larger than the integrated value in a hard model.

以下、ノック強度Nと比較される判定値V(KX)の補正方法について説明する。本実施の形態においては、図18に示すように、予め定められた回数の点火サイクル(たとえば200サイクル)分の強度Vを対数変換した値である強度値LOG(V)と、各強度値LOG(V)が検出された頻度(回数、確率ともいう)との関係を示す頻度分布を用いて、判定値V(KX)を補正する。強度値LOG(V)を算出するために用いられる強度Vは、予め定められたクランク角の間における強度(積算値)のピーク値である。   Hereinafter, a method for correcting the determination value V (KX) compared with the knock magnitude N will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 18, an intensity value LOG (V) that is a logarithmically converted intensity V for a predetermined number of ignition cycles (for example, 200 cycles) and each intensity value LOG. The determination value V (KX) is corrected using a frequency distribution indicating the relationship with the frequency (number of times, also referred to as probability) at which (V) is detected. The intensity V used for calculating the intensity value LOG (V) is a peak value of the intensity (integrated value) between predetermined crank angles.

頻度分布においては、強度値LOG(V)の頻度を最小値から累積して50%になる中央値V(50)が算出される。また、頻度分布における標準偏差σが算出される。中央値V(50)に係数U(Uは定数で、たとえばU=3)と標準偏差σとの積を加算した値が、ノック判定レベルV(KD)となる。ノック判定レベルV(KD)よりも大きい強度値LOG(V)の頻度が、ノッキングが発生した頻度として判定される。   In the frequency distribution, a median value V (50) is calculated that accumulates the frequency of the intensity value LOG (V) from the minimum value to 50%. Further, a standard deviation σ in the frequency distribution is calculated. A value obtained by adding the product of coefficient U (U is a constant, for example, U = 3) and standard deviation σ to median value V (50) is knock determination level V (KD). The frequency of the intensity value LOG (V) greater than the knock determination level V (KD) is determined as the frequency of occurrence of knocking.

すなわち、ノック判定レベルV(KD)よりも大きい強度値LOG(V)の個数がノッキングが発生した回数としてカウントされ、ノック判定レベルV(KD)よりも大きい強度値LOG(V)の割合が、ノック占有率KCとしてカウントされる。   That is, the number of magnitude values LOG (V) greater than the knock determination level V (KD) is counted as the number of times that knocking has occurred, and the ratio of magnitude values LOG (V) greater than the knock determination level V (KD) Counted as knock occupancy KC.

通常は、このようにしてノック占有率KCがカウントされる。ところで、エンジン100においてノッキングが発生していなければ、頻度分布は図19に示すように正規分布となり、強度値LOG(V)の最大値V(MAX)とノック判定レベルV(KD)とが一致する。一方、ノッキングが発生することにより、検出される強度Vが大きくなり、大きい強度値LOG(V)が算出されると、図20に示すように、ノック判定レベルV(KD)よりも最大値V(MAX)が大きくなる。   Normally, knock occupancy KC is counted in this way. If knocking does not occur in engine 100, the frequency distribution is a normal distribution as shown in FIG. 19, and the maximum value V (MAX) of the intensity value LOG (V) matches the knock determination level V (KD). To do. On the other hand, when knocking occurs and the detected intensity V increases and a large intensity value LOG (V) is calculated, as shown in FIG. 20, the maximum value V is greater than the knock determination level V (KD). (MAX) increases.

さらにノッキングが発生する頻度が大きくなったり、エンジン100自体の機械振動が大きくなったりすると、図21に示すように最大値V(MAX)はさらに大きくなる。このとき、頻度分布における中央値V(50)および標準偏差σは、最大値V(MAX)とともに大きくなる。そのため、ノック判定レベルV(KD)が大きくなる。   Further, when the frequency of knocking increases or the mechanical vibration of engine 100 itself increases, the maximum value V (MAX) further increases as shown in FIG. At this time, the median value V (50) and the standard deviation σ in the frequency distribution increase with the maximum value V (MAX). Therefore, knock determination level V (KD) increases.

ノック判定レベルV(KD)よりも小さい強度値LOG(V)は、ノッキングが発生したサイクルにおける強度値LOG(V)とは判定されないため、ノック判定レベルV(KD)が大きくなると、それだけ、ノッキングが発生していても、ノッキングが発生していないと判定される頻度が高くなる。   An intensity value LOG (V) smaller than knock determination level V (KD) is not determined to be an intensity value LOG (V) in a cycle in which knocking has occurred. Therefore, if knock determination level V (KD) increases, knocking is correspondingly increased. Even if this occurs, the frequency at which it is determined that knocking has not occurred increases.

したがって、ノック判定レベルV(KD)が大きくなり過ぎた場合は、ノック占有率KCのカウント方法が変更される。変更後のカウント方法においては、ノック判定レベルV(KD)が、最大値V(MAX)よりも小さい場合、頻度分布から最大値V(MAX)が取除かれる。取除いた最大値V(MAX)の頻度の総合計が、ノック占有率KCとしてカウントされる。   Therefore, when knock determination level V (KD) becomes too large, the counting method of knock occupancy KC is changed. In the count method after the change, when knock determination level V (KD) is smaller than maximum value V (MAX), maximum value V (MAX) is removed from the frequency distribution. The total sum of the frequency of the maximum value V (MAX) removed is counted as the knock occupancy KC.

最大値V(MAX)が取除かれた頻度分布において、再び最大値V(MAX)が決定される。すなわち、頻度分布における最大値V(MAX)が小さく補正される。   In the frequency distribution from which the maximum value V (MAX) is removed, the maximum value V (MAX) is determined again. That is, the maximum value V (MAX) in the frequency distribution is corrected to be small.

また、最大値V(MAX)が再決定された後の頻度分布において、ノック判定レベルV(KD)が再度算出される。すなわち、再決定された最大値V(MAX)以下の強度値LOG(V)についての頻度分布におけるノック判定レベルV(KD)が再度算出される。ノック判定レベルV(KD)が最大値V(MAX)よりも小さい限り、この処理が繰返される。   Further, knock determination level V (KD) is calculated again in the frequency distribution after maximum value V (MAX) is determined again. That is, the knock determination level V (KD) in the frequency distribution for the intensity value LOG (V) that is less than or equal to the re-determined maximum value V (MAX) is calculated again. As long as knock determination level V (KD) is smaller than maximum value V (MAX), this process is repeated.

最大値V(MAX)を取除き、ノック判定レベルV(KD)を再算出した場合、図22に示すように、取除かれた最大値V(MAX)が多くなるほど(頻度分布における最大値V(MAX)を小さくするほど)、ノック判定レベルV(KD)が小さくなる。最大値V(MAX)の減少率は、ノック判定レベルV(KD)の減少率よりも大きいため、両者が一致する点が存在する。   When the maximum value V (MAX) is removed and the knock determination level V (KD) is recalculated, as the removed maximum value V (MAX) increases, as shown in FIG. Knock determination level V (KD) decreases as (MAX) decreases. Since the reduction rate of the maximum value V (MAX) is larger than the reduction rate of the knock determination level V (KD), there is a point where both coincide.

前述したように、ノッキングが発生していない場合の頻度分布において、最大値V(MAX)とノック判定レベルV(KD)とが一致する。そのため、図23に示すように、最大値V(MAX)とノック判定レベルV(KD)とが一致した場合、このノック判定レベルV(KD)は、ノッキングが発生していない場合の頻度分布におけるノック判定レベルV(KD)を模擬しているといえる。   As described above, the maximum value V (MAX) and the knock determination level V (KD) coincide with each other in the frequency distribution when knocking does not occur. Therefore, as shown in FIG. 23, when the maximum value V (MAX) matches the knock determination level V (KD), this knock determination level V (KD) is the frequency distribution in the case where knocking has not occurred. It can be said that the knock determination level V (KD) is simulated.

したがって、最大値V(MAX)とノック判定レベルV(KD)とが一致した場合におけるノック判定レベルV(KD)(最大値V(MAX))よりも大きい強度値LOG(V)の頻度、すなわち、最大値V(MAX)とノック判定レベルV(KD)とが一致するまでに取除いた最大値V(MAX)の頻度の総合計が、ノック占有率KC(ノッキングの発生した頻度)としてカウントされる。   Therefore, the frequency of the intensity value LOG (V) larger than the knock determination level V (KD) (maximum value V (MAX)) when the maximum value V (MAX) matches the knock determination level V (KD), that is, The total sum of the frequencies of the maximum values V (MAX) removed until the maximum value V (MAX) and the knock determination level V (KD) coincide with each other is counted as the knock occupancy KC (frequency of occurrence of knocking). Is done.

ノック占有率KCがしきい値KC(0)よりも大きい場合、許容され得る頻度よりも多い頻度でノッキングが発生しているといえる。この場合、ノッキングが発生していると判定し易くするため、判定値V(KX)が小さくされる。これにより、ノッキングが発生したと判定される頻度を高め、点火時期を遅角してノッキングの発生を抑制することができる。   When knock occupancy KC is larger than threshold value KC (0), it can be said that knocking has occurred at a frequency higher than the allowable frequency. In this case, the determination value V (KX) is decreased in order to easily determine that knocking has occurred. Accordingly, it is possible to increase the frequency at which it is determined that knocking has occurred, retard the ignition timing, and suppress the occurrence of knocking.

一方、ノック占有率KCがしきい値KC(0)よりも小さい場合、ノッキングの発生頻度が許容値以内であるといえる。この場合、エンジン100の出力をさらに高めてもよい状態であるといえる。   On the other hand, if knock occupancy KC is smaller than threshold value KC (0), it can be said that the occurrence frequency of knocking is within an allowable value. In this case, it can be said that the output of engine 100 may be further increased.

そのため、判定値V(KX)が大きくされる。これにより、ノッキングが発生したと判定される頻度を抑制し、点火時期を進角してエンジン1000の出力を高めることができる。このようにして、判定値V(KX)が補正される。   Therefore, the determination value V (KX) is increased. Thereby, the frequency at which it is determined that knocking has occurred can be suppressed, the ignition timing can be advanced, and the output of engine 1000 can be increased. In this way, the determination value V (KX) is corrected.

図24を参照して、本実施の形態に係るエンジンシステムの設計方法において、エンジンシステムが製造される工程について説明する。   With reference to FIG. 24, a process of manufacturing the engine system in the engine system design method according to the present embodiment will be described.

ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、伝達特性解析装置100を用いて、ノッキングに起因した振動の伝達特性が解析される。このとき、シリンダヘッド162の振動特性をノッキング信号(S)として、エンジンブロック161の振動特性をノイズ信号(N)として得られる擬似SN比に基づいて、ノッキングに起因した振動の伝達特性が解析される。伝達特性の解析は、エンジン1000を運転させることなく、エンジンブロック160に対してのみ行なわれる。なお、エンジンブロック160にピストン1080やクランクシャフト1100を組み込んだ状態で伝達特性を解析するようにしてもよい。   In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100, the transfer characteristic of vibration caused by knocking is analyzed using the transfer characteristic analyzer 100. At this time, based on the pseudo S / N ratio obtained by using the vibration characteristic of the cylinder head 162 as the knocking signal (S) and the vibration characteristic of the engine block 161 as the noise signal (N), the transmission characteristic of vibration due to knocking is analyzed. The The analysis of the transfer characteristic is performed only on the engine block 160 without operating the engine 1000. Note that the transmission characteristics may be analyzed in a state where the piston 1080 and the crankshaft 1100 are incorporated in the engine block 160.

S102にて、伝達特性解析装置100におけるシリンダブロック振動測定センサ310の出力信号に基づいて、シリンダブロック161の共振周波数が検出される。   In S102, the resonance frequency of cylinder block 161 is detected based on the output signal of cylinder block vibration measurement sensor 310 in transfer characteristic analyzer 100.

S104にて、擬似SN比が予め定められた基準(たとえばしきい値よりも大きいという基準)を満たすかどうかが判別される。擬似SN比が予め定められた基準を満たす場合(S104にてYES)、工程はS200に移される。もしそうでないと(S104にてNO)、工程はS106に移される。   In S104, it is determined whether or not the pseudo S / N ratio satisfies a predetermined criterion (for example, a criterion that the pseudo SN ratio is larger than a threshold value). If the pseudo SN ratio satisfies a predetermined criterion (YES in S104), the process proceeds to S200. If not (NO in S104), the process proceeds to S106.

S106にて、シリンダブロック160およびシリンダヘッド161の少なくともいずれか一方が設計変更される。その後、工程はS100に戻される。   In S106, at least one of cylinder block 160 and cylinder head 161 is redesigned. Thereafter, the process returns to S100.

S200にて、寸法やノックセンサ300からの出力の公差が中央値であるように製造された実機エンジン(特性中央エンジン)を実際に運転させた状態で、強制的にノッキングを発生させた場合に得られるノックセンサ300からの信号に基づいて、ノッキングに起因する振動の周波数帯を選定する。このとき、シリンダブロック161の共振周波数を含む周波数帯以外の周波数帯が、ノッキングに起因する振動の周波数帯として選定される。   In S200, when knocking is forcibly generated in a state where an actual engine (characteristic center engine) manufactured so that the tolerance of the size and the output from the knock sensor 300 is the median value is actually operated. Based on the signal from the obtained knock sensor 300, the frequency band of vibration caused by knocking is selected. At this time, a frequency band other than the frequency band including the resonance frequency of the cylinder block 161 is selected as a frequency band of vibration caused by knocking.

S202にて、特性中央エンジンを実際に運転させた状態で、強制的にノッキングを発生させた場合に得られるノックセンサ3000からの信号に基づいて、ノック波形モデルが設定される。   In S202, a knock waveform model is set based on a signal from knock sensor 3000 obtained when knocking is forcibly generated while the characteristic central engine is actually operated.

S204にて、特性中央エンジンがフューエルカット状態になるように実際に運転させた場合に得られるノックセンサ3000からの信号に基づいて、ハードモデルが設定される。   In S204, a hardware model is set based on a signal from knock sensor 3000 obtained when the characteristic center engine is actually operated so as to be in a fuel cut state.

S206にて、特性中央エンジンを実際に運転させて、判定値V(KX)の初期値が設定される。判定値V(KX)の初期値は、特性中央エンジンにおけるノッキングの強度や発生頻度が所望の状態になるような(所望の頻度で点火時期が遅角されるような)値に設定される。   In S206, the characteristic central engine is actually operated, and an initial value of determination value V (KX) is set. The initial value of the determination value V (KX) is set to a value such that the knocking intensity and occurrence frequency in the characteristic central engine are in a desired state (ignition timing is retarded at a desired frequency).

以上のような構造およびフローチャートに基づき発現する、本実施の形態に係るエンジンシステムの設計方法の作用について説明する。   The operation of the engine system design method according to the present embodiment, which is expressed based on the above-described structure and flowchart, will be described.

シリンダヘッド160やシリンダブロック161の形状が設計された後、エンジンECU2000の適合を行なう前に、まず、伝達特性解析装置100を用いて、ノッキングに起因した振動の伝達特性が解析される(S100)。   After the shapes of the cylinder head 160 and the cylinder block 161 are designed and before the engine ECU 2000 is adapted, first, the transfer characteristic of vibration caused by knocking is analyzed using the transfer characteristic analyzer 100 (S100). .

伝達特性の解析では、シリンダヘッド160の振動特性をノッキング信号(S)として、シリンダブロック161の振動特性をノイズ信号(N)として、擬似SN比が求められる。この擬似SN比の大きさにより、ノッキングに起因した振動の伝達特性が解析される。   In the analysis of the transfer characteristic, the pseudo S / N ratio is obtained by using the vibration characteristic of the cylinder head 160 as the knocking signal (S) and the vibration characteristic of the cylinder block 161 as the noise signal (N). Based on the magnitude of the pseudo S / N ratio, the transmission characteristic of vibration caused by knocking is analyzed.

また、擬似SN比を求める際に得られるシリンダブロック振動測定センサ310の出力信号に基づいて、シリンダブロック161の共振周波数が測定される(S102)。   Further, the resonance frequency of the cylinder block 161 is measured based on the output signal of the cylinder block vibration measurement sensor 310 obtained when obtaining the pseudo S / N ratio (S102).

ここで、擬似SN比が小さく、予め定められた基準を満たしていない場合(S104にてNO)は、ノッキングに起因する振動の伝達性が悪いといえる。このようなエンジンは、ノイズ(エンジン自体の機械振動など)の影響により、ノッキングが発生したか否かを判定し難いため、点火時期などの制御性が悪い。   Here, if the pseudo S / N ratio is small and does not satisfy a predetermined standard (NO in S104), it can be said that the transmission of vibration caused by knocking is poor. Such an engine has poor controllability such as ignition timing because it is difficult to determine whether knocking has occurred due to the influence of noise (such as mechanical vibration of the engine itself).

このようなエンジンは、設計変更され(S106)、ノッキングに起因する振動が伝達し易いような形状に変更される。これにより、エンジンECU2000の適合を行なう前にエンジン1000の形状を変更すべきか否かを判断し、適合結果が無駄になることを抑制することができる。そのため、適合のやり直しを回避し、エンジンシステムを製造する際に必要となる工数を抑制することができる。   Such an engine is redesigned (S106), and is changed to a shape that facilitates transmission of vibration caused by knocking. Thereby, it is possible to determine whether or not the shape of engine 1000 should be changed before adaptation of engine ECU 2000, and to prevent the adaptation result from being wasted. Therefore, reworking can be avoided and man-hours required when manufacturing the engine system can be reduced.

一方、擬似SN比が大きく、予め定められた基準を満たしている場合(S104にてYES)は、ノッキングに起因する振動の伝達性が良いといえる。このようなエンジンは、ノッキングが発生したかを判定しやすいため、点火時期などの制御性が良い。このようなエンジンは、設計変更などの必要がない。   On the other hand, if the pseudo S / N ratio is large and satisfies a predetermined standard (YES in S104), it can be said that the transmission of vibration caused by knocking is good. Such an engine has a good controllability such as ignition timing because it is easy to determine whether knocking has occurred. Such an engine does not require any design changes.

この場合(S104にてYES)、寸法公差やノックセンサ3000からの出力の公差が中央値であるように製造された実機エンジン(特性中央エンジン)を実際に運転させて、強制的にノッキングを発生させた場合に得られるノックセンサ3000からの信号に基づいて、ノッキングに起因する振動の周波数帯が選定される(S200)。このとき、シリンダブロック161の共振周波数を含む周波数帯以外の周波数帯が、ノッキングに起因する振動の周波数帯として選定される。   In this case (YES in S104), the actual engine (characteristic central engine) manufactured so that the dimensional tolerance and the tolerance of the output from the knock sensor 3000 are the median value is actually operated to forcibly generate knocking. Based on the signal from the knock sensor 3000 obtained in the case of the selection, the frequency band of vibration caused by knocking is selected (S200). At this time, a frequency band other than the frequency band including the resonance frequency of the cylinder block 161 is selected as a frequency band of vibration caused by knocking.

さらに、ノック波形モデルおよびハードモデルが作成され(S202、S204)、特性中央エンジンにおけるノッキングの強度や発生頻度が所望の状態になるような(所望の頻度で点火時期が遅角されるような)値に、判定値V(KX)が設定される。   Further, a knock waveform model and a hard model are created (S202, S204) so that the knocking intensity and occurrence frequency in the characteristic center engine become a desired state (ignition timing is retarded at a desired frequency). The determination value V (KX) is set as the value.

ノック波形モデルおよび判定値V(KX)は、実際に市販される全てのエンジンにおいて適切であるとは限らないが、本実施の形態においては、エンジンECU2000により、ノック波形モデルと比較される振動波形が補正されたり、判定値V(KX)がノッキングの発生頻度に応じて補正されたりする。   Although the knock waveform model and determination value V (KX) are not necessarily appropriate for all engines that are actually marketed, in the present embodiment, vibration waveform that is compared with the knock waveform model by engine ECU 2000. Or the determination value V (KX) is corrected according to the occurrence frequency of knocking.

したがって、エンジンECU2000の適合時において、様々な態様で製造されたエンジンを運転してノック波形モデル、ハードモデルおよび判定値V(KX)を設定する必要がなく、特性中央エンジンのみを運転してエンジンECU2000を適合することができる。そのため、エンジンECU2000の適合において運転すべきエンジンの数を抑制し、エンジンECU2000の適合時における工数を抑制することができる。その結果、エンジンシステムの製造に必要な工数を抑制することができる。   Therefore, when the engine ECU 2000 is adapted, it is not necessary to set the knock waveform model, the hard model, and the determination value V (KX) by operating the engine manufactured in various modes, and only the characteristic center engine is operated. The ECU 2000 can be adapted. Therefore, the number of engines to be operated in conforming to engine ECU 2000 can be suppressed, and the number of man-hours in conforming to engine ECU 2000 can be suppressed. As a result, the man-hours required for manufacturing the engine system can be suppressed.

以上のように、本実施の形態に係るエンジンシステムの設計方法によれば、エンジンを組み上げる前のシリンダヘッドおよびシリンダブロックを用いて、ノッキングに起因する振動の伝達特性が解析される。擬似SN比が予め定められた基準を満たした場合のみ、特性中央エンジンを実際に運転することにより、エンジンECUが適合される。これにより、エンジンECUの適合前において、設計変更を行なうべきか否かを判断し、エンジンECUの適合後における設計変更を回避することができる。そのため、エンジンECUの適合のやり直しを回避することができる。その結果、エンジンシステムの製造に必要な工数を抑制することができる。   As described above, according to the design method of the engine system according to the present embodiment, the transmission characteristics of vibration caused by knocking are analyzed using the cylinder head and the cylinder block before assembling the engine. Only when the pseudo signal-to-noise ratio satisfies a predetermined criterion, the engine ECU is adapted by actually operating the characteristic central engine. Thereby, it is possible to determine whether or not the design change should be performed before the engine ECU is adapted, and to avoid the design change after the engine ECU is adapted. For this reason, it is possible to avoid re-adapting the engine ECU. As a result, the man-hours required for manufacturing the engine system can be suppressed.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本実施の形態に係るエンジンシステムの製造装置における振動伝達特性解析装置の構成およびコンピュータを示す全体斜視図である。1 is an overall perspective view showing a configuration and a computer of a vibration transfer characteristic analyzing apparatus in an engine system manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 振動伝達特性解析装置の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of a vibration transfer characteristic analyzer. 振動伝達特性解析装置の高精度高さ調節機構の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the high precision height adjustment mechanism of a vibration transfer characteristic analyzer. エンジンブロックの内部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of an engine block. シリンダヘッドの断面図である。It is sectional drawing of a cylinder head. 図5中VI線矢視図である。FIG. 6 is a view taken along line VI in FIG. 5. シリンダブロックに生じる振動およびシリンダヘッドに生じる振動を示す図である。It is a figure which shows the vibration which arises in a cylinder block, and the vibration which arises in a cylinder head. エンジンを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an engine. ノッキング発生時において検出される振動の周波数を示す図である。It is a figure which shows the frequency of the vibration detected at the time of knocking generation | occurrence | production. 合成前の振動波形を示す図である。It is a figure which shows the vibration waveform before a synthesis | combination. 合成後の振動波形を示す図である。It is a figure which shows the vibration waveform after a synthesis | combination. エンジンECUのメモリに記憶されたノック波形モデルを示す図である。It is a figure which shows the knock waveform model memorize | stored in memory of engine ECU. 合成後のノック波形モデルを示す図である。It is a figure which shows the knock waveform model after a synthesis | combination. 正規化後の振動波形とノック波形モデルとを比較した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which compared the vibration waveform after normalization, and a knock waveform model. フューエルカット状態における特性中央エンジンの振動波形を示す図である。It is a figure which shows the vibration waveform of the characteristic center engine in a fuel cut state. 特性中央エンジンの振動波形と検出された振動波形とを比較した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which compared the vibration waveform of the characteristic center engine, and the detected vibration waveform. 補正前後の振動波形を示す図である。It is a figure which shows the vibration waveform before and behind correction | amendment. 強度値LOG(V)の頻度分布を示す図である。It is a figure which shows frequency distribution of intensity value LOG (V). ノッキングが発生していない場合における強度値LOG(V)の頻度分布を示す図である。It is a figure which shows frequency distribution of intensity value LOG (V) in case knocking has not occurred. ノッキングが発生した場合における強度値LOG(V)の頻度分布を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows frequency distribution of intensity value LOG (V) when knocking occurs. ノッキングが発生した場合における強度値LOG(V)の頻度分布を示す図(その2)である。FIG. 11 is a second diagram illustrating a frequency distribution of intensity values LOG (V) when knocking occurs. 頻度分布における最大値V(MAX)およびノック判定レベルV(KD)の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the maximum value V (MAX) and knock determination level V (KD) in frequency distribution. 最大値V(MAX)およびノック判定レベルV(KD)が一致した状態の頻度分布を示す図である。It is a figure which shows frequency distribution of the state in which the maximum value V (MAX) and the knock determination level V (KD) corresponded. 本実施の形態に係るエンジンシステムの設計方法においてエンジンシステムが製造される工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process in which an engine system is manufactured in the design method of the engine system which concerns on this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100 振動伝達特性解析装置、110 定盤、120 高精度高さ調節機構、121
ベース、121a ケース、121b,121c 楔部材、121d ハンドル、122 保持治具、123 U字溝、130 加振装置、131 支持ボルト、140 加振軸、141 加振用ボルト、145 加振ロッド、146 アタッチメント、146h 軸孔、146s ネジ孔、146b 固定ネジ、150 防振ゴム、161 シリンダブロック、161A シリンダボア、161h ネジ孔、160 エンジンブロック、162 シリンダヘッド、162e 排気バルブ孔、162i 吸気バルブ孔、162p プラグ孔、163 ノックセンサ取付ボス、164 ピストン、200 コンピュータ、301 特殊ボルト、302 金属キューブ、303 センサ、305A 雄ネジ、305B 雌ネジ、310 シリンダブロック振動検出センサ、320 シリンダヘッド振動検出センサ、 1000 エンジン、1040 インジェクタ、1060 点火プラグ、1100 クランクシャフト、1160 吸気バルブ、1180 排気バルブ、1200 ポンプ、2000 エンジンECU、3000 ノックセンサ、3020 水温センサ、3040 タイミングロータ、3060 クランクポジションセンサ、3080 スロットル開度センサ。
100 vibration transfer characteristic analyzer, 110 surface plate, 120 high-precision height adjustment mechanism, 121
Base, 121a Case, 121b, 121c Wedge member, 121d Handle, 122 Holding jig, 123 U-shaped groove, 130 Excitation device, 131 Support bolt, 140 Excitation shaft, 141 Excitation bolt, 145 Excitation rod, 146 Attachment, 146h Shaft hole, 146s Screw hole, 146b Fixing screw, 150 Anti-vibration rubber, 161 Cylinder block, 161A Cylinder bore, 161h Screw hole, 160 Engine block, 162 Cylinder head, 162e Exhaust valve hole, 162i Intake valve hole, 162p Plug Hole, 163 Knock sensor mounting boss, 164 Piston, 200 Computer, 301 Special bolt, 302 Metal cube, 303 Sensor, 305A Male thread, 305B Female thread, 310 Cylinder block vibration detection sensor, 320 Cylinder head Vibration detection sensor, 1000 engine, 1040 injector, 1060 spark plug, 1100 crankshaft, 1160 intake valve, 1180 exhaust valve, 1200 pump, 2000 engine ECU, 3000 knock sensor, 3020 water temperature sensor, 3040 timing rotor, 3060 crank position sensor, 3080 Throttle opening sensor.

Claims (4)

予め設定された周波数帯の振動に基づいてノッキングが発生したか否かを判定するノッキング判定装置を含むエンジンシステムの設計方法であって、
シリンダヘッドとシリンダブロックとを備えるエンジンブロックに振動を与えて、前記シリンダヘッドの振動および前記シリンダブロックの振動を検出することにより、前記シリンダヘッドの振動特性をノッキング信号とし、前記エンジンブロックの振動特性をノイズ信号として、擬似SN比を求め、得られた擬似SN比がしきい値よりも大きいか否かを解析する解析ステップと、
前記擬似SN比が前記しきい値よりも大きい場合は、強制的にノッキングを発生させるようにエンジンを運転、前記ノッキング判定装置において用いられる振動の周波数帯を、ノッキングに起因する振動の周波数を含む周波数帯のうちの、前記シリンダブロックの共振周波数を含む周波数帯以外の周波数帯に設定する設定ステップとを含む、エンジンシステムの設計方法。
A design method for an engine system including a knocking determination device that determines whether knocking has occurred based on vibration in a preset frequency band ,
Giving vibration to an engine block and a cylinder head and a cylinder block, by detecting the vibration of the vibration and the cylinder block of the cylinder head, the vibration characteristics of the cylinder head and knocking signals, vibration characteristics of the engine block An analysis step for determining whether or not the obtained pseudo S / N ratio is larger than a threshold ,
If the pseudo SN ratio is larger than the threshold value, the frequency of vibration forcibly operating the engine to generate knocking, the frequency band of vibration to be used in the knock determination device, due to knocking A setting step of setting to a frequency band other than the frequency band including the resonance frequency of the cylinder block among the included frequency bands .
フューエルカット状態において検出される振動の波形と予め設定された第1の波形とを比較した結果に基づいて、フューエルカット状態とは異なる運転状態において検出される振動の波形を補正し、前記補正された波形と予め設定された第2の波形とを比較した結果に基づいて、振動の強度に関する値を算出し、前記算出された値と予め設定されたしきい値とを比較した結果に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定するノッキング判定装置を含むエンジンシステムの設計方法であって
シリンダヘッドとシリンダブロックとを備えるエンジンブロックに振動を与えて、前記シリンダヘッドの振動および前記シリンダブロックの振動を検出することにより、前記シリンダヘッドの振動特性をノッキング信号とし、前記エンジンブロックの振動特性をノイズ信号として、擬似SN比を求め、得られた擬似SN比がしきい値よりも大きいか否かを解析する解析ステップと、
前記擬似SN比が前記しきい値よりも大きい場合は、フューエルカット状態になるようにエンジンを運転させた場合のノックセンサからの信号に基づいて前記第1の波形を設定し、強制的にノッキングを発生させるように前記エンジンを運転した場合のノックセンサからの信号に基づいて前記第2の波形を設定する設定ステップを含む、エンジンシステムの設計方法。
Based on the result of comparison between the vibration waveform detected in the fuel cut state and the preset first waveform, the vibration waveform detected in the operation state different from the fuel cut state is corrected, and the correction is performed. Based on the result of comparing the measured waveform and the preset second waveform, a value related to the intensity of vibration is calculated, and based on the result of comparing the calculated value with a preset threshold value , a design method of an engine system including a knock determination device for determining whether Roh Kkingu occurs,
By applying vibration to an engine block including a cylinder head and a cylinder block and detecting the vibration of the cylinder head and the vibration of the cylinder block, the vibration characteristic of the cylinder head is made a knocking signal, and the vibration characteristic of the engine block An analysis step for determining whether or not the obtained pseudo S / N ratio is larger than a threshold,
When the pseudo signal-to-noise ratio is larger than the threshold value, the first waveform is set based on a signal from a knock sensor when the engine is operated so as to be in a fuel cut state, and knocking is forcibly performed. on the basis of the signal from the knock sensor in the case of operating the engine to generate including setting step of setting the second waveform, et emissions gin system design methods.
前記設定ステップにおいて用いられるエンジンは、公差が中央値であるという条件を満たすように製造される、請求項に記載のエンジンシステムの設計方法。 The engine system design method according to claim 2 , wherein the engine used in the setting step is manufactured so as to satisfy a condition that a tolerance is a median value. 請求項1〜のいずれかに記載のエンジンシステムの設計方法により設計されたエンジンシステム。 Engine system designed by the design method for an engine system according to any of claims 1-3.
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