JPH03267547A - エンジンのノツキング検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエンジンのノック検出にかかり、特にノック信
号を周波数分析してノックキング強度を検出する装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来、ノック信号の検出は、ノッキング発生時に最も顕
著な信号のみをとり出し、増幅してその大きさを検出し
ていた。この場合、ノッキング発生時と非発生時との比
とが最も顕著となる周波数はかなりの幅をもってふらつ
いているため、センサ自体がある程度の共振特性をもつ
か、または、バンドパスフィルタを設けて、帯域を制限
する方法がとられている例が多い。

しかし、エンジン回転数や負荷等によって、共振する周
波数が異なるため、前述のバンドパスフィルタを複数個
用意し、運転条件によって使用するフィルタを切りかえ
る必要がある。

そうしたフィルタ切りかえ手段を省き、入力信号から周
波数分析をする例として、特開昭５７−４２８２１号に
記載されたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、必要とする周波数毎にバンドパスフ
ィルタを用意する必要があり、パンドバスフイルタの設
計や調整について考慮されてならず、エンジンが変わっ
たり、エンジンの経年変化に伴うノッキング周波数のず
れについても対応がむずかしい問題がある。

本発明では、ノッキング検出において、検出しようとす
る周波数の調整や選択について、自由度を与えて、異な
るエンジンでのノック検出や、経年変化に対応できるノ
ッキング検出方法と装置を提供することを目的とする。

また、入力信号から周波数分析する場合、公知例では相
関器などを用いるため、リアルタイムに分析することが
困難であり、こうした乗算を要する処理を省いて高速化
することが、もう１つの目的となる。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、以下の構成によりノッキン
グ検出を行なう。

まず、燃焼室内での異常燃焼によって生じるノッキング
現象に伴う、燃焼室内での圧力の変動やシリンダ壁の振
動をノック信号として取り出す手段と、 ノック信号を十分な振幅にまで増幅する手段と特定の周
波数以下に帯域制限する手段。

さらに、増幅、帯域制限された信号をＡＤ変換してデジ
タル量に変換し、逐次データをため、時系列のデータを
作る手段、 そして、時系列のデータから周波数を分析する手段、 さらに周波数を分析し、ノッキング強度を算出する手段
、 これらの手段によりノッキングを検出可能である。

〔作用〕

筒内圧センサまたはノックセンサは、燃焼室内での燃焼
に伴う圧力変動やノッキング発生時の振動をとらえ、増
幅することにより、十分な振幅な信号をＡＤ変換可能と
なる。

帯域制限する手段は、周波数分析する上で折り返し周波
数の影響を無くすことができる。

ＡＤ変換を一定時間間隔毎に行ない、データ列を蓄積す
ることにより、入力信号を時系列で分析可能となる。

データ列を分析することにより、特定の周波数について
のみ周波数を分析することで、ノッキングを検出できる
。

分析の方法は、加減算のみを用いることで周波数分析の
高速化を図ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

まず、エンジン制御ユニット１はマイクロコンピュータ
及びＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉｌｏ等からなり吸気流量計Ｈ／
Ｗの出力電圧やクランク角センサの出力をとりこみ、エ
ンジンの運転に最適な燃料噴射量や点火時期を計算し、
Ｉｌｏから出力してインジェクタや点火コイル等を駆動
する。

ノックセンサ２は、エンジンのシリンダブロックまたは
点火プラグの位置に取り付けられ、ノッキング発生に伴
う振動を電気的信号に変換する。

ノックセンサは、燃焼室に取り付けた筒内圧針でもよく
、筒内圧の変動分をノック信号としてとり出す。

エンジンの燃焼過程での振動は、シリンダの径方向の次
数をｎ、周方向の次数をｍとするとき、それぞれ固有値
ρ、を持ち、それに対応して、共鳴周波数ｆｎ１が存在
する。例えば、本実施例で用いたエンジンの場合、第１
表に示す値となる。

第　　１　　表 エンジンのシリンダブロックに取り付けたノックセンサ
の周波数特性は、ノッキング発生時に発生する上記第１
表の共鳴周波数を含む帯域にわたって一様の感度をもつ
ものとする。

あらかじめ、センサの感度や燃焼室からセンサまでの音
響的な伝達特性に一様性がないことがわかっているとき
は、その周波数特性の逆特性を持つ前置増幅器をそう人
することにより、ノックセンサから周波数分析に至るま
での周波数特性を一様に平坦化できる。

ノック信号を周波数分析すると、第２図の様な分布をす
る。ノッキング発生時に、ピークの現われる周波数につ
いて信号強度を求め、非発生時との比が求められればノ
ッキング強度を求められる。

次に、エンジン制御について簡単に説明する。

エンジンが吸入する空気はエアクリーナ（図示せず）の
入口部から入り、ダクト、スロットルボディ、吸入管、
吸入弁を通じて燃焼室に入る。

クランク角センサからは気筒を判別し、上記点を表わす
レファレンス信号Ｒｅｆと、クランク角度を表わすポジ
ション信号ＰＯ８との２つの信号を出し、エンジン制御
ユニット内で気筒判別とエンジン回転数を計測する。

水温センサＴ、により、エンジンの冷却水の温度を測定
し、エンジン制御の補正に使われる。

点火時期は燃料噴射量と回転数により基本値が決められ
、水温や回転数の変動により補正が加えられる。

次にノック信号の処理について第３図により説明する。

ノック信号は前置増幅器を通して増幅される。

前述した様にノックセンサの周波数特性に対応して増幅
器のイコライザによって周波数特性が変えられており、
かつ、ＡＤ変換器の入力電圧範囲を越えない範囲で増幅
する。増幅度は、入力信号のレベルまたは回転数に応じ
て可変できるものとする。但し、ノック信号の周波数分
析区間では増幅度は一定になる様にしている。

ノック信号を周波数分析する区間は、ノッキング現象が
発生しやすい上死点後θｏｐｅｎからスタートする。θ
０Ｆｅｎはレファレンス信号の立ち上がりをゼロとし、
ポジション信号をカウントして、カウント値がθ０Ｐｅ
ｎに一致した時点でＡＤ変換終了割込を許可し、ＡＤ変
換を開始する（第３図−１）。

ＡＤ変換は一定周期τ毎に行なわれ、ＡＤ変換終了時に
マイクロコンピュータに割込がかかり、ＡＤ変換終了割
込内で、ＲＡＭに順々にＡＤ変換結果を転送する。ＡＤ
変換の同期τの逆数は、分析しようとする周波数の最も
高い周波数の２倍以上とし、前述の前置増幅器は１／（
２τ）以上の周波数について十分な減衰量を持つ帯域制
限フィルタを含むものとする。

ＡＤ変換さられたデータ列の数がｎ個たまった時点でＡ
Ｄ変換終了割込を不許可にし、周波数分析に終る。

ｎ個のデータについて周波数分析する場合、ｎｘｎの正
方行列となるＤ　Ｆ　Ｔ　（Ｄｊ、５ｃｒｅｔｅ　Ｆｏ
ｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）が使われるが、この計
算では８２回の乗算が含まれるので計算時間が長くかか
つてしまう。

これを改善する方法として、ｎ＝２Ｋ　（Ｋ＝１゜２．
３・）となる様にしたＦ　Ｆ　Ｔ　（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕ
ｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ＋）が知られているが、Ｆ
ＦＴでさえも−ＸＱｏｇｚｎ回の乗算が含まれており、
計算時間はＤＦＴよりも多少短縮される。

計算時間を短縮するには乗算時間を無くせばよく、例え
ばアダマール変換と呼ばれる方法で加減算のみで求める
ことができる。

アダマール変換とフーリエ変換を比較した場合法の様に
対応できる。周波数分析結果をＸとし、フーリエ変換行
列をＷとすれば、ＡＤ変変換データ 列を又とすれば、 →　　　　　　　　　→ Ｘ＝Ｗ−ｘ となる。

一方、アダマール変換行列をＨとし、変換結果→ をＡとすれば、 →　　　　　　　　　→ Ａ＝Ｈ−ｘ となり、Ｘ＝（Ｗ−Ｈ−１）Ｈ−ｘとなるので、Ｃ＝Ｗ
−Ｈ−１を線形変換行列とすると、線形変換行列の各項
の大きさによってアダマール変換結果Ａから周波数分析
結果Ｘを導き出すことができる。

ここで、アダマール変換行列Ｈは第２表に示す様に＋１
と−１のみで構成されており、アダマール変換には乗算
が存在しない。

そこで、線形変換行列Ｃの各行について、最大８×８の
例 第　　２　　表 の係数のみを１とし、他を０とする様な近似計算を行な
うことにより、アダマール変換結果Ａが、各周波数分析
結果の近似値として求められることになる。

これらの周波数分析結果について、ノンキング時と非ノ
ツキング時とで信号の比をとれば、その比率がノッキン
グ強度となる。分析する周波数毎にノッキング強度を求
め、各周波数毎にしきい値と比較し、Ｑ個以上しきい値
を越えているものがあれば、ノッキング発生と認識し、
点火時期制御へ遅角の信号を送る。

これらの処理を第５図により説明する。

まずレファレンス信号の立ち上がりからθ０Ｐｅｎまで
の角度分、ポジション信号をカウントした時点で、アン
グル割込を発生させる。アングル割込内で、ＡＤ変換終
了割込を許可し、サンプリング回数のカウンタをゼロに
して、サンプリングデータ格納ポインタを格納エリアの
先頭アドレスに初期化する。（３１） ＡＤ変換終了割込内でＡＤ変換結果をサンプリングデー
タ格納ポインタに示すアドレスに格納しポインタとサン
プリング回数カウンタをインクリメントする。（３２） サンプリング回数が２に回に達した時点で、ＡＤ変換終
了割込を不許可にし、周波数分析フラグを立てる。　（
３３） 一定周期毎に起動されるタイマータスクで、周波数分析
フラグをチエツクし、周波数分析フラグが立った時点で
、アダマール変換サブルーチンを起動する。（３４） アダマール変換によって得られる２に個の結果のうち、
ノッキング強度計算を必要とする周波数に対応する結果
を、近似線形変換テーブルから選び出す。もし、２個以
上選ばれるときは、選択された結果の和を近似値とする
。（３５）周波数分析を必要とするｊ個の信号強度を５
（ｉ）とし、それぞれについて１〜ｊ番目の信号強度を
しきい値Ｔ　（ｉ）と比較する。（３６）もし、Ｓ　（
ｉ）　＞Ｔ　（ｉ）である個数を求め、Ω個以上あれば
、ノッキング発生フラグを立てる。

（３７） ノッキング発生時には、点火時期をｏｒ、たけ遅らせて
、点火時期保持タイマをτ＆ｄＶにセットする。（３８
） そして、τ＆ｄＶをタイマータスクの周期毎に減算して
、ゼロになった時点で、θｒｅｉ　を１度減らし、θｒ
ｅｔがゼロでなければ、再度τａｄＶをセットする。こ
の一連の動作により、ノッキング発生毎に点火時期が遅
角し、一定の点火時期に制御される。　（３９） ノッキング検出判定のための個数Ｑは、回転数によって
変わる変数としてもよい。

また、アダマール変換は、全てについて行なう必要はな
く、分析しようとする周波数についてのみ行なえばさら
に高速化される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ノッキング検出処理の中に乗算が入ら
ないため、フーリエ変換に比べて高速化が可能となる。

また、ノックセンサ信号の絶対値を求めそれを加算すれ
ば、擬似的に積分作用となり、ノック信号強圧を求める
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図はノッキン
グ信号の分析例を示す図、第３図は周波数分析の流れ図
、第４図はノック信号検出のタイミング図、第５図（ａ
）〜（ｄ）はノック信号検出のためのフローチャートで
ある。 声、ＹＴコ伯し 巴洩軟（ＫＨＬ） 帛１図 宅３０ ｃＬｄｙ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの燃焼過程で生じるノッキング振動を直接
   検出するか、または間接的にシリンダブロックの振動と
   して検出するノックセンサと、このノックセンサからの
   信号をＡＤ変換して時系列のデータ列として蓄積する手
   段とを備え、データ列を加減算することにより、複数個
   の周波数成分を求め、それぞれの成分毎にしきい値との
   大小関係を検出する手段を設けたエンジンのノッキング
   検出装置において、各成分の大小関係の組み合わせによ
   りノッキング発生の判定を行なうことを特徴とするエン
   ジンのノッキング検出装置。