JPH04134164A - 内燃機関用ノック検出装置 - 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］ この発明は、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関の
ノックを検出する装置に関し、特にノック検出の信頼性
を改善した内燃機関用ノック検出装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関は複数
の気筒により駆動されており、各気筒において圧縮され
た混合気を最適な点火位置で燃焼させる必要がある。こ
のため、内燃機関制御用にマイクロコンピュータ（Ｅ　
ＣＵ　）を用い、各気筒毎のイグナイタによる点火時期
及びインジェクタによる燃料噴射順序等を最適に制御し
ている。

しかし、点火位置が進角側に制御され過ぎると、異常燃
焼によりノッキングと呼ばれる振動が発生し、気筒を損
傷するおそれがあるため、異常振動を検出したときには
、気筒の制御パラメータをノック抑制側（例えば、点火
位置を遅角側）に制御する必要がある。

第４図は従来の内燃機関用ノック検出装置を示すブロッ
ク図である。

図において、（１）は内燃機関駆動用の気筒の１つ又は
各々に取り付けられたノックセンサであり、振動検出用
の圧電素子等からなっている。

（２）はノックセンサ（１）の出力信号Ａを受信するノ
ック検出回路（インタフェース）であり、ノッキング特
有の周波数（例えば、７ｋＨｚ＞を通過させるフィルタ
（２１）と、フィルタ（２１）の出力信号を所定のタイ
ミングで周期的に通過させるゲート（２２）と、ゲー）
　（２２）の出力信号へ′を平均化した信号に基づいて
バックグランドレベルＢＧＬを生成するＢＧＬ発生器（
２３）と、ゲート（２２）の出力信号へ′とバックグラ
ンドレベルＢＧＬとを比較して出力信号Δ′がバックグ
ランドレベルＢＧＬを越えたときに出力信号をオンにす
る比較器（２４）と、比較器（２４）の出力信号を積分
する積分器（２５）とを備えている。

（３）は積分器（２５）の出力信号をデジタル信号■８
に変換するＡＤ変換器である。

（４）はＡＤ変換器（３）の出力信号■、に基づいて各
気筒の点火値１を遅角制御すると共に、ゲー）　（２２
）に対するマスク信号Ｍ及び積分器（２５）に対するリ
セット信号Ｒを出力するマイクロコンピュータ（以下、
ＥＣＵという）であり、ＡＤ変換器（３）の出力信号■
７に基づいて気筒点火位置を遅角させるための遅角制御
角θ８を生成する遅角反映処理部（４５）を備えている
。

次に、第５図の波形図を参照しながら、第４図に示した
従来の内燃機関用ノック検出装置の動作について説明す
る。

通常、各気筒はＴＤＣ（上死点＝０°）から５°程度手
前の位置（Ｂ５°）より進角側で点火され、混合気の爆
発は、ＴＤＣから１０”〜６０°程度過ぎたクランク角
度位置（Ａ１０°〜Ａ６０＠）付近で起こるので、異常
燃焼によるノックも、この爆発タイミングで発生する。

従って、気筒の振動ノイズ（特にノック）が発生した場
合、ノックセンサ（１）の出力信号Ａは第５図のように
周期的で且つ振幅の大きい波形となる。

Ｅ　ＣＵ　（４）は、ノック検出回路（２）が出力信号
Ａを効率的に受信するように、ゲート（２２）に対して
所定周期毎に反転するマスク信号Ｍを出力する。

このマスク信号Ｍは、例えば検出対象となる気筒に対し
て、立ち上がりがＢ７５°程度、立ち下がりがＢ５°程
度に設定され、レベルがｒＨ，のときにゲー）　（２２
）を禁止する。又、積分器（２５）に対して所定周期毎
にリセット信号Ｒを出力するが、このリセット信号Ｒの
出力タイミングは、マスク信号Ｍの立ち上がりと一致す
る。

ノック検出回路（２）内のフィルタ（２１）は、ノック
発生時の周波数成分を通過させ、ゲート（２２）は、マ
スク信号Ｍが「Ｌ」レベルの期間だけ出力信号Ａを通過
させる。ＢＧＬ発生器り２３）は、ゲート（２２）の出
力信号Ａ′に基づいて、出力信号Ａ′に含まれるバック
グランドを判別し、ノック検出の基準となるバックグラ
ンドレベルＢＧＬを生成する。

比較器（２４）は、出力信号Ａ′がバックグランドレベ
ルＢＧＬを越えたときに、ノック発生レベルであること
を判別して、出力信号をｒＨＪレベルとする。積分器（
２５）は、リセット信号Ｒでリセットされる毎に比較器
（２４）の出力信号を積分し、ＡＤ変換器（３）は、積
分器（２５）の出力信号をデジタルの積分値Ｖ８に変換
してＥＣＵ（４）に入力する。

Ｅ　ＣＵ　（４）は、ＡＤ変換された積分値ＶＲを気筒
の点火毎に取り込み、これに基づいて遅角制御角θ８を
生成し、ノックを抑制する方向に点火位置を遅角補正す
る。このとき、遅角反映処理部（４５）は、前回の遅角
制御角θ−に今回の遅角量Δθ、を累積加算して、今回
の遅角制御角θ８を生成する。従って、今回の遅角制御
角θ８は、 θ、＝θ、寡十Δθ８　　　　　　　・・・■で表わさ
れる。又、■式において、今回の遅角量Δθ、は、 Δθ１＝ＶｉｘＬ 但し、Ｌ：反映率 で表わされる。

ところで、ノックセンサ（１）の出力信号Ａをインタフ
ェース回路即ちノック検出回路（２）で処理する場合、
出力信号Ａのレベルが大きいほど処理精度は向上する。

このため、従来より、インタフェース回路（２）の入力
側に第６図のような全波増幅器を挿入し、出力信号Ａを
第７図の破線のように増幅した後、インタフェース回路
（２）に入力している。

第６図において、Ｔｒｏはエミッタ接地の増幅トランジ
スタ、Ｒ５及びＲ６は増幅トランジスタＴｒ。

のベースに接続された分圧抵抗器、Ｃ０は出力信号Ａの
入力端子と分圧抵抗器Ｒ５及びＲ６の接続点との間に挿
入された入力コンデンサ、Ｒｔは増幅トランジスタＴｒ
ｏのエミッタとグランドとの間に挿入されたバイアス用
の抵抗器である。

この場合、増幅器に入力された出力信号Ａは、入力コン
デンサＣ８により直流成分がカットされ、分圧抵抗器Ｒ
５、Ｒ６及びバイアス用抵抗器Ｒ７によりバイアスされ
た後、増幅トランジスタＴｒｏにより増幅されて、イン
タフェース回路（２）に入力される。

このとき、バイアス電圧■８は、グランドレベルＧＮＤ
から電源電圧Ｖｃｃまでの電位差の約１／２の値に設定
され、増幅後の出力信号Ａのレベルは、バイアス電圧■
９から電源電圧Ｖｃｃの間、又は、グランドレベルＧＮ
Ｄからバイアス電圧Ｖ、までの間で変動する。しかし、
第７図の破線ように、増幅後の出力信号レベルが電源電
圧Ｖｃｃを越えた場合、又は、グランドレベルＧＮＤよ
り小さくなった場合は、波形が飽和して歪んでしまう。

従って、インタフェース回路（２）は、グランドレベル
ＧＮＤから電源電圧■ｃｃの１／２の電圧の範囲でしか
信号処理を行うことができず、ダイナミックレンジが小
さいために、信号処理精度を十分に向上させることがで
きない、この結果、正確な出力信号■８をＥ　ＣＵ　（
４）に入力することができず、ＥＣＵ（４）においてノ
ックを誤検出してしまうおそれがある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関用ノック検出装置は以上のように、ノッ
クセンサ（１）の出力信号Ａを全波増幅しているので、
出力信号Ａのレベル変動に対して線形増幅可能なダイナ
ミックレンジがせまく、信号処理精度を十分に向上させ
ることができないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、増幅可能なダイナミックレンジを拡大するこ
とにより、出力信号レベルの変動に対しても高精度に対
応できる信頼性の高い内燃機関用ノック検出装置を得る
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関用ノック検出装置は、ノックセ
ンサの出力信号を半波増幅する半波増幅器を設けたもの
である。

［作用］ この発明においては、増幅後の出力信号の変動幅をグラ
ンドレベルから電源電圧レベルまでの広いダイナミック
レンジとして信号処理を行う。

［実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、（１
）及び（３）は前述と同様のものである。

（２０）はノックセンサ（１）とＡＤ変換器（３）との
間に挿入されたインタフェース回路であり、出力信号Ａ
の振動レベルＶｐに相当するピークレベルを出力するピ
ークホールド回路（２６）と、出力信号Ａを半波増幅す
る半波増幅器（２７）と、半波増幅器（２７）の入力側
に接続されて出力信号Ａの増幅ゲインを決定するゲイン
調整器（２８）とを備えている。

尚、ピークホールド回路（２６）に対するリセット信号
Ｒ′は、Ｅ　ＣＵ　（４０）から内燃機関の回転に同期
して生成される。このリセット信号Ｒ′は、例えば前述
のマスク信号Ｍに相当しており、各気筒に対する基準位
置くクランク角）Ｂ７５°で立ち上がり、他の基準位置
（点火時期の後に相当するクランク角）Ｂ５°で立ち下
がるパルスからなっている。

従って、ピークホールド回路（２６）は、各気筒の基準
位置Ｂ７５°におけるピークレベルを生成し、これをＡ
Ｄ変換器を介して、振動レベルＶｐとしてＥ　ＣＵ　（
４０）に入力するようになっている一Ｅ　ＣＵ　（４０
）は、気筒点火毎に得られる振動レベルＶｐを平均化処
理してノック判別用のスレッショルドを生成する演算部
と、振動レベルＶｐがスレッショルドを越えたときにノ
ック判別信号を出力する比較部と、ノック判別信号に基
づいて気筒の点火位置を遅角させるための遅角制御角θ
、を生成する遅角反映処理部と、各気筒のクランク角に
基づいてリセット信号Ｒ′を出力するリセット信号制御
部とを備えている。

第２図はインタフェース回路（２０）を具体的に示す回
路図である。

ピークホールド回路（２６）において、Ｔｒ、は増幅後
の出力信号Ａがベースに印加されるトランジスタ、Ｃ１
はトランジスタＴｒ、のエミッタとグランドとの間に挿
入されて出力信号Ａのピークレベルを保持するためのコ
ンデンサである。又、Ｔｒ２はコンデンサＣ１の電荷を
リセットするトランジスタであり、コレクタがコンデン
サＣ１の充電側に接続され、リセット信号Ｒ′がベース
に印加されている。

半波増幅器（２７）において、Ｔｒ３及びＴｒ、は増幅
トランジスタ、Ｒ４は増幅トランジスタＴｒ＝及びＴｒ
、の帰還抵抗器である。この場合、増幅トランジスタＴ
ｒ、のエミッタとグランドとの間にはバイアス用抵抗器
が挿入されていない。

ゲイン調整器（２８）において、Ｒｏはノックセンサ（
１）に並列接続されたマツチング抵抗器、Ｒ１及びＲ２
は出力信号Ａを任意の比率で分圧する分圧抵抗器である
。

次に、第１図及び第２図に示したこの発明による内燃機
関用ノック検出装置の動作について説明する。

まず、所定ゲインの半波増幅器（２７）に対して、ゲイ
ン調整器（２８）の分圧抵抗器Ｒ１及びＲ２の抵抗値を
選択することにより、出力信号Ａに対する増幅ゲインを
予め設定する。

ノックセンサ（１）は、前述と同様に内燃機関駆動用の
気筒の振動を検出し、ノック状態を検出するための出力
信号Ａを生成する。又、Ｅ　ＣＵ　（４０）は、気筒の
点火毎に、ノックセンサ（１）の出力信号Ａのピークレ
ベルをＡＤ変換し、振動レベルＶｐとして取り込む。

このとき、インタフェース回路（２０）内のピークホー
ルド回路（２６）は、増幅後のノックセンサ（１）の出
力信号Ａのピークレベルを保持する。このピークレベル
は、ＡＤ変換器（３）によりデジタルの振動レベルＶｐ
に変換された後、Ｅ　ＣＵ　（４０）に入力される。

Ｅ　ＣＵ　（４０）内のリセット信号制御部は、クラン
ク角位置８７５°での振動レベルＶｐがサンプリングさ
れると、リセット信号Ｒ′を立ち上げてピークホールド
回路（２６）を基準位置Ｂ７５°（実際にはＲ７５゜の
わずか後）でリセットする。

ピークホールド回路（２６）は、リセット信号Ｒ′がオ
ンの間はリセットされ続け、リセット信号Ｒ′の立ち下
がりの時点（例えばＢ５°）から動作を開始する。

各気筒のクランク角位置Ｒ７５°毎に得られる振動レベ
ルＶｐは、ノックセンサ（１）の出力信号Ａの変動に応
じてサンプリングサイクル毎に変動する。

このとき、所定クランク角Ｂ５°より進角側においては
、出力信号Ａがリセットされているので、点火時の気筒
のバルブノイズや電磁ノイズが重畳されることはない。

又、出力信号Ａの変動にはノック及びノック以外のノイ
ズが含まれているが、振動レベルＶｐの経時変化等を考
慮すると、ノックを確実に検出するためには、振動レベ
ルＶｐにある程度追従するスレッショルドを求める必要
がある。従って、ＥＣＵ　（４０）内の演算部は、振動
レベルＶｐを平均化処理した後、増幅し且つオフセット
を加算し、最終的にノックの判別に用いられるスレッシ
ョルドを算出する。このスレッショルドは、エンジンサ
イクル毎の変動のバラツキ等が抑制され、信頼性の高い
値となる。

Ｅ　ＣＵ　（４０）内のノック検出手段となる比較部は
、振動レベルＶｐとスレッショルドレベルとを比較し、
振動レベルＶｐがスレッショルドを越えたとき、ノッキ
ングの発生を示すノック判別信号を出力する。もしノッ
ク判別信号が得られた場合、遅角反映処理部は、ノック
抑制に必要な遅角量Δθ。

を演算し、前述の０式に基づいて、遅角制御角θアを求
める。この遅角制御角θ８により、制御対象となる気筒
の点火位置は遅角側に補正され、ノックは発生しなくな
る。一方、比較部においてノック判別信号が出力されな
い場合は遅角量Δθ、はＯとなり、遅角制御角θ８は前
回の値のままとなる。

このとき、半波増幅器（２７）は、第３図のように、出
力信号ＡをグランドレベルＧＮＤを基準として半波増幅
且つ反転増幅している。このため、増幅後の出力信号Ａ
の振幅レベルは、破線のように、グランドレベルＧＮＤ
から電源電圧Ｖｃｃまでの間で飽和せずに線形増幅され
る。従って、インタフェース回路（２０）内で処理され
る信号のダイナミックレンジが拡大され、信号処理精度
が著しく向上する。

又、半波増幅器（２７）の入力側に接続されたゲイン調
整器（２８）の回路定数を調整することにより、出力信
号Ａの増幅ゲインが適性に調整されるので、例えば機種
の違いにより出力信号Ａのレベルが変動しても、振動レ
ベルＶｐのバラツキを解消することができる。従って、
ノックの誤検出を防止することができ、更に信頼性が高
く精度の良いノック検出を行うことができる。

尚、上記実施例では、振動レベルＶｐを生成するための
インタフェース回路り２０）をピークホールド回路（２
６）で構成したが、積分器で構成しても同等の効果を奏
する。

又、点火時期を遅角制御する場合を示したが、他の制御
パラメータをノック抑制側に遅角制御するようにしても
よい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、ノックセンサの出力信
号を半波増幅する半波増幅器を設け、増幅後の出力信号
の変動幅をグランドレベルから電源電圧レベルまでの広
いダイナミックレンジに拡大したので、出力信号レベル
の変動に対しても高精度の対応処理が可能となり、信頼
性の高い内燃機関用ノック検出装置が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による内燃機関用ノック検出装置の一
実施例を示すブロック図、第２図は第１図内のインタフ
ェース回路を具体的に示す回路図、第３図は第２図内の
半波増幅器の動作を説明するための波形図、第４図は従
来の内燃機関用ノック検出装置を示すブロック図、第５
図は第４図に示した従来装置の動作を示す波形図、第６
図は第４図の従来装置に付加され得る増幅器を示す回路
図、第７図は第６図の増幅器の動作を説明するための波
形図である。 （１）・・・ノックセンサ　　Ａ・・・出力信号（２０
）・・インタフェース回路 （２７）・・・半波増幅器　　　Ｖｐ・・・振動レベル
尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　内燃機関の振動を検出するノックセンサと、このノッ
   クセンサの出力信号に基づく振動レベルを生成するイン
   タフェース回路と、 前記振動レベルに基づいてノック判別用のスレッショル
   ドを生成する演算手段と、 前記振動レベルが前記スレッショルドを越えたときにノ
   ック判別信号を出力する比較手段とを備えた内燃機関用
   ノック検出装置において、 前記ノックセンサの出力信号を半波増幅する半波増幅器
   を設けたことを特徴とする内燃機関用ノック検出装置。