JPH0465637A - 内燃機関のノッキング検出装置 - 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〉 本発明は内燃機関のノッキング検出装置に関し、詳しく
は、機関振動の検出信号からノッキング発生を検出する
装置の改善技術に関する。

〈従来の技術〉　　　　　　　　　　　　　、内燃機関
において、所定レベル以上のノッキングか発生すると、
出力を低下させるのみならず、衝撃により吸・排気バル
ブやピストンに悪影響を及はすため、ノッキングを検出
して点火時期を補正することにより速やかにノッキング
を回避するようにした点火時期制御装置を備えているも
のかある（特開昭５８−１０５０３６号公報等参照）。

かかるノッキング発生による点火時期補正のためのノッ
キング検出は以下のようにして行っていた。即ち、第７
図に示すように、圧電素子によって振動レベルに応じた
検出信号を出力するノックセンサ１１を機関１２のシリ
ンダブロック等に取付け、このノックセンサ１１からの
検出信号をバンドパスフィルタ１３に入力させてノッキ
ング特有の中心周波数付近の信号のみを通過させ、半波
整流を行った後、積分器１４で所定の積分区間だけ積分
し、かかる積分器１４における積分値のピーク値をＡ／
Ｄ変換器１５でＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ１
６に入力させる。マイクロコンピュータ１６では、ノッ
キング発生時における前記積分値のピークと、ノッキン
グ非発生時における積分値のピークとの差に基づいて、
ノッキングか発生しているか否かを判別する。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記のようにノッキング発生を、積分値のピ
ークレベルで判別する構成では、ノッキング発生の有無
による積分値のピークレベルの差か充分にあることか望
ましいが、実際には、機関の形状やノックセンサの取付
位置によって特に信号レベルの小さい領域では前記差を
充分に確保することができない場合かあり、この場合ノ
ッキング発生の有無によって明確な差異か発生しないた
めに、ノッキングを誤検出してしまうことかあった。ま
た、機械振動と燃焼による振動との分離か困難であるた
めに、機械振動の振動レベルか大きくなる高回転時には
、やはりノッキング発生の有無による差が明確でなくな
り、ノッキングを検出することかてきなかった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものてあり、ノッキ
ングセンサからの信号レベルか小さい場合、又は、機械
振動レベルが大きくなる高回転であっても、ノッキング
を精度良（検出できるノッキング検出装置を提供するこ
とを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明にかかる内燃機関のノッキング検出装置
は第１図に示すように構成される。

第１図において、振動センサは機関本体に付設されて機
関振動を検出し、特定周波数抽出手段はかかる振動セン
サからの検出信号から特定周波数成分を抽出する。

そして、前記特定周波数成分の強度変化か強度変化検出
手段で検出され、ノッキング判別手段は前記強度変化と
所定の規範変化特性とを比較することによってノッキン
グ発生を判別する。

ここて、強度変化検出手段が、特定周波数抽出手段で抽
出された特定周波数成分の強度を積分するようにし、ノ
ッキング判別手段が前記積分値の変化特性と所定の規範
変化特性とを比較することでノッキング発生を判別する
よう構成することかできる。

また、ノッキング判別手段における所定の規範変化特性
は、特定周波数成分の強度か略一定である非ノッキング
発生時の変化特性であっても良いし、逆に、特定周波数
成分の強度か減少変化又は増大変化するノッキング発生
時の変化特性であっても良い。

〈作用〉 かかる構成によると、振動センサの検出信号から取り出
した特定周波数成分の強度が、ノッキング発生時の特性
で変化するが、また、ノッキング非発生時の特性て変化
するかが判別されるので、ノッキング振動と機械振動と
の分離か行えることになり、信号レベルか小さい場合及
び機械振動の周波数強度か大きくなる場合であっても、
ノッキング振動のみを取り出してノッキング検出か行え
る。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第２図において、図示しない内燃機関の
シリンダブロックに付設されたノックセンサ（振動セン
サ）１は、圧電素子を内蔵し、機関振動に応じた波形の
検出信号を出力する。

該ノックセンサ１の検出信号は、通過周波数域の異なる
特定周波数抽出手段としてのバンドパスフィルター２．
３．４に入力される。前記バンドパスフィルター２．　
３．　４それぞれにおける中心周波数は、例えばノッキ
ング振動が顕著に表れる周波数域７〜９ｋＨ２及びその
周辺周波数域から適宜選択すれば良い。但し、バンドパ
スフィルター２．　３．　４の数、即ち、抽出する周波
数成分の数は、上記３個に限るものではない。

それぞれのバンドパスフィルター２．　３．　４を通過
して得られる特定周波数の検出信号は、それぞれ抵抗Ｒ
とコンデンサＣとからなるノイズフィルターを介し、そ
れぞれにＡ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換されて強度変化検
出手段及びノッキング判別手段としての機能をソフトウ
ェア的に有するマイクロコンピュータ６に入力される。

前記マイクロコンピュータ６は、各バンドパスフィルタ
ー２．　３．　４を通過した相互に異なる周波数の検出
信号のＡ／Ｄ変換値に基づき、第３図のフローチャート
に示すようにしてノッキング発生を検出する。

第３図のフローチャートに示すノッキング発生検出は、
所定の周波数分析区間において行われるものであり、前
記所定の周波数分析区間とは、例えば点火雑音を避けて
各気筒の燃焼振動をサンプリングできる区間てあり、例
えばＡ　Ｔ　Ｄ　Ｃ１０’〜ＡＴＤＣ６０°とし、図示
しないクランク角センサからの検出信号に基づいてかか
る所定の周波数分析区間を検出する。

まず、周波数分析区間に入ったことか検出されると、各
バンドパスフィルター２’、　　３．　４を通過して入
力される各周波数成分の強度（振幅）をそれぞれ初期値
として記憶する（Ｓｌ）。

そして、各周波数成分毎に記憶された初期値かそれぞれ
変わらず、前記周波数分析区間において一定レベルの強
度か続くと仮定し、このときの前記強度の積分値の時間
軸変化を標本周期と前記初期値とに基づいて設定し、こ
れを規範変化特性とする（Ｓ２）。

次に、実際に入力される各周波数成分毎に求められる強
度の時間的推移（第４図参照）に基づき、かかる強度を
それぞれに時間軸上に標本周期毎に積分し、周波数分析
区間内における強度変化の特性を検出する（Ｓ３）。

そして、前述のように強度が不変であると仮定して得た
各周波数成分毎の規範変化特性と、実際に検出された各
周波数成分毎の強度積分値の変化の特性とを比較する（
Ｓ４）。

ここで、・規範変化特性は、強度変化がないことを前提
としているのでリニアに増大することになるが、これに
対し、実際の検出信号に基づいて得た強度積分値の変化
特性か合致しない場合には、その周波数成分にノッキン
グ振動が含まれているために、一定の強度で安定してい
ないものと推定してノッキング発生を判別する（Ｓ５）
が、実際の検出信号に基づく強度積分値も前記規範変化
特性と同様に略リニアに増大変化する場合には、その周
波数成分については機械振動のみであると推定してノッ
キングが発生していないものとする（Ｓ６）。かかる判
別を各バンドパスフィルター２゜３．４に対応する周波
数成分毎に行わせ、例えば各周波数成分毎のノッキング
判別・非ノッキング判別の多数決で最終的な判別を下す
ようにする。

尚、規範変化特性と実際の検出信号に基つく変化特性と
の比較は、例えば、同一時間軸における積分値の差を積
算していって、その積算値か所定値以上であるか否かに
よって行える。

上記第３図のフローチャートに示す割面によりノッキン
グ発生が検出される作用を次に説明する。

第５図に示すように、同じ周波数成分において、ノッキ
ング振動が含まれるときには、異常燃焼によるノッキン
グ振動か除々に減衰するから、前記周波数成分の強度も
最初は大きく除々に減衰して機械振動のみのレベルに戻
ることになり、逆にノッキング振動が含まれないときに
は、略一定の機械振動のレベルで強度で推移することに
なる。このため、ノッキング振動か含まれないときには
、分析区間の初期の強度を略維持することになり、強度
の積分値は略リニアに上昇することになる。

従って、前述のように、分析区間の初期の強度を一定と
仮定して、強度の積分値の時間軸変化を推定すれば、こ
の変化特性（所定の機関変化特性）は、ノッキング非発
生時のものとなり、ノッキングか発生しているときに、
実際の強度を時間軸上で積分していくと、第５図に示す
ように、前記ノッキング非発生時に対応するものとして
推定した変化特性に合致しない変化特性を示すことにな
る。

このため、実際の強度の時間軸上での積分値を求めて前
記ノッキング非発生時のものと比較することでノッキン
グか検出できるものである。

このように、特定周波数成分の強度変化に基づいてノッ
キングを検出てきるから、信号レベルか小さいときであ
っても識別か可能であり、また、機械振動が強くなる高
回転域であっても、容易にノッキング振動と機械振動と
を区別してノッキング検出を行えるものである。

尚、周波数によっては、ノッキングの発生によって機関
振動レベルよりも強度か弱くなり、ノッキング振動の減
衰に伴って機関振動レベルに戻るような特性を示す周波
数域もあるが、この場合にも、前記ノッキング非発生時
の変化特性であるリニアな変化を示さないから、ノッキ
ングを検出てきる。

上記実施例では、周波数分析区間の初期における強度を
一定としてノッキング非発生時の変化特性を設定するよ
うにしたが、予めそれぞれの周波数成分毎にノッキング
振動を含んだ場合の強度変化（減少変化又は増大変化）
の特性を求めておいて、このノッキング発生時に表れる
と予測される強度の変化特性と、実際の検出信号から求
めた各周波数成分毎の強度変化特性とを比較し、変化特
性が略一致する場合にはノッキング発生、変化特性が一
致しないときにはノッキング非発生時であると判別する
こともてきる。

また、上記実施例では、アナログフィルタによってノッ
クセンサ１の検出信号から特定周波数成分を抽出するよ
うにしたが、第６図に示すようなデジタルフィルタ方式
（周波数サンプリングデジタルフィルタ）によって必要
とする特定周波数成分をそれぞれに抽出するようにして
も良い。

第６図に示すデジタルフィルタは、複数段の遅延素子７
ａ、７ｂ、　　・・・と加算器ｌＯとからなるくし形フ
ィルタ７と、並列接続された共振器８ａ。

８ｂ、８ｃ、　　・・・とを縦接接続した構成である。

ここては、ノックセンサ１の検出信号をＡ／Ｄ変換器９
てＡ／ＤＬだ値を、くし形フィルタ７に取り込ませ、そ
のままのデータと遅延させかつ正負を逆転させたデータ
とを加算することて、出力特性として信号レベルを全体
的に減衰させると共に特に遅延時間に対応する周波数を
加算器１０て打ち消すようにし、かかる周波数特性がく
し形となった（特定周波数か歯抜けとなった）出力を、
それぞれ相互に異なる特定周波数に共振する共振器８ａ
、８ｂ、８ｃ、　　・・・に入力させることによって、
各共振器８ａ、　　８ｂ、　　８ｃ、　　・・・か共振
し続けることを抑止しつつ各共振器８ａ、　　８ｂ、　
　８Ｃ１・・・から必要とする周波数成分の信号レベル
をリアルタイムに取り出すものであり、かかる情報に基
づいて前述のような各周波数成分毎の強度変化特性を検
出するようにする。

前述のようなディジタルフィルタを用いれば、アナログ
フィルタを用いる場合に比へ部品点数を減少できると共
に、マツチング時間を短縮できることになる。

尚、本実施例ては、複数の周波数成分を用いたが、１つ
の特定周波数成分の強度変化のみによってノッキングを
判別させるようにしても良く、また、複数の周波数成分
それぞれの強度変化を検出してのノッキング判別におい
ては、最終的な判別を多数決に限るものではない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、機関振動を検出
する振動センサからの検出信号から特定周波数成分を抽
出し、該特定周波数成分の強度変化を検出することで、
ノッキング発生の有無を判別するようにしたので、ノッ
キング振動と機械振動との分離が容易に行え、信号レベ
ルの小さいときや機械振動の大きなときてもノッキング
を精度良（検出できるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図は同上実施
例におけるノッキング検出の内容を示すフローチャート
、第４図は同上実施例における特定周波数成分の強度の
時間的推移の一例を示す線図、第５図はノッキング発生
の有無による強度変化の様子及びその積分値変化を示す
線図、第６図は第１図示のアナログフィルタに代わるデ
ィジタルフィルタの一例を示すブロック図、第７図は従
来のノッキング検出装置の一例を示すブロック図である
。 １・・・ノックセンサ（振動センサ）　　　２．３゜４
・・・バンドパスフィルター　　５・・・Ａ／Ｄ変換器
６・・・マイクロコンピュータ　　７・・・くし形フィ
ルタ　　８ａ、８ｂ、８ｃｍ・・共振器 特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　笹　島　富二雄 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関本体に付設されて機関振動を検出する振動セ
   ンサと、 該振動センサの検出信号から特定周波数成分を抽出する
   特定周波数抽出手段と、 前記特定周波数抽出手段で抽出された特定周波数成分の
   強度変化を検出する強度変化検出手段と、該強度変化検
   出手段で検出された特定周波数成分の強度変化と所定の
   規範変化特性とを比較してノッキング発生を判別するノ
   ッキング判別手段と、を含んで構成された内燃機関のノ
   ッキング検出装置。
2. （２）前記強度変化検出手段が、特定周波数抽出手段で
   抽出された特定周波数成分の強度を積分するよう構成さ
   れ、前記ノッキング判別手段が前記積分値の変化特性と
   所定の規範変化特性とを比較することでノッキング発生
   を判別するよう構成されたことを特徴とする請求項１記
   載の内燃機関のノッキング検出装置。
3. （３）前記ノッキング判別手段における所定の規範変化
   特性が、特定周波数成分の強度が略一定である非ノッキ
   ング発生時の変化特性であることを特徴とする請求項１
   又は２のいずれかに記載の内燃機関のノッキング検出装
   置。
4. （４）前記ノッキング判別手段における所定の規範変化
   特性が、特定周波数成分の強度が減少変化又は増大変化
   するノッキング発生時の変化特性であることを特徴とす
   る請求項１又は２のいずれかに記載の内燃機関のノッキ
   ング検出装置。