JPH0477628A - 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の有無のみ
ならずその強度も検出し得るノッキング検出装置に関す
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
ているものがある（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６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（例えばＡＴＤＣＩＯ°〜６０°）だけ積分し、かか
る積分器１４における積分値のピーク値（積分区間にお
ける特定周波数成分強度の累積）をＡ／Ｄ変換器１５で
Ａ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ１６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、ノッキングが発生
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
ましいか、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運転領域又は気筒
において、前記差を充分に確保することかできない場合
かあり、この場合ノッキング発生の有無によって積分値
のピークレベルに明確な差異が発生しないために、ノッ
キングを誤検出してしまうことがあった。

また、従来は、前記積分値に基づいてノッキング有無の
判定をオン・オフ的に行うことはできるか、ノッキング
強度の判定か行えないという問題もあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ノッキ
ングセンサからの信号レベルが小さい場合あっても、ノ
ッキング発生の有無並びにその強度を検出し得るノッキ
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
センサの検出信号から特定周波数成分を抽出する。

強度変化検出手段は、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所定期間内で検出する
。

そして、ノッキング度合い設定手段は、前記検出された
特定周波数成分の強度変化と所定の規範変化特性との差
に基づいてノッキング発生に属する度合いを設定する。

ここで、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
ると共に、所定の規範変化特性が前記強度の積分値の変
化特性として設定され、ノッキング度合い設定手段が強
度サンプリングタイミング毎に前記積分値の偏差を累積
した値に基づいてノッキング発生に属する度合いを設定
するよう構成することができる。

〈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か、所定期間内でノッキング
発生時の特性で変化するか、また、ノッキング非発生時
の特性で変化するかが判別されるから、ノッキング振動
と機械振動との分離が信号レベルとは無関係に行えるこ
とになり、信号レベルか小さい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が行え、然も、
所定の規範変化特性に対する差としてノッキング発生に
属する度合い、換言すれば、ノッキング強度を求めるこ
とができる。

〈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（電圧）信号を出力する。

前記ノックセンサＩの検出信号（アナログ信号）は、Ａ
／Ｄ変換器２でＡ／Ｄ変換されてくし形フィルタ３に入
力される。

前記くし形フィルタ３は、複数段の単位遅延素子からな
る遅延回路４と、この遅延回路４を迂回したデータから
遅延回路４の出力データを減算する加算器５とから構成
されており、このくし形フィルタ３には、ノックセンサ
１の検出信号から抽出したい周波数の数に対応する数の
共振器６ａ〜６ｅが並列接続された回路が縦接接続され
ている。

前記共振器６ａ〜６ｅは、相互に異なる周波数成分に共
振するようにしてあり、本実施例では、かかる共振周波
数を、ノッキング振動が顕著に表れるとされている周波
数域７ｋＨｚ〜９ｋＨｚに従って７ｋＨｚ、８ｋＨｚ、
９ｋＨｚ、１０ｋＨｚ。

１１ｋＨ２としである。

前記くし形フィルタ３において、遅延回路４をバイパス
させたデータから遅延回路４で遅延されたデータを減算
することによって、検出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５で
消し合わせて、周波数特性として所謂（し形となる結果
が得るようになっている。

これにより、加算器５で消し合わされる信号に基づいて
各共振器６ａ〜６ｅか共振し続けることを抑止でき、各
周波数成分の強度か逐次得られるものである。

尚、本実施例では、上記のようにくし形フィルタ３と共
振器６ａ〜６ｅとの構成によってノックセンサ１からの
信号から特定周波数成分を抽出するようにしており、本
実施例における特定周波数抽出手段は上記くし形フィル
タ３と共振器６ａ〜６ｅとによって構成される。但し、
アナログのバンドパスフィルターを必要とする周波数の
数に対応させて設け、各バンドパスフィルターの出力を
Ａ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ７に読み込ませる
ようにしても良く、この場合にはバンドパスフィルター
か特定周波数抽出手段に相当することになる。

前記各共振器６ａ〜６ｅの出力、即ち、各周波数成分毎
の強度信号は、マイクロコンピュータ７に入力されるよ
うになっており、マイクロコンピュータ７は、クランク
角センサ８からの検出信号に基づいて検出される所定の
周波数分析区間において前記各共振器６ａ〜６ｅを介し
て入力されるノックセンサ１の特定周波数成分に基づき
、図示しない内燃機関におけるノッキング発生を検出す
る一方、該検出結果に基づいて点火装置９における点火
時期を補正制御する。

ここで、マイクロコンピュータ７が行うノッキング発生
検出の内容を、第３図のフローチャートに従って次に説
明する。

尚、本実施例において、強度変化検出手段、ノッキング
度合い設定手段としての機能は、前記第３図のフローチ
ャートに示すように前記マイクロコンピュータ７がソフ
トウェア的に備えている。

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（所定期間）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
間であり、例えば６気筒機関においてはＡＴＤＣＩＯ°
〜Ａ　Ｔ　Ｄ　Ｃ６０’とし、クランク角センサ８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
共振器６ａ〜６ｅを介して入力される各周波数成分の強
度ｄＢ（振幅）をそれぞれ初期値として記憶する（Ｓｔ
）。

そして、各周波数成分毎に記憶された初期値がそれぞれ
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、共振器６ａ〜６ｅからの出力間隔（標本周期
）と前記初期値とに基づいて設定し、かかるリニアな変
化特性をノッキング非発生時における規範変化特性とす
る（Ｓ２）。

次に、前記周波数分析区間において所定時間毎に入力さ
れることになる各周波数成分毎の強度を記憶し、各周波
数成分毎に強度の時間的推移（強度変化のパターン）を
検出する（第４図参照）。

そして、かかる検出に基づいて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
度変化のパターンか積分値の傾きとして観察されるよう
にする（Ｓ３）。

そして、前述のように強度か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し、両
者のズレ量を例えば規範変化特性に対する増大側でプラ
ス、減少側でマイナスとして強度のサンプリング間隔毎
に求めて累積させ、該累積値Ｅが規範変化特性に対する
実際の変化のずれ量を表すようにする（Ｓ４）。

尚、上記のように積分値変化の偏差を累積するときには
、ノッキング振動の発生時期の変化によって分析区間の
初期にノッキング振動による変化特性を積分値が正しく
示さないことがあるので、実際に検出された各周波数成
分毎の強度積分値が所定値以上になってからのずれ量を
累積させるようにすることが好ましい。

ここで、規範変化特性は、強度変化かないことを前提と
しているのでリニアに増大することになるか、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パ
ターン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
いないものと推定されるか、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
みであると推定できる（第５図参照）。

即ち、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か含まれない
ときには、略−定の機械振動レベルで強度か推移するこ
とになる。

このため、ノッキング振動が含まれないときには、分析
区間の初期の強度を略維持して、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かその後
変化しないと仮定して、強度の積分値の時間軸変化を推
定すれば、この変化特性（所定の規範変化特性）は、ノ
ッキング非発生時のものとなり、ノッキングが発生して
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パター
ンを示すことになり、ノッキング強度が大きいときほど
変化特性に大きな差異を示すことになる。

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し、その差異を累積
することでノッキング強度（ノッキング発生に属する度
合い）が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パターンに基づ
いてノッキングを検出できるがら、信号レベルか小さい
ときであっても識別が可能であり、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ょって機関
振動レベルよりも強度が弱くなり、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
ング強度を検出できる。また、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か、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
出信号がら求めた各周波数成分毎の強度変化パターンと
を比較し、非ノツキング度合いを示すことになる両者の
ずれ量の累積を求めるようにしても良い。

各共振器６８〜６ｅに対応する周波数成分毎に、周波数
分析区間における実強度変化の非ノツク時に対応する規
範変化特性に対するずれ量の累積値Ｅを上記のようにし
て求めると、各周波数成分毎に求めた累積値Ｅの絶対値
の総和、又は、平均値、更には、最大値などを求める。

そして、かかる各周波数成分毎のずれ量累積値Ｅから最
終的に設定されたずれ量累積値Ｅの絶対値、即ち、ノッ
キング発生に属する度合い（ノッキング強度）を示すこ
とになる値に基づいて、ノッキング発生の態様を本実施
例では３つに別けて最終的な検出結果とする。

まず、予め設定されているノッキング発生レベルの累積
値Ｅと実際に検出された累積値Ｅとを比較しくＳ５）、
ノッキング発生レベルを越えるときにはノッキングが発
生していると判定する（Ｓ６）。一方、ノッキング発生
レベルの累積値Ｅ以下であるときには、予め設定されて
いるノッキング非発生レベルの累積値Ｅと実際に検出さ
れた累積値Ｅとを比較しくＳ７）、ノッキング非発生レ
ベルよりも小さいときにはノッキング非発生状態を判定
するが（Ｓ８）、実際に検出された累積値Ｅがノッキン
グ発生レベルとノッキング非発生レベルとの中間の値で
ある場合には、ノッキングが発生しているともまたノッ
キングか発生していないとも断定できない状態であると
して、ノッキング発生の可能性有りの判定を下す（Ｓ９
）。

尚、上記のように各周波数成分毎に求めた累積値Ｅに基
づき、各周波数成分毎にノッキング発生の態様を上記の
３つに分別させ、判定されたノッキング発生態様の中で
最も判定数の多いものを最終的に選択させるようにして
も良い。

上記のように、ノッキング度合いを示すことになる累積
値Ｅに基づいてノッキング発生の態様を３種類に分別す
る場合には、例えば、ノッキング発生判定時には点火時
期を所定クランク角だけ遅角補正することてノッキング
発生を回避し、ノッキング非検出時には点火時期を所定
クランク角たけ進角補正して機関出力の増大を図り、更
に、ノッキング発生の可能性有りと判定されているとき
には、現状の点火時期を維持させるようにする。

このように、ノッキング発生の有無の他に、ノッキング
発生の可能性有りの判定があれば、点火時期の制御とし
て進角補正及び遅角補正の他に、現状維持の制御が行え
ることになり、ノッキング発生の有無判定に基づいて点
火時期を進角又は遅角補正させる場合に比べて制御性か
向上する。

上記のようにノッキング発生態様を３種類に分別させる
のは、最も簡便な方法であり、ノッキング度合いを示す
累積値Ｅから更に細かく４つ以上にノッキングレベルを
分別し、それぞれの分別結果に応じて点火時期の補正量
が設定されるようにしてあれば、更に、ノッキング回避
のための点火制御性が向上する。

尚、本実施例では、ノックセンサ１の検出信号から７ｋ
Ｈｚ、８ｋＨｚ、９ｋＨｚ、１０ｋＨ２゜１１ｋＨｚの
５種類の周波数成分を抽出するようにしたか、抽出する
周波数を限定するものではない。

また、周波数の数を限定するものでもなく、１つの周波
数成分のみによって第３図に示すフローチャートに従っ
てノッキング度合いの検出を行わせるようにしても良い
。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、振動センサの検
出信号レベルに関係なくノッキング発生を検出できると
共に、ノッキング強度を検出できるようになるので、か
かる検出結果に基ついて例えばノッキング回避のための
点火時期補正をきめ細かく実行させることが可能となっ
て、ノッキング回避のための点火時期制御の精度か向上
す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ブロック図、第３図は同上
実施例におけるノッキング検出制御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周波数分析区間
内における特定周波数成分の強度変化の一例を示す線図
、第５図は特定周波数の強度変化パターンに基づくノッ
キング判別を説明するためのタイムチャート、第６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。 ■・・・ノックセンサ（振動センサ）　　２・・・Ａ／
Ｄ変換器　　３・・・くし形フィルタ　　４・・・遅延
回路　　５・・・加算器　　６ａ〜６ｅ・・・共振器７
・・・マイクロコンピュータ ８・・・クランク角セ ンサ

Claims (2)

【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
   強度変化を所定期間内で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の差に基づいてノッキング
   発生に属する度合いを設定するノッキング度合い設定手
   段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関のノッキ
   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
   れると共に、前記所定の規範変化特性が前記強度の積分
   値の変化特性として設定され、前記ノッキング度合い設
   定手段が強度サンプリングタイミング毎に前記積分値の
   偏差を累積した値に基づいてノッキング発生に属する度
   合いを設定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。