JPH061214B2 - 内燃機関のノツキング燃焼の検出装置 - Google Patents

内燃機関のノツキング燃焼の検出装置

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JPH061214B2
JPH061214B2 JP59243566A JP24356684A JPH061214B2 JP H061214 B2 JPH061214 B2 JP H061214B2 JP 59243566 A JP59243566 A JP 59243566A JP 24356684 A JP24356684 A JP 24356684A JP H061214 B2 JPH061214 B2 JP H061214B2
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signal
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    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/225—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor

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Description

【発明の詳細な説明】 公知技術 本発明は特許請求の範囲の独立請求項の上位概念に記載
の、内燃機関におけるノッキング燃焼の検出装置を基礎
としている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開公報第３１３７０１６号
に、内燃機関におけるノッキングの検出方法および装置
が示されている。この方法においては、ノッキング徴候
信号が、ディジタルフィルタの出力パルス列に応じて形
成される少なくとも１つの基準信号と比較される。ノッ
キング徴候信号がこの基準信号を上回ると、ノッキング
の検出されたことを示す信号が送出される。ノッキング
センサから供給される信号は、可制御の増幅度を有する
増幅器へ導びかれる。この増幅度は帯域通過フィルタ、
復調器、および調整素子を介して、復調器の出力信号が
実質的に一定となるようにかつエンジン回転数に依存し
ないように、制御される。この公知の方法の欠点は、回
路技術およびプログラム技術の費用が大きいことであ
る。ディジタルフィルタの伝達関数が一般的に与えられ
るのではなく、フィルタ係数Ｋは経験的に形成する必要
があり、例えば回転数にまたは負荷に依存して選定しな
くてはならない。そのため各々のエンジン機種に対する
基準信号は広範な一連の実験においてはじめて求めら
れ、内燃機関の多くの作動状態に対してノッキング検出
のための一定の応動感度が明瞭には保証されない。
ドイツ連邦共和国特許公開公報第３２１５６８３号に、
エンジンノッキングの検出方法および装置が示されてい
る。この方法においては、ノッキングセンサから供給さ
れる信号が帯域通過フィルタと整流器を通る。次に第１
平滑回路を介して、エンジンノッキングノイズおよび背
景ノイズから成る信号が得られる。これらの両方の信号
が得られる。それと同時に第２平滑回路を介して背景ノ
イズだけから成る信号の差の形成によりノッキング信号
が得られる。この回路の欠点は、エンジンノッキングノ
イズそのものが背景ノイズの中へ侵入することである。
そのためノッキングの強さが増加すると、ノッキング検
出の応動感度が低下する。第２平滑回路の電荷蓄積、積
分作用により背景ノイズ信号の出力密度がエンジンノッ
キング信号の出力密度の後から、もとのセンサ信号に比
べて約係数３０だけ遅れて現れる。そのためエンジンノ
ッキングの検出方法と装置のダイナミック特性が著しく
制限され、迅速なノッキング調整が可能でなくなる。
本発明の利点 本発明の特許請求の範囲の独立請求項の特徴部分に示さ
れた構成を有する装置は、可制御の増幅度を有する増幅
器により、ノッキングセンサから供給される入力信号の
種々異なる出力度に応動させるための適合化が可能とな
る。予期されるノッキング信号に周波数特性を適合した
フィルタが、誤差発生の確率を低減させる。このフィル
タにおいて、典型的な周波数範囲における信号によるノ
ッキング検出が可能である。第１閾値スイッチが所定の
論理出力信号を供給する。その結果、ノッキング燃焼が
存在しているか否かの明確な通報が可能となる。第１閾
値スイッチのヒステリシスと導びかれた電圧により、基
本ノイズレベルを上回る様にＳ／Ｎ比が向上される。増
幅器の増幅度が増幅器の出力信号に依存して制御される
ため、次の利点が得られる。即ち増幅器の出力信号の出
力密度を、入力信号に関係なくしたがって負荷および／
または回転数に関係なく一定に維持する自動増幅度調整
が、すでに入力回路において可能となる。
従属請求項に示された構成により、本発明の装置の有利
な実施態様が可能となる。整流器およびこれに後置接続
された第１積分器による増幅度の制御により、複雑でな
いかつ確実な自動増幅度調整が可能となる。ヒステリシ
ス特性を有する第２閾値スイッチと第１積分器とによる
増幅度の制御により、迅速かつ正確な自動増幅度調整が
比例制御の形式で可能となる。ノッキング燃焼の検出の
際に第１積分器はその値を変化しないため、ノッキング
検出信号の発生が本発明の装置の感度を低下させない利
点が得られる。第１閾値スイッチに第２積分器を後置接
続したことにより、第２積分器の出力信号をノッキング
の強さに対する尺度として簡単に使用できる。所望の種
々の信号レベルへ簡単に適合化する目的で第２積分器
を、コンデンサを充電するスイッチングされる電流源と
して構成する。第１閾値スイッチにスイッチを後置接続
し、ノッキング燃焼の現れるクランク軸角度範囲におい
てこのスイッチを閉成することにより、一層確実なノッ
キング検出が保証される。第１閾値スイッチに再トリガ
可能な単安定マルチバイブレータを接続したため、ノッ
キング燃焼が生じているか否かを示す論理信号が著しく
簡単に形成できる。第１閾値スイッチに後置接続したマ
イクロコンピュータにより、第１閾値スイッチの出力信
号の変化の個数をノッキング燃焼の調整開始に十分であ
るか否かの条件として使用できる。
実施例の説明 次に本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
第１図において、ノッキングセンサ１は信号を入力側１
１へ供給する。入力側１１は増幅器２の入力側と接続さ
れている。増幅器２の出力側から整流器７が第１積分器
８へ導びかれている。積分器８の出力側は増幅器２の制
御入力側２７とおよび背景雑音出力側１３と接続されて
いる。増幅器２の出力側は帯域通過フィルタ３を介して
ノッキング第１閾値スイッチの非反転入力側と接続され
ている。ノッキング第１閾値スイッチ４の反転入力側は
端子１５と接続されている。ノッキング第１閾値スイッ
チ４の出力側は端子１４を介して、スイッチ５の入力側
と接続されている。スイッチ５の出力側は、単安定マル
チバイブレータ６の入力側と接続されている。この単安
定マルチバイブレータの出力側はノッキング出力側１２
を形成している。端子１７がスイッチ５の制御入力側５
１へ導びかれている。
第１閾値スイッチ４の反転入力側１５にノッキング閾値
を設定するための所定の電圧が導びかれる。他方、第１
閾値スイッチ４の非反転入力側へ、準備処理されたセン
サ信号が導びかれる。
第１閾値スイッチ４は、その両方の入力側における信号
に依存して２種類の出力信号を送出する２安定スイッチ
である。非反転入力側の電圧が反転入力側の電圧よりも
所定値だけ低い時は、第１閾値スイッチ４の出力側は低
いレベルの信号を送出する。他方、非反転入力側の電圧
がこの閾値を所定値だけ上回ると、出力側１４に高レベ
ルの信号が送出される。
ノッキングセンサ１の形式は重要ではない。第１図〜第
３図において、ノッキングセンサ１は実質的にピエゾセ
ラミック素子から形成されている。それに代えて好適な
センサを、たとえば圧電振動子、たわみ振動子またはこ
れに類する振動子も用いることもできる。
増幅器２の出力側は整流器７および第１積分器８を介し
て増幅器２の制御入力側２７へ帰還接続されている。こ
れにより自動的な増幅度調整が行える。このことは例え
ばラジオ受信機技術において広く知られている。増幅機
２は“演算変換コンダクタンス増幅器”である、即ち増
幅器の勾配（電圧増幅度）が制御入力側２７における入
力電流を用いて設定される。そのため背景雑音出力側１
３には、入力側１１における信号レベルに反比例する電
流信号が設定される。
増幅器２の調整された出力信号は帯域通過フィルタ３を
通過する。このフィルタの周波数特性は、所望のノッキ
ング信号の代表的な周波数特性に同調されている。その
ためこの周波数領域の中の信号ピークだけが、即ちノッ
キングパルスだけが、ノッキング第１閾値スイッチ４の
非反転入力側へ達する。
ノッキング第１閾値スイッチ４はヒステリシス特性を有
するシュミットトリガである。このヒステリシスは、基
本ノイズに対するノッキング信号と背景ノイズとの間の
改善されたＳ／Ｎ比を形成する。端子１５においてノッ
キング第１閾値スイッチの反転入力側へ、電圧がノッキ
ング閾値として導びかれる。ノッキング第１閾値スイッ
チ４の非反転入力側における信号がこのノッキング閾値
とヒステリシス幅の半分との和を越えると、端子１４に
正の信号が現れる。他方、ノッキング閾値からヒステリ
シス幅の半分を引いた差の値下回ると、端子１４は負の
電位を有する。端子１４における正または負の電位と
は、論理レベルのことである。ノッキング第１閾値スイ
ッチ４のノッキング閾値およびヒステリシス幅の値は、
入力信号が加わらない時は、第１閾値スイッチの出力側
に常に同じ電位が設定される様に、選定される。このこ
とは、フィルタ３の出力信号が存在しないとすなわちノ
ッキング第１閾値スイッチ４の非反転入力側が“無負
荷”であると、この休止電位はヒステリシス領域の外側
にあることを、意味する。この構成により保証されるこ
とは、各々の新たな燃焼サイクルの場合に、即ち新たな
ノッキング検出に対して、同じ休止位置が即ち同じ応動
感度が存在することである。
ノッキング第１閾値スイッチ４の出力信号はスイッチ５
へ導びかれる。このスイッチ５は、端子１７へ加えられ
る窓信号により閉じられる。ノッキング燃焼は、クラン
ク軸回転の所定の角度領域において現れる。この角度領
域の外側ではノッキング燃焼は生じ得ない、何故ならば
例えば４サイクル内燃機関の場合は、吸入弁または排出
弁は開かれているからである。そのためスイッチ５によ
りノッキング第１閾値スイッチ４の出力信号の時間選択
が実施される。内燃機関のまたは燃焼期間により駆動さ
れる車両のノッキングに類似する振動は、この窓信号の
範囲外にあり、ノッキング調整に関与し得ない。
端子１４における信号は、スイッチ５が閉じられている
時に、単安定マルチバイブレータ６へ導びかれる。単安
定マルチバイブレータ６は再トリガ可能である。この単
安定マルチバイブレータはこれが端子１４におけるノッ
キングパルスにより駆動されている間は、その時定数内
に正の信号をノッキング出力側１２へ送出する。
第４図に内燃機関のノッキング燃焼の１周期が示されて
いる。第４図のＡ）は増幅器２の出力信号を示す。この
増幅器はピエゾセラミックの感圧センサ１の出力信号
を、被制御の下に、増幅する。フィルタ３の出力側に
は、第４図のＢ）に示されている信号が現れる。第４図
のＣ）は、端子１４における検出されたノッキングパル
スを示す。第４図のＤ）は、端子１７におけるスイッチ
５の制御のための窓信号を示す。ノッキング出力側１２
は第４図のＥ）に示す、単安定マルチバイブレータ６の
出力信号を送出する。
第２図は本発明による装置の変形実施例を示す。この実
施例は第１図に示した実施例と３つの点で構成が異な
る。第１に、第１図における整流器が第２閾値スイッチ
２３により置き換えられており、第２に単安定マルチバ
イブレータ６が被制御の、第２積分器としての電流源２
２により置き換えられ、第３に第１図の実施例に付加的
に、第１積分器８に、被制御の第１スイッチ２０が前置
接続されている。
ノッキング第２閾値スイッチ２３はノッキング第１閾値
スイッチ４と同様の構成を有する。増幅器２の出力信号
は、ヒステリシス特性を有する第２閾値スイッチ２３の
反転入力側へ導びかれる。非反転入力側は端子１６と接
続されており、この端子の電位を用いて第２閾値スイッ
チ２３のトリガ閾値が設定される。第２閾値スイッチ２
３の出力側は第１スイッチ２０の入力側へ導びかれてお
り、第１スイッチ２０の出力側は積分器８の入力側へ導
びかれている。
端子１４に送出されるノッキングパルスは窓信号内に電
流源２２を投入接続および遮断する。そのためこの電源
の電流がコンデンサを充電する。このように充電された
電流は、コンデンサにおいて電圧信号を形成する。図示
されていない比較器の閾値を上回ると、ノッキング信号
がノッキング出力側１２に生ずる。このコンデンサは、
端子１８におけるリセットパルスを用いて放電する。そ
の結果、この第２積分器は次の燃焼に対して新たに準備
状態となる。
端子１４は、スイッチ２０の制御入力側２１と接続され
ている。この端子１４にノッキングパルスが加わると、
スイッチ２０は開かれる。このことは、第１積分器８の
入力側が、ノッキングが検出された時は、遮断されるこ
とを意味する。そのため第１積分器８はその値を保持
し、増幅器２は、ノッキング検出中は一定の増幅度を有
する。そのため第２図の実施例における本発明の装置は
その感度が、ノッキング検出中は減少しないことが、保
証される。何故ならば強いノッキングパルスが積分され
ないからである。第２閾値スイッチ２３の使用が、比例
制御のような迅速かつ精確な自動増幅度調整を可能にす
る。
第２図の実施例の動作に対しても第１図の実施例の説明
に用いた第４図のＡ）〜Ｄ）が適用される。第４図の
Ｆ）は端子１４におけるノッキングパルス（第４図の
Ｃ））がどのように積分されるかを示す。比較器の閾値
を上回ると、ノッキング出力側１２に、第４図Ｇ）に示
すノッキング信号が形成される。
第３図は第３実施例を示す。この第３実施例では、第２
図の実施例におけるスイッチ５および被制御の電流源２
２が、マイクロコンピュータ９に置き換えられている。
端子１４は入力側９１へ導びかれ、端子１７はマイクロ
コンピュータ９の入力側９３へ導びかれている。出力側
９４はスイッチ２０の制御入力側２１と接続されてい
る。出力側９２はノッキング出力側１２へ導びかれてい
る。
マイクロコンピュータ９はプログラムにもとづいて、端
子１４におけるノッキングパルスに依存してノッキング
が存在しているか否かを判定する。窓信号が端子１７に
おいて読み込まれる。マイクロコンピュータ９は出力側
９４を用いてスイッチ２０を切り換える。マイクロコン
ピュータ９のための判定尺度は、端子１４におけるパル
スの個数である。端子１４における少なくとも３つのパ
ルスが時間窓の中にあると、ノッキングが生じているも
のと検出される。
第３図による実施例に対しても、前述の２つの実施例と
同様に、第４図のＡ）〜Ｄ）に示された信号経過が当て
はまる。第４図のＨ）にノッキング出力側１２における
信号が示されている。この信号がマイクロコンピュータ
９から供給されるのは、端子１７における時間窓の中
で、マイクロコンピュータがその入力側９１で端子１４
における３番目のパルスの前縁を検出した時である。第
４図のＨ）に示されているパルスは、端子１７における
時間窓の終端により設定される。
マイクロコンピュータ９の入力側９１は、この信号を直
ちにマイクロコンピュータ９に処理可能にさせるための
遮断入力側である。さらにマイクロコンピュータによ
り、図示されていないノッキング調整の機能も実施され
る。さらに各種の変形プログラムにより、第４図のＨ）
に示されているノッキング信号の持続時間を種々のパラ
メータに依存して形成して、調整へ影響を与えることも
できる。
本発明はもちろんこれらの３つの実施例だけに限定され
るものではない。３つの実施例の構成の有利に組み合わ
せることもできる。センサ信号をアナログ・デジタル変
換器により変換することも、本発明の装置またはその一
部をマイクロコンピュータの内部のプログラム・ルーチ
ンにより実現することもできる。
発明の効果 本発明により、ノッキングセンサ信号の異なる密度に対
応できて、誤差の発生の確率の低減された、かつノッキ
ングの発生を確実に検出できる装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は増幅度調整回路中の整流器と単安定マルチバイ
ブレータを有するノッキング燃焼の検出装置の実施例を
示すブロック図、第２図は増幅度調整回路中の閾値スイ
ッチとスイッチングされる電流源とを有する実施例のブ
ロック図、第３図は閾値スイッチとマイクロコンピュー
タとを有する実施例のブロック図、第４図は前記３つの
実施例の動作を示す信号図である。 １…ノッキングセンサ、２…増幅器、３…フィルタ、４
…閾値スイッチ、５…第２スイッチ、６…単安定マルチ
バイブレータ、７…整流器、８…第１積分器、９…マイ
クロコンピュータ、２２…第２積分器、２３…第２閾値
スイッチ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ノッキングセンサを備え、該ノッキングセ
    ンサの出力信号が増幅器へ導びかれ、該増幅器の増幅度
    は出力信号に依存して制御可能であり、さらにフィルタ
    を備え、該フィルタの周波数特性は予期されるノッキン
    グ信号へ適合化されており、さらに閾値スイッチを備
    え、前記の増幅器の出力がフィルタへ導びかれ、該フィ
    ルタはノッキング閾値の設けられている閾値スイッチと
    接続されている形式の、内燃機関のノッキング燃焼の検
    出装置において、閾値スイッチ（４）が可調整の幅のヒ
    ステリシスを有し、ノッキング閾値とヒステリシス幅の
    半分との和を上回るか、またはノッキング閾値からヒス
    テリシス幅の半分を引いた差の値を下回ると、切り換え
    が行われ、前記のヒステリシス幅とノッキング閾値の高
    さを、入力信号が加わらない時は、閾値スイッチ（４）
    の出力側に常に同じ電位が設定されるように選定したこ
    とを特徴とする、内燃機関のノッキング燃焼の検出装
    置。
  2. 【請求項２】増幅器（２）の出力信号を整流器（７）へ
    導びき、該整流器へ第１積分器（８）を後置接続し、該
    第１積分器の出力側が制御入力側（２７）を介して増幅
    器（２）の増幅度を制御する、特許請求の範囲第１項記
    載の装置。
  3. 【請求項３】増幅器（２）の出力信号をヒステリシス特
    性を有する第２閾値スイッチ（２３）へ導びき、該第２
    閾値スイッチに第１積分器（８）を後置接続し、該第１
    積分器の出力側が制御入力側（２７）を介して増幅器
    （２）の増幅度を制御する、特許請求の範囲第１項記載
    の装置。
  4. 【請求項４】ノッキング燃焼が検出された時に、第１ス
    イッチ（２０）により、第１積分器（８）が増幅器（２
    ２）の出力側から遮断される、特許請求の範囲第２項ま
    たは第３項記載の装置。
  5. 【請求項５】第１閾値スイッチ（４）に第２スイッチ
    （５）を後置接続し、該第２スイッチはノッキング燃焼
    が生じ得るクランク軸角度領域において閉成される、特
    許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載
    の装置。
  6. 【請求項６】第２スイッチ（５）に再トリガ可能の単安
    定マルチバイブレータ（６）を後置接続した、特許請求
    の範囲第５項記載の装置。
  7. 【請求項７】第２スイッチ（５）に、制御される電流源
    （２２）として構成される第２積分器を後置接続した、
    特許請求の範囲第５項記載の装置。
  8. 【請求項８】第１閾値スイッチ（４）にマイクロコンピ
    ュータ（９）を後置接続し、マイクロコンピュータ
    （９）は、第１閾値スイッチ（４）のノッキング信号の
    数または持続時間に依存して、出力信号を出力側（９
    ２）へ送出し、マイクロコンピュータ（９）が第１スイ
    ッチ（２０）を作動し、マイクロコンピュータ（９）が
    ノッキング燃焼の検出に依存して制御に関与する、特許
    請求の範囲第４項または第５項記載の装置。
  9. 【請求項９】入力信号が加わらない時は、第１および第
    ２閾値スイッチ（４，２３）の出力側に常に同じ電位が
    設定される、特許請求の範囲第３項から第８項までのい
    ずれか１項記載の装置。
  10. 【請求項１０】第１積分器（８）を、接続制御される電
    流源として構成した、特許請求の範囲第２項から第９項
    までのいずれか１項記載の装置。
JP59243566A 1983-11-24 1984-11-20 内燃機関のノツキング燃焼の検出装置 Expired - Lifetime JPH061214B2 (ja)

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