JPH0635942B2 - 内燃機関のノッキング検出装置 - Google Patents

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が発生
すると、出力が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ぼすため、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〉 しかしながら、上記のようにノッキング発生を、積分値
のピークレベル（周波数強度レベル）で判別する構成で
は、ノッキング発生の有無による強度変化が充分にある
ことが望ましいが、実際には、機関の形状やノックセン
サの取付位置等によって前記強度変化が充分に得られな
い場合があり、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。

ところで、前記積分区間において、ノッキング発生時に
はノッキング振動を拾った周波数成分の強度が、ノッキ
ングの圧力作動の減衰に伴って減衰変化し、ノッキング
非発生時には、機械振動レベルを保って強度が殆ど変化
しないという特質を有する。本出願人は、かかる物質に
着目し、上記の積分区間と略一致する区間における実強
度変化の特性を検出してノッキングを検出する装置を先
に提案し、前記周波数強度のレベルがノッキング発生の
有無によって大きく変化しない条件であってもノッキン
グを検出できるようにした。

かかる強度変化に基づくノッキング検出では、所定区間
内で所定時間毎に入力される周波数強度のデータを順次
積分する一方、所定区間の初回に入力された強度がその
後変化しないものとして該初期値を積分して得られる変
化特性を規範変化特性として設定する。そして、実際の
強度を積分した値の変化と前記規範変化特性との偏差を
検出し、この偏差に基づいて実強度変化の度合いを検出
してノッキングを検出するよう構成することにより、強
度の絶対レベルとは無関係にノッキング検出できるよう
にしたものである。

しかしながら、上記のように所定区間の初回に入力され
た強度に基づいて規範変化特性を決定してしまうと、ノ
ックセンサに対する各気筒の距離の差を原因として前記
所定区間内において燃焼振動が表れる時期が気筒毎に変
化するため、気筒によっては周波数強度の変化の様子を
検出するため規範変化特性を精度良く設定できない場合
があった。

即ち、例えば第６図に示すような場合、強度変化を検出
する所定区間（周波数分析区間）の初回に入力した強度
に基づいてノッキング非発生時に対応する規範変化特性
を設定してしまうと（第６図中において○印を実線で結
んだ線）、実強度変化（第６図中において●印を点線で
結んだ線）の様子を規範変化特性に対する偏差として正
しく検出することができず、第６図に示すような場合に
は、分析区間に入ってから２番目に入力された強度に基
づいて規範変化特性（第６図中において×印を実線で結
んだ線）を設定することが望まれ、３番目に入力された
強度に基づいて規範変化特性を設定した場合（第６図中
において△印を実線で結んだ線）にもやはり所望の強度
変化検出が行えなくなってしまうものである。

従って、第６図に示すような場合には２番目に入力され
た強度、換言すれば、ノッキング振動が表れる直前の正
常燃焼時にそのレベルをその後保つことになる強度に基
づいて規範変化特性を設定することが望まれるが、セン
サまでの距離が更に遠い気筒では第６図に示すような強
度変化特性が遅れてセンサで検出されたり、逆に、セン
サまでの距離が短い気筒ではより早く検出されたりする
ため、特定１気筒で所望の規範変化特性が得られるよう
に第６図中点線示のように分析区間をマッチングして
も、他の気筒では所望の規範変化特性を設定できなくな
ることがあったものである。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、所定区
間内において検出された周波数強度の変化と、規範変化
特性とを比較してノッキングを検出する装置において、
前記規範変化特性を前記所定区間で得られた強度に基づ
いて精度良く設定できるようにして、ノッキング検出精
度の向上を図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所定区間における強度変
化が強度変化検出手段で検出され、また、初期強度サン
プリング手段は、特定周波数抽出手段で抽出された特定
周波数成分の強度が前記所定区間において気筒別に予め
設定されたスライスレベルを初めて越えたときの強度を
サンプリングする。

ここで、規範変化特性設定手段は、初期強度サンプリン
グ手段でサンプリングされた強度が前記所定区間におい
て不変であるとして前記所定区間における前記特定周波
数成分の強度の規範変化特性を設定する。

そして、ノッキング判別手段は、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規範変化特性設定
手段で設定された規範変化特性とを比較してノッキング
発生を判別する。

〈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が、所定区間において規範変
化特性に略一致するノッキング非発生時の特性で変化す
るか、又は、前記規範変化特性と大きく異なるノッキン
グ発生時の特性で変化するかが判別されることになるの
で、ノッキング振動と機械振動との分離が行えることに
なり、ノッキング発生の有無によって強度の大きな差異
が発生しないような場合であっても、ノッキング振動の
みを取り出してノッキング検出が可能となる。

然も、所定区間で検出される強度変化と比較される規範
変化特性を、所定区間の初期の強度に基づいて設定する
ときに、所定区間に入ってから気筒別に予め設けられて
いるスライスレベルを初めて越えたときの強度に基づい
て設定するから、振動センサから各気筒までの距離が異
なり所定区間において入力される強度データに気筒間で
遅れや進みによって、然も、気筒毎に得られる強度レベ
ルが異なっても、正常燃焼時の強度レベルをサンプリン
グして規範変化特性を設定させることができ、これによ
って実強度変化を精度良く検出することができる。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。

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１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７ｋＨｚ〜９ｋＨｚに従って７ｋＨｚ，８ｋＨｚ，９
ｋＨｚ，10ｋＨｚ，11ｋＨｚとしてある。

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、時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くし形となる結果
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が共振し続けることが抑止でき、各
周波数成分の強度が逐次得られるものである。従って、
本実施例における特定周波数抽出手段は、上記Ａ／Ｄ変
換器２，くし形フィルタ３，共振器６ａ〜６ｅによって
構成される。

尚、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い。

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
し、該検出結果に基づいて点火装置９における点火時期
を制御することによって、ノッキングを速やかに回避し
つつ、点火時期を進角制御する。

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、強度変化検出手段は，初期強度
サンプリング手段，規範変化特性設定手段，ノッキング
判別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プログラムはノックセン
サ１の検出信号の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強度を検出するためのプログラムで
あり、所定の周波数分析区間（所定区間）において行わ
れる。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ＡＴＤＣ10゜〜ＡＴ
ＤＣ60゜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が検出されると、予
め各気筒別に設定されているスライスレベルＹ＃１〜Ｙ
＃４の中から、今回の燃焼気筒に対応するスライスレベ
ルＹが選択され、最初に各共振器６ａ〜６ｅを介してそ
れぞれ入力された周波数成分の強度が前記スライスレベ
ルＹを越えているか否かを判別する（Ｓ１）。

前記スライスレベルＹは、ノックセンサ１に対して各気
筒の距離が異なることによって、前記周波数分析区間に
おける燃焼振動が表れる時期が異なることを気筒間で補
償するためのものである。

本実施例では、ノッキング振動が表れる直前の正常燃焼
時の周波数強度をサンプンリングしておいて、その後に
該サンプリング値を維持するか又はノッキング発生によ
り強度が変化するかによってノッキングを検出するもの
であり、正常燃焼時の強度レベルが前記周波数分析区間
の初期でサンプリングできるように設定してあるが、例
えばノックセンサ１から遠い気筒では、前記周波数分析
区間内において検出される周波数強度データが遅れるた
め、周波数分析区間の最初に入力された強度データは、
気筒によって正常燃焼時の強度となるが、他の気筒では
サンプリングが過早となったり、逆に遅れたりして、正
常燃焼時の強度をサンプリングできなくなってしまう。

従って、化気筒毎に正常燃焼時の強度データをサンプリ
ングできるように、予め実験によって各気筒別のスライ
スレベルＹ＃１〜Ｙ＃４を設定してあり、かかるスライ
スレベルＹ＃１〜Ｙ＃４を越えないときには、次の入力
される強度スライスレベルＹを越えるか否かを判別させ
る。

そして、初めてスライスレベルＹを越えた強度、即ち、
各気筒のノックセンサ１に対する距離の差を補償されて
サンプリングされた正常燃焼時の強度検出値が、各周波
数別にそれぞれ初期値として記憶される（Ｓ２）。

次に、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
が続くと仮定し、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
のノッキング非発生時に対応する規範変化特性とする
（Ｓ３）。

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（Ｓ４）。

そして、前述のように強度が不変であると仮定して得た
各周波数成分毎のノッキング非発生時に対応しうる規範
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（Ｓ５）。

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
性が合致しない場合には、その周波性成分にノッキング
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（Ｓ６）
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（Ｓ７）。かかる判
別を各共振器６ａ〜６ｅ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づく変化特性と
の比較は、例えば、同一時間軸における積分値の差を演
算していって、その積算値が所定値以上であるか否かに
よって行う。ここで、前記差の積算値に基づいてノッキ
ング発生の態様を３つ以上に判別させたり、また、ノッ
キング発生に属する度合いを設定させるようにしても良
い。

上記第３図のフローチャートに示す制御によりノッキン
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、周波数分析区間におい
て、異常燃焼発生時からノッキング振動が徐々に減衰す
るから、前記周波数成分の強度も最初は大きく徐々に減
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
のレベルで強度が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が検出できるもの
である。

但し、前記規範変化特性は、第６図に示すように、初期
値のサンプリングによって大きく特性が異なり、各気筒
とノックセンサ１との距離のバラツキに応じて異なる時
期の入力データを初期値として規範変化特性を制定させ
るようにする必要があるが、本実施例では上記のように
気筒別のスライスレベルＹによって前記初期値サンプリ
ングを制御することで、各気筒とノックセンサ１との距
離のバラツキを補償して規範変化特性の設定精度が確保
されるので、該規範変化特性と実強度変化との比較によ
る前述のようなノッキング検出の精度が向上する。

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
ングを検出できる。

また、本実施例では、複数の周波数成分を用いたが、１
つの特定周波数成分の高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の所定区間における変化
の様子に基づいてノッキングを検出する装置において、
実行度変化と比較される規範変化特性を、所定区間の初
期入力データに基づいて設定させるときに、各気筒と振
動センサとの距離のバラツキによる強度データの入力時
期のずれを補償させることができ、以て、前記規範変化
特性の設定精度が向上し、ノッキング検出精度を向上さ
せることができ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積分値の変化の様子を示す線図、第
６図は第５図示の規範変化特性の設定制御の問題点を示
す線図、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……Ａ／Ｄ変換
器、３……くし形フィルタ、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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   所定区間における強度変化を検出する強度変化検出手段
   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
   強度が前記所定区間において気筒別に予め設定されたス
   ライスレベルを初めて越えたときの強度をサンプリング
   する初期強度サンプリング手段と、 該初期強度サンプリング手段でサンプリングされた強度
   が前記所定区間において不変であるとして前記所定区間
   における前記特定周波数成分の強度の規範変化特性を設
   定する規範変化特性設定手段と、 前記強度変化検出手段で検出された特定周波数成分の強
   度変化と前記規範変化特性設定手段で設定された規範変
   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。