JPH0641895B2 - 内燃機関のノツキング検出方法及び装置 - Google Patents

内燃機関のノツキング検出方法及び装置

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JPH0641895B2
JPH0641895B2 JP59100725A JP10072584A JPH0641895B2 JP H0641895 B2 JPH0641895 B2 JP H0641895B2 JP 59100725 A JP59100725 A JP 59100725A JP 10072584 A JP10072584 A JP 10072584A JP H0641895 B2 JPH0641895 B2 JP H0641895B2
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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】 イ）技術分野 本発明は内燃機関のノツキング検出方法及び装置に係り
さらに詳しくはノツキングセンサの信号を基準信号と比
較して内燃機関のノツキングを検出する内燃機関のノツ
キング検出方法及び装置に関するものである。
ロ）従来技術 ドイツ特許公報第３００９０４６号及び第３１３７０１
６号によりすでにこの種のノツキング検出方法が知られ
ており、この場合にはノツキングとは燃料・空気混合気
の衝撃波と考えられており、これは特にエンジンの可聴
周波数振動として知覚される。ノツキングにより普通は
ピストン及びシリンダの燃焼室側壁面に強い熱負荷が生
じ、それによつて材料の損傷が生じることがあり、さら
に長時間持続した場合には内燃機関自体を破壊しかねな
いので、これまで基本的にノツキングを回避しようとす
る怒力がなされて来た。そのためにはノツキングを早期
にかつ確実に検出しなければならず、その場合センサに
より検出された内燃機関の振動からノツキング信号を確
実かつノイズなしに読み取るという測定技術上の問題が
生じる。ノツキングの測定は、たとえば圧力の特性、光
の強さ、炎によるイオン化あるいはエンジンのノイズを
検出することによつて行なわれる。
従来の方法の場合には、平均的な基本ノイズをそのとき
のエンジンの振動と比較し、電気的振動に変形された機
械的な振動の積分を所定の時間窓の範囲内で処理して検
出を行なつている。したがつて限定された周波数スペク
トル内で振幅と場合によつてはノッキング振動の期間の
みが検出に用いられる。このとき測定値が基準値を上回
った場合に、ノツキングと判定される。さらに確実なノ
ツキング検出を行うためには、ノツキング信号の選別と
処理に多大な労力を費さねばならない。
ハ）目 的 本発明は上記の欠点を除去するためになされたもので、
多大な労力を必要とすることなく早期かつ確実にノツキ
ングを検出することができる内燃機関のノツキング検出
方法及び装置を提供することを目的としている。
本発明は、この目的を達成するために、ノッキングセン
サの信号が取り出され、フィルタによりフィルタ処理さ
れる内燃機関のノッキング検出方法において、 前記フィルタ処理された信号の関数値が順次形成され、 典型的なノッキング燃焼時に現れるノッキングセンサの
信号をフィルタ処理して得られる信号の関数値が基準関
数値として予め求められて格納され、 前記形成された関数値と基準関数値が互いに規格化さ
れ、 前記順次形成された一連の関数値により定まる信号形状
と格納された一連の基準関数値により定まる信号形状を
比較するために、複数の関数値に対して前記形成された
関数値と対応する基準関数値間の差値の関数が形成され
てそれぞれ合計され、 その全合計値が所定の許容値以下であるときには両信号
形状がほぼ一致していると判断されてノッキング状態が
検出される構成を採用した。
又、本発明は、ノッキングセンサの信号が取り出され、
フィルタによりフィルタ処理される内燃機関のノッキン
グ検出装置において、 前記フィルタ処理されたノッキングセンサの信号の関数
値を順次形成する関数値形成装置と、 アナログ・デジタル変換器を介して前記関数値形成装置
と接続されたマイクロコンピュータとを設け、 典型的なノッキング燃焼時に現れるノッキングセンサの
信号をフィルタ処理して得られる信号の関数値を基準関
数値として前記マイクロコンピュータのメモリに格納
し、 前記マイクロコンピュータにおいて、前記形成された関
数値と基準関数値を互いに規格化し、また前記順次形成
された一連の関数値により定まる信号形状と格納された
一連の基準関数値により定まる信号形状を比較するため
に、複数の関数値に対して前記形成された関数値と基準
関数値間の差値の関数を形成してそれぞれ合計し、 その全合計値が所定の許容値以下であるときには両信号
形状がほぼ一致していると判断されてノッキング状態が
検出される構成も採用した。
ニ）実施例 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
第１図に示す本発明の第１の実施例において、たとえば
ボデイ音センサ（エンジンノイズの検出）、燃焼室内の
光ガイドセンサ（燃焼室の光学的観察）、圧力センサ
（燃焼室内の圧力検出）あるいはイオン電流センサ（燃
焼室内のイオン電流の検出）として形成されたノツキン
グセンサ１０の信号が増幅回路１１へ導かれる。この増
幅回路の出力側は約６ＫＨｚの共振周波数を有する帯域
フイルタ１２を介して整流回路１３と接続されている。
この整流回路１３の出力側は、二つの積分段１４，１５
から構成される積分器を介してアナログ・デジタル変換
器１６へ導かれ、この変換器１６の出力側はマイクロコ
ンピユータ１７に接続されている。マイクロコンピユー
タ１７によつて増幅回路１１の増幅係数の制御が行われ
るとともに二つの積分段１４，１５が交互に駆動され
る。帯域フイルタ１２の出力側はたとえばコンパレータ
として構成される零点通過検出器１８を介してマイクロ
コンピユータ１７と結合されている。原理的には、この
零点通過検出器１８の代わりにピーク値検出器を用いる
こともできる。さらにマイクロコンピユータ１７には入
力１９を介して角度情報Ｗが入力される。この角度情報
は例えば回転角度センサからの信号、内燃機関の点火信
号等である。そしてマイクロコンピユータ１７の出力側
２０にはノツキング情報、すなわちノツキングが発生し
たか否かが出力される。このノツキング情報は通常ノツ
キング調整装置へ供給され、このノツキング調整装置に
よって点火時点、混合組成あるいは他のノツキングを減
少させるパラメータが調節ないし制御される。
第２図に示す第２の実施例はほゞ第１の実施例と対応し
ているので、簡略化を図るために対応する構成グループ
の図示、説明を省略する。唯一の相異点は積分段１４，
１５がピーク値検出器２１，２２に代わつていることで
ある。
次に、第１図及び第２図に示す実施例を、第３図から第
６図に示す特性図を用いて説明する。まず、内燃機関の
ノツキング燃焼には冒頭で述べたように種々の種類があ
ることが知られている。その場合に燃焼室内の音、光、
圧力あるいはイオン電流の特性は同じような典型的なカ
ーブを描き、たとえば第３図に示すようになる。このよ
うな特性の信号が増幅回路１１で増幅される。この場合
に処理時間を短縮するために、測定窓Ｍを設けることに
より重要でない情報を抑圧するようにする。すなわち測
定窓Ｍの範囲内だけでセンサ信号の処理が行われる。こ
の場合に測定窓はセンサ信号がしきい値Ｓを超えたとこ
ろで、あるいは所定のクランク軸角度の範囲で形成する
ことができる。このためには、入力１９に隣接している
角度情報が用いられる。測定窓を形成するためにしきい
値を超えたか否かを用いる場合には、対応する情報を得
るためにノツキングセンサ１０の出力信号をしきい値比
較段を介してマイクロコンピユータ１７へ供給する。一
般に測定窓を形成する方法は冒頭で述べた従来技術で十
分説明されているので、それについてはここでは詳細に
は触れない。
第３図に示す（たとえば圧力の）センサ信号の特性カー
ブの下降部分に変動が見られ、この変動がノツキング燃
焼によるのかどうかの判断が行われる。帯域フイルタ１
２でフイルタ処理を行うことによって第４図に示す信号
が得られる。同信号では変動があることがはつきりと示
されている。この変動がノツキング燃焼に基因するもの
か否かが判断される。そのためにはまず零点通過検出器
１８を用いて零点通過量Ｎを検出し、マイクロコンピユ
ータ１７へ入力する。すでに述べたように、零点通過を
検出する代わりにピーク値到達量Spを検出してもよい。
そして整流回路１３内で整流（波形のマイナス側半分は
反転）された変動が交互に二つの積分段１４，１５へ供
給され、マイクロコンピユータ１７の制御によつてそれ
ぞれ二つの零点通過の間で積分処理が行われる（第１の
実施例による）。ここで得られた積分値はアナログ・デ
ジタル変換器１６を介してマイクロコンピユータ１７へ
入力される。こうすると積分段１４ないし１５のそれぞ
れ一方で積分が行われ、他方はＡ−Ｄ変換のためにスト
ツプされ、次いで再び元の状態に戻されるという利点が
ある。第二の実施例によれば前述の例の代わりに変動の
ピーク値がピーク値メモリ２１，２２を介して検出され
関数値としてマイクロコンピュータ１７に入力される。
もちろんもつと簡単な実施例の場合には、このような関
数値形成回路を一つだけ設けることもできる。典型的な
ノツキング振動の場合には、この関数値（積分値ないし
ピーク値）は第５図に実線で示す特性を示す（第４図に
示すピーク値も参照）。そしてこの特性が目標値の特性
（モデル関数値）としてマイクロコンピユータ１７のメ
モリに記憶される。測定窓の内部では順次入って来る関
数値が検出される。このようにして形成された実際値特
性を格納された目標値特性と比較し、予め設定できるず
れの許容誤差範囲内で一致した場合には、ノツキング燃
焼と判断される。一致を明白に検出することができるよ
うにするために、まず、規格化を行う。そのためには、
たとえば最天の振幅で入って来る測定値Ｍ１を振幅回路
１１の増幅係数を適当に調節することによつて目標値特
性に設定する。もちろんその代わりに目標値特性を可変
係数を用いて乗算することによりこの第１の測定値Ｍ１
に設定してもよい。さらに、すべての関数値の合計につ
いて規格化を行うことも可能であり、その場合には規格
化係数は二つの合計値を比較すること（たとえば関数カ
ーブによつて区切られる二つの面積の比較）によつて形
成される。処理に関しては次のような種々の方法が挙げ
られる。
第１の方法は、測定値Ｍ１に続く測定値の目標値特性
（モデル関数値）に対する差をそれぞれ検出し、この差
を合計するものである。そのようにして求めた差全体を
予め設定された許容誤差と比較し、この許容誤差範囲よ
り小さい場合には二つのカーブが一致しており、それに
伴つてノツキング燃焼が発生したと判断される。もちろ
んこの計算機能をマイクロコンピユータの代わりに減算
器、加算器及び比較器などの分離された計算回路で行う
こともできる。
第２の方法は、それぞれ個々の差を予め設定された許容
誤差と比較し、個々の差の値のいずれもが許容誤差を上
回らない場合に初めてノツキング燃焼と判断するもので
ある。
前記二つの方法の変形である第３の方法は、目標値特性
の周囲に許容誤差領域を設定するものである。これは、
第５図に点線で示されている。すべての測定値がこの許
容誤差領域内にある場合にのみノツキング燃焼と判断さ
れる。したがつて、たとえば第５図に例として示されて
いる一点鎖線は不規則な燃焼を示しており、したがって
ノツキングは検出されない。すなわちこのカーブは許容
誤差領域を逸脱しているのでここではノツキング燃焼と
判断されない。このようにしてモデル関数によつて許容
できるずれの任意の関数が求められる。
実際値と目標値特性（モデル関数値）との差値を比較す
る代わりに差値に対する他の関数を用いそれにより比較
を行うこともできる。この場合、差値の関数としては、
別の線形な関数あるいは２乗などの非線形な関数が考え
られる。さらに、最大の振幅が生じる初期領域をそれ以
降の領域より小さく評価することもできる。というのは
経験によれば初期領域では比較的大きい変動が生じるか
らである。小さく評価することはたとえば減衰係数を掛
けることによつて行なわれる。
ピーク値あるいは零点通過の間の距離の変動を適当に考
慮することによつて、さらに改良を行うことができる。
すなわち検出された関数値をモデル関数値の発生時点に
正確に対応させることができる。
検出された関数値をモデル関数値と比較する代わりにこ
の検出関数値を合計してもよい。すなわち新しい関数値
をそれぞれ加算すると、第６図に示すカーブが得られ
る。このカーブは前述の方法に基づいてモデル関数値と
比較される。
一連の測定値をモデル関数値と比較して同一性を判定す
るために他の関数値ないし基準を用いるようにすること
もできる。たとえば傾斜、傾斜変化等も同様に同一判定
のために用いることができる。本発明の原理は、検出さ
れた変動（たとえば第３図のような）を何らかの方法で
モデル関数値と比較し、所定の許容誤差の範囲内で一致
した場合には、ノツキング燃焼であると判断することで
ある。
ノツキング燃焼と判断する付加的な情報としては、格納
された零点通過ないしピーク値の数を評価することであ
る。測定によれば、ノツキング燃焼は所定の値よりも大
きな積分値ないしピーク値を最小個数有することが明ら
かにされている。この数を下回つた場合には、ノツキン
グ燃焼が存在しないという証拠となる。このためには、
測定窓の範囲でマイクロコンピユータ１７においてしき
い値を超える積分値ないしピーク値の数が合計される。
その場合に所定の最小数の値に達しなかつた場合には、
マイクロコンピユータの出力側２０が遮断されるので、
ノツキング燃焼の表示は行われない。この付加的な方法
は、本発明のより単純な実施例においては省いてもよ
い。
同様に、ノツキング燃焼と判断する他の付加的な情報と
しては二つの零点通過の間の時間を求めてもよい。そこ
から得られる周波数が所定の周波数帯域と比較される。
ノツキング燃焼の場合、その周波数は所定の周波数帯域
になければならない。
以上説明したように、本発明によれば、従来のように平
均値を処理する方法では考慮されなかつたノツキング燃
焼の典型的な特徴、すなわち振幅の急激な上昇と変動の
減衰を処理することになる。ノツキング信号カーブ全体
を処理することにより、ノツキング燃焼に対して一義的
な判断が得られ、それによつてきわめて確実なノツキン
グ検出を行なうことができる。
本発明の好ましい実施例によれば一連の積分値ないしピ
ーク値あるいは一連の積分値ないしピーク値の合計値を
一連の対応する目的値（モデル関数値）と比較すること
により特に良好なノツキング検出が行われる。その場合
に積分値を形成するための基準としてノツキング信号の
ピーク値あるいは零点通過を用いることができる。
好ましくは検出信号と目標値信号間に規格化が行われ、
特に検出される最大の振幅を目標値信号の対応する値に
合わせることにより規格化が行われる。
その場合にノツキングを判断する好ましい基準として
は、積分値（ピーク値）とモデル関数値の差値の合計が
許容誤差と比較される。差値の合計がこの許容値誤差よ
り小さいノツキング燃焼と判断される。このときにこの
差値に対して好ましい関数（たとえば線形あるいは非線
形な関数）が形成される。同様に最初の差値を後続のも
のより小さく評価することも好ましい。というのは初期
領域では大きいずれが生じるからである。
さらに、個々の差値あるいは差値の関数が許容誤差より
小さい場合にも、ノツキングと判断される。
さらに、典型的なノツキング信号特性の周囲に許容領域
を設定することも可能であり、この場合には全ノツキン
グ信号がこの許容誤差範囲の内にある場合に、ノツキン
グ燃焼と判断される。
ホ）効果 以上、説明したように、本発明では、ノツキングセンサ
のフィルタ処理された信号の一連の関数値により定まる
信号形状と典型的なノツキング燃焼時に得られる格納さ
れた一連の基準関数値により定まる信号形状の一致度を
実際の関数値と基準関数値の差値の合計を求めることに
より調べ、両信号形状がほぼ一致するときには、ノツキ
ングと判断するようにしているので、ノッキング燃焼の
典型的な特徴、即ち振幅の急激な上昇と変動の減衰をよ
りよく検出することができ、またノツキング燃焼に対し
て一義的な判断が得られ、確実なノツキングを検出する
ことが可能になる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すブロツク回
路図、第２図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロ
ツク回路図、第３図はノツキングセンサの信号の特性を
示す線図、第４図は帯域フイルターで処理したノツキン
グ信号の特性を示す線図、第５図は関数値の特性を示す
線図、第６図は合計された関数値の特性を示す線図であ
る。 １０……ノツキングセンサ、１１……増幅回路 １２……帯域フイルタ、１３……整流回路 １４，１５……積分段 １６……アナログ・デジタル変換器 １７……マイクロコンピユータ １８……零点通過検出器、１９……入力側 ２０……出力側、２１，２２……ピーク値メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハインツ・メラ− ドイツ連邦共和国7000シユトウツトガルト 31ラシユタツタ−シユトラ−セ30 (56)参考文献 特開 昭57−105557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−14931（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ノッキングセンサの信号が取り出され、フ
    ィルタによりフィルタ処理される内燃機関のノッキング
    検出方法において、 前記フィルタ処理された信号の関数値が順次形成され、 典型的なノッキング燃焼時に現れるノッキングセンサの
    信号をフィルタ処理して得られる信号の関数値が基準関
    数値として予め求められて格納され、 前記形成された関数値と基準関数値が互いに規格化さ
    れ、 前記順次形成された一連の関数値により定まる信号形状
    と格納された一連の基準関数値により定まる信号形状を
    比較するために、複数の関数値に対して前記形成された
    関数値と対応する基準関数値間の差値の関数が形成され
    てそれぞれ合計され、 その全合計値が所定の許容値以下であるときには両信号
    形状がほぼ一致していると判断されてノッキング状態が
    検出されることを特徴とする内燃機関のノッキング検出
    方法。
  2. 【請求項２】前記差値の関数が線形の関数であることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記差値の関数が２乗の関数であることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  4. 【請求項４】最初の差値が後続のものより小さく評価さ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項
    までのいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】比較が測定窓（Ｍ）の範囲内で行なわれる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項まで
    のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】ノッキングセンサの信号がしきい値（Ｓ）
    を超えたところに測定窓（Ｍ）が設定されることを特徴
    とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。
  7. 【請求項７】測定窓が所定のクランク軸角度の範囲のと
    ころに設定されることを特徴とする特許請求の範囲第５
    項に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記関数値は、積分値あるいはピーク値で
    あり、ノッキング判定の付加的な条件としてしきい値を
    超えている積分値あるいはピーク値の数が合計され、所
    定の数値を上回った場合、ノッキングが検出されること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項から第７項までのい
    ずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】ノッキング判定の付加的な条件として処理
    されたノッキング信号の零点通過間での周波数が所定の
    周波数帯域と比較され、この周波数が所定の周波数帯域
    内にあるときノッキングが検出されることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】ノッキングセンサの信号が取り出され、
    フィルタによりフィルタ処理される内燃機関のノッキン
    グ検出装置において、 前記フィルタ処理されたノッキングセンサの信号の関数
    値を順次形成する関数値形成装置（１４、１５、２１、
    ２２）と、 アナログ・デジタル変換器（１６）を介して前記関数値
    形成装置と接続されたマイクロコンピュータ（１７）と
    を設け、 典型的なノッキング燃焼時に現れるノッキングセンサの
    信号をフィルタ処理して得られる信号の関数値を基準関
    数値として前記マイクロコンピュータのメモリに格納
    し、 前記マイクロコンピュータにおいて、前記形成された関
    数値と基準関数値を互いに規格化し、また前記順次形成
    された一連の関数値により定まる信号形状と格納された
    一連の基準関数値により定まる信号形状を比較するため
    に、複数の関数値に対して前記形成された関数値と基準
    関数値間の差値の関数を形成してそれぞれ合計し、 その全合計値が所定の許容値以下であるときには両信号
    形状がほぼ一致していると判断されてノッキング状態が
    検出されることを特徴とする内燃機関のノッキング検出
    装置。
  11. 【請求項１１】前記関数値形成装置が積分段（１４、１
    ５）であることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に
    記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記関数値形成装置がピーク値メモリ
    （２１、２２）であることを特徴とする特許請求の範囲
    第１０項に記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記関数値形成装置が２つの積分段ある
    いは２つのピーク値メモリから形成され、これらの各積
    分段あるいはピーク値メモリがマイクロコンピュータに
    より交互に制御されて関数値を形成することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１１項又は第１２項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】ノッキングセンサ（１０）の後段に増幅
    回路（１１）が接続され、その増幅係数がマイクロコン
    ピュータ（１７）によって制御されることを特徴とする
    特許請求の範囲第１０項に記載の装置。
  15. 【請求項１５】零点通過検出器（１８）がフィルタ（１
    ２）の出力側とマイクロコンピュータ（１７）との間に
    接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第１０
    項に記載の装置。
JP59100725A 1983-05-28 1984-05-21 内燃機関のノツキング検出方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0641895B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3319458.0 1983-05-28
DE19833319458 DE3319458A1 (de) 1983-05-28 1983-05-28 Verfahren und vorrichtung zur erkennung des klopfens einer brennkraftmaschine

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Publication Number Publication Date
JPS59226846A JPS59226846A (ja) 1984-12-20
JPH0641895B2 true JPH0641895B2 (ja) 1994-06-01

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59100725A Expired - Lifetime JPH0641895B2 (ja) 1983-05-28 1984-05-21 内燃機関のノツキング検出方法及び装置

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US (1) US4565087A (ja)
EP (1) EP0126946B1 (ja)
JP (1) JPH0641895B2 (ja)
DE (2) DE3319458A1 (ja)

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