JPH0819873B2 - エンジンのノツキング検出装置 - Google Patents
エンジンのノツキング検出装置Info
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- JPH0819873B2 JPH0819873B2 JP2067095A JP6709590A JPH0819873B2 JP H0819873 B2 JPH0819873 B2 JP H0819873B2 JP 2067095 A JP2067095 A JP 2067095A JP 6709590 A JP6709590 A JP 6709590A JP H0819873 B2 JPH0819873 B2 JP H0819873B2
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- JP
- Japan
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- knocking
- frequency
- signal
- engine
- conversion
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエンジンのノツク検出にかかり、特にノツク
信号を周波数分析してノツキング強度を検出する装置に
関する。
信号を周波数分析してノツキング強度を検出する装置に
関する。
従来、ノツク信号の検出は、ノツキング発生時に最も
顕著な信号のみをとり出し、増幅してその大きさを検出
していた。この場合、ノツキング発生時と非発生時との
比とが最も顕著となる周波数はかなり幅をもつてふらつ
いているため、センサ自体がある程度の共振特性をもつ
か、または、バンドパスフイルタを設けて、帯域を制限
する方法がとられている例が多い。
顕著な信号のみをとり出し、増幅してその大きさを検出
していた。この場合、ノツキング発生時と非発生時との
比とが最も顕著となる周波数はかなり幅をもつてふらつ
いているため、センサ自体がある程度の共振特性をもつ
か、または、バンドパスフイルタを設けて、帯域を制限
する方法がとられている例が多い。
しかし、エンジン回転数や負荷等によつて、共振する
周波数が異なるため、前述のバンドパスフイルタを複数
個用意し、運転条件によつて使用するフイルタを切りか
える必要がある。
周波数が異なるため、前述のバンドパスフイルタを複数
個用意し、運転条件によつて使用するフイルタを切りか
える必要がある。
そうしたフイルタ切りかえ手段を省き、入力信号から
周波数分析する例として、特開昭57−42821号に記載さ
れたものがある。
周波数分析する例として、特開昭57−42821号に記載さ
れたものがある。
上記従来技術では、必要とする周波数毎にバンドパス
フイルタを用意する必要があり、バンドパスフイルタの
設計や調整について考慮されてならず、エンジンが変わ
つたり、エンジンの経年変化に伴うノツキング周波数の
ずれについても対応がむずかしい問題がある。
フイルタを用意する必要があり、バンドパスフイルタの
設計や調整について考慮されてならず、エンジンが変わ
つたり、エンジンの経年変化に伴うノツキング周波数の
ずれについても対応がむずかしい問題がある。
本発明では、ノツキング検出において、検出しようと
する周波数の調節や選択について、自由度を与えて、異
なるエンジンでのノツク検出や、経年変化に対応できる
ノツキング検出方法と装置を提供することを目的とす
る。
する周波数の調節や選択について、自由度を与えて、異
なるエンジンでのノツク検出や、経年変化に対応できる
ノツキング検出方法と装置を提供することを目的とす
る。
また、入力信号から周波数分析する場合、公知例では
相関器などを用いるため、リアルタイムに分析すること
が困難であり、こうした乗算を要する処理を省いて高速
化することが、もう１つの目的となる。
相関器などを用いるため、リアルタイムに分析すること
が困難であり、こうした乗算を要する処理を省いて高速
化することが、もう１つの目的となる。
上記目的を達成するために、以下の構成によりノツキ
ング検出を行う。
ング検出を行う。
まず、燃焼室内での異常燃焼によつて生じるノツキン
グ現象に伴う、燃焼室内での圧力の変動やシリンダ壁の
振動をノツク信号として取り出す手段と、 ノツク信号を十分な振幅にまで増幅する手段と特定の
周波数以下に帯域制限する手段、 さらに、増幅，帯域制限された信号をAD変換してデジ
タル量に変換し、遂次データをため、時系列のデータを
作る手段、 そして、時系列のデータから周波数を分析する手段、 さらに周波数を分析し、ノツキング強度を算出する手
段、 これらの手段によりノツキングを検出可能である。
グ現象に伴う、燃焼室内での圧力の変動やシリンダ壁の
振動をノツク信号として取り出す手段と、 ノツク信号を十分な振幅にまで増幅する手段と特定の
周波数以下に帯域制限する手段、 さらに、増幅，帯域制限された信号をAD変換してデジ
タル量に変換し、遂次データをため、時系列のデータを
作る手段、 そして、時系列のデータから周波数を分析する手段、 さらに周波数を分析し、ノツキング強度を算出する手
段、 これらの手段によりノツキングを検出可能である。
筒内圧センサまたはノツキングは、燃焼室内での燃焼
に伴う圧力変動やノツキング発生時の振動をとらえ、増
幅することにより、十分な振幅な信号をAD変換可能とな
る。
に伴う圧力変動やノツキング発生時の振動をとらえ、増
幅することにより、十分な振幅な信号をAD変換可能とな
る。
帯域制限する手段は、周波数分析する上で折り返し周
波数の影響を無くすことができる。
波数の影響を無くすことができる。
AD変換を一定時間間隔毎に行ない、データ列を蓄積す
ることにより、入力信号を時系列で分析可能となる。
ることにより、入力信号を時系列で分析可能となる。
データ列を分析することにより、特定の周波数につい
てのみ周波数を分析することで、ノツキングを検出でき
る。
てのみ周波数を分析することで、ノツキングを検出でき
る。
分析の方法は、加減算のみを用いることで周波数分析
の高速化を図ることができる。
の高速化を図ることができる。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
まず、エンジン制御ユニツト１はマイクロコンピユー
タ及びROM,RAM,I/O等からなり吸気流量計H/Wの出力電圧
やクランク角センサの出力をとりこり、エンジンの運転
に最適な燃料噴射量や点火時期を計算し、I/Oから出力
してインジエクタや点火コイル等を駆動する。
タ及びROM,RAM,I/O等からなり吸気流量計H/Wの出力電圧
やクランク角センサの出力をとりこり、エンジンの運転
に最適な燃料噴射量や点火時期を計算し、I/Oから出力
してインジエクタや点火コイル等を駆動する。
ノツクセンサ３は、エンジンのシリンダブロツクまた
は点火プラグの位置に取り付けられ、ノッキング発生に
伴う振動を電気的信号に変換する。ノツクセンサは、燃
焼室に取り付けた筒内圧計でもよく、筒内圧の変動分を
ノツク信号としてとり出す。
は点火プラグの位置に取り付けられ、ノッキング発生に
伴う振動を電気的信号に変換する。ノツクセンサは、燃
焼室に取り付けた筒内圧計でもよく、筒内圧の変動分を
ノツク信号としてとり出す。
エンジンの燃焼過程での振動は、シリンダの径方向の
次数をｎ、周方向の次数をｍとするとき、それぞれ固有
値ρnmを持ち、それに対応して、共鳴周波数nmが存在
する。例えば、本実施例で用いたエンジンの場合、第１
表に示す値となる。
次数をｎ、周方向の次数をｍとするとき、それぞれ固有
値ρnmを持ち、それに対応して、共鳴周波数nmが存在
する。例えば、本実施例で用いたエンジンの場合、第１
表に示す値となる。
エンジンのシリンダブロツクに取り付けたノツクセン
サの周波数特性は、ノツキング発生時に発生する上記第
１表の共鳴周波数を含む帯域にわたつて一様の感度をも
つものとする。
サの周波数特性は、ノツキング発生時に発生する上記第
１表の共鳴周波数を含む帯域にわたつて一様の感度をも
つものとする。
あらかじめ、センサの感度や燃焼室からセンサまでの
音響的な伝達特性に一様性がないことがわかつていると
きは、その周波数特性の逆特性を持つ前置増幅器をそう
入することにより、ノツクセンサから周波数分析に至る
までの周波数特性を一様に平坦化できる。
音響的な伝達特性に一様性がないことがわかつていると
きは、その周波数特性の逆特性を持つ前置増幅器をそう
入することにより、ノツクセンサから周波数分析に至る
までの周波数特性を一様に平坦化できる。
ノツク信号を周波数分析すると、第２図の様な分布を
する。ノツキング発生時に、ピークの現われる周波数に
ついて信号強度を求め、非発生時との比が求められれば
ノツキング強度を求められる。
する。ノツキング発生時に、ピークの現われる周波数に
ついて信号強度を求め、非発生時との比が求められれば
ノツキング強度を求められる。
次に、エンジン制御について簡単に説明する。
エンジンが吸入する空気はエアクリーナ（図示せず）
の入口部から入り、ダクト，スロツトルボデイ，吸入
管，吸入弁を通じて燃焼室に入る。
の入口部から入り、ダクト，スロツトルボデイ，吸入
管，吸入弁を通じて燃焼室に入る。
クランク角センサからは気筒を判別し、上記点を表わ
すレフアレンス信号Refと、クランク角度を表わすポジ
シヨン信号POSとの２つの信号を出し、エンジン制御ユ
ニツト内で気筒判別とエンジン回転数を計測する。
すレフアレンス信号Refと、クランク角度を表わすポジ
シヨン信号POSとの２つの信号を出し、エンジン制御ユ
ニツト内で気筒判別とエンジン回転数を計測する。
水温センサTWにより、エンジンの冷却水の温度を測定
し、エンジン制御の補正に使われる。
し、エンジン制御の補正に使われる。
点火時期は燃料噴射量と回転数により基本置が決めら
れ、水温や回転数の変動により補正が加えられる。
れ、水温や回転数の変動により補正が加えられる。
次にノツク信号の処理について第３図により説明す
る。
る。
ノツク信号は前置増幅器を通して増幅される。前述し
た様にノツクセンサの周波数特性に対応して増幅器のイ
コライザによつて周波数特性が変えられており、かつ、
AD変換器の入力電圧範囲を越えない範囲で増幅する。増
幅度は、入力信号のレベルまたは回転数に応じて可変で
きるものとする。但し、ノツク信号の周波数分析区間で
は増幅度は一定になる様にしている。
た様にノツクセンサの周波数特性に対応して増幅器のイ
コライザによつて周波数特性が変えられており、かつ、
AD変換器の入力電圧範囲を越えない範囲で増幅する。増
幅度は、入力信号のレベルまたは回転数に応じて可変で
きるものとする。但し、ノツク信号の周波数分析区間で
は増幅度は一定になる様にしている。
ノツク信号を周波数分析する区間は、ノツキング現象
が発生しやすい上死点後θopenからスタートする。θ
openはレフアレンス信号の立ち上がりをゼロとし、ポジ
シヨン信号をカウントして、カウント値がθopenに一致
した時点でAD変換終了割込を許可し、AD変換を開始する
（第３図−１）。
が発生しやすい上死点後θopenからスタートする。θ
openはレフアレンス信号の立ち上がりをゼロとし、ポジ
シヨン信号をカウントして、カウント値がθopenに一致
した時点でAD変換終了割込を許可し、AD変換を開始する
（第３図−１）。
AD変換は一定周期τ毎に行なわれ、AD変換終了時にマ
イクロコンピユータに割込がかかり、AD変換終了割込内
で、RAMに順々にAD変換結果を転送する。AD変換の同期
τの逆数は、分析しようとする周波数の最も高い周波数
の２倍以上とし、前述の前置増幅器1/（２τ）以上の周
波数について十分な減衰量を持つ帯域制限フイルタを含
むものとする。
イクロコンピユータに割込がかかり、AD変換終了割込内
で、RAMに順々にAD変換結果を転送する。AD変換の同期
τの逆数は、分析しようとする周波数の最も高い周波数
の２倍以上とし、前述の前置増幅器1/（２τ）以上の周
波数について十分な減衰量を持つ帯域制限フイルタを含
むものとする。
AD変換さられたデータ列の数がｎ個たまつた時点でAD
変換終了割込を不許可にし、周波数分析に終る。
変換終了割込を不許可にし、周波数分析に終る。
ｎ個のデータについて周波数分析する場合、nxnの正
方行列となるDFT（Discrete Fourier Transform）が使
われるが、この計算ではn2回の乗算が含まれるので計算
時間が長くかかつてしまう。
方行列となるDFT（Discrete Fourier Transform）が使
われるが、この計算ではn2回の乗算が含まれるので計算
時間が長くかかつてしまう。
これを改善する方法として、ｎ＝2K（Ｋ＝1,2,3…）
となる様にしたFFT（Fast Fourier Transform）が知ら
れているが、FFTでさえもn/2×log2n回の乗算が含まれ
ており、計算時間はDFTよりも多少短縮される。
となる様にしたFFT（Fast Fourier Transform）が知ら
れているが、FFTでさえもn/2×log2n回の乗算が含まれ
ており、計算時間はDFTよりも多少短縮される。
計算時間を短縮するには乗算時間を無くせばよく、例
えばアダマール変換と呼ばれる方法で加減算のみで求め
ることができる。
えばアダマール変換と呼ばれる方法で加減算のみで求め
ることができる。
アダマール変換とフーリエ変換を比較した場合次の様
に対応できる。周波数分析結果をとし、フーリエ変換
行列をＷとすれば、AD変換データ列をすしれば、 ＝Ｗ・ となる。
に対応できる。周波数分析結果をとし、フーリエ変換
行列をＷとすれば、AD変換データ列をすしれば、 ＝Ｗ・ となる。
一方、アダマール変換行列をＨとし、変換結果をと
すれば、 ＝Ｈ・ となり、＝（Ｗ・Ｈ−１）Ｈ・となるので、Ｃ＝Ｗ
・Ｈ−１を線形変換行列とすると、線形変換行列の各項
の大きさによつてアダマール変換結果から周波数分析
結果を導き出すことができる。
すれば、 ＝Ｈ・ となり、＝（Ｗ・Ｈ−１）Ｈ・となるので、Ｃ＝Ｗ
・Ｈ−１を線形変換行列とすると、線形変換行列の各項
の大きさによつてアダマール変換結果から周波数分析
結果を導き出すことができる。
ここで、アダマール変換行列Ｈは第２表に示す様に＋
１と−１のみで構成されており、アダマール変換には乗
算が存在しない。
１と−１のみで構成されており、アダマール変換には乗
算が存在しない。
そこで、線形変換行列Ｃの各列について、最大 ８×８の列 の係数のみを１とし、他を０とする様な近似計算を行な
うことにより、アダマール変換結果が、各周波数分析
結果の近似値として求められることになる。
うことにより、アダマール変換結果が、各周波数分析
結果の近似値として求められることになる。
これらの周波数分析結果について、ノツキング時と非
ノツキング時とで信号の比をとれば、その比率がノツキ
ング強度となる。分析する周波数毎にノツキング強度を
求め、各周波数毎にしきい値と比較し、ｌ個以上しきい
値を越えているものがあれば、ノツキング発生と認識
し、点火時期制御へ遅角の信号を送る。
ノツキング時とで信号の比をとれば、その比率がノツキ
ング強度となる。分析する周波数毎にノツキング強度を
求め、各周波数毎にしきい値と比較し、ｌ個以上しきい
値を越えているものがあれば、ノツキング発生と認識
し、点火時期制御へ遅角の信号を送る。
これらの処理を第５図により説明する。
まずレフアレンス信号の立ち上がりからθopenまでの
角度分、ポジシヨン信号をカウントした時点で、アング
ル割込を発生させる。アングル割込内で、AD変換終了割
込を許可し、サンプリング回数のカウンタをゼロとし
て、サンプリングデータ格納ポインタを格納エリアの先
頭アドレルに初期化する。（31） AD変換終了割込内でAD変換結果をサンプリングデータ
格納ポインタに示すアドレスに格納しポインタとサンプ
リング回数カウンタをインクリメントする。（32） サンプリング回数が2K回に達した時点で、AD変換終了
割込を不許可にし、周波数分析フラグを立てる。（33） 一定周期毎に起動されるタイマータスクで、周波数分
析フラグをチエツクし、周波数分析フラグが立つた時点
で、アダマール変換サブルーチンを起動する。（34） アダマール変換によつて得られる2K個の結果のうち、
ノツキング強度計算を必要とする周波数に対応する結果
を、近似線形変換テーブルから選び出す。もし、２個以
上選ばれるときは、選択された結果の和を近似値とす
る。（35） 周波数分析を必要とするｊ個の信号強度をＳ（ｉ）と
し、それぞれについて１〜ｊ番目の信号強度をしきい値
Ｔ（ｉ）と比較する。（36） もし、Ｓ（ｉ）＞Ｔ（ｉ）である個数を求め、ｌ個以
上あれば、ノツキング発生フラグを立てる。（37） ノツキング発生時には、点火時期をθrefだけ遅らせ
て、点火時期保持タイマをτadvにセツトする。（38） そして、τadvをタイマータスクの周期毎に減算し
て、ゼロになつた時点で、θrefを１度減らし、θrefが
ゼロでなければ、再度τadvをセツトする。この一連の
動作による、ノツキング発生毎に点火時期が遅角し、一
定の点火時期に制御される。（39） ノツキング検出判定のための個数ｌは、回転数によつ
て変わる変数としてもよい。
角度分、ポジシヨン信号をカウントした時点で、アング
ル割込を発生させる。アングル割込内で、AD変換終了割
込を許可し、サンプリング回数のカウンタをゼロとし
て、サンプリングデータ格納ポインタを格納エリアの先
頭アドレルに初期化する。（31） AD変換終了割込内でAD変換結果をサンプリングデータ
格納ポインタに示すアドレスに格納しポインタとサンプ
リング回数カウンタをインクリメントする。（32） サンプリング回数が2K回に達した時点で、AD変換終了
割込を不許可にし、周波数分析フラグを立てる。（33） 一定周期毎に起動されるタイマータスクで、周波数分
析フラグをチエツクし、周波数分析フラグが立つた時点
で、アダマール変換サブルーチンを起動する。（34） アダマール変換によつて得られる2K個の結果のうち、
ノツキング強度計算を必要とする周波数に対応する結果
を、近似線形変換テーブルから選び出す。もし、２個以
上選ばれるときは、選択された結果の和を近似値とす
る。（35） 周波数分析を必要とするｊ個の信号強度をＳ（ｉ）と
し、それぞれについて１〜ｊ番目の信号強度をしきい値
Ｔ（ｉ）と比較する。（36） もし、Ｓ（ｉ）＞Ｔ（ｉ）である個数を求め、ｌ個以
上あれば、ノツキング発生フラグを立てる。（37） ノツキング発生時には、点火時期をθrefだけ遅らせ
て、点火時期保持タイマをτadvにセツトする。（38） そして、τadvをタイマータスクの周期毎に減算し
て、ゼロになつた時点で、θrefを１度減らし、θrefが
ゼロでなければ、再度τadvをセツトする。この一連の
動作による、ノツキング発生毎に点火時期が遅角し、一
定の点火時期に制御される。（39） ノツキング検出判定のための個数ｌは、回転数によつ
て変わる変数としてもよい。
また、アダマール変換は、全てについて行なう必要は
なく、分析しようとする周波数についてのみ行なえばさ
らに高速化される。
なく、分析しようとする周波数についてのみ行なえばさ
らに高速化される。
本発明によれば、ノツキング検出処理の中に乗算が入
らないため、フーリエ変換に比べて高速化が可能とな
る。
らないため、フーリエ変換に比べて高速化が可能とな
る。
また、ノツクセンサ信号の絶対値を求めそれを加算す
れば、疑似的に積分作用となり、ノツク信号強圧を求め
ることも可能である。
れば、疑似的に積分作用となり、ノツク信号強圧を求め
ることも可能である。
第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図はノツキン
グ信号の分析例を示す図、第３図は周波数分析の流れ
図、第４図はノツク信号検出のタイミング図、第５図
（ａ）〜（ｄ）はノツク信号検出のためのフローチヤー
トである。 １……エンジン制御ユニツト、２……ノツクセンサ。
グ信号の分析例を示す図、第３図は周波数分析の流れ
図、第４図はノツク信号検出のタイミング図、第５図
（ａ）〜（ｄ）はノツク信号検出のためのフローチヤー
トである。 １……エンジン制御ユニツト、２……ノツクセンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｍ 15/00 Ａ (72)発明者 萱野 光男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 兼安 昌美 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】エンジンの燃焼過程で生じるノツキング振
動を直接検出するか、または間接的にシリンダブロツク
の振動として検出するノツクセンサと、このノツクセン
サからの信号をAD変換して時系列のデータ列として蓄積
する手段とを備え、データ列を加減算することにより、
複数個の周波数成分を求め、それぞれの成分毎にしきい
値との大小関係を検出する手段を設けたエンジンのノツ
キング検出装置において、各成分の大小関係の組み合わ
せによりノツキング発生の判定の行なうことを特徴とす
るエンジンのノツキング検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2067095A JPH0819873B2 (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | エンジンのノツキング検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2067095A JPH0819873B2 (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | エンジンのノツキング検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03267547A JPH03267547A (ja) | 1991-11-28 |
| JPH0819873B2 true JPH0819873B2 (ja) | 1996-02-28 |
Family
ID=13334981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2067095A Expired - Lifetime JPH0819873B2 (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | エンジンのノツキング検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0819873B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3668497B2 (ja) * | 1992-09-30 | 2005-07-06 | 株式会社日立製作所 | 内燃機関のノッキング検出方法及び点火時期制御方法 |
| JPH07146215A (ja) * | 1993-11-25 | 1995-06-06 | Hitachi Ltd | 内燃機関のノッキング検出方法及び検出装置 |
| JP2004138523A (ja) * | 2002-10-18 | 2004-05-13 | Kurashiki Kako Co Ltd | アクティブ防振システムの加速度検出装置 |
| US6845312B1 (en) * | 2003-08-14 | 2005-01-18 | Brunswick Corporation | Method for detecting engine knock |
| US7594423B2 (en) * | 2007-11-07 | 2009-09-29 | Freescale Semiconductor, Inc. | Knock signal detection in automotive systems |
| JP7199487B1 (ja) * | 2021-09-02 | 2023-01-05 | 三菱電機株式会社 | 内燃機関制御装置 |
-
1990
- 1990-03-19 JP JP2067095A patent/JPH0819873B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03267547A (ja) | 1991-11-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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