JPS58500180A - 内燃機関における燃焼過程の不安定性の検出方法及びこの方法を実施する装置 - 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】 内燃機関における燃焼過程の不安定性 に）羊≠鰺昧輸＃の検出方法及びこの方法を実施する装置 公知技術水準 本発明は主請求範囲の上位概念に規定した方法及び請求範囲第９項に記載のこの 方法を実施する装置を基礎とする。

内燃機関の作動中内燃機関の燃焼空間中で経過する燃焼過程を種々異なる観点か ら各種の物理的・ξラメータを捕捉しつつ測定することが公知〒ある。このよう な・ぐラメータの捕捉例には燃焼過程の時間的、空間的波がりの捕捉、点火時点 の捕捉、噴射過程の捕捉、ならびに不安定性（不規則性）燃焼現象の測定がある 。

このような不安定性（不規則性）燃焼現象のうちには所定の作動条件下で内燃機 関にて発生するノッキング力する。このノッキングとは衝撃波動によって生ぜし ぬられる、圧縮された燃料−空気混合気の音声周波の振動のことである。′この 振動中内燃機関のピストン及びシリンダ壁における熱伝達が著しく高められる。

それによって、その面への有害な熱的負荷が生じ、従って７ツキングを基本的に 回避しなければならない。

他面〒は内燃機関の利用できる動作領域を↑きるだけ用いるとよいのであるから 、ノッキングを早期及び確制御を実現できるようにする必要がある。

ノッキングの検出のために好適な発生器を形成するという問題のほかに、内燃機 関の、発生器により捕捉された振動から７ツキング信号を確実に且ノイズなく読 出して、内燃機関を７ツキング判別信号“ノッキングあり″又は゛ノッキングな し”に相応して制御できるようにするという機械工学的問題もある。

米国特許第３５４０２６２号明細書に記載されている／ツキング検出器では測定 されたノッキング信号が、機関信号とは無関係の所定の限界値信号と比較され、 限界値を越えると７ツキング判別信号が送出される。しかしこの装置は次のよう な欠点がある。即ち内燃機関の内部騒音に関連してのノッキング判別が行なわれ ず、たんに機関に無関係の外部信号との比較が行なわるに過ぎないのである。

さらに米国特許明細書第４０１２０４２号により公知の７ツキング検出器費は測 定されたノッキング信号が基準信号と比較され、この基準信号は機関回転数に依 存して関数発生器を介して生ぜしめられる。この方法の欠点とするところは同様 に内燃機関の実際に生じる内部雑音を関与させないで、たんに関数発生器を介し てシミュレートされることである。これにより、殊に内燃機関のそれぞれの動作 、調整、老化状態に対して考慮が払われない。

さらにｒイツ連邦共和国特許出願公開公報第２９１６５９１号により公知の、内 燃機関の７ツキング検出方式ではノッキング信号のピーク値が監視され、先行の 燃焼サイクルの、そのつど先行する捕捉されたピーク値に関連づけられる。その 場合、殊に、所謂測定窓（期間）中、即ちクランク軸回転の所定の角度領域に相 関づけられた時間間隔中のみ測定を行なうようになっている。

前述の装置ないし方法の欠点となるのは７ツキングに関連のない付随雑音が必ず しも確実に除去されず、したがって測定結果の誤りが生じることｔある。このこ とは殊に所謂“ピストンの傾き”により生じる雑音で、その振幅が７ツキング信 号に重量される雑音について該当する。

本発明の利点 本発明による、主請求範囲の特徴事項をなす要件を有する方法及び請求範囲第９ 項による特徴事項を成す要件を有する本発明の方法を実施する装置の利点とする ところはノッキングの検出が、固定的な、又は外部から可調整に与えられた限界 値にはもはや基づかないでハイ・ぐスフィルタを介してろ波された信号自体の信 号波形が燃焼の不規則（不安定）性の検出のためしらべられる勾という点にある 。

従属請求項において記載の手段により本発明の方法及び装置の有利な実施例が可 能である。

本発明の実施例によれば信号最大値の発生時点に相応する対称性・ξルス（ＳＹ Ｍ）が形成され、この・ξルスの前ないし後信号経過に対する特性値が形成され 、これらの特性値は各燃規すイクル後毎に相互に比較される。その場合、特に、 それらの特性値を対称性・ξルスの前ないし後信号経過の積分により得ると好適 である、それは、その際不安定の燃焼の検出を積分値の商形成によって行ない得 るからである。この商形成の場合、特性値の絶対値がどうなっているかは重要で なく、従って老化現象、例えば測定窓の曖昧さく不正確さ）があっても光学的セ ンサによる信号の捕捉の際測定結果に対して悪影響を与えない。

本発明の実施例によれば信号の測定を所謂測定窓の間のみ、即ちクランク軸角度 の時間的に限られた範囲内でのみ行なって、外乱量例えば点火等による外乱量を 排除するのである。その測定窓の固定的設定によって、測定過程が、所定時点で 中断されその結果不都合な現象、例えば後燃焼によって測定結果が誤らされない ことが達成される。

内燃機関の種々の運転状態へ測定方法ないし測定装置を適合させるために本発明 によれば測定された信号のめられた対称軸が、内燃機関のそれぞれの動作点、に 依存して所定の補正値だけシフトされる。

図　面　の　説　明 本発明の実施例を図示してあり、以下詳細に説明する。第１図に通常及びノッキ ング燃焼の際の、内燃機関の燃焼過程にとって典型的な信号経過を示す。第２ａ 図に通常の燃焼の際の、第１図の信号経過からめられた測定信号を示す。第２ｂ 図は不規則な燃焼の際の、第１図の信号経過からめられた測定信号を示す。第３ 図は切換限界値の説明のための信号経過の略示図、第４ａ図は本発明の方法の第 １実施例に相応するひきつづいて処理される測定信号の時間的経過を示す波形図 、第４ｂ図は本発明の方法の第２実施例によるひきつづいて処理された測定信号 の時間的経過を示す波形図、第５図は本発明の方法を実施する装置の第１実施例 のブロック接続図、第６図は本発明の方法を実施する装置の第２実施例のブロッ ク接続図、第７図は同第３実施例のブロック接続図、第８ａ図〜第８ｅ図は第５ 〜７図に示す装置において使用するための、時間制御部の種々の実施例のブロッ ク接続図１ある。

実施例の説明 第１図においてクランク軸角度ＫＷに対して、内燃機関における燃焼に・典型的 な信号経過Ｓを示す。この種の信号は例えば光、温度又は圧力信号であり、その 際本発明は種々の物理的パラメータに基く。

第１図に示すように、信号経過は０Ｔ−ｉＱ示す、シリンダの上方死点の前で始 まり、通常の場合はぼ鐘状の経過を有する。ＫＷ軸上には付加的にｚｚｐで点火 時点を示す。第１図に付加的にノッキングの燃焼に対する信号の経過Ｓｋを示す 。このノッキングの燃焼が信号最大値の経過後生じる。

第２ａ図に通常のハイノξスフイルタ装置において得られるような信号Ｓを示し である。信号Ｓは振幅変調されたノイズ信号のエン（ロープとして示されている 。その際第２ａ図は規則的燃焼に対する測定信号を示すのに対して、第２ｂ図に 付加的に７ツキング燃焼に対する経過を示す。第２ａ図ないし第２ｂ図における 信号最大値を通る対称軸線を考えると、第２ｂ図に示すような／ツキングの燃焼 の際の信号経過がその対称軸に関して非対称であることが明らかである。

従って本発明によれば不規則性の燃焼が生じているか否かに対する基準量が、信 号最大値を通る軸線に対する信号の対称性についてしらぺることにより得られる 。

その場合本発明によれば対称軸のマーキングのため対称性・ξルスが形成される 。この対称性・ξルスは簡単に次のようにして形成される、即ち点火信号ｚｚｐ ないしＯＴ倍信号、所定の大きさだけ時間的にずらされるようにするのである。

本発明の実施例によればＳＹＭ／ξルスが、実際の信号最大値からめられる、即 ち１つの燃焼サイクル中求められるか、又は複数燃焼サイクル中平均値形成によ りめられる。さらに信号Ｓを第３図に示すように限界値Ｓ。を上回るか下回るか についてしらべることが可能である。さらに明かなように、Ｓ　Ｙ　Ｍ−’ルス を限界値Ｓ。の上回りないし下回りに対応づけられた、点の算術平均の形成によ って得ることができる。この方法の利点とするところは信号最大値が信号振幅に 無関係にめられること〒ある。

第４ａ図に検出信号形成のための方法の第１実施例を示す。この方法によればス タート・ξルス（スタート）及ヒストツブ・ξルス（ストップ）によって定めら れる測定窓において第２ａ、第２ｂ図の信号経過の測定が行なわれ、その際信号 最大値において、即ちＳＹＭ・ξルスの発生時点において信号Ｓ、の瞬時値が捕 捉確定される。その場合信号Ｓ１は信号最大値の前にある信号経過を特徴づける 。規則性の燃焼の場合信号経過Ｓ２がつづき、不規則性の燃焼の場合は信号経過 ８２ｋがつづく。信号経過の第２部分を特徴づけるその大きさＳ２ないし８２ｋ を大きさＳｌと比較することにより、規則性又は不規則性の燃焼が生じたか否か を検出することが１きる。

別の方法を第４ｂ図に示す。第４ａ図を用いて説明する方法と異な１．て、信号 振幅Ｓでなく、Ｓ′で示す、信号の時間積分が評価される。このために信号経過 Ｓは第４ｂ図にＳ−’Ｉ’示すようにスタート〜ＳＹＭの時間ある。積分器がさ らに動作つづけると、時点ストップにおいて規則性燃焼の場合終値８２′が生じ 、不規則性燃焼の場合終値８２ｋが生じる。規則性燃焼の際ＳＹＭに対して対称 的なカーブの故に、数値８２′は数値３１′の２倍の大きさである。不規則性燃 焼の場合数値８２には相応してより大である。その場合不規則性燃焼の存否に対 する基準信号を簡単に差又は商の形成によって得ることができる。

第５図に本発明の方法を実施するための装置の第１実施例をブロック接続図で示 す。センサｌＯ１例えば、光、圧力又は温度センサはスイッチ１１に接続されて おり、このスイッチはスタート／ストップ（５ＴＡＲＴ／５ＴＯＰ　）信号に依 存して作動され、もって測定窓を定める。スイッチ出力側が、第１信号分岐１２ と第２信号分岐】３とに接続されている。第１信号分岐１２はサンプル−ホール ド段１４　（Ｓ＋Ｈ）を有し、この段はＳＹＭ信号により制御される。第２信号 分岐１３は信号を殆ど変えないで差動点１５に導く。この点にはサンプル−ホー ル１段１４の出力側も接続されている。差動点１５は出力端子１７に接続されて いるフン・ぐレータ１６の入力側を形成する。第５図に示す装置構成によって第 ４ａ図に示した方法が実施される。ＳＹＭ　／”ルスの発生前信号Ｓは第１分岐 １２と第２分岐１３とを介して同様に差動点１５に導かれ、その結果その出力側 は０になる。ＳＹＭ／ξルスが生じると、瞬時値Ｓ１が捕捉され、第２分岐１３ にて、つづく信号経過Ｓ２ないし８２ｋがひきつづいて導かれる。後置接続のコ ンｉｅレータ１６においてＳＹＭ信号の後発生する信号が、捕捉された値より大 か否かが検出され、相応して検出信号が端子１７に導かれる。勿論本発明によれ ばスイッチ１１の後方で信号をピーク値測定器を介して導いて、ＳＹＭ−ξルス の発生後測定期間を任意の長さに選定することが可能である。

第６図に示す装置の場合、第５図に示すものと異なって、信号の振幅でなく、第 ４ｂ図上方で説明したように時間積分が監視される。このためにスイッチ１１に 積分器２０が後置接続されており、この積分器は両信号分岐１２．１３に接続さ れている。その際本実施例において両信号分岐はサンゾル−ホール１段２１゜２ ２を有する。この段２１．２２の出力側は商形成器２３に接続されており、この 商形成器は端子１７の後置接続されたフン・ξレータ１６に接続されている。ス イッチ１１はこの場合にも測定窓の長さを定める。積分器２０は時点スタートに おいてＯにセットされ、センサ１０から到来する信号を積分し始める。時点ＳＹ 段２１において記４される。時点ストップにおいてそのことは同様にサンプル− ホールド段２２において行なわれる。段２２．２１において記憶された値が、次 いで、商形成器２３において相互に除算され、その際規則性の燃焼の場合数値２ が現われ、また不規則性の場合は２より大の数値が現われるのでありこのことは コン・ξレータ１６によって検出される。勿論、積分器２ｏを時点ＳＹＭにおい て０にリセットすることも可能である。その場合商形成器２３は規則性燃焼の場 合数値ｌを、また不規則性燃焼の場合は１より大の値を検出することとなる。商 形成器２３の代わりに勿論減筒７図に、第６図に示す装置の簡単化である、本発 明の装置の第３実施例を示す。この場合積分器に代ってクロック発生器３１によ って制御される加算器／減算器３０が用いられ、そのクロック発生器は加算器／ 減算器３０の前に配置されたスイッチ３２を制御する。しかる後順次現われる信 号値の加算が積分に代って行なわれ、その際信号経過がＳＹＭパルスの発生前加 算され、ＳＹＭ信号の発生後減算され、その結果規則性の燃焼の場合測定の終り にて加算器／減算器３０の出力側に値Ｏが現われる。勿論、また第１測定７エー ズにおいて減算し、第２測定フエーズにおいて加算するか、又は両測定フェーズ において信号経過を加算し中間記憶し終値を相互に比較する（第６図において信 号振幅に対して行なわれているのと類似して）ことも可能であり、または相応の 形式で加算器の代わりに可逆カウンタを用いることも可能である。

第８ａ〜第８ｂ図においてＳＹＭノξルスの形成に用いられる装置の種々の実施 例を示す。

第８ａ図においてｓ　ｙ　Ｍ　Ａルスが、内燃機関の点火装置４０により点火時 点ｚｚｐないしＯＴ倍信号対する時間的ずれにより得られる。その場合点火装置 は場合により、ＳＹＭ信号の動作点に依存したシフトのための特性領域である。

第ｓ　ｂ図にてＳＹＭ−ξルスが、センサ１０の信号Ｓからめられ、その際ピー ク値測定器によって規則性燃焼の場合における信号最大値の発生が測定され、そ こからＳＹＭ−ξルスの位置ないし状態がめられる。

第８ｃ図の装置においてもＳＹＭ−ξルスの位置が信号経過Ｓからめられ、その 場合１つの燃焼サイクルからでなく複数の燃焼サイクルからめられる。このため にピーク値測定器４２に平均値形成器４３が後置接続されており、この形成器は クロック発生器４４により制御される。平均値形成器４３はＳＹＭ−ξルスの位 置を特徴づける各位の時間平均値を形成する。

第８ｄ図の装置の場合ＳＹＭ−ξルスが、第３図上方干説明した方法１求められ る。その際センサ１０にフン・ぞレータ４５が後置接続されており、このコンノ ミレータ４５は切、換限界値Ｓ。に調整されている。限界値Ｓ。

の上回りないし下回りに対応づけられた、クランク軸角度ないし時間ａ、ｂの値 が後続の平均値形成器４８において算術的に平均がとられ、その結果全体的にＳ ＹＭ−ξルスの位置が得られる。

第８ｅ図にて第８ｄ図の装置を拡大したものが示されており、従って、第８Ｃ図 で説明したような時間的平均値測定も可能である。このためにクロック発生器４ ４を有する時間的平均値形成器４３がコン・ξレータ４５に後置接続されており 、したがって先ず数値ａ。

ｂが時間的に平均化され、それからはじめて算術的に平均化される。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の燃焼経過を 特徴づけるパラメータ例えばクランク専用角度に依存してセンサを用いて捕捉さ れるようにして、内燃機関における燃焼過程の不安定性（不規則性）を捕捉する 方法において、信号最大値の発生時点を捕捉し、信号最大値に対する時間的経過 の対称性をチェックし、対称性の不存在の際検出信号が送出されるようにしたこ とを特徴とする内燃機関における燃焼過程の不安定性（不規１１り性）の検出方 法・。 ２　信り最大値の発生の時点を、内燃機関の点火装置により調整される点火時点 （ｚｚｐ　）に対して所定の関係にあるようにした特許請求の範囲第１項記載の 方法。 ３　信号最大値の発生の時点を内燃機関の１つ又は多数の燃焼サイクルの測定に よってめるようにした特許請求の範囲第１項記載の方法。 能な限界値の上回り又は下回りを検出し、信号最大値発生時点を限界値に対応す る各時点の平均化によって得られるようにした特許請求の範囲第３項記載８　測 定窓（期間）を複数の燃焼サイクル中信号発生期間の平均値としてとり出すよう にした特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９　信号最大値の前の第１の信号経過を識別するためと、信号最大値の後の第２ の信号経過を識別するための時間制御部を第１、第２信号分岐（１２，１３）に 接続し、該分岐を介して、第１ないし第２経過を表わす識別値（Ｓｌ、Ｓ２．Ｓ ２に；Ｓｌ、Ｓ２′、８２′ｋ）が比較段に供給されるようにしたことを特徴と する特許 を実施する装置。 １０　時間制御部は点火・ξルス又はピストンの上方死点位置を表わす・ξルス から、時間的遅延によって対称・ぞルス（ＳＹＭ）を形成するようにした特許請 求の範囲第９項記載の装置。 １ｌ　信号がピーク値測定器（４２）に供給されピーク値の発生の際対称性・ξ ルス（ＳＹＭ）が形成されるようにした特許請求の範囲第９項記載の装置。 １２ヒーク値測定器（４２）＆こ対して、対称性・ξルス（ＳＹＭ）の発生の時 間的平均値の形成のための平均値形成器（４３）を後置接続しである特許請求の 範囲第１１項記載の装置。 １３　信号が比較器（４５）に供給されるようにし、該比較器は所定の限界値（ Ｓｏ）の上回り及び下回りの際時間信号（ａ、ｂ）を形成し、さらに回路素子（ ４６）を設け、該回路素子は時間信号の算術平均値から対称性パルス（ＳＹＭ） を形成するようにした特許請求の範囲第９項記載の装置。 １４　回路素子（４６）に対して、算術平均値の時間平均値の形成のため平均値 形成器（４３）を前置又は後置接続されている特許請求の範囲第１３項記載の装 置。 １５　対称性・ぐルス（ＳＹＭ）を動作点に依存して補正１７　時間制御部は時 間的測定室の形成のためのスタート、ストップパルス（スタート、ストンｉ　） 　全生成し、その際スタート・にルスは燃焼炎開始によってト１８　スタート、 ストツゾノξルス（スタート、ストップ）が、基準マーク発生器によって取出さ れるようにした特許請求の範囲第１６項記載の装置。 １９　スタート、ストツゾノξルス（スタート、ストップ）が、比較器によって 生ぜしめられ、該比較器に信号が供給されるようにした特許請求の範囲第１６項 記載の装置。 ２０　比較器に平均値形成器が後置接続されている特許請求の範囲第１８項記載 の装置。 ２１　第１信号分岐（１２）が、対称性・ξルス（ＳＹＭ）により制御されるサ ンプルホールド段（１４）を２２２つの信号分岐（１２，１３）に、スタートな いしストップ・ξルス（スタート、ストップ）により制御される積分器（２０） を前置接続し、第１信号分岐（１２）は対称性・ｅＱス（ＳＹＭ）によったｊ御 されるサンプルホール１段（２１）を有し、第２信号分岐（１３）は、ストップ パルス（ストップ）ニより制御されるサンプルホールド段（２２）を有し、該サ ンプルホールド段の出力側が、差又は面形成器２３　積分器はクロック発生器に より制御される加算器として構成されている特許請求の範囲第２１項記載の装置 。 ２４４　信号分岐はクロック発生器（３１）により制御さから対称性・ξルス（ スター）、ＳＹＭ）まで加算器（または減算器）を介して導かれ、第２信号分岐 （導かれているようにした特許請求の範囲第２０項記載の装置