JPS6138425A - 内燃機関のノツクセンサの取付位置決定方法 - Google Patents

内燃機関のノツクセンサの取付位置決定方法

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JPS6138425A
JPS6138425A JP15720184A JP15720184A JPS6138425A JP S6138425 A JPS6138425 A JP S6138425A JP 15720184 A JP15720184 A JP 15720184A JP 15720184 A JP15720184 A JP 15720184A JP S6138425 A JPS6138425 A JP S6138425A
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knocking
vibration
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frequency
vibrations
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Toshiaki Motoi
許斐 敏明
Yoshihiko Hiyoudou
義彦 兵道
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明は内燃機関本体にノッキング検知のため取付けら
れるノックセンサの最適取付位置の決定方法に関する。
従来の技術 ノックセンサとして内燃機関の機械的振動を電気的振動
に変換する型のものがある。このタイプのノックセンサ
では、機関の各気筒に生じたノッキングによって機関本
体の振幅が大きい点を求め、その点に設けることがノッ
キング検知精度を上げるため必要である。従来のノック
センサの取付位置の決定方法としてはモーダル解析によ
るものがあった。この方法ではノッキングに対応する振
動周波数の近辺での振動モードの計算によって、ノ、ク
センサの取付候補点となる箇所を何点か得て、その点に
ノックセンサ用ゲスを形成したシリンダブロックを試作
し、次にシリンダブロックにノッキング周波数帯(例え
ば6−8kHz)の振動を加え、各候補点での振幅を測
定し、その中で最もS/N比の良い点をノックセンサ取
付位置として決定している。しかしながら、このモーダ
ル解析による方法は実機状態でのノッキングを検出して
ノックセンサの取付箇所を決定しているのではないから
ノッキングの検出箇所として最適かどうかという点にお
いて幾分の1゛経念がある。またモーダル解析では被対
象物を網目状に分割しその分割各点の振動モードを数値
計算するが、その分割の数はそれ程細かくできないので
精度上も問題がある。
そこで、エンジン実機状態でのノッキングを検出し得る
ものとしてホログラフィ−による振動解析の応用が考え
られる。即ち、ホログラフィ−による振動解析ではレー
デ光を・臂ルス的に間隔を置いて2回振動物体に照射す
る。この場合、乾板上には2つの時点での変位に相当し
た縞間隔をもった干渉縞(ホログラム)が得られる。こ
れによシ振動を測定することができる。ところが、実機
作動中のエンジンの振動はノッキングに原因する振動の
みでなく他の種々の原因による色々な周波数帯の振動が
重畳されて成るものである。従って、単にノッキングを
起しているエンジンのホログラムを取るだけでは、ノッ
キング周波数帯以外での振動成分に影響されてノッキン
グ振動を正確検知することはできない。
発明が解決しようとする問題点 本発明はホログラフィ−によるエンジン振動の解析の改
良であってノッキングによる振動のみを分離しノッキン
グを正確に検知することができる方法を提供することに
ある。
問題点を解決するための手段 本発明の内燃機関のノックセンサの取付位置決定方法に
おいては、ノッキングが生ずる運転条件にて機関を作動
させ、ノッキングを生じさせる周波数を含めた複数の代
表的周波数における機関振動特性を時間に対して計測し
、ノッキング周波数以外の代表周波数での合成振動変位
が実質上打ち消される一エンジンサイクルに、おける二
つの時刻tl及びt!を求め、前記時刻t1及びt:に
おいて光パルスを機関に照射することによりホログラム
を作成し、得られたホログラムよジノツクセンサの取付
箇所を決定する。
作用 光ノクルスが出される時刻t1及びt2ではノッキング
が生ずる周波数以外の代表的周波数での振幅は実質的に
打ち消されている。そのためホログラムはノッキングに
よる振動に原因するもののみが得られノッキング振動を
正確に把掴することができる。
実施例 10はノックセンサ取付位置決定の対象となるエンジン
であり、燃料噴射弁12と、点火栓14−とを各気尚(
この場合は4気筒)に備えている。燃料噴射1OII錘
装置16は燃料噴射弁12からの燃料噴射量、即ち仝燃
比の制御を行い、−万点火制御装置18は点火栓14の
電極での放電が生ずる機関のクランク角度位置を各気筒
で独立に制御する。
燃料噴射制御装置161点火制御装置18自体は周知の
如何なる構造のものでも任意に採用することができる。
20は変速機であシ、22は動力計である。
24は2ノ9ルスレーデホログラフイ装置を全体として
示すものであり、2−4′ルスレ一デ光発生器26を備
える。レーザ光発生装置26の前方にビームスプリッタ
28があり、その透過光は信号光L1t”エンジン10
に照射するレンr系30に供給すれる。ビームスプリッ
タ28からの反射光は参照光L!を生ずるレンズ系32
に供給される。
34は参照元り、を乾板36上に導びく反射ミラーであ
る。
本発明では、エンジンの振動における各周波数成分の振
動を検知するための、複数のセンナが設けられる。3B
は加速度計型の振動計であり、エンジン本体10に設け
られ、エンジンの全周波数にわたる振動を検知すること
ができる。40はエンジンの上部にここから僅か離れて
設けられたギヤ、デ匿のセンサであり、エンジンの横ゆ
れに伴う低周波域(100Hz以下)での振動を検知す
ることができる。このギヤツブセンサ40としてはうず
電流を検知するタイプのものが採用できる。
42はノッキングに相当する高周波域(6−8kHz 
)での振動を検知するための共振型加速度計であシ、エ
ンジン本体10に設けられる。
エンジン全周波数域での振動を検知する加速度型センサ
38はフィルタ回路44に接続され、このフィルタ回路
44はエンジン振動における中間周波数域(0,5−3
kHz)での振動のみを分離透過する役目を行う。
センナ38,40.42はオシロスコープ50の各入力
端子50−1.50−2.50−3に接続される。また
52は周波数発生器であシ、オシロスコープ上で観測さ
れる各波形のに近似した正弦波を知るため使用されるも
のであり、オシロスコープ50の入力端子5O−41C
接続される。オシロスコープ50は外部同期端子50−
5を有しておシ、同端子50−5はエンジンのクランク
角度に同期して波形観測を行うことができるようにクラ
ンク角センサ56に接続される。エンジン10のクラン
ク軸10′上の回転体に対面してクランク角センサ56
は設けられ、クランク軸10’が所定位置に来るとトリ
ガ信号が発せられオシロスコープ50上での波形観測を
エンジンクランク軸の回転と同期してできるようになっ
ている。
60は周波数解析装置(FFT )であジエンジンの振
動における周波数解析に使用される。
本発明は次の事実を基礎とするものである。即ち、時間
に対するエンジンの総合的な振動特性は第2図(イ)の
ように表わされる。ここにたて軸は加速度をとっている
が振動変位と同じである。図中人の領域は点火時に相当
している。この第2図(イ)は第1図のセンサ38から
の振動の全波長成分が含まれた信号を表わしてお勺、こ
のグラフからはエンジン振動に各周波数帯がどのように
寄与しているかは不明でおる。第2図(ロ)は(イ)の
振動波形を第1図の周波数解析装置60によって各周波
数での成分に分解した結果である。即ち、(ロ)から明
らかなように、エンジン振動は大きくは、100Hz以
下と、0.5−3 kHzと、6−8 kHzと3つの
周波数帯によって成立っておシ、最も低い周波数帯の振
動はエンジンの横振動に原因し、中間の周波数帯の振動
はシリンダブロックの面振動に原因し、最も高い周波数
帯の振動がノッキングに原因すると考えられる。そこで
本発明ではかかる事実に着目し、エンジン横振動、シリ
ンダプロ、り面振動。
ノッキング振動の夫々の成分のうちの代表的な周波数を
独立して検知する前述のような各センナを設け、その各
センナからの振動をオシロスコープ50上に表示させ、
この表示された夫々の代表的周波数での観測図形からノ
ッキング周波数以外の代表的周波数での振動が実測上打
ち消される2点を求め、この2点で2/4′ルスレーデ
を駆動し、ホログラムを得るようにしているものである
。以下これを更に詳細に説明する。
第1図において点火制御装置18及び燃料噴射制御装置
16によって夫々点火時期及び混合気空燃比がある一つ
の特定の気筒がノッキングを生ずるように調節される。
その結果エンジン10の運転によってノッキングが発生
する。そのときの総合的な振動特性は第3図の(イ)で
表わされる(これは第2図(イ)のAの部分における波
形に対応する。)この場合横軸は時間であシカ一つエン
ジンのクランク軸10′の位置と対応している。周波数
解析装置60での振動解析によって第2図(ロ)のよう
にエンジンの振動は低、中、高の三つの周波数帯に分割
され夫々エンジンのローリング(Ll)−ブロック面振
動(L2)−及びノッキング(Ll)に基づくものと考
えられる。これらの三つの周波数帯における代表的周波
数(例えば夫々の周波数帯における振動ピークを生じさ
せる周波数fl +fz*fs  )が代表的周波数と
して選定され、セ/すはこれらの代表的周波数を検知す
るようKその特性が定められる。即ち、ギヤ、デセンサ
40は周波数f1に、また共振型加速度計42は周波数
f3にその特性が表わされる。更に、全周波数での振動
を検知するセンサ38はフィルタ44に接続され、その
フィルタは周波数f2に調整されている。
従って、オシロスコープ50の観測面上にはこれらの選
定代表周波数f1−fz 、fs  に基づく振動波形
が表わされる。即ちギャップセンサ40からはエンジン
の低周波域での代表的周波数での振動が表われ、第3図
(ロ)に示される。フィルタ44によって中間の周波数
域のみが通されシリンダブロックの面振動に基づく周波
数帯での代表振動が、会うの如くオシロスコープ50上
で観測される。またノッキングに基づく高周波域の代表
的周波数での振動は共振型加速度計42によって取シ出
され、オシ0スコー7’5Q上に観測される。この際オ
シロスコープ50上に観測される各波形は厳密な意味で
は正弦波ではない。そこでファンクションノエネレータ
52よシ正弦波を発生させ、オシロスコープ上の観測さ
れる各センサからの波形との一致の良い正弦波として修
正することができる。または、オシロスコープ上に観測
される実測の波形よシこれに最も近い正弦波を計算によ
って出すことができる。
次にこのように正弦波として修正された各周波数帯での
代表的周波数の振動のうち、ノッキングと関係のない低
周波数帯、中間周波数帯での代表的周波数の合成振動が
打ち消される2点が決定される。例えば、第3図におい
て、時刻t1で(ロ)の波高はΔr、(ejの波高はΔ
1′でΔ1+Δ1’ =Os一方時刻t2で(ロ)の波
高はΔ2 、Hの波高はΔ2′でΔ2+Δ2′=Oであ
る。このようにして選定された2つの時刻tl、t、で
はノッキング帯以外の周波数帯での代表周波数の合成振
動は打ち消されていることから、この時刻t1.t2で
ホログラムを取れば、ノッキングのみに基づく振動の大
きさを観測することができる。ここに合成振動の打ち消
しの意味であるが、必ずしも合成振動が全く不存在とい
う意味に限るのではなく、ノッキング振動がその他の振
動よシ十分大きく観測できること、又は、ノッキング振
動以外の振動がホログラフィの感度であるλ/4(λ:
レーデ光波長)を超えるものでないことを意味する。ま
た、各周波数帯での代表的周波数の選定はこの実施例で
は夫々の周波数帯での振動ピークを生ずる周波数と述べ
たがその近辺の周波数であれば良いと考えられる。この
ように1各周波数帯の代表的周波数でノッキング周波数
以外の成分の打ち消しを行うことで、夫々の周波数帯の
代表的周波数以外の周波数でもノッキング以外の振動成
分の打ち消しが行われる。
2メダルスレ一デ発生装置のレーデ発射タイミングコン
トローラ63は前記の時刻jl+j2から計算される時
間差で2つの/IPルスが発生されるよう調整される。
また、クランク角センサ56からの所定クランク軸信号
に同期して第3図の時刻Ll+t2に相当するクランク
角度でレーデパルスが発生されることになる。
レーデ元発生装置26からの直接光り、はノ。
キングを起しているエンジン本体10に時刻t 1 ’
tt、において発射され、回折光は乾板36に集められ
る。1..12の時刻において、ノッキングに基づく振
動変位に第3図に)のXのような差があるため(この差
Xが大きくなるように前記tl  +t2を選択するこ
とがホログラムの感度を上げるため好ましい。)、この
振動変位差Xに応じてレーデ光の波長の半分毎の干渉縞
が乾板36上釦形成される。そのような干渉縞の再生は
、周知のホログラム再生方法により、行うことができる
第4図は讐1.+2.≠3.+4の夫々の気筒で独立し
てノッキングを起させたときのホログラム再生による干
渉縞の状態を模式的に示す。どの気筒がノッキングして
いるかで干渉縞の出る位置、即ち、ノッキング振動が大
きく現れる位置は変るが、共通的にノッキングが出易い
位置として、F即ろ#!−4番気筒のクランク軸上の第
4軸受と第5軸受との間の位置が好ましいと判定される
発明の効果 本発明によればエンジンの振動におけるノッキング帯以
外の振動帯域での振動が打ち消される2つの時Aでレー
デパルスを発生させホログラムを得ることで振動屏析し
ている。そのため、ノッキングに基づく振動分のみ精度
よくかつ試行錯誤的−試作を繰返すことなしに迅速に検
知することができる。また、各気筒にノッキングを生さ
せたときのノッキングに基づく変位を測定することで共
通的にノッキングが生じ易い場所を特定することができ
る。そのため、−箇のノックセンサで高精度のノッキン
グ検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実現する、システム全体図、 第2図はエンジンの総合的な振動(イ)及びその周波数
解析図(ロ)、 第3図は各代表的周波数での振動を示す図、第4図は各
気筒にノッキングを生じさせ、本発明の方法でホログラ
ムを得、そのホログラムの再生時の干渉縞のエンジン本
体上の位置を模式的に示す図。 10・・・エンジン本体、24・・・ホログラフィ−装
置、38・・・加速度計、40・・・ギャップセンサ、
42・・・共撮型加速度計、44・・・フィルタ、50
・・・オシロスフープ、60・・・周波数解析装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 内燃機関のノックセンサの取付位置決定方法において、 ノッキングが生ずる運転条件にて機関を作動させ、 ノッキングを生じさせる周波数を含めた複数の代表的周
    波数における機関振動特性を時間に対して計測し、 ノッキング周波数以外の代表周波数での合成振動変位が
    実質上打ち消される一エンジンサイクルにおける二つの
    時刻t_1及びt_2を求め、前記時刻t_1及びt_
    2において光パルスを機関に照射することによりホログ
    ラムを作成し、得られたホログラムよりノックセンサの
    取付箇所を決定することにより成る方法。
JP15720184A 1984-07-30 1984-07-30 内燃機関のノツクセンサの取付位置決定方法 Granted JPS6138425A (ja)

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JPWO2015194138A1 (ja) 2014-06-16 2017-04-20 日本電気株式会社 位置特定装置、位置特定システム、位置特定方法及びコンピュータ読み取り可能記録媒体

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