(57)【要約】      （修正有）【課題】ノッキングセンサのセンサ温度を、コンパクト性を維持し高精度に検出する。【解決手段】ノッキングセンサ１の圧電素子１２の出力端子に並列にサーミスタ１７を接続し、センサ出力からローパスフィルタ３３によって直流に近い低周波成分を抽出し、該低周波成分が温度によって変化するサーミスタ１７の抵抗値に比例的となるので、マイクロコンピュータ３６によって該低周波成分によってセンサ温度を高精度に検出する一方、センサ出力からハイパスフィルタ３２によって高周波成分を振動信号として抽出し、該振動信号をマイクロコンピュータ３６によって周波数分析しつつノッキング成分のレベルを、前記検出されたセンサ温度に応じて補正し、補正したノッキング成分レベルを判定レベルと比較することによって、ノッキングの有無を判定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子の出力端子に、温度係数の大きな感温抵抗素子を並列接続して内蔵したことを特徴とする内燃機関用ノッキングセンサ。
【請求項２】
圧電素子と温度係数の大きな感温抵抗素子とを並列接続して構成したノッキングセンサと、該ノッキングセンサの出力からノッキング振動成分を含む高周波成分とノッキングセンサ温度検出用の直流に近い低周波成分とを分離して抽出する周波数分別回路とを含んで構成したことを特徴とするノッキング検出装置。
【請求項３】
前記周波数分別回路からの高周波成分に基づいて振動信号を抽出する一方、前記周波数分別回路からの低周波成分に基づいてセンサ温度を検出し、前記振動信号をセンサ温度で補正した信号に基づいてノッキングの有無を判定する判定回路を含んで構成したことを特徴とする請求項２に記載のノッキング検出装置。
【請求項４】
ノッキングセンサ外部からの信号に基づいて検出したセンサ取付部温度と、前記検出されたセンサ温度とを比較し、両者の相違が所定レベル以上の時に、ノッキングセンサが故障していると診断するセンサ故障診断回路を含んで構成したことを特徴とする請求項３に記載のノッキング検出装置。
【請求項５】
前記ノッキングセンサ外部からの信号は、機関の冷却水温度または潤滑油温度の検出信号であることを特徴とする請求項４に記載のノッキング検出装置。
【請求項６】
前記ノッキングセンサ取付部温度が低いときに前記センサ温度が高いときは、前記感温抵抗素子が負の温度−抵抗特性を有している場合は、ノッキングセンサ出力端子間が短絡していると故障診断し、前記感温抵抗素子が正の温度−抵抗特性を有している場合は、ノッキングセンサ出力端子間が断線していると故障診断することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のノッキング検出装置。
【請求項７】
前記ノッキングセンサ取付部温度が高いときに前記センサ温度が低いときは、前記感温抵抗素子が負の温度−抵抗特性を有している場合は、ノッキングセンサ出力端子間が断線していると故障診断し、前記感温抵抗素子が正の温度−抵抗特性を有している場合は、ノッキングセンサ出力端子間が短絡していると故障診断することを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載のノッキング検出装置。
【請求項８】
前記ノッキングセンサ取付部温度が所定温度以上のときに、前記ノッキングセンサの故障診断を許可することを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１つに記載のノッキング検出装置。
【請求項９】
外気温度または吸気温度の検出信号及び機関運転停止判定信号を入力し、外気温度または吸気温度と前記ノッキングセンサ取付部温度とが略同等で、機関運転停止中と判定されているときに、前記ノッキングセンサの故障診断を許可することを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか１つに記載のノッキング検出装置。
【請求項１０】
前記センサ取付部温度を検出する手段が故障中は、前記ノッキングセンサの故障診断を禁止することを特徴とする請求項４〜請求項９のいずれか１つに記載のノッキング検出装置。
【請求項１１】
前記ノッキングセンサが故障していると診断されたときに、ノッキング判定を禁止することを特徴とする請求項４〜請求項１０のいずれか１つに記載のノッキング検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のノッキングを検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ノッキングセンサからの出力またはノッキング判定値を、水温センサで検出された水温に基づいて推定したセンサ温度によって、修正することにより、ノッキング判定精度の向上を図った技術が開示されている。
【特許文献１】実開平２−１２２３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献のように、水温その他ノッキングセンサ以外の個所で検出された温度とセンサ温度との間には、ずれがあるので、十分に判定精度を向上できるものではなかった。
また、ノッキングセンサに温度センサを内蔵することが考えられるが、温度センサからの温度検出信号を取り出すためのコネクタ端子や信号線（ハーネス）を増やす必要があり、コスト高についてしまう。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、ノッキングセンサの出力端子や信号線の数を増やすことなく低コストな構成で高精度にセンサ温度を検出しつつ、高精度なノッキング判定を行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明に係る内燃機関用ノッキングセンサは、圧電素子の出力端子に、温度係数の大きな感温抵抗素子を並列接続して内蔵した構成とした。
また、本発明に係る内燃機関のノッキング検出装置は、圧電素子と温度係数の大きな感温抵抗素子とを並列接続して構成したノッキングセンサと、該ノッキングセンサの出力からノッキング振動成分を含む高周波成分とセンサ部温度検出用の直流に近い低周波成分とを分離して抽出する周波数分別回路とを含んで構成した。
【０００６】
かかる構成とすれば、ノッキングセンサの出力端子に温度係数の大きな感温抵抗素子を並列接続した構成により、ノッキングセンサの出力の低周波成分がセンサ温度によって変化するため、該低周波成分に基づいてセンサ温度を検出することができ、該センサ温度に基づいてセンサ出力（高周波成分）を温度補正してノッキング判定精度を向上することが可能となる。
【０００７】
また、センサの出力端子数は、増えないので出力信号線（ハーネス）の数を増やすことなく、低コストかつコンパクト性を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１において、ノッキングセンサ１は、底部が外側に張り出すフランジ部１１ａを有した筒状部材１１が中心部に設けられ、該筒状部材１１の中心孔に締結用ボルト３を通してエンジンのシリンダブロック２に締結される。筒状部材の外側には、前記フランジ部の上面に接合して環状の圧電素子（ピエゾ素子）１２が嵌挿され、該圧電素子１２の上にマス部材１３が載せられ、さらに該マス部材１３を弾性付勢する板ばね１４と、該板ばね１４の押さえ金１５が載せられる。さらに、これらの外周を樹脂モールドしてハウジング１６が形成され、前記圧電素子１２の２本の出力端子１２ａの端部を突出させてコネクタ部１６ａが形成されている。
【０００９】
そして、圧電素子１２に機関の振動加速度が加わると、振動加速度に応じた出力電圧が発生し、該出力電圧の高周波成分に基づいてノッキングを検出することができる。
かかる圧電素子型のノッキングセンサ１において、本願発明にかかる構成として、圧電素子１２の出力端子１２ａに温度係数の大きなサーミスタ（感温抵抗素子）１７を、並列接続する。該サーミスタ１７は、上記樹脂モールドによりハウジング１６内に埋設される。
【００１０】
図２は、上記ノッキングセンサ１を含むノッキング検出装置の回路構成を示す。ノッキングセンサ１（圧電素子１２）の出力は、ハーネス２１を介してエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３１のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３２及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３に入力される。なお、入力端子の＋側は、抵抗（ＲL）３４を介して電源ＶＣＣに接続され、−側は、コンデンサ（ＣL）３５を介して接地される。
【００１１】
前記ハイパスフィルタ３２は、ノッキングセンサ１の出力からノッキング判定用の高周波成分を抽出し、前記ローパスフィルタ３３は、ノッキングセンサ１の出力から直流に近い低周波成分を抽出する。
ここで、ローパスフィルタ３３によって抽出される直流に近い低周波成分は、前記サーミスタ１７の温度−抵抗特性によって温度に依存するので、該低周波成分レベルに応じてセンサ温度を検出できる。したがって、ローパスフィルタ３３からの信号はセンサ温度信号としてマイクロコンピュータ３６に入力される。また、前記ハイパスフィルタ３２からの高周波成分は増幅器（ＡＭＰ）３７で増幅された後、振動信号としてマイクロコンピュータ３６に入力される。
【００１２】
そして、前記マイクロコンピュータ３６は、前記振動信号を周波数分析しつつノッキング成分のレベルを、前記検出されたセンサ温度に応じて補正し、補正したノッキング成分レベルを判定レベルと比較することによって、ノッキングの有無を判定する。なお、ハイパスフィルタ３２によって、ノッキング周波数成分に帯域を絞ることにより周波数分析機能を持たせるようにしてもよい。あるいは、専用の周波数分析回路を介して周波数分析された信号をマイクロコンピュータ３６に入力させるようにしてもよい。
【００１３】
具体的には、センサ温度が高いほどセンサ（圧電素子）出力が低下し、かつ、共振点が低周波数側にシフトする温度特性を有するので、ノッキング判定に用いる周波数帯域における温度特性に応じて温度による変化の影響を無くす方向の温度補正を行う。
なお、前記サーミスタ１７としては、検出温度範囲で高周波成分への影響を小さくするように高抵抗値を維持でき、かつ、安定した特性を有するものを用いる。現状では負の温度−抵抗特性を有するＮＴＣサーミスタが適するが、正の温度−抵抗特性を有するＰＴＣサーミスタでも安定した特性を有すれば用いることができる。本実施形態では、ＮＴＣサーミスタを用いる。
【００１４】
このようにすれば、ノッキングセンサ１にセンサ温度検出用のサーミスタ１７がハウジング１６に内蔵されるので、水温等で代用するものに比較しセンサ温度を高精度に検出でき、ひいてはノッキング判定を高精度に行える。
また、ノッキングセンサ１の外形を変更することなくセンサ自体のコンパクト性を維持できると共に、ノッキングセンサ１の出力端子数が増えないため、ノッキングセンサ１とエンジンコントロールユニット３１とを接続するハーネスの本数も増加せず、装置全体のコンパクト性も維持でき、低コストで実施できる。なお、ノッキングセンサに内蔵してセンサ温度を検出する温度センサとして熱電対などを用いることも考えられるが、熱電対のように起電力によって温度検出する素子を用いた場合は、出力端子と並列接続することができず、出力端子数およびハーネス本数が増加してしまう。本発明のように感温抵抗素子を出力端子に並列接続することでかかる不具合を解消できるのである。
【００１５】
また、ローパスフィルタは、通常のノッキング判定回路でも低周波成分を分離するため、一般的に設けられるので、該ローパスフィルタをセンサ温度検出用としてそのまま利用することができ、コストアップを回避できる。
また、前記センサ温度に基づいて、ノッキングセンサの故障診断を行うことができる。すなわち、上述したように、ノッキングセンサ１は、エンジンのシリンダブロック２に装着されるため、エンジン冷却水温度（水温）と略同じになるので、ノッキングセンサ１外部から信号に基づくセンサ取付部温度として水温を用い、センサ出力の低周波成分から求めたセンサ温度と水温（センサ取付部温度）との温度差が所定以上大きくなったときにノッキングセンサ１が故障していると診断する。
【００１６】
上記故障診断のため、前記マイクロコンピュータ３６は、エンジン制御用に設けられている水温センサ４１から入力される水温信号を用いる。
図３は、上記ノッキングセンサ故障診断のフローチャートを示す。
ステップ１では、異常状態継続時間を計測するカウンタを初期値にリセットする。
ステップ２では、水温Ｔｗが診断許可水温Ｔｗ０以上であるかを判定する。低水温時には、センサ正常時でも水温とセンサ温度との温度差が小さいので、温度差に基づく故障診断精度が低下するため診断を禁止し、診断許可水温Ｔｗ０以上を条件として診断を行うことで精度を確保する。
【００１７】
ステップ３では、水温Ｔｗから所定温度を差し引いた温度値を、断線故障判定用のしきい値Ｔｄとして算出し、水温Ｔｗに所定温度を加算した温度値を、短絡故障判定用のしきい値Ｔｔとして算出する。前記所定温度を水温Ｔｗが高いほど高い値に設定してもよい。
ステップ４では、センサ温度Ｔｓが前記断線故障判定用のしきい値Ｔｄ未満であるかを判定し、しきい値Ｔｄ未満と判定されたときは断線異常状態と判断し、ステップ５へ進んで該断線異常状態の継続時間を計測するため、前記カウンタの値をデクリメントする。
【００１８】
ステップ６では、前記カウンタの値が０になったかを判定し、０になる前はステップ２へ戻り、断線異常判定が継続したときは、カウンタのデクリメントを繰り返して断線異常状態の継続時間を計測する。
このようにして、ステップ６でカウンタの値が０になった、つまり、断線異常状態が所定時間継続したと判定したときに、ステップ７へ進んでノッキングが断線故障しているとの診断を確立する。ここで、本実施形態では、サーミスタ１７が負の温度−抵抗特性を有するので、断線すると出力端子間の抵抗が極めて大きくなってセンサ温度が水温Ｔｗと比較すると極端に低い温度として検出されしきい値Ｔｄ未満となるので、断線異常と判断することができる。
【００１９】
また、ステップ４で、センサ温度Ｔｓが前記断線故障判定用のしきい値Ｔｄ以上と判定されたときは、ステップ８へ進んでセンサ温度Ｔｓが前記短絡故障判定用のしきい値Ｔｔより高いかを判定する。そして、しきい値Ｔｔより高いと判定されたときは短絡異常状態と判断し、ステップ９へ進んでカウンタの値をデクリメントし、ステップ１０でカウンタの値が０になったかを判定し、０になる前はステップ２へ戻り、０になった、つまり、短絡異常状態が所定時間継続したと判定したときに、ステップ１１へ進んでノッキングが短絡断線故障しているとの診断を確立する。ここで、短絡すると出力端子間の抵抗が極めて小さくなってセンサ温度が水温Ｔｗと比較すると極端に高い温度として検出されしきい値Ｔｔより高くなるので、短絡異常と判断することができる。
【００２０】
これら、断線故障または短絡故障の診断結果（フラグ設定）が出されたときは、ノッキング判定の信頼性が失われるので、ステップ１２でノッキング判定を禁止する。
図４に、本故障診断を行ったときのノッキングセンサ正常時と断線故障時との様子を比較して示す。
このように、水温等でセンサ温度を代用した場合には行えなかったノッキングセンサの故障診断を行うこともできる。また、異常状態が所定時間継続したときに診断を確立することで、過渡的な温度のずれによる誤判定を防止できる。なお、本診断許可の前提として水温センサ４１など比較用のセンサ取付部温度を検出するセンサが正常であることを条件とする。すなわち、先に水温センサ４１の故障診断を行って故障と診断されたときは、ノッキングセンサの故障診断は禁止する。
【００２１】
ノッキングセンサ外部からのセンサ取付部温度として潤滑油温度を用いてもよい。また、出力端子に並列接続する感温抵抗素子として正の温度−抵抗特性を有するサーミスタを用いた場合には、上記センサ温度と水温等のセンサ取付部温度との比較に基づく診断結果を上記とは逆（断線→短絡、短絡→断線）にすればよい。
次に、診断許可条件が異なる故障診断の別の実施形態を示す。
【００２２】
本実施形態は、図２に点線で示すように外気温度（若しくは吸気温度）を検出する外気温度センサ４２を設けてマイクロコンピュータ３６に外気温度信号を入力する。また、マイクロコンピュータ３６には、前記水温センサ４１の他、エンジン制御用のクランク角センサ４３からのエンジン回転信号が入力されている。
図５は、本実施形態にかかる故障診断のフローチャートを示す。
【００２３】
ステップ２１では、前記クランク角センサ４３からのエンジン回転信号に基づいて、エンジンが停止しているかを判定する。
ステップ２１でエンジン停止状態と判定されたときは、ステップ２２へ進んで水温Ｔｗと外気温度Ｔａとが略同温（偏差｜ΔＴ｜が所定値以内）であるかを判定する。
そして、水温Ｔｗと外気温度Ｔａとが略同温と判定されたときは、ノッキングセンサ１の故障診断許可条件が成立したと判断し、ステップ２３へ進んで、上記第１の実施形態のステップ３以降で実施されるのと同様の故障診断を実行する。
【００２４】
本実施形態のように、エンジン停止時の温度が平衡状態にあり、外気温度とエンジン温度（水温などセンサ取付部温度）が、略同じ値となっている安定状態で故障診断を行うことにより、正確な故障判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態におけるノッキングセンサの内部構造を示す断面図
【図２】同上ノッキングセンサを用いたノッキング検出装置の回路図
【図３】同上ノッキング検出装置におけるノッキングセンサ故障診断ルーチンを示すフローチャート
【図４】同上故障診断時の様子を示すタイムチャート
【図５】ノッキング故障診断の別方式のルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
【００２６】
１      ノッキングセンサ
１２    圧電素子
１２ａ  出力端子
１７    サーミスタ
２１    ハーネス
３１    エンジンコントロールユニット
３２    ハイパスフィルタ
３３    ローパスフィルタ
４１    水温センサ
４２    外気温度センサ
４３    クランク角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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