(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の複数の気筒において発生するノッキング現象による振動を、一つのノッキングセンサにより検出しつつ、各気筒の検出信号の大きさを均一に検出し、負荷の大きさが異なった場合でも均一に振動を検出して、ノッキング判定を行うことができるノッキング検出方法であって、一つのノッキングセンサの検出信号（８）を、特定時期に発生した振動のみを通過させる時間ゲートと、特定周波数の振動のみを通過させるバンドパスフィルタとを一組としたフィルタ回路（１５）を通過させ、これにより得られた燃焼信号（１０）とノッキング信号（９）を用いてノッキング判定を行い、前記フィルタ回路（１５）を複数組使用してノッキング振動を検出すべく構成し、該複数設けた前記フィルタ回路（１５）の時間ゲートを、燃焼部時間ゲート（２ａ・２ａ・・・）とノッキング部時間ゲート（２ｂ・２ｂ・・・）で構成し、該燃焼部時間ゲート（２ａ・２ａ・・・）は、検出信号（８）のうち、ノッキングの発生時期の前部にある燃焼時期（Ｔ１）に検出された燃焼部信号（８ａ）のみを通過させるように構成し、該ノッキング部時間ゲート（２ｂ）は、検出信号（８）のうち、ノッキング発生時期（Ｔ２）に検出されたノッキング部信号（８ｂ）のみを通過させるように構成し、前記燃焼部時間ゲート（２ａ）を通過した燃焼部信号を、気筒内の加振周波数成分のみを通過させる燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過させ、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ・２ｂ・・・）を通過したノッキング部信号を、ノッキング周波数の成分のみを通過させるノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過させ、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ）及びノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過したノッキング信号（９）の代表値と、前記燃焼部時間ゲート（２ａ）及び燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過した燃焼信号（１０）の代表値との比を算出し、この算出値をノッキング判定に用いることを特徴とするノッキング検出方法。
【請求項２】
請求項１記載のノッキング検出方法において、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ）及びノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過したノッキング信号（９）の最大値（Ａ２）と、燃焼部時間ゲート（２ａ）及び燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過した燃焼信号（１０）の最大値（Ａ２）との比を算出して、判定検出値（１２）とすることを特徴とするノッキング検出方法。
【請求項３】
請求項１記載のノッキング検出方法において、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ）及びノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過したノッキング信号（９）の実効値（Ｂ２）と、燃焼部時間ゲート（２ａ）及び燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過した燃焼信号（１０）の実効値（Ｂ１）との比を算出して、判定検出値（１２’）とすることを特徴とするノッキング検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に発生するノッキング現象を検出するための、ノッキング検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関に発生するノッキング現象による振動などを、振動計により検出してノッキング検出信号を出力し、このノッキング検出信号をフィルター回路に通すことで、低周波及び高周波のノイズ成分を除去し、特定の周波数のノッキング周波数成分のみを通過させ、その後、時間ゲートを通して、ある一定時期の検出信号のみを取り出して、その検出信号の波形の大小によってノッキング判定を行う技術は公知となっている。例えば、特公平７−１３５０７公報に記載されている如くである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来は一つの振動計にて、複数の気筒、例えば３気筒から４気筒程度のノッキング振動を検出していたので、各気筒から振動計までの距離がそれぞれ異なり、各気筒で発生しているノッキング強度が同じであったとしても、振動計で検出される信号の大きさはそれぞれ違う値となっていた。
また、エンジンに掛かっている負荷の大きさが異なると、ノッキングが発生した場合に生じる振動の大きさが違ってくるので、ノッキングが発生しているにもかかわらず、振動計が検出した信号ではノッキングが発生していないと判定されてしまうといった不具合があった。
そこで本発明は、複数の気筒のノッキング振動を、一つのノッキングセンサで検出しつつ、各気筒間の検出信号の大きさを均一に検出し、負荷の大きさが異なった場合でも均一に振動を検出して、正確なノッキング判定を行うことができるノッキング検出方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するための手段を説明する。
【０００５】
請求項１においては、内燃機関の複数の気筒において発生するノッキング現象による振動を、一つのノッキングセンサにより検出しつつ、各気筒の検出信号の大きさを均一に検出し、負荷の大きさが異なった場合でも均一に振動を検出して、ノッキング判定を行うことができるノッキング検出方法であって、一つのノッキングセンサの検出信号（８）を、特定時期に発生した振動のみを通過させる時間ゲートと、特定周波数の振動のみを通過させるバンドパスフィルタとを一組としたフィルタ回路（１５）を通過させ、これにより得られた燃焼信号（１０）とノッキング信号（９）を用いてノッキング判定を行い、前記フィルタ回路（１５）を複数組使用してノッキング振動を検出すべく構成し、該複数設けた前記フィルタ回路（１５）の時間ゲートを、燃焼部時間ゲート（２ａ・２ａ・・・）とノッキング部時間ゲート（２ｂ・２ｂ・・・）で構成し、該燃焼部時間ゲート（２ａ・２ａ・・・）は、検出信号（８）のうち、ノッキングの発生時期の前部にある燃焼時期（Ｔ１）に検出された燃焼部信号（８ａ）のみを通過させるように構成し、該ノッキング部時間ゲート（２ｂ）は、検出信号（８）のうち、ノッキング発生時期（Ｔ２）に検出されたノッキング部信号（８ｂ）のみを通過させるように構成し、前記燃焼部時間ゲート（２ａ）を通過した燃焼部信号を、気筒内の加振周波数成分のみを通過させる燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過させ、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ・２ｂ・・・）を通過したノッキング部信号を、ノッキング周波数の成分のみを通過させるノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過させ、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ）及びノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過したノッキング信号（９）の代表値と、前記燃焼部時間ゲート（２ａ）及び燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過した燃焼信号（１０）の代表値との比を算出し、この算出値をノッキング判定に用いるものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のノッキング検出方法において、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ）及びノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過したノッキング信号（９）の最大値（Ａ２）と、燃焼部時間ゲート（２ａ）及び燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過した燃焼信号（１０）の最大値（Ａ２）との比を算出して、判定検出値（１２）とするものである。
【０００７】
請求項３においては、請求項１記載のノッキング検出方法において、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ）及びノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過したノッキング信号（９）の実効値（Ｂ２）と、燃焼部時間ゲート（２ａ）及び燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過した燃焼信号（１０）の実効値（Ｂ１）との比を算出して、判定検出値（１２’）とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
図１は、本発明のノッキング検出方法の全体構成を示すブロック図、図２はクランク角度と筒内圧力及び振動加速度の関係を示す図、図３はノッキング部フィルターのカットオフ周波数を示す図、図４は燃焼部フィルターのカットオフ周波数を示す図、図５は判定検出値の算出方法の実施例を示すブロック図、図６は同じく別実施例を示すブロック図である。
【００１０】
まず、本発明のノッキング検出方法の全体構成について、図１乃至図４を用いて説明する。
ノッキングセンサにより検出した、内燃機関（ディーゼル機関を除く）に発生するノッキング現象などによる振動が、ノッキングセンサによりアナログ信号として検出され、この検出信号８がＡ／Ｄ変換器１によってデジタル信号に変換される。
デジタル信号に変換された検出信号８は、一定の時期に発生した信号のみを通過させる時間ゲートを通過するが、時間ゲートは燃焼部時間ゲート２ａ・２ａ・・・と、ノッキング部時間ゲート２ｂ・２ｂ・・・とで構成している。
【００１１】
前記燃焼部時間ゲート２ａ・２ａ・・・を通過した燃焼部信号８ａは、その後、燃焼部バンドパスフィルタ（以後、「燃焼部フィルタ」と呼ぶ）３ａに通されて、一定の周波数より低周波及び高周波のノイズ成分を除去して、特定の周波数の燃焼信号１０のみが通過する。
前記ノッキング部時間ゲート２ｂ・２ｂ・・・を通過したノッキング部信号８ｂは、その後ノッキング部バンドパスフィルタ（以後、「ノッキング部フィルタ」と呼ぶ）３ｂに通されて、一定の周波数より低周波及び高周波のノイズ成分を除去して、特定の周波数のノッキング信号９のみが通過するのである。
【００１２】
そして、燃焼部バンドパスフィルタ３ａ、及びノッキング部バンドパスフィルタ３ｂを通過した燃焼信号１０、及びノッキング信号９は、演算装置４によって演算処理され、予め設定しておいたノッキング判定設定値６に基づいて判定され、Ｄ／Ａ変換器５によってアナログ信号に変換されて、判定結果が出力されるのである。
【００１３】
また、前記燃焼部時間ゲート２ａと、燃焼部バンドパスフィルタ３ａ及びノッキング部時間ゲート２ｂと、ノッキング部バンドパスフィルタ３ｂとで一組のフィルタ回路１５を構成しており、一つの気筒からの検出信号に対して一組のフィルタ回路１５を通過させるようにしている。
本実施例においては、一つのノッキングセンサにて複数気筒分の振動を検出しており、１つのノッキングセンサに対して１組のフィルタ回路１５が対応する。時間ゲート２ａを、各気筒の爆発タイミングにて適切に設定することにより、複数気筒のノッキングが検出可能である。ノッキングセンサの数が３つの場合は、３組のフィルタ回路１５・１５・１５を設けている。尚、該フィルタ回路１５の数は３組に限るものではなく、ノッキングセンサの数に応じて増減すればよい。
【００１４】
前記燃焼部時間ゲート２ａ・２ａ・・・は、検出信号８のうち、ノッキングの発生時期の前部にある、燃焼時期Ｔ１に検出された燃焼部信号８ａのみを通過させるように構成しており、ノッキング部時間ゲート２ｂ・２ｂ・・・は、検出信号８のうち、ノッキング発生時期Ｔ２に検出されたノッキング部信号８ｂのみを通過させるように構成している。
ここで、図２においては、気筒内圧力とクランク角度との関係を表している圧力曲線７及び、振動加速度とクランク角度との関係を表している振動曲線、即ち検出信号８が、示されている。
該検出信号８は発生時期によって、燃焼部信号８ａとノッキング部信号８ｂとに区別され、該燃焼部信号８ａは燃焼時期Ｔ１において通常の燃焼現象によって生じた振動による信号であり、ノッキング部信号８ｂはノッキング発生時期Ｔ２においてノッキングの発生による振動を含んだ信号である。
【００１５】
ノッキング部時間ゲート２ｂを通過したノッキング部信号８ｂは、次にノッキング部フィルタ３ｂを通って、一定の周波数より低周波及び高周波のノイズ成分が除去されて、特定の周波数の検出信号のみが通過する。
即ち、ノッキングによって発生する振動の周波数は、シリンダの直径（ボア）と燃焼温度によって決定されるので、この周波数帯域以外の周波数を除去するように、ノッキング部フィルタ３ｂの低周波側カットオフ周波数ＦＬ及び高周波側カットオフ周波数ＦＨを設定している。
図３に示すように、ノッキング部信号８ｂは、このノッキング部フィルタ３ｂを通過して、ノッキングにより発生した周波数成分のみを含んだノッキング信号９となるのである。また、ノッキングが発生しなかった場合にはノッキング信号９’となり、ノッキング発生時期Ｔ２において周波数ＦＬと周波数ＦＨとの間の周波数帯域では、振動の発生がほとんどないことを示している。
【００１６】
一方、燃焼部時間ゲート２ａを通過した燃焼部信号８ａは、次に燃焼部フィルタ３ａを通って、一定の周波数より低周波及び高周波のノイズ成分が除去されて、特定の周波数の検出信号のみが通過する。即ち、燃焼により生じた振動の検出信号である燃焼部信号８ａの内、気筒内で共鳴して加振する周波数成分のみを通過させるように、燃焼部フィルタ３ａの低周波側カットオフ周波数ＦＬ’及び高周波側カットオフ周波数ＦＨ’を設定するのである。
図４に示すように、燃焼部信号８ａが燃焼部フィルタ３ａを通過することで、該燃焼部信号８ａの両端部が切り落とされて、燃焼信号１０となるのである。この低周波側カットオフ周波数ＦＬ’及び高周波側カットオフ周波数ＦＨ’は、気筒の形状や寸法などにより変化するものであるが、本実施例の場合例えば、周波数ＦＬ’＝３００Ｈｚ、周波数ＦＨ’＝２０ｋＨｚに設定している。尚、該燃焼部フィルタ３ａは、特に設けなくとも本件の目的は、達成することが可能である。
【００１７】
このようにして、フィルタ回路１５を通過させたノッキング信号９（９’）及び燃焼信号１０を演算装置４で演算処理し、判定検出値を算出して、該判定検出値をノッキング判定設定値６と比較判定するのである。該判定検出値の算出方法の実施例を図５により説明する。ノッキングセンサにより検出されてデジタル変換された検出信号８は、燃焼部時間ゲート２ａ及び燃焼部フィルタ３ａを通過して燃焼信号１０となる。
また、ノッキング部時間ゲート２ｂ及びノッキング部フィルタ３ｂを通過してノッキング信号９（９’）となる。この燃焼信号１０の最大値Ａ１が、演算装置４の計測部１１ａで計測され、ノッキング信号９（９’）の最大値Ａ２が、演算装置４の計測部１１ｂで計測されるのである。
そして、最大値Ａ１と最大値Ａ２との比を算出して、例えば最大値Ａ２を最大値Ａ１で割った（Ａ２／Ａ１）値を求めて判定検出値１２として、該判定検出値１２と前記ノッキング判定設定値６と比較判定するのである。
【００１８】
次に、判定検出値の算出方法の別実施例を図６により説明する。
ノッキングセンサにより検出されてデジタル変換された検出信号８は、燃焼部時間ゲート２ａ及び燃焼部フィルタ３ａを通過して燃焼信号１０となる。
また、ノッキング部時間ゲート２ｂ及びノッキング部フィルタ３ｂを通過してノッキング信号９（９’）となる。この燃焼信号１０の実効値Ｂ１が、演算装置４の計測部１１’ａで計測され、ノッキング信号９（９’）の実効値Ｂ２が、演算装置４の計測部１１’ｂで計測されるのである。
そして、実効値Ｂ１と実効値Ｂ２との比を算出して、例えば実効値Ｂ２を実効値Ｂ１で割った（Ｂ２／Ｂ１）値を求めて判定検出値１２’として、該判定検出値１２’と予め設定しておいたノッキング判定設定値と比較判定するのである。このように、ノッキング信号９（９’）及び燃焼信号１０の、最大値や実効値などの代表値を計測し、両値の比を算出して、ノッキング判定設定値と比較判定を行っている。またノッキング信号９（９’）及び燃焼信号１０の代表値は、最大値や実効値に限るものではなく、他の値を使用してもよい。
【００１９】
同じ強度のノッキングであっても、ノッキングセンサから気筒までの距離が違ったり、エンジンにかかる負荷の大きさが違うと、ノッキングセンサで検出される振動の大きさは異なるので、前記ノッキング信号９のみをノッキング判定設定値と比較判定すると、同強度のノッキングにもかかわらず判定結果が異なってくる場合がある。
しかし、同じ強度のノッキングであって、ノッキングセンサで検出された振動の大きさが異なった場合でも、前記燃焼信号１０とノッキング信号９の比率は変化しないため、前記の最大値Ａ１と最大値Ａ２との比を算出したり、実効値Ｂ１と実効値Ｂ２との比を算出して、ノッキング判定設定値と比較判定すれば、常に同じ判定結果を得ることができる。
これにより、同じ強度のノッキングが発生した場合に、ノッキングセンサから気筒までの距離が違ったり、エンジンにかかる負荷の大きさが違っても、ノッキング判定設定値と比較判定を行う判定検出値において一定の値が得られ、常に同じ判定結果を得ることができることとなった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。
請求項１の如く、内燃機関の複数の気筒において発生するノッキング現象による振動を、一つのノッキングセンサにより検出しつつ、各気筒の検出信号の大きさを均一に検出し、負荷の大きさが異なった場合でも均一に振動を検出して、ノッキング判定を行うことができるノッキング検出方法であって、一つのノッキングセンサの検出信号（８）を、特定時期に発生した振動のみを通過させる時間ゲートと、特定周波数の振動のみを通過させるバンドパスフィルタとを一組としたフィルタ回路（１５）を通過させ、これにより得られた燃焼信号（１０）とノッキング信号（９）を用いてノッキング判定を行い、前記フィルタ回路（１５）を複数組使用してノッキング振動を検出すべく構成し、該複数設けた前記フィルタ回路（１５）の時間ゲートを、燃焼部時間ゲート（２ａ・２ａ・・・）とノッキング部時間ゲート（２ｂ・２ｂ・・・）で構成し、該燃焼部時間ゲート（２ａ・２ａ・・・）は、検出信号（８）のうち、ノッキングの発生時期の前部にある燃焼時期（Ｔ１）に検出された燃焼部信号（８ａ）のみを通過させるように構成し、該ノッキング部時間ゲート（２ｂ）は、検出信号（８）のうち、ノッキング発生時期（Ｔ２）に検出されたノッキング部信号（８ｂ）のみを通過させるように構成し、前記燃焼部時間ゲート（２ａ）を通過した燃焼部信号を、気筒内の加振周波数成分のみを通過させる燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過させ、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ・２ｂ・・・）を通過したノッキング部信号を、ノッキング周波数の成分のみを通過させるノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過させ、前記ノッキング部時間ゲート（２ｂ）及びノッキング部バンドパスフィルタ（３ｂ）を通過したノッキング信号（９）の代表値と、前記燃焼部時間ゲート（２ａ）及び燃焼部バンドパスフィルタ（３ａ）を通過した燃焼信号（１０）の代表値との比を算出し、この算出値をノッキング判定に用いるので、複数の気筒からの検出信号を異なるフィルタ回路によって同時に処理することが可能となり、各気筒からノッキングセンサまでの距離に応じた検出信号の処理を行うことが可能となった。
【００２１】
また、ノッキングセンサで検出した検出信号を発生時期によって、燃焼時期において通常の燃焼現象によって生じた振動による信号である燃焼部信号と、ノッキング発生時期においてノッキングの発生による振動を含んだ信号であるノッキング部信号とに区別することができた。
また、ノッキングにより発生した周波数成分（気筒内で共鳴して加振する周波数成分）のみを含んだノッキング信号や、燃焼部信号といった、ノッキング判定に必要な成分のみを取り出すことが可能となった。
【００２２】
また、同じ強度のノッキングであって、ノッキングセンサで検出された振動の大きさが異なった場合でも、前記燃焼信号１０とノッキング信号９の比率は変化しないため、ノッキングセンサから気筒までの距離が違ったり、エンジンにかかる負荷の大きさが違っても、ノッキング判定設定値と比較判定を行う判定検出値において一定の値が得られ、常に同じ判定結果を得ることができることとなったのである。
【００２３】
請求項２と請求項３の如く構成したので、同じ強度のノッキングであって、ノッキングセンサで検出された振動の大きさが異なった場合でも、前記燃焼信号１０とノッキング信号９の比率は変化しないため、前記の最大値Ａ１と最大値Ａ２との比を算出したり、実効値Ｂ１と実効値Ｂ２との比を算出して、ノッキング判定設定値と比較判定すれば、常に同じ判定結果を得ることができるのである。
これにより、同じ強度のノッキングが発生した場合に、ノッキングセンサから気筒までの距離が違ったり、エンジンにかかる負荷の大きさが違っても、ノッキング判定設定値と比較判定を行う判定検出値において一定の値が得られ、常に同じ判定結果を得ることができることとなったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明のノッキング検出方法の全体構成を示すブロック図である。
【図２】  クランク角度と筒内圧力及び振動加速度の関係を示す図である。
【図３】  ノッキング部フィルターのカットオフ周波数を示す図である。
【図４】  燃焼部フィルターのカットオフ周波数を示す図である。
【図５】  判定検出値の算出方法の実施例を示すブロック図である。
【図６】  同じく別実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  Ａ／Ｄ変換器
２ａ  燃焼部時間ゲート
２ｂ  ノッキング部時間ゲート
３ａ  燃焼部バンドパスフィルタ
３ｂ  ノッキング部バンドパスフィルタ
４  演算装置
８  検出信号
８ａ  燃焼部信号
８ｂ  ノッキング部信号
９・９’  ノッキング信号
１０  燃焼信号
１２  判定検出信号
１５  フィルタ回路
【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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【図６】
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