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JP5927740B2 - Knock detection device - Google Patents

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JP5927740B2
JP5927740B2 JP2012053397A JP2012053397A JP5927740B2 JP 5927740 B2 JP5927740 B2 JP 5927740B2 JP 2012053397 A JP2012053397 A JP 2012053397A JP 2012053397 A JP2012053397 A JP 2012053397A JP 5927740 B2 JP5927740 B2 JP 5927740B2
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

この発明はノック検出装置に係り、特にエンジンのノック制御装置に関するもにであり、詳しくはエンジンのシリンダブロック表面に設置されたノックセンサにより検出された信号から、ノックを源とする信号とノック以外の機械的信号を源とする雑音信号を弁別することで、ノックの発生を精度よく検知するノック検出装置に関するものである。   The present invention relates to a knock detection device, and more particularly to a knock control device for an engine, and more specifically, from a signal detected by a knock sensor installed on the cylinder block surface of the engine, a signal other than a knock and a signal based on the knock The present invention relates to a knock detection device that accurately detects the occurrence of a knock by discriminating a noise signal originating from a mechanical signal.

一般に、エンジンにノックが発生すると、エンジン特有の複数の共鳴周波数を持った振動が発生する。
このノックを検出するために、エンジンのシリンダブロックにノックセンサを設置している。
このとき、精度の高いノック検出を行うためには、ノックセンサに関するバンドパスフィルタの通過周波数およびウィンドウの抽出時間帯が重要となっている。
Generally, when knocking occurs in an engine, vibrations having a plurality of resonance frequencies specific to the engine are generated.
In order to detect this knock, a knock sensor is installed in the cylinder block of the engine.
At this time, in order to perform highly accurate knock detection, the pass frequency of the bandpass filter and the window extraction time zone regarding the knock sensor are important.

特開2005−188297号公報JP 2005-188297 A 特開2009−209683号公報JP 2009-209683 A 特開2011−179320号公報JP 2011-179320 A 特開2011−179321号公報JP 2011-179321 A 特開2011−179322号公報JP 2011-179322 A 特開2011−179323号公報JP 2011-179323 A

ところで、従来のノック検出装置において、一般的なノック制御では、エンジンのシリンダブロックに設置されたノックセンサで振動を検出し、ノックセンサ信号にノック特有の周波数帯域を取り出すためのバンドパスフィルタ、およびノックの発生時間帯の信号のみ取り出すための時間領域ウィンドウ処理を適用し、得られた信号波形の最大値や積分値をノック強度の指標とし、一定の閾値を超えた場合をノック発生が認められたと判断して、点火時期をリタードさせることによりノックを抑制している。
このとき、前記ノックセンサに入力される振動は、様々な機械的振動が混在するため、信号からノックに起因する成分のみを精度良く検出できない場合には、ノックを十分に抑制できず、エンジンの耐久性の低下や運転者にノック音が聞こえることによる製品品質の低下、または機械的振動を誤検知して点火時期をリタードさせてしまうことによる出力および燃費性能の低下や排気温度の過度の上昇を招くという問題がある。
By the way, in the conventional knock detection device, in general knock control, a vibration is detected by a knock sensor installed in a cylinder block of an engine, and a band-pass filter for extracting a knock-specific frequency band from the knock sensor signal, and Applying time-domain window processing to extract only the signal in the knock occurrence time zone, and using the maximum value or integral value of the obtained signal waveform as an index of knock intensity, knock occurrence is recognized when it exceeds a certain threshold Therefore, knocking is suppressed by retarding the ignition timing.
At this time, since the vibration input to the knock sensor includes various mechanical vibrations, if only the component caused by the knock cannot be accurately detected from the signal, the knock cannot be sufficiently suppressed, and the engine Reduced product quality due to reduced durability or a knocking sound to the driver, or decreased output and fuel consumption performance due to erroneous detection of mechanical vibration and retarded ignition timing, or excessive increase in exhaust temperature There is a problem of inviting.

このような問題を改善するためのノック検出方法としては、ノック周波数が時間経過とともに低周波側ヘシフトするという「現象」を利用して、その変化の傾きが所定の値をこえたらノックと判定する方法が上述の特許文献1および特許文献2に開示されている。
なお、上述の「現象」に関して追記すれば、ノック周波数は時間経過とともに低周波側への周波数シフトを起こすことが知られているためであり、これに対して機械的振動によるノイズ周波数は低周波側への周波数シフトを起こさないものである。
しかし、以下の(1)及び(2)に示す問題がある。
(1)ノック周波数は必ず低周波側ヘシフトするが、ノック発生直後のある期間、周波数シフトが起こらないことがある。
この場合、周波数変化の傾きの算出が困難となるという不都合がある。
(2)上記(1)の場合を含め、ノック周波数変化の傾きが小さくなるとノック発生の判定を行う所定の値(閾値)の設定が難しくなるという不都合がある。
そして、上記(1)及び(2)に対処する方法は、上述の特許文献1および特許文献2には開示されていない。
以上の結果、特許文献1および特許文献2は、ノック検出方策が不十分であり、改良の余地がある。
As a knock detection method for improving such a problem, a “phenomenon” in which the knock frequency shifts to the low frequency side with the lapse of time is used, and if the slope of the change exceeds a predetermined value, it is determined that the knock is detected. The method is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above.
In addition, it is because it is known that the knock frequency causes a frequency shift to the low frequency side with the passage of time if the above-mentioned “phenomenon” is added. On the other hand, the noise frequency due to mechanical vibration is low frequency. The frequency shift to the side is not caused.
However, there are problems shown in the following (1) and (2).
(1) Although the knock frequency always shifts to the low frequency side, the frequency shift may not occur for a certain period immediately after the occurrence of the knock.
In this case, there is a disadvantage that it is difficult to calculate the slope of the frequency change.
(2) Including the case of (1) above, there is an inconvenience that it becomes difficult to set a predetermined value (threshold value) for determining the occurrence of knocking when the slope of the knock frequency change becomes small.
And the method of dealing with said (1) and (2) is not disclosed by the above-mentioned patent document 1 and patent document 2.
As a result, Patent Document 1 and Patent Document 2 have insufficient knock detection strategies and have room for improvement.

この発明は、ノックセンサ波形とカム角センサ波形とクランク角センサ波形との3種類の波形を同時測定することにより、燃焼している気筒(ノック発生)の判定を行うこと、ノックセンサ波形をクランク角ベースの時系列に周波数分析すること、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることを目的とする。   According to the present invention, a combustion cylinder (knock occurrence) is determined by simultaneously measuring three types of waveforms of a knock sensor waveform, a cam angle sensor waveform, and a crank angle sensor waveform, and the knock sensor waveform is cranked. The accuracy of knock occurrence is improved by performing frequency analysis in an angle-based time series and by not using the index of knock occurrence as the slope of the change in peak frequency but using the shift amount of the peak frequency and the ratio of the peak frequency. The purpose is to let you.

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エンジンに取り付けて振動を検知するノックセンサと、前記エンジンに取り付けてカム角を検出するカム角センサと、前記エンジンに取り付けてクランク角を検出するクランク角センサと、これらのノックセンサとカム角センサとクランク角センサとから出力させる検知信号を波形信号として測定し処理してノックの発生の有無を判定する処理装置とを備えるノック検出装置において、前記処理装置は、前記ノックセンサからのノックセンサ波形および前記カム角センサからのカム角センサ波形、前記クランク角センサからのクランク角センサ波形を同時に測定する波形測定手段と、この波形測定手段のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する周波数分析手段と、この周波数分析手段の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数の最大値と最小値との差、またはピーク周波数の最大値と最小値との比を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定するノック発生判定手段とを備えることを特徴とする。
Therefore, in order to eliminate the above-described disadvantages, the present invention is a knock sensor that is attached to an engine and detects vibration, a cam angle sensor that is attached to the engine and detects a cam angle, and a crank angle that is attached to the engine and detects a crank angle. In a knock detection device comprising: a crank angle sensor, and a processing device that measures and processes a detection signal output from the knock sensor, the cam angle sensor, and the crank angle sensor as a waveform signal and determines whether knock has occurred or not The processing device comprises: a waveform measuring means for simultaneously measuring a knock sensor waveform from the knock sensor, a cam angle sensor waveform from the cam angle sensor, and a crank angle sensor waveform from the crank angle sensor; and A frequency analysis means for calculating a time-series frequency characteristic for the knock sensor waveform; Based on the frequency characteristics of the time series of the knock sensor waveform calculated knock frequency of several analysis means is shifted to a lower frequency with time, and the maximum value of the difference between the maximum value and the minimum value of the peak frequency or the peak frequency, And a knock occurrence determination means for determining that a knock has occurred when the ratio exceeds a predetermined threshold value.

この発明によれば、ノックセンサ波形とカム角センサ波形とクランク角センサ波形との3種類の波形を同時測定することにより、燃焼している気筒(ノック発生)の判定を行うことが可能である。
また、ノックセンサ波形をクランク角ベースの時系列に周波数分析することが可能である。
更に、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることができる。
According to the present invention, the combustion cylinder (knock occurrence) can be determined by simultaneously measuring three types of waveforms of the knock sensor waveform, the cam angle sensor waveform, and the crank angle sensor waveform. .
Further, it is possible to perform frequency analysis of the knock sensor waveform in a time series based on the crank angle.
Furthermore, the accuracy of determination of knock occurrence can be improved by not using the index of occurrence of knock as the slope of the change in peak frequency but using the peak frequency shift amount and the peak frequency ratio.

図1はこの発明の第1実施例を示すノック検出装置の制御用フローチャートである。(実施例1)FIG. 1 is a flowchart for controlling the knock detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. Example 1 図2はノック検出装置の構成図である。(実施例1)FIG. 2 is a block diagram of the knock detection device. Example 1 図3はエンジンに取り付けられたセンサと検出される信号を示す図である。(実施例1)FIG. 3 is a diagram showing a sensor attached to the engine and a detected signal. Example 1 図4はクランク角ベースの時系列のウィンドウの設定を示す図である。(実施例1)FIG. 4 is a diagram illustrating setting of a time-series window based on a crank angle. Example 1 図5はn個のピーク周波数がある時系列の周波数分析結果の例を示す図である。(実施例1)FIG. 5 is a diagram showing an example of time-series frequency analysis results with n peak frequencies. Example 1 図6は時系列の周波数分析結果(ノック非発生)を示す図である。(実施例1)FIG. 6 is a diagram showing a time-series frequency analysis result (no knock occurrence). Example 1 図7は時系列の周波数分析結果(ノック発生)を示す図である。(実施例1)FIG. 7 is a diagram showing time-series frequency analysis results (knock occurrence). Example 1 図8は第1実施例での各ピーク周波数のシフト量f(i)sの値を示す図である。(実施例1)FIG. 8 is a diagram showing the value of the shift amount f (i) s of each peak frequency in the first embodiment. Example 1 図9はノック発生直後からノック周波数シフトが起こる例の説明を示す図である。(実施例1)FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which a knock frequency shift occurs immediately after the occurrence of a knock. Example 1 図10はある時間が経過してからノック周波数シフトが起こる例の説明を示す図である。(実施例1)FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which a knock frequency shift occurs after a certain time has elapsed. Example 1 図11はこの発明の第2実施例を示すノックに起因するスペクトルピークの傾向の説明図である。(実施例2)FIG. 11 is an explanatory diagram of the tendency of the spectrum peak due to knocking according to the second embodiment of the present invention. (Example 2) 図12はノックおよびノイズに起因するスペクトルピークの説明図である。(実施例2)FIG. 12 is an explanatory diagram of spectral peaks caused by knocking and noise. (Example 2) 図13はこの発明の第3実施例を示すノック検出装置の構成図である。(実施例3)FIG. 13 is a block diagram of a knock detection apparatus showing a third embodiment of the present invention. (Example 3)

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1〜図10はこの発明の実施例を示すものである。
図2において、1はノック検出装置である。
このノック検出装置1は、図2に示す如く、エンジン2に取り付けて振動を検知するノックセンサ3と、前記エンジン2に取り付けてカム角を検出するカム角センサ4と、前記エンジン2に取り付けてクランク角を検出するクランク角センサ5と、これらのノックセンサ3とカム角センサ4とクランク角センサ5とから出力させる検知信号を波形信号として測定し処理してノックの発生の有無を判定する処理装置6とを備えている。
そして、前記ノックセンサ3は、前記エンジン2のシリンダブロック2a表面の振動を検出する。
また、前記カム角センサ4は、カムシャフト(図示せず)の回転角を検出する。
更に、前記クランク角センサ5はクランクシャフト(図示せず)の回転角を検出する。
1 to 10 show an embodiment of the present invention.
In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a knock detection device.
As shown in FIG. 2, the knock detection device 1 is attached to the engine 2 to detect a vibration, a knock sensor 3 that is attached to the engine 2 to detect a cam angle, and is attached to the engine 2. A crank angle sensor 5 for detecting a crank angle, and a process for measuring the detection signals output from the knock sensor 3, the cam angle sensor 4, and the crank angle sensor 5 as waveform signals and processing them to determine whether knocks have occurred or not. And a device 6.
The knock sensor 3 detects vibration on the surface of the cylinder block 2 a of the engine 2.
The cam angle sensor 4 detects a rotation angle of a cam shaft (not shown).
Further, the crank angle sensor 5 detects a rotation angle of a crankshaft (not shown).

このとき、この処理装置6は、図2に示す如く、波形測定手段7と周波数分析手段8とノック発生判定手段9とを備えている。
詳述すれば、前記波形測定手段7は、図示しないパーソナルコンピュータ(「PC」ともいう。)に接続可能なデータレコーダ(図示せず)を使用し、前記ノックセンサ3からのノックセンサ波形および前記カム角センサ4からのカム角センサ波形、前記クランク角センサ5からのクランク角センサ波形を同時に測定する。
また、前記周波数分析手段8は、前記波形測定手段7のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する。
つまり、前記周波数分析手段8は、燃焼のタイミングで得られたノックセンサ波形を時系列に周波数分析する。
更に、前記ノック発生判定手段9は、前記周波数分析手段8の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数のシフト量またはピーク周波数の比を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定する。
つまり、前記ノック発生判定手段9では、前記周波数分析手段8で得られた時系列の周波数分析結果から、例えば各ピーク周波数のシフト量を指標とし、その指標が所定の閾値を超えたスペクトルピークが存在すればノックと判定するものである。
At this time, the processing device 6 includes a waveform measuring means 7, a frequency analyzing means 8, and a knock occurrence determining means 9 as shown in FIG.
More specifically, the waveform measuring means 7 uses a data recorder (not shown) connectable to a personal computer (also referred to as “PC”) (not shown), the knock sensor waveform from the knock sensor 3 and the The cam angle sensor waveform from the cam angle sensor 4 and the crank angle sensor waveform from the crank angle sensor 5 are simultaneously measured.
The frequency analysis means 8 calculates time-series frequency characteristics for the knock sensor waveform of the waveform measurement means 7.
That is, the frequency analysis means 8 analyzes the knock sensor waveform obtained at the timing of combustion in time series.
Further, the knock occurrence determination means 9 determines whether the knock frequency calculated by the frequency analysis means 8 shifts the peak frequency or the peak frequency based on the time-series frequency characteristics of the knock sensor waveform in which the knock frequency shifts to the low frequency side as time elapses. Using the frequency ratio as an index, it is determined that knocking has occurred when the index exceeds a predetermined threshold.
That is, in the knock occurrence determination means 9, from the time-series frequency analysis result obtained by the frequency analysis means 8, for example, the shift amount of each peak frequency is used as an index, and a spectrum peak whose index exceeds a predetermined threshold is detected. If it exists, it is determined as a knock.

追記すれば、前記処理装置6は、図2に示す如く、前記エンジン2に前記ノックセンサ3と前記カム角センサ4と前記クランク角センサ5との3種のセンサが取り付けられており、図3に示す如く、各センサにより信号が検出される。
このとき、前記処理装置6の前記波形測定手段7により3種のセンサで検出した波形を同時に測定する際に、同時測定した波形の測定条件(エンジン回転数、気筒)を測定波形から判定する必要がある。
なお、エンジン回転数は前記クランク角センサ5により判定することが可能であり、このクランク角センサ5の波形と前記カム角センサ4の波形とにより燃焼している気筒、つまりノックの発生を判定する気筒の判別が可能である。
In addition, as shown in FIG. 2, the processing device 6 has three types of sensors, that is, the knock sensor 3, the cam angle sensor 4, and the crank angle sensor 5 attached to the engine 2. As shown in the figure, a signal is detected by each sensor.
At this time, when simultaneously measuring the waveforms detected by the three types of sensors by the waveform measuring means 7 of the processing device 6, it is necessary to determine the measurement conditions (engine speed, cylinder) of the simultaneously measured waveforms from the measured waveforms. There is.
The engine speed can be determined by the crank angle sensor 5, and the combustion of the cylinder, that is, the occurrence of knocking is determined by the waveform of the crank angle sensor 5 and the waveform of the cam angle sensor 4. Cylinder discrimination is possible.

なお、この発明は、上述した課題に記載の問題点(1)及び(2)を解決することにより、高いノック検出性を実現するものである。
追記すれば、図9及び図10にノックセンサで検出したノック波形をクランク角度域毎に周波数分析した例を示す。
図9はノック発生直後からノック周波数が低周波側ヘシフトする実例であり、
図10はノック発生後にある時間が経過してからノック周波数が低周波側ヘジフトする実例である。
このとき、図中の実線はノック発生直後のノック周波数を示し、点線はノック周波数シフトの状態を示している。
上述の特許文献1で示されるノックの周波数変化の傾きの算出は、図9に示す場合は比較的容易であるが、図10に示す場合は周波数シフトが起こる領域と起こらない領域があるために困難となる。
仮に、図10の傾きを上述の特許文献2で示されるように最小2乗法等で算出しても、図9の場合より傾きの値が小さくなるため、ノック発生の判定を行う所定の値である所定の閾値の設定が難しくなる。
そこで、これらの問題に対処するため、この発明は、ノック発生の判定の指標をノック周波数のシフト量とする方法を提案している。
この方法によれば、図10においてもノック周波数のシフト量(fmax−fmin)の値は明確であり、所定の閾値の設定も容易となるものである。
更に、ノック周波数のシフト量の算出は、ノック周波数の変化の傾きの算出よりも演算処理が少ない効果も得られる。
In addition, this invention implement | achieves high knock detectability by solving the problems (1) and (2) described in the subject mentioned above.
If it adds, the example which frequency-analyzed the knock waveform detected with the knock sensor in FIG.9 and FIG.10 for every crank angle area will be shown.
FIG. 9 is an example in which the knock frequency shifts to the low frequency side immediately after the occurrence of the knock,
FIG. 10 is an example in which the knock frequency shifts to the low frequency side after a certain time has elapsed after the occurrence of the knock.
At this time, the solid line in the figure indicates the knock frequency immediately after the occurrence of the knock, and the dotted line indicates the state of the knock frequency shift.
The calculation of the slope of the frequency change of the knock shown in Patent Document 1 described above is relatively easy in the case shown in FIG. 9, but in the case shown in FIG. 10, there is a region where the frequency shift occurs and a region where it does not occur. It becomes difficult.
Even if the slope of FIG. 10 is calculated by the least square method or the like as shown in Patent Document 2 described above, the slope value is smaller than in the case of FIG. It becomes difficult to set a predetermined threshold value.
Therefore, in order to deal with these problems, the present invention proposes a method in which an index for determining the occurrence of knocking is used as a knock frequency shift amount.
According to this method, the value of the knock frequency shift amount (f max −f min ) is clear also in FIG. 10, and the setting of the predetermined threshold value is facilitated.
Further, the calculation of the amount of shift of the knock frequency has an effect that the calculation processing is less than the calculation of the slope of the change of the knock frequency.

以下、前記処理装置6の前記周波数分析手段8及び前記ノック発生判定手段9について、更に詳細に説明する。
前記周波数分析手段8では、燃焼のタイミングで得られたノックセンサ波形を対象に、クランク角センサ波形をもとにクランク角ベースの時系列に周波数分析を行う。
なお、この周波数分析手段8による時系列の周波数分析においては、時系列の周波数分析の時間軸をノック制御で良く用いられるクランク角としたが、例えば時間軸を点火タイミングからの経過時間等としても良い。
図4に示す如く、ノックセンサ波形に対して時系列にウィンドウを設定し(この例ではクランク角10度おきに(a)〜(h)の八つのウィンドウを設定、ウィンドウ幅はクランク角30度)、FFTやDFTを用いてウィンドウ別に周波数特性を求める。
この際、ウィンドウ幅や隣り合うウィンドウの間隔は限定しないが、ノック発生からノックが十分減衰するまでの範囲を考慮する必要がある。
図4に示すウィンドウの設定では、例えば図9及び図10に示したようなクランク角ベースの時系列の周波数分析結果が得られる。
また、前記ノック発生判定手段9では、前記周波数分析手段8で得られた時系列の周波数分析結果から各ピーク周波数のシフト量を指標とし、その指標が所定の閾値を超えたスペクトルピークが存在すればノックと判定する。
そして、前記ノック発生判定手段9は、ピーク周波数の最大値と最小値との差によりピーク周波数のシフト量を算出する一方、N個のピーク周波数に対するn個の指標を算出し、n個の指標のうち少なくとも1つでも所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定する。
つまり、図5に示す如く、N個のピーク周波数f(i)(i=1〜n)が検出されたとする。
そして、ピーク周波数f(i)に関し、全てのウィンドウ(図5では5つのウィンドウ)の中から最大値である最大周波数f(i)maxと最小値である最小周波数f(i)minを求め、ピーク周波数のシフト量f(i)(f(i)=f(i)max−f(i)min)を計算する。
但し、ノックに起因するスペクトルピークは時間経過とともに低周波側にシフトするので、スペクトルピークが高周波側にシフトする場合、即ち、最大周波数f(i)maxより最小周波数f(i)minが前のウィンドウで求められた場合には、ピーク周波数のシフト量f(i)を0(f(i)=0)とする。
N個のピーク周波数f(i)(i=1〜n)に関し、ピーク周波数のシフト量f(i)(i=1〜nを計算し、指標f(i)(i=1〜n)のうち1つでも所定の閾値を超えたらノックと判定する。
Hereinafter, the frequency analysis unit 8 and the knock occurrence determination unit 9 of the processing device 6 will be described in more detail.
The frequency analysis means 8 performs a frequency analysis in a time series based on the crank angle based on the crank angle sensor waveform for the knock sensor waveform obtained at the timing of combustion.
In the time-series frequency analysis by the frequency analysis means 8, the time axis of the time-series frequency analysis is a crank angle often used in knock control. For example, the time axis may be an elapsed time from the ignition timing. good.
As shown in FIG. 4, windows are set in time series with respect to the knock sensor waveform (in this example, eight windows (a) to (h) are set every 10 degrees of crank angle, and the window width is 30 degrees of crank angle). ), Frequency characteristics are obtained for each window using FFT or DFT.
At this time, the window width and the interval between adjacent windows are not limited, but it is necessary to consider the range from the occurrence of knocking to the sufficient attenuation of knocking.
In the setting of the window shown in FIG. 4, for example, a crank angle-based time-series frequency analysis result as shown in FIGS. 9 and 10 is obtained.
Further, the knock occurrence determination means 9 uses the shift amount of each peak frequency as an index from the time-series frequency analysis result obtained by the frequency analysis means 8, and there is a spectrum peak whose index exceeds a predetermined threshold. If it is knocked.
The knock occurrence determination means 9 calculates the shift amount of the peak frequency based on the difference between the maximum value and the minimum value of the peak frequency, while calculating n indexes for the N peak frequencies, and the n indexes. When at least one of them exceeds a predetermined threshold value, it is determined that knocking has occurred.
That is, as shown in FIG. 5, it is assumed that N peak frequencies f (i) (i = 1 to n) are detected.
For the peak frequency f (i), the maximum frequency f (i) max that is the maximum value and the minimum frequency f (i) min that is the minimum value are obtained from all the windows (five windows in FIG. 5). The peak frequency shift amount f (i) s (f (i) s = f (i) max −f (i) min ) is calculated.
However, since the spectrum peak due to knock shifts to the low frequency side with time, when the spectrum peak shifts to the high frequency side, that is, the minimum frequency f (i) min is earlier than the maximum frequency f (i) max . When it is obtained from the window, the peak frequency shift amount f (i) s is set to 0 (f (i) s = 0).
For the N peak frequencies f (i) (i = 1 to n), the peak frequency shift amount f (i) s (i = 1 to n) is calculated, and the index f (i) s (i = 1 to n) is calculated. ) Is judged as knocking when a predetermined threshold value is exceeded.

ここで、予めノック非発生とノック発生が既知の2つのノックセンサ波形を用いて、提案する方策によりノックの発生が判定できるかの確認を行う。
図6は、あるエンジン(回転数2400rpm、3番気筒の燃焼)で点火時期を十分遅角してノックが発生していないときのノックセンサ波形を対象に、前記周波数分析手段8によりクランク角ベースの時系列の周波数分析を行った結果である。
図6より、2個のピーク周波数f(1)及びf(2)が検出される。
これらのピーク周波数f(1)及びf(2)は、時間経過ともにスペクトルピークがやや高周波側にシフトしているので、最大周波数f(i)maxより最小周波数f(i)minが前のウィンドウで求められる場合に相当し、ピーク周波数のシフト量f(1)及びf(2)はともに0(f(1)=0、f(2)=0)となる。
図7は、同エンジン(同条件)で点火時期を十分進角してノックが発生したときのノックセンサ波形を対象に、前記周波数分析手段8によりクランク角ベースの時系列の周波数分析を行った結果である。
図7より、4個のピーク周波数f(1)〜f(4)が検出される。
このとき、ピーク周波数f(1)及びf(2)は、図6で検出されたものと同じであり、定常的に発生しているノイズによるピークである。
従って、図6と同様にピーク周波数のシフト量f(1)s及びf(2)sは、ともに0(f(1)=0、f(2)=0)である。
一方、ピーク周波数f(3)及びf(4)は、時間経過とともに低周波側にシフトしており、ノックによるピークであることが分かる。
このとき、ピーク周波数f(3)及びf(4)について、最大周波数f(i)maxと最小周波数f(i)minとの値はそれぞれ、
f(3)max=7.52(kHz)、f(3)min=6.84(kHz)
f(4)max=8.54(kHz)、f(4)min=7.52(kHz)
となる。
従って、ピーク周波数のシフト量f(i)の値はそれぞれ、
f(3)=0.68(kHz)
f(4)=1.02(kHz)
となる。
以上のノック発生の判定の指標となるピーク周波数のシフト量f(i)の値を、図8に整理して開示した。
図8より、ノック発生を判定する所定の閾値を、0(kHz)より大きく1.02(kHz)より小さく設定すれば、この実施例においては提案する方策によりノックの発生を判定することができる。
但し、所定の閾値については、ピーク周波数の算出時の誤差により、ノイズによるピーク周波数のシフト量f(i)が0より僅かに大きい値となる可能性、および、ノックによるピーク周波数のシフト量f(i)が実施例より小さくなる可能性を考慮して設定する必要がある。
Here, using two knock sensor waveforms whose knock occurrence and knock occurrence are known in advance, it is confirmed whether the occurrence of knock can be determined by the proposed measure.
FIG. 6 shows the crank angle base by the frequency analysis means 8 for the knock sensor waveform when the ignition timing is sufficiently retarded and knock does not occur in a certain engine (rotation speed 2400 rpm, combustion of the third cylinder). This is the result of frequency analysis of time series.
From FIG. 6, two peak frequencies f (1) and f (2) are detected.
In these peak frequencies f (1) and f (2), since the spectrum peak is slightly shifted to the high frequency side as time passes, the minimum frequency f (i) min is the previous window from the maximum frequency f (i) max. The peak frequency shift amounts f (1) s and f (2) s are both 0 (f (1) s = 0, f (2) s = 0).
FIG. 7 shows a crank angle-based time-series frequency analysis performed by the frequency analysis means 8 on the knock sensor waveform when the ignition timing is sufficiently advanced in the same engine (same condition) and knock occurs. It is a result.
From FIG. 7, four peak frequencies f (1) to f (4) are detected.
At this time, the peak frequencies f (1) and f (2) are the same as those detected in FIG. 6, and are peaks due to noise that is constantly generated.
Therefore, as in FIG. 6, the peak frequency shift amounts f (1) s and f (2) s are both 0 (f (1) s = 0, f (2) s = 0).
On the other hand, the peak frequencies f (3) and f (4) are shifted to the low frequency side as time passes, and it can be seen that they are peaks due to knocking.
At this time, for the peak frequencies f (3) and f (4), the values of the maximum frequency f (i) max and the minimum frequency f (i) min are respectively
f (3) max = 7.52 (kHz), f (3) min = 6.84 (kHz)
f (4) max = 8.54 (kHz), f (4) min = 7.52 (kHz)
It becomes.
Accordingly, the value of the peak frequency shift amount f (i) s is respectively
f (3) s = 0.68 (kHz)
f (4) s = 1.02 (kHz)
It becomes.
The value of the shift amount f (i) s of the peak frequency, which is an index for determining the occurrence of knocking as described above, is organized and disclosed in FIG.
From FIG. 8, if the predetermined threshold value for determining the occurrence of knocking is set larger than 0 (kHz) and smaller than 1.02 (kHz), the occurrence of knocking can be determined by the proposed measure in this embodiment. .
However, with regard to the predetermined threshold, there is a possibility that the peak frequency shift amount f (i) s due to noise may be slightly larger than 0 due to an error in calculating the peak frequency, and the peak frequency shift amount due to knocking. f (i) It is necessary to set in consideration of the possibility that s becomes smaller than that of the embodiment.

次に、図1の前記ノック検出装置1の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。   Next, the operation will be described along the control flowchart of the knock detection device 1 of FIG.

このノック検出装置1の制御用プログラムがスタート、つまり処理開始(101)となると、時系列の周波数分析からピーク周波数f(i)(i=1〜n)を選択する処理(102)に移行する。
この処理(102)は、前記波形測定手段7のノックセンサ波形に対して、前記周波数分析手段8が時系列の周波数分析からピーク周波数f(i)(i=1〜n)を選択するものである。
そして、時系列の周波数分析からピーク周波数f(i)(i=1〜n)を選択する処理(102)の後に、1つのウィンドウのピーク周波数を算出する処理(103)に移行する。
この処理(103)は、前記周波数分析手段8が選択したピーク周波数f(i)の1つのウィンドウのピーク周波数を算出、つまり周波数特性を算出するものである。
また、1つのウィンドウのピーク周波数を算出する処理(103)の後に、全ウィンドウのピーク周波数の算出が完了したか否かの判断(104)に移行する。
この判断(104)がNOの場合には、上述の1つのウィンドウのピーク周波数を算出する処理(103)に戻る。
全ウィンドウのピーク周波数の算出が完了したか否かの判断(104)において、この判断(104)がYESの場合には、ピーク周波数f(i)の最大値である最大周波数f(i)maxと最小値である最小周波数f(i)minとの選定を行う処理(105)に移行する。
そして、この処理(105)の後に、ピーク周波数のシフト量f(i)を、式
f(i)=f(i)max−f(i)min
によって計算する処理(106)に移行する。
この処理(106)は、前記ノック発生判定手段9によって、ピーク周波数のシフト量f(i)を、式
f(i)=f(i)max−f(i)min
によって計算し、指標とするものである。
更に、ピーク周波数のシフト量f(i)を、式
f(i)=f(i)max−f(i)min
によって計算する処理(106)の後に、N個のピーク周波数に対するn個の指標の計算が完了したか否かの判断(107)に移行する。
この判断(107)は、N個のピーク周波数f(i)(i=1〜n)に対して、n個のピーク周波数のシフト量である指標f(i)(i=1〜n)の計算が完了しているか否かを判断するものである。
そして、判断(107)がNOの場合には、上述の時系列の周波数分析からピーク周波数f(i)(i=1〜n)を選択する処理(102)に戻る。
また、N個のピーク周波数に対するn個の指標の計算が完了したか否かの判断(107)において、判断(107)がYESの場合には、指標f(i)(i=1〜n)のうち1つでも所定の値である閾値を超えているか否かの判断(108)に移行する。
この判断(108)は、前記ノック発生判定手段9において、計算した指標f(i)(i=1〜n)のうち少なくとも1つでも所定の閾値を超えているか否かを判断するものである。
そして、この判断(108)がYESの場合には、前記ノック発生判定手段9によって、「ノックである」、つまりノックが発生していると判定する処理(109)に移行する。
また、指標f(i)(i=1〜n)のうち1つでも所定の値である閾値を超えているか否かの判断(108)において、判断(108)がNOの場合には、前記ノック発生判定手段9によって、「ノックではない」、つまりノックが発生していないと判定する処理(110)に移行する。
When the control program of the knock detection device 1 starts, that is, when the processing starts (101), the processing shifts from time series frequency analysis to processing (102) for selecting the peak frequency f (i) (i = 1 to n). .
In this processing (102), the frequency analysis means 8 selects the peak frequency f (i) (i = 1 to n) from the time-series frequency analysis for the knock sensor waveform of the waveform measurement means 7. is there.
Then, after the process (102) of selecting the peak frequency f (i) (i = 1 to n) from the time series frequency analysis, the process proceeds to the process (103) of calculating the peak frequency of one window.
This process (103) is to calculate the peak frequency of one window of the peak frequency f (i) selected by the frequency analysis means 8, that is, to calculate the frequency characteristic.
In addition, after the process (103) of calculating the peak frequency of one window, the process proceeds to determination (104) of whether or not the calculation of the peak frequency of all windows is completed.
If this determination (104) is NO, the processing returns to the above-described processing (103) for calculating the peak frequency of one window.
In the determination (104) of whether or not the calculation of the peak frequency of all the windows is completed, if this determination (104) is YES, the maximum frequency f (i) max that is the maximum value of the peak frequency f (i). And the process (105) for selecting the minimum frequency f (i) min which is the minimum value.
After this processing (105), the peak frequency shift amount f (i) s is expressed by the equation f (i) s = f (i) max -f (i) min
The process proceeds to the processing (106) calculated by the following.
In this process (106), the knock occurrence determination means 9 calculates the peak frequency shift amount f (i) s from the equation f (i) s = f (i) max -f (i) min.
Is used as an index.
Further, the peak frequency shift amount f (i) s is expressed by the following equation: f (i) s = f (i) max −f (i) min
After the processing calculated by (106), the process proceeds to determination (107) as to whether or not calculation of n indices for N peak frequencies has been completed.
This determination (107) is based on an index f (i) s (i = 1 to n) which is a shift amount of n peak frequencies with respect to N peak frequencies f (i) (i = 1 to n). It is determined whether or not the calculation of has been completed.
If the determination (107) is NO, the processing returns to the processing (102) for selecting the peak frequency f (i) (i = 1 to n) from the above time-series frequency analysis.
Further, in the determination (107) of whether or not the calculation of n indices for the N peak frequencies is completed, if the determination (107) is YES, the index f (i) s (i = 1 to n). ), The process proceeds to the determination (108) of whether or not a threshold value that is a predetermined value is exceeded.
This determination (108) is for determining whether at least one of the calculated indices f (i) s (i = 1 to n) exceeds a predetermined threshold in the knock occurrence determination means 9. is there.
If the determination (108) is YES, the process proceeds to a process (109) for determining that the knock occurrence determination means 9 is “knock”, that is, a knock has occurred.
Further, in the determination (108) of whether or not any one of the indices f (i) s (i = 1 to n) exceeds a predetermined threshold value, when the determination (108) is NO, The knock occurrence determination means 9 shifts to a process (110) for determining that “no knock”, that is, no knock has occurred.

この第1実施例によれば、前記ノック検出装置1の前記処理装置6は、前記ノックセンサ3からのノックセンサ波形および前記カム角センサ4からのカム角センサ波形、前記クランク角センサ5からのクランク角センサ波形を同時に測定する波形測定手段7と、この波形測定手段7のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する周波数分析手段8と、この周波数分析手段8の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数のシフト量を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定するノック発生判定手段9とを備えている。
従って、ノックセンサ波形とカム角センサ波形とクランク角センサ波形との3種類の波形を同時測定することにより、燃焼している気筒(ノック発生)の判定を行うことが可能である。
また、ノックセンサ波形をクランク角ベースの時系列に周波数分析することが可能である。
更に、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることができる。
According to the first embodiment, the processing device 6 of the knock detection device 1 includes the knock sensor waveform from the knock sensor 3, the cam angle sensor waveform from the cam angle sensor 4, and the crank angle sensor 5. A waveform measuring means 7 for simultaneously measuring the crank angle sensor waveform, a frequency analyzing means 8 for calculating a time-series frequency characteristic for the knock sensor waveform of the waveform measuring means 7, and a knock frequency calculated by the frequency analyzing means 8 Based on the time-series frequency characteristics of the knock sensor waveform that shifts to the low frequency side as time passes, the amount of peak frequency shift is used as an index, and knocking occurs when the index exceeds a predetermined threshold. And a knock occurrence determining means 9 for determining.
Therefore, the combustion cylinder (knock occurrence) can be determined by simultaneously measuring three types of waveforms of the knock sensor waveform, the cam angle sensor waveform, and the crank angle sensor waveform.
Further, it is possible to perform frequency analysis of the knock sensor waveform in a time series based on the crank angle.
Furthermore, the accuracy of determination of knock occurrence can be improved by not using the index of occurrence of knock as the slope of the change in peak frequency but using the peak frequency shift amount and the peak frequency ratio.

また、前記ノック発生判定手段9は、ピーク周波数の最大値と最小値との差によりをピーク周波数のシフト量を算出する一方、N個のピーク周波数に対するn個の指標を算出し、n個の指標のうち少なくとも1つでも所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定している。
従って、ピーク周波数のシフト量からN個のピーク周波数に対するn個の指標を算出するとともに、n個の指標のうち少なくとも1つでも所定の閾値を超えた際にノック発生と判定するため、ノックの発生を正確に判定することが可能となり、判定の信頼性の向上に寄与し得る。
The knock occurrence determination means 9 calculates the shift amount of the peak frequency based on the difference between the maximum value and the minimum value of the peak frequency, while calculating n indexes for the N peak frequencies. When at least one of the indices exceeds a predetermined threshold, it is determined that knocking has occurred.
Therefore, n indexes for N peak frequencies are calculated from the shift amount of the peak frequency, and when at least one of the n indexes exceeds a predetermined threshold, it is determined that knocking has occurred. The occurrence can be accurately determined, which can contribute to the improvement of the reliability of the determination.

図11及び図12はこの発明の第2実施例を示すものである。
この第2実施例において、上述第1実施例のものと同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明する。
11 and 12 show a second embodiment of the present invention.
In the second embodiment, portions that perform the same functions as those of the first embodiment will be described with the same reference numerals.

上述第1実施例においては、ピーク周波数のシフト量を指標とする構成としたが、この第2実施例の特徴とするところは、ピーク周波数の比を指標とした点にある。   In the first embodiment, the shift amount of the peak frequency is used as an index. However, the feature of the second embodiment is that the ratio of peak frequencies is used as an index.

すなわち、ノック発生判定手段において、各ピーク周波数に関してピーク周波数の比f(i)を計算し、f(i)をノック発生判定の指標としている。
このとき、ピーク周波数の比f(i)は、式
f(i)=f(i)max/f(i)min
によって計算する。
なお、ピーク周波数の比を指標として用いること以外は、上述の第1実施例に記載した説明と同様の処理を実施するため、記載は省略する。
この第2実施例について追記すると、図11に示す如く、ノックに起因するスペクトルピークは低周波のものほどピーク周波数の変化の傾きが小さくなる。
このため、従来技術を用いた場合、最も低周波のピーク周波数f(1)のみしか検出されないケースを考慮して、ノック判定の所定の値である閾値は、最も低周波のピーク周波数f(1)の傾きSl(1)よりやや小さく設定する必要がある。
ここで、図12に示す如く、最も低周波のピーク周波数f(1)よりも高周波側でピーク周波数のばらつき等により、最も低周波のピーク周波数f(1)と同等の傾きをもつノイズに起因するピーク周波数f(noise)が出現したと仮定する。
この場合、最も低周波のピーク周波数f(1)及びf(2)が出現しないノック非発生状態でも、ピーク周波数f(noise)によりノックと誤判定される問題が生じる。
そこで、ノック発生判定の指標をピーク周波数の比f(i)とすると、この問題を回避することが可能である。
まず、ノックに起因するピーク周波数の比(f(1)、f(2)、……)は、基本的にそれぞれ同じ値αをとる。
一方、最も低周波のピーク周波数f(1)と同等の傾きをもつf(noise)に関するピーク周波数の比f(noise)(f(noise)max/f(noise)min)は、以下の式より明らかにαより小さい値をとる。

Figure 0005927740
従って、ピーク周波数の比f(i)を指標として用いると、ノックに起因するピーク周波数f(1)、f(2)、…とf(noise)との区別が可能となり、f(noise)をノイズと判定することが可能である。 That is, the knock occurrence determination means calculates the peak frequency ratio f (i) R for each peak frequency, and uses f (i) R as an index for determining knock occurrence.
At this time, the peak frequency ratio f (i) R is expressed by the equation f (i) R = f (i) max / f (i) min.
Calculate by
In addition, since the process similar to the description described in the above-mentioned 1st Example is implemented except using the ratio of peak frequency as a parameter | index, description is abbreviate | omitted.
When this second embodiment is additionally described, as shown in FIG. 11, the slope of the change in peak frequency becomes smaller as the spectral peak caused by knocking has a lower frequency.
For this reason, in consideration of the case where only the lowest frequency peak frequency f (1) is detected when the conventional technique is used, the threshold value, which is a predetermined value for knock determination, is the lowest frequency peak frequency f (1). ) Slope S1 (1) needs to be set slightly smaller.
Here, as shown in FIG. 12, due to the variation of the peak frequency on the higher frequency side than the lowest frequency peak frequency f (1), it is caused by the noise having the same slope as the lowest frequency peak frequency f (1). Assume that a peak frequency f (noise) appears.
In this case, even if the knocking non-occurrence state in which the lowest peak frequencies f (1) and f (2) do not appear, there is a problem that the knocking is erroneously determined by the peak frequency f (noise).
Thus, this problem can be avoided if the index for determining knock occurrence is the peak frequency ratio f (i) R.
First, peak frequency ratios (f (1) R , f (2) R ,...) Resulting from knocking basically take the same value α.
On the other hand, the peak frequency ratio f (noise) R (f (noise) max / f (noise) min ) with respect to f (noise) having a slope equivalent to the lowest frequency peak frequency f (1) is expressed by the following equation: The value is clearly smaller than α.
Figure 0005927740
Therefore, if the peak frequency ratio f (i) R is used as an index, it becomes possible to distinguish the peak frequencies f (1), f (2),..., And f (noise) caused by knocking, and f (noise) Can be determined as noise.

ここで、上記の「ノックに起因するピーク周波数の比(f(1)、f(2)、……)は、基本的にそれぞれ同じ値αをとる。」点に関して、追加説明する。
ノックに起因するピーク周波数は、基本的に気体の音速に比例する。
ノック発生後、ピストンの降下とともに気体の温度は低下し、気体の温度の低下とともに気体の音速も低下する。
従って、ノックに起因するピーク周波数は、時間経過とともに低周波側に変化することとなる。
ここで、ノックに起因するピーク周波数が気体の音速に比例することより、図12におけるピーク周波数f(1)maxとf(2)maxとを、例えば、
f(1)max=Av
f(2)max=Bv
(A、B:比例定数、v:(b)における気体の音速)
とおく。
(b)から時間が経過して(f)の状態となったとき、気体の音速vがv/α(1<α)に変化したとすると、ピーク周波数f(1)minとf(2)min
f(1)min=Av/α
f(2)min=Bv/α
となる。
よって、ピーク周波数の比は
f(1)max/f(1)min=α
f(2)max/f(2)min=α
となり、ノックに起因するそれぞれのピーク周波数の比が同じ値をとることが分かる。
Here, additional explanation will be given with respect to the above-mentioned point that “the ratios of peak frequencies (f (1) R , f (2) R ,...) Resulting from knock basically take the same value α”.
The peak frequency resulting from knocking is basically proportional to the sound velocity of the gas.
After knocking, the temperature of the gas decreases as the piston descends, and the sound velocity of the gas decreases as the temperature of the gas decreases.
Therefore, the peak frequency resulting from knocking changes to the low frequency side with time.
Here, since the peak frequency due to knock is proportional to the sound velocity of the gas, the peak frequencies f (1) max and f (2) max in FIG.
f (1) max = Av
f (2) max = Bv
(A, B: proportional constant, v: sound velocity of gas in (b))
far.
If the sound velocity v of the gas changes to v / α (1 <α) when time has elapsed since (b) and the state becomes (f), the peak frequencies f (1) min and f (2) min is f (1) min = Av / α
f (2) min = Bv / α
It becomes.
Therefore, the ratio of peak frequencies is f (1) max / f (1) min = α
f (2) max / f (2) min = α
Thus, it can be seen that the ratios of the respective peak frequencies resulting from knocking have the same value.

さすれば、前記ノック検出装置1の前記処理装置6は、前記ノックセンサ3からのノックセンサ波形および前記カム角センサ4からのカム角センサ波形、前記クランク角センサ5からのクランク角センサ波形を同時に測定する波形測定手段7と、この波形測定手段7のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する周波数分析手段8と、この周波数分析手段8の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数の比を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定するノック発生判定手段9とを備えている。
従って、ノックセンサ波形とカム角センサ波形とクランク角センサ波形との3種類の波形を同時測定することにより、燃焼している気筒(ノック発生)の判定を行うことが可能である。
また、ノックセンサ波形をクランク角ベースの時系列に周波数分析することが可能である。
更に、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることができる。
In other words, the processing device 6 of the knock detection device 1 receives the knock sensor waveform from the knock sensor 3, the cam angle sensor waveform from the cam angle sensor 4, and the crank angle sensor waveform from the crank angle sensor 5. The waveform measuring means 7 for simultaneously measuring, the frequency analyzing means 8 for calculating the time-series frequency characteristics for the knock sensor waveform of the waveform measuring means 7, and the knock frequency calculated by the frequency analyzing means 8 decreases with time. Based on the time-series frequency characteristics of the knock sensor waveform shifted to the frequency side, the ratio of peak frequencies is used as an index, and knock occurrence determination means for determining that knock has occurred when the index exceeds a predetermined threshold 9 and.
Therefore, the combustion cylinder (knock occurrence) can be determined by simultaneously measuring three types of waveforms of the knock sensor waveform, the cam angle sensor waveform, and the crank angle sensor waveform.
Further, it is possible to perform frequency analysis of the knock sensor waveform in a time series based on the crank angle.
Furthermore, the accuracy of determination of knock occurrence can be improved by not using the index of occurrence of knock as the slope of the change in peak frequency but using the peak frequency shift amount and the peak frequency ratio.

図13はこの発明の第3実施例を示すものである。   FIG. 13 shows a third embodiment of the present invention.

この第3実施例の特徴とするところは、ノックセンサの代わりに、各気筒に筒内圧センサ11を設置し、筒内圧波形を測定する構成とした点にある。   A feature of the third embodiment is that instead of the knock sensor, an in-cylinder pressure sensor 11 is installed in each cylinder to measure the in-cylinder pressure waveform.

すなわち、前記ノック検出装置1は、図13に示す如く、前記エンジン2に取り付けてカム角を検出するカム角センサ4と、前記エンジン2に取り付けてクランク角を検出するクランク角センサ5と、これらのノックセンサ3とカム角センサ4とクランク角センサ5とから出力させる検知信号を波形信号として測定し処理してノックの発生の有無を判定する処理装置6とを備えている。
そして、前記カム角センサ4は、カムシャフト(図示せず)の回転角を検出する。
また、前記クランク角センサ5はクランクシャフト(図示せず)の回転角を検出する。
このとき、前記処理装置6は、図13に示す如く、波形測定手段7と周波数分析手段8とノック発生判定手段9とを備えている。
そして、前記ノック検出装置1は、図13に示す如く、前記エンジン2の各気筒毎に、例えば4個の第1〜第4筒内圧センサ11a〜11dを設置し、これらの第1〜第4筒内圧センサ11a〜11dによって各気筒の筒内圧波形を測定するものである。
このとき、前記周波数分析手段8や前記ノック発生判定手段9はノックセンサの時と同様に処理すればよい。
That is, as shown in FIG. 13, the knock detection device 1 includes a cam angle sensor 4 that is attached to the engine 2 and detects a cam angle, a crank angle sensor 5 that is attached to the engine 2 and detects a crank angle, And a processing device 6 that measures and processes detection signals output from the knock sensor 3, cam angle sensor 4, and crank angle sensor 5 as waveform signals to determine whether or not knocking has occurred.
The cam angle sensor 4 detects the rotation angle of a cam shaft (not shown).
The crank angle sensor 5 detects the rotation angle of a crankshaft (not shown).
At this time, the processing device 6 includes a waveform measuring means 7, a frequency analyzing means 8, and a knock occurrence determining means 9 as shown in FIG.
As shown in FIG. 13, the knock detection device 1 is provided with, for example, four first to fourth in-cylinder pressure sensors 11 a to 11 d for each cylinder of the engine 2. The in-cylinder pressure waveform of each cylinder is measured by the in-cylinder pressure sensors 11a to 11d.
At this time, the frequency analysis means 8 and the knock occurrence determination means 9 may be processed in the same manner as the knock sensor.

さすれば、ノックセンサの代わりに、各気筒に筒内圧センサ11を設置し、筒内圧波形を測定する構成としたことによって、燃焼している気筒(ノック発生)の判定を行うことが可能である。
また、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることができる。
In other words, instead of the knock sensor, the cylinder pressure sensor 11 is installed in each cylinder so that the cylinder pressure waveform is measured, so that it is possible to determine the cylinder that is burning (knock occurrence). is there.
In addition, the accuracy of determination of knock occurrence can be improved by not using the index of occurrence of knock as the slope of the change in peak frequency but using the shift amount of peak frequency and the ratio of peak frequencies.

1 ノック検出装置
2 エンジン
3 ノックセンサ
4 カム角センサ
5 クランク角センサ
6 処理装置
7 波形測定手段
8 周波数分析手段
9 ノック発生判定手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Knock detection apparatus 2 Engine 3 Knock sensor 4 Cam angle sensor 5 Crank angle sensor 6 Processing apparatus 7 Waveform measurement means 8 Frequency analysis means 9 Knock generation determination means

Claims (2)

エンジンに取り付けて振動を検知するノックセンサと、前記エンジンに取り付けてカム角を検出するカム角センサと、前記エンジンに取り付けてクランク角を検出するクランク角センサと、これらのノックセンサとカム角センサとクランク角センサとから出力させる検知信号を波形信号として測定し処理してノックの発生の有無を判定する処理装置とを備えるノック検出装置において、前記処理装置は、前記ノックセンサからのノックセンサ波形および前記カム角センサからのカム角センサ波形、前記クランク角センサからのクランク角センサ波形を同時に測定する波形測定手段と、この波形測定手段のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する周波数分析手段と、この周波数分析手段の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数の最大値と最小値との差、またはピーク周波数の最大値と最小値との比を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定するノック発生判定手段とを備えることを特徴とするノック検出装置。 A knock sensor that is attached to the engine and detects vibration, a cam angle sensor that is attached to the engine and detects a cam angle, a crank angle sensor that is attached to the engine and detects a crank angle, and the knock sensor and the cam angle sensor And a processing device that measures and processes a detection signal output from the crank angle sensor as a waveform signal and determines whether knock has occurred or not, wherein the processing device includes a knock sensor waveform from the knock sensor. And waveform measuring means for simultaneously measuring the cam angle sensor waveform from the cam angle sensor and the crank angle sensor waveform from the crank angle sensor, and calculating time-series frequency characteristics for the knock sensor waveform of the waveform measuring means. The frequency analysis means and the knock frequency calculated by the frequency analysis means Based on the frequency characteristics of the time series of the knock sensor waveform to shift to a lower frequency, the difference between the maximum value and the minimum value of the peak frequency or an index ratio of the maximum value and the minimum value of the peak frequency, the index A knock detection device comprising: knock generation determination means for determining that a knock has occurred when the value exceeds a predetermined threshold. 前記処理装置のノック発生判定手段は、ピーク周波数の最大値と最小値との差によりをピーク周波数のシフト量を算出する一方、N個のピーク周波数に対するn個の指標を算出し、n個の指標のうち少なくとも1つでも所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定することを特徴とする請求項1に記載のノック検出装置。   The knock occurrence determination means of the processing device calculates the shift amount of the peak frequency based on the difference between the maximum value and the minimum value of the peak frequency, while calculating n indexes for the N peak frequencies, The knock detection device according to claim 1, wherein knocking is determined to occur when at least one of the indices exceeds a predetermined threshold.
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