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JP4327582B2 - Knocking detection device - Google Patents

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JP4327582B2 JP2003426928A JP2003426928A JP4327582B2 JP 4327582 B2 JP4327582 B2 JP 4327582B2 JP 2003426928 A JP2003426928 A JP 2003426928A JP 2003426928 A JP2003426928 A JP 2003426928A JP 4327582 B2 JP4327582 B2 JP 4327582B2
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純 岩出
伸行 村手
理人 金子
健司 笠島
神尾  茂
正臣 井上
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Toyota Motor Corp
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、内燃機関において発生するノッキングの検知装置に関し、特に、ノイズを含む検知信号であっても精度高くノッキングの発生の有無を検知するノッキングの検知装置に関する。   The present invention relates to a detection device for knocking that occurs in an internal combustion engine, and more particularly to a detection device for knocking that accurately detects the presence or absence of occurrence of knocking even with a detection signal including noise.

内燃機関、たとえば車両のエンジン等におけるノッキングの発生を抑制するには、エンジンの点火時期を基本点火時期より遅角側に補正することが有効であることはよく知られている。このため、ノッキングの発生を精度よく検出することが、ノッキングの抑制に不可欠である。ところで、ノッキングの発生を抑制するための点火時期制御装置では、エンジンのシリンダブロック等に設けたノッキングセンサ、通常は機関振動を電気信号に変換する圧電体や磁歪体等で構成されたノッキングセンサが用いられている。そして、このノッキングセンサの検出結果に基づきノッキングの発生を判断するにあたり、その判断精度の向上を図るために種々の技術が提案されている。たとえば、車両のワイパ作動時や照明点灯時等に発生する電気ノイズがノッキングセンサの信号ラインに重畳してノッキングを誤判断することを回避し、ノッキングの発生の判断精度の向上が図られている。この点火時期制御装置であっても、ノッキングの発生を誤判断し、ノッキングの発生を有効に抑制できない場合がある。この原因としては、電気ノイズに起因しないノイズがエンジンに発生し、このノイズに基づきノッキングの発生が誤判断されていることが考えられる。この電気ノイズに起因しないノイズが発生する一因としては、ピストンがシリンダボアに衝突して打音が生じたり、シリンダブロックにこの衝突に起因する振動が生じること等が挙げられる。この現象は、点火時期の遅角に伴ってより顕著となるので、その遅角の程度等によっては、ピストンの打音や衝突に起因する振動がノッキング発生時における振動に近似した周波数や発生タイミングで起きる。このため、ノッキングの発生が誤判断される。 このようにノッキングの発生を誤判断すると、この誤判断に基づき点火時期が遅角制御されるので、誤った点火時期の遅角が行なわれるという問題があった。しかも、こうしてノッキングが発生していないにも拘らず点火時期を遅角制御することになり、燃焼効率の低下やエンジンの性能低下をまねく可能性がある。   In order to suppress the occurrence of knocking in an internal combustion engine, such as an engine of a vehicle, it is well known that it is effective to correct the ignition timing of the engine to be retarded from the basic ignition timing. For this reason, accurately detecting the occurrence of knocking is essential for suppressing knocking. By the way, in the ignition timing control device for suppressing the occurrence of knocking, there is a knocking sensor provided in a cylinder block or the like of an engine, usually a knocking sensor composed of a piezoelectric body or a magnetostrictive body that converts engine vibration into an electric signal. It is used. Various techniques have been proposed in order to improve the determination accuracy in determining the occurrence of knocking based on the detection result of the knocking sensor. For example, it is possible to avoid erroneous determination of knocking due to electric noise generated when a vehicle wiper is operated or when a lighting is turned on, etc., superimposed on the signal line of the knocking sensor, and the determination accuracy of occurrence of knocking is improved. . Even with this ignition timing control device, the occurrence of knocking may be misjudged and the occurrence of knocking may not be effectively suppressed. As this cause, noise that is not caused by electrical noise is generated in the engine, and the occurrence of knocking is erroneously determined based on this noise. One reason for the generation of noise that is not caused by this electrical noise is that the piston collides with the cylinder bore to make a hitting sound, or the cylinder block vibrates due to this collision. This phenomenon becomes more prominent with the retard of the ignition timing, so depending on the degree of the retard, etc., the frequency and timing at which the vibration caused by the piston hitting or collision approximates the vibration at the time of knocking. Get up in. For this reason, the occurrence of knocking is erroneously determined. If the occurrence of knocking is erroneously determined as described above, the ignition timing is retarded based on the erroneous determination, so that there is a problem that the ignition timing is erroneously retarded. In addition, the ignition timing is retarded in spite of the occurrence of knocking in this way, which may lead to a decrease in combustion efficiency and a decrease in engine performance.

なお、ピストンの衝突は、その発生頻度,衝撃の程度等がエンジンの個体差や経年変化,使用環境の相違等により異なり、一律ではない。たとえば、完成直後の同一型式のエンジンであっても、その部品精度や組み付け精度は許容される範囲内で相違し、エンジン個々に圧縮比等について個体差が生じる。このため、ピストンの打音や衝突に起因する振動が擬似ノッキングとして起きる頻度は、エンジンの使用当初からエンジンごとに異なる。また、圧縮比や燃焼室壁面へのカーボン粒子の堆積等は、使用期間や使用環境等により経年変化するため同一のエンジンであっても変化する。よって、擬似ノッキングが発生する頻度は、同一のエンジンであっても、経年変化や使用環境の相違等により異なるものとなる。このため、上記したようにノッキングの発生の誤判断の繰り返しによる上記不具合(燃焼効率やエンジン性能の低下)は、より顕著となる可能性がある。   Piston collisions are not uniform because the frequency of occurrence, the degree of impact, etc. vary depending on individual differences in the engine, changes over time, differences in use environment, and the like. For example, even in the same type of engine immediately after completion, its component accuracy and assembly accuracy differ within an allowable range, and individual differences occur in the compression ratio and the like for each engine. For this reason, the frequency at which vibrations resulting from piston hitting and collisions occur as pseudo knocking differs from engine to engine from the beginning of use. In addition, the compression ratio, the accumulation of carbon particles on the combustion chamber wall surface, and the like change over time depending on the period of use, the environment of use, etc., and therefore change even in the same engine. Therefore, the frequency of occurrence of pseudo knocking varies depending on the secular change and the difference in use environment even in the same engine. For this reason, as described above, the above-described problem (decrease in combustion efficiency and engine performance) due to repeated erroneous determination of occurrence of knocking may become more significant.

このような問題に鑑み、特表平6−505805号公報(特許文献1)は、機械振動をノッキングとして誤判断することを回避できる内燃機関のノッキング検出装置を開示する。この内燃機関のノッキング検出装置は、フィルタを介して評価装置に接続された少なくとも1つのノッキングセンサを備えており、少なくとも1つのフィルタ手段の中心周波数が内燃機関の作動パラメータに依存して制御される、内燃機関のノッキング検出装置であって、作動パラメータはクランク軸角度であり、中心周波数は上死点後に発生するノッキング信号においてクランク軸角度が増大するにつれて発生する周波数変化が考慮されるように制御されることを特徴とするものである。   In view of such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 6-505805 (Patent Document 1) discloses a knocking detection device for an internal combustion engine that can avoid erroneous determination of mechanical vibration as knocking. The knock detection device for an internal combustion engine includes at least one knock sensor connected to an evaluation device via a filter, and the center frequency of the at least one filter means is controlled depending on an operating parameter of the internal combustion engine. The knock detection device for an internal combustion engine, wherein the operating parameter is a crankshaft angle, and the center frequency is controlled so that a frequency change that occurs as the crankshaft angle increases in a knocking signal that occurs after top dead center is taken into account. It is characterized by that.

この内燃機関のノッキング検出装置によると、ノッキングセンサからの物体音響センサの出力信号が増幅され濾波され整流されて積分された後にデジタル化されてノッキングの有無が判定される。ノッキングに起因する振動の周波数は内燃機関の作動パラメータに依存して変化される。そのため、ノッキング振動を濾波除去すべきフィルタの中心周波数は偏移される。制御される中心周波数を有するフィルタを通過した信号を、一定の中心周波数を有するフィルタを通過した信号と比較することにより、これらの信号の間に所定の値を上回る差があると、ノッキングが発生していると検知する。すなわち、ノッキングセンサにより供給される信号の周波数偏移の分析によりノッキングが発生の有無を判定することができる。
特表平6−505805号公報
According to this knock detection device for an internal combustion engine, the output signal of the object acoustic sensor from the knock sensor is amplified, filtered, rectified and integrated, and then digitized to determine the presence or absence of knocking. The frequency of vibration due to knocking is varied depending on the operating parameters of the internal combustion engine. Therefore, the center frequency of the filter from which knocking vibration is to be filtered out is shifted. By comparing a signal that has passed through a filter with a controlled center frequency with a signal that has passed through a filter with a constant center frequency, if there is a difference between these signals above a certain value, knocking occurs. It is detected that That is, it is possible to determine whether or not knocking has occurred by analyzing the frequency shift of the signal supplied by the knocking sensor.
JP-T 6-505805

しかしながら、特許文献1に開示された内燃機関のノッキング検出装置においては、クランク角度によるノッキングが発生している場合のピーク周波数が推移するという現象に鑑み、複数(多数)のバンドパスフィルタを用いて信号を処理する。それぞれのフィルタを濾波した信号の振動強度値を各周波数帯域毎に逐一分析していく。その結果、複数のフィルタにより濾波された周波数強度を各周波数帯域においてどのような関係になっているかを分析する必要がある。機械的なノイズが、ある特定の周波数帯域においてノッキング周波数のピーク値と近似した場合、その周波数帯域における分析結果が誤差を含むことになる。この誤差の存在がノッキング発生の有無判定を誤らせる可能性がある。   However, in the knocking detection device for an internal combustion engine disclosed in Patent Document 1, in view of the phenomenon that the peak frequency changes when knocking due to the crank angle occurs, a plurality (a large number) of bandpass filters are used. Process the signal. The vibration intensity value of the signal filtered through each filter is analyzed for each frequency band one by one. As a result, it is necessary to analyze how the frequency intensities filtered by the plurality of filters are related in each frequency band. When the mechanical noise approximates the peak value of the knocking frequency in a specific frequency band, the analysis result in that frequency band includes an error. The presence of this error may cause a determination as to whether knocking has occurred or not.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ノイズを含む検知信号であっても精度高く、ノッキングの発生の有無を検知することができるノッキング検知装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a knocking detection device capable of detecting the presence or absence of knocking with high accuracy even for a detection signal including noise. Is to provide.

第1の発明に係るノッキング検知装置は、内燃機関において発生するノッキングを検知する。この検知装置は、シリンダ内圧を表わす信号値を検知またはシリンダブロックの振動または音響を表わす信号値を検知するための検知手段と、検知された信号値をクランク軸角度に対応させて記憶するための記憶手段と、記憶された信号値を予め定められた時間間隔毎に分割して、時間間隔毎に信号値を周波数解析するための解析手段と、各時間間隔における周波数解析された特性値の時系列に従った変化に基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための判定手段とを含む。   A knocking detection device according to a first aspect of the invention detects knocking that occurs in an internal combustion engine. The detection device detects a signal value representing a cylinder internal pressure or a signal value representing a vibration or sound of a cylinder block, and stores the detected signal value corresponding to a crankshaft angle. Storage means, analysis means for dividing the stored signal value at predetermined time intervals and performing frequency analysis of the signal value at each time interval, and frequency analysis characteristic values at each time interval Determination means for determining the presence or absence of occurrence of knocking based on the change according to the series.

第1の発明によると、たとえば、圧力センサやイオン電流センサを用いてシリンダ内圧や燃焼状態を表わす信号値を検知したり、振動検知センサやマイクロホンを用いてシリンダブロックの振動または音響を表わす信号値を検知したりする。ノッキングが発生していると、この信号値には、周波数により異なる強度を有する。クランク軸角度が上死点にあるときからの経過時間に伴って、強度が極大でである周波数(以下、ピーク周波数という)が低周波数領域に移行する。記憶手段には、このクランク軸角度に対応させて信号値が記憶され、解析手段により、クランク軸角度が圧縮行程の上死点である時間から予め定められた時間間隔毎に分割して、時間間隔毎に信号値が周波数解析される。時間間隔毎に周波数解析するということは、時間をずらして周波数解析されることになり、その時間間隔におけるピーク周波数が徐々に低周波数になると、ノッキングが発生していると判定できる。一方、機械的なノイズは周波数が変化しないので、たとえ信号値に機械的なノイズが含まれても、ピーク周波数が徐々に低周波数領域に移行する周波数成分があるとノッキングが発生していると判定でき、そのような周波数成分がないとノッキングが発生していないと判定できる。その結果、ノイズを含む検知信号であっても精度高く、ノッキングの発生の有無を検知することができるノッキング検知装置を提供することができる。   According to the first aspect of the invention, for example, a signal value representing a cylinder internal pressure or combustion state is detected using a pressure sensor or an ion current sensor, or a signal value representing vibration or sound of a cylinder block using a vibration detection sensor or microphone. Is detected. If knocking occurs, this signal value has a different intensity depending on the frequency. Along with the elapsed time from when the crankshaft angle is at top dead center, the frequency at which the intensity is maximum (hereinafter referred to as peak frequency) shifts to the low frequency region. The storage means stores a signal value corresponding to the crankshaft angle, and the analysis means divides the crankshaft angle at predetermined time intervals from the time at which the crankshaft angle is the top dead center of the compression stroke, The signal value is frequency analyzed at each interval. The frequency analysis for each time interval means that the frequency analysis is performed by shifting the time. When the peak frequency in the time interval gradually becomes low, it can be determined that knocking has occurred. On the other hand, since the frequency of mechanical noise does not change, even if mechanical noise is included in the signal value, if there is a frequency component whose peak frequency gradually shifts to the low frequency region, knocking has occurred. If there is no such frequency component, it can be determined that knocking has not occurred. As a result, it is possible to provide a knocking detection device capable of detecting the presence or absence of knocking with high accuracy even with a detection signal including noise.

第2の発明に係るノッキング検知装置においては、第1の発明の構成に加えて、解析手段は、信号値の強度が極大となるピーク周波数を特性値として算出するための手段を含む。判定手段は、時系列に対するピーク周波数の変化の度合いに基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための手段を含む。   In the knocking detection device according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the analysis means includes means for calculating, as a characteristic value, a peak frequency at which the intensity of the signal value is maximum. The determination means includes means for determining whether or not knocking has occurred based on the degree of change in peak frequency with respect to time series.

第2の発明によると、検知された信号値の中には、ノッキングを表わす成分が含まれないでノイズを表わす成分しか含まれない場合、特性値として解析されたピーク周波数は、時間の推移に対する変化を有さない。一方、検知された信号値の中にノッキングを表わす成分が含まれると、ノイズを表わす成分の有無に関わらず、特性値として解析されたピーク周波数は、時間の推移に対する変化を有する。この時間によりピーク周波数が変化する度合いが大きいと、ノッキングが発生していると判定することができる。   According to the second invention, when the detected signal value does not include a component representing knocking but includes only a component representing noise, the peak frequency analyzed as the characteristic value is obtained with respect to the time transition. Has no change. On the other hand, when a component representing knocking is included in the detected signal value, the peak frequency analyzed as the characteristic value has a change with respect to the transition of time regardless of the presence or absence of the component representing noise. If the degree of change in peak frequency with this time is large, it can be determined that knocking has occurred.

第3の発明に係るノッキング検知装置においては、第2の発明の構成に加えて、判定手段は、時系列に対するピーク周波数の変化の傾きと、予め定められた傾きとを比較することにより、ノッキングの発生の有無を判定するための手段を含む。   In the knocking detection device according to the third aspect of the invention, in addition to the configuration of the second aspect of the invention, the judging means compares the slope of the change in the peak frequency with respect to time series with a predetermined slope, thereby knocking. Means for determining the presence or absence of the occurrence of the occurrence of

第3の発明によると、検知された信号値の中には、ノッキングを表わす成分が含まれないでノイズを表わす成分しか含まれない場合、特性値として解析されたピーク周波数は、時間の推移に対する傾きを有さない。一方、検知された信号値の中に、ノッキングを表わす成分が含まれると、ノイズを表わす成分の有無に関わらず、特性値として解析されたピーク周波数は、時間の推移に対する傾きを有する。予め定められた時間間隔毎に分割して周波数解析した結果、この時間によりピーク周波数が変化する傾きが予め定められた傾きよりも大きいと(すなわち変化が大きいと)、ノッキングが発生していると判定することができる。   According to the third aspect of the invention, when the detected signal value does not include a component representing knocking but only a component representing noise, the peak frequency analyzed as the characteristic value corresponds to the transition of time. Has no inclination. On the other hand, when a component representing knocking is included in the detected signal value, the peak frequency analyzed as the characteristic value has a slope with respect to the transition of time regardless of the presence or absence of the component representing noise. As a result of frequency analysis by dividing every predetermined time interval, if the slope at which the peak frequency changes due to this time is larger than the predetermined slope (that is, if the change is large), knocking has occurred. Can be determined.

第4の発明に係るノッキング検知装置は、内燃機関において発生するノッキングを検知する。この検知装置は、シリンダ内圧を表わす信号値を検知またはシリンダブロックの振動または音響を表わす信号値を検知するための検知手段と、検知された信号値をクランク軸角度に対応させて記憶するための記憶手段と、特定の周波数帯域のみを濾波する複数のフィルタを用いて、記憶された信号値を、周波数帯域毎に解析するための解析手段と、信号値の極大タイミングの、それぞれの周波数帯域での時間ずれに基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための判定手段とを含む。   A knock detection device according to a fourth aspect of the invention detects knocking that occurs in an internal combustion engine. The detection device detects a signal value representing a cylinder internal pressure or a signal value representing a vibration or sound of a cylinder block, and stores the detected signal value corresponding to a crankshaft angle. Using storage means and a plurality of filters that filter only a specific frequency band, an analysis means for analyzing the stored signal value for each frequency band, and a maximum timing of the signal value in each frequency band Determining means for determining the presence or absence of occurrence of knocking based on the time lag.

第4の発明によると、たとえば、圧力センサやイオン電流センサを用いてシリンダ内圧や燃焼状態を表わす信号値を検知したり、振動検知センサやマイクロホンを用いてシリンダブロックの振動または音響を表わす信号値を検知したりする。ノッキングが発生していると、この信号値には、周波数により異なる強度を有する。クランク軸角度が圧縮行程の上死点であるときからの経過時間に伴って、ピーク周波数が低周波数領域に移行する。記憶手段には、このクランク軸角度に対応させて信号値が記憶され、解析手段により、クランク軸角度が上死点にある時間から、複数種類のバンドパスフィルタを用いて信号値が解析される。複数種類のバンドパスフィルタを用いて信号値を解析するということは、信号値の中に特定の周波数成分を含むか否かが解析されることになる。時間の経過とともに、より低周波数側のバンドパスフィルタにおいて信号波形が現れると、ピーク周波数が低周波数領域に移行していることを示す。このため、このような場合には、ノッキングが発生していると判定できる。一方、機械的なノイズは周波数が変化しないので、たとえ信号値に機械的なノイズが含まれても、ピーク周波数が徐々に低周波数領域に移行する周波数成分があるとノッキングが発生していると判定でき、そのような周波数成分がないとノッキングが発生していないと判定できる。その結果、ノイズを含む検知信号であっても精度高く、ノッキングの発生の有無を検知することができるノッキング検知装置を提供することができる。   According to the fourth invention, for example, a signal value representing a cylinder internal pressure or combustion state is detected using a pressure sensor or an ion current sensor, or a signal value representing vibration or sound of a cylinder block using a vibration detection sensor or microphone. Is detected. If knocking occurs, this signal value has a different intensity depending on the frequency. The peak frequency shifts to the low frequency region with the elapsed time from when the crankshaft angle is the top dead center of the compression stroke. The storage means stores a signal value corresponding to the crankshaft angle, and the analysis means analyzes the signal value using a plurality of types of bandpass filters from the time when the crankshaft angle is at the top dead center. . Analyzing a signal value using a plurality of types of bandpass filters means analyzing whether or not a specific frequency component is included in the signal value. When a signal waveform appears in the bandpass filter on the lower frequency side as time passes, it indicates that the peak frequency has shifted to the low frequency region. For this reason, in such a case, it can be determined that knocking has occurred. On the other hand, since the frequency of mechanical noise does not change, even if mechanical noise is included in the signal value, if there is a frequency component whose peak frequency gradually shifts to the low frequency region, knocking has occurred. If there is no such frequency component, it can be determined that knocking has not occurred. As a result, it is possible to provide a knocking detection device capable of detecting the presence or absence of knocking with high accuracy even with a detection signal including noise.

第5の発明に係るノッキング検知装置においては、第4の発明の構成に加えて、判定手段は、信号値の極大タイミングの、それぞれの周波数帯域での時間ずれの傾きに基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための手段を含む。   In the knock detection device according to the fifth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fourth aspect of the invention, the determination means generates the knock based on the slope of the time lag in each frequency band at the maximum timing of the signal value. Means for determining the presence or absence of.

第5の発明によると、検知された信号値の中には、ノッキングを表わす成分が含まれないでノイズを表わす成分しか含まれない場合、複数のバンドパスフィルタを用いて解析されたピーク周波数は、低周波数側になるほど現れる波形が遅れるという時間の推移に対する変化を有さない。一方、検知された信号値の中にノッキングを表わす成分が含まれると、ノイズを表わす成分の有無に関わらず、特性値として解析されたピーク周波数は、時間の推移に対する変化を有する。この時間によりピーク周波数が変化する度合いが大きいと、ノッキングが発生していると判定することができる。   According to the fifth invention, when the detected signal value does not include a component representing knocking but only a component representing noise, the peak frequency analyzed using a plurality of bandpass filters is There is no change with respect to the transition of time that the appearing waveform is delayed toward the lower frequency side. On the other hand, when a component representing knocking is included in the detected signal value, the peak frequency analyzed as the characteristic value has a change with respect to the transition of time regardless of the presence or absence of the component representing noise. If the degree of change in peak frequency with this time is large, it can be determined that knocking has occurred.

第6の発明に係るノッキング検知装置においては、第5の発明の構成に加えて、判定手段は、信号値の極大タイミングの、それぞれの周波数帯域での時間ずれの傾きと、予め定められた傾きとを比較することにより、ノッキングの発生の有無を判定するための手段を含む。   In the knocking detection device according to the sixth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fifth aspect of the invention, the determination means includes a slope of a time lag in each frequency band and a predetermined slope of the maximum timing of the signal value. And a means for determining whether or not knocking has occurred.

第6の発明によると、検知された信号値の中には、ノッキングを表わす成分が含まれないでノイズを表わす成分しか含まれない場合、特性値として解析されたピーク周波数は、時間の推移に対する傾きを有さない。一方、検知された信号値の中に、ノッキングを表わす成分が含まれると、ノイズを表わす成分の有無に関わらず、特性値として解析されたピーク周波数は、時間の推移に対する傾きを有する。複数のバンドパスフィルタを用いて周波数解析した結果、この時間によりピーク周波数が変化する傾きが予め定められた傾きよりも大きいと(すなわち変化が大きいと)、ノッキングが発生していると判定することができる。   According to the sixth aspect of the invention, when the detected signal value does not include a component representing knocking but includes only a component representing noise, the peak frequency analyzed as the characteristic value is obtained with respect to the time transition. Has no inclination. On the other hand, when a component representing knocking is included in the detected signal value, the peak frequency analyzed as the characteristic value has a slope with respect to the transition of time regardless of the presence or absence of the component representing noise. As a result of frequency analysis using a plurality of bandpass filters, if the slope at which the peak frequency changes with this time is greater than a predetermined slope (that is, if the change is large), it is determined that knocking has occurred. Can do.

第7の発明に係るノッキング検知装置は、内燃機関において発生するノッキングを検知する。この検知装置は、シリンダ内圧を表わす信号値を検知またはシリンダブロックの振動または音響を表わす信号値を検知するための検知手段と、検知された信号値をクランク軸角度に対応させて記憶するための記憶手段と、フーリエ変換またはウェーブレット変換を用いて、記憶された信号値を周波数解析するための解析手段と、周波数解析の結果に基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための判定手段とを含む。   A knocking detection device according to a seventh aspect of the invention detects knocking that occurs in an internal combustion engine. The detection device detects a signal value representing a cylinder internal pressure or a signal value representing a vibration or sound of a cylinder block, and stores the detected signal value corresponding to a crankshaft angle. Storage means, analysis means for frequency analysis of the stored signal value using Fourier transform or wavelet transform, and determination means for determining the presence or absence of occurrence of knocking based on the result of frequency analysis Including.

第7の発明によると、時間軸に対して変化する信号値の波形を解析する短時間フーリエ変換やウェーブレット変換を用いて周波数分布のピーク値を周波数解析する。このような周波数解析の結果、時間に対する変化成分を有していると、ノッキングが発生していると判定することができる。   According to the seventh invention, the peak value of the frequency distribution is frequency-analyzed using the short-time Fourier transform or wavelet transform for analyzing the waveform of the signal value changing with respect to the time axis. As a result of such frequency analysis, if it has a change component with respect to time, it can be determined that knocking has occurred.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

<第1の実施の形態>
以下、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関用ノック制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図1は、このようなエンジンシステムの全体構成を示す概略図である。なお、以下の説明においては、ノッキングを検知するノックセンサは、シリンダブロックの振動を検知する振動センサであるとして説明する。このノックセンサはエンジンに1つまたは複数設けられる。また、シリンダブロックの振動を検知するノックセンサの代わりに、マイクロホンを用いてシリンダブロックの発する音響を検知するようにしてもよいし、シリンダの筒内圧を検知する圧力センサを用いて、ノッキングを検知するようにしてもよい。この場合においても、このような圧力センサは、各気筒毎や特定の気筒に設けられ、個数は特に限定されない。さらに、シリンダ内の燃焼状態を検知するため、電極間に流れるイオン電流を検知するセンサを用いるようにしても良い。
<First Embodiment>
Hereinafter, an engine system to which a knock control device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of such an engine system. In the following description, it is assumed that the knock sensor that detects knocking is a vibration sensor that detects vibration of the cylinder block. One or a plurality of knock sensors are provided in the engine. Also, instead of the knock sensor that detects the vibration of the cylinder block, the sound generated by the cylinder block may be detected using a microphone, or the knocking is detected using a pressure sensor that detects the cylinder internal pressure. You may make it do. Also in this case, such a pressure sensor is provided for each cylinder or a specific cylinder, and the number is not particularly limited. Furthermore, in order to detect the combustion state in a cylinder, you may make it use the sensor which detects the ion current which flows between electrodes.

図1において、このエンジンシステムは、4気筒4サイクルエンジン100と、エアクリーナ、エアフローメータを通った吸入空気が通過する吸気通路200と、エンジン100に供給される吸気量を調節するスロットルバルブ300と、エンジン100の基準クランク角(たとえば、各気筒の圧縮上死点)を検出するための基準角センサ410とエンジン100の一定クランク角毎に出力信号を発生するクランク角センサ420とを内蔵したディストリビュータ400とを含む。そして、後述するECU(Electronic Control Unit)1000でクランク角センサ420からの信号に基づきエンジン回転数NEが算出される。   In FIG. 1, this engine system includes a four-cylinder four-cycle engine 100, an intake passage 200 through which intake air passes through an air cleaner and an air flow meter, a throttle valve 300 that adjusts the amount of intake air supplied to the engine 100, Distributor 400 including a reference angle sensor 410 for detecting a reference crank angle of engine 100 (for example, a compression top dead center of each cylinder) and a crank angle sensor 420 for generating an output signal at every constant crank angle of engine 100. Including. Then, an engine speed NE is calculated based on a signal from a crank angle sensor 420 by an ECU (Electronic Control Unit) 1000 described later.

エンジンシステムは、さらに、エンジン100のノック発生現象に対応したシリンダブロックの振動を圧電素子式(ピエゾ素子式)、電磁式(マグネット、コイル)等によって検出するノックセンサ500と、エンジン100の冷却水温に応じた信号を発生する水温センサ600と、ECU1000からの制御信号に基づき吸気マニホールドへ燃料噴射供給するインジェクタ(燃料噴射弁)700と、ディストリビュータ400から分配される高電圧によりエンジン100のシリンダ内の混合気に火花点火し着火する点火装置800と、ノックセンサ500からの出力信号(ノックセンサ信号)をデジタル信号処理してノッキングの発生の有無を判定するDSP(Digital Signal Processor)900とを含む。   The engine system further includes a knock sensor 500 that detects vibration of the cylinder block corresponding to a knock occurrence phenomenon of the engine 100 by a piezoelectric element type (piezo element type), an electromagnetic type (magnet, coil), and the like, and a cooling water temperature of the engine 100 In the cylinder of the engine 100 by a high voltage distributed from the distributor 400, a water temperature sensor 600 that generates a signal corresponding to the engine temperature, an injector (fuel injection valve) 700 that supplies fuel to the intake manifold based on a control signal from the ECU 1000, An ignition device 800 that sparks and ignites an air-fuel mixture, and a digital signal processor (DSP) 900 that digitally processes an output signal (knock sensor signal) from the knock sensor 500 and determines whether knocking has occurred or not.

ECU1000は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのCPU(Central Processing Unit)、制御プログラムを格納したROM(Read Only Memory)、各種データを格納するRAM(Random Access Memory)等を含む。ECU1000は、DSP900によりノッキングが発生していると判断されると、ノックキングの発生を抑制するために、エンジン100における点火装置800による点火時期を遅角側に移行させる
、ECU1000が点火時期を遅角側に移行させて、DSP900によりノッキングが検知されなくなると、ECU1000は点火時期を進角側に移行させる。このようなKCS(Knock Control System)により、最適な点火時期に制御される。
ECU 1000 includes a CPU (Central Processing Unit) as a central processing unit that executes various known arithmetic processes, a ROM (Read Only Memory) that stores a control program, a RAM (Random Access Memory) that stores various data, and the like. When the ECU 1000 determines that knocking has occurred by the DSP 900, the ECU 1000 shifts the ignition timing by the ignition device 800 in the engine 100 to the retard side in order to suppress the occurrence of knocking. The ECU 1000 delays the ignition timing. When the ECU 900 shifts to the corner side and knocking is no longer detected by the DSP 900, the ECU 1000 shifts the ignition timing to the advance side. By such a KCS (Knock Control System), the ignition timing is controlled to be optimum.

図2を参照して、ノックセンサ500からDSP900に入力される信号波形について説明する。図2に示す信号波形は、横軸をクランク角度として、圧縮行程における上死点(TDC)から90度程度までクランク角が進む間の波形である。このようなクランク角度と振動強度との波形を、微小時間であるT(1)、T(2)、T(3)およびT(4)の各時間区間に区切る。この時間区間の長さは、極めて短い短時間であって、DSP900によるノックセンサ500からの信号の取込み周波数(サンプルレート)に依存する。この時間区間の長さは、100kHzサンプリングで128点(=約1ms)程度になる。これは、この時間区間(T(1)、T(2)、T(3)およびT(4))が短時間過ぎると解析点数が不足するため周波数解析を行なった場合であっても十分な周波数分解能が得られない。一方、逆に時間間隔が長過ぎると、周波数分解能は向上するが時間分解能が悪化する。このため、周波数分解能と時間分解能とが適合するようにDSP900におけるノックセンサ500のサンプルレートによって定められる。当然ながら、このような区間の分割数も限定されない。   A signal waveform input from knock sensor 500 to DSP 900 will be described with reference to FIG. The signal waveform shown in FIG. 2 is a waveform while the crank angle advances from the top dead center (TDC) in the compression stroke to about 90 degrees with the horizontal axis as the crank angle. Such a waveform of the crank angle and the vibration intensity is divided into time intervals of T (1), T (2), T (3), and T (4) that are minute times. The length of this time interval is a very short time, and depends on the frequency (sample rate) at which the DSP 900 takes in the signal from the knock sensor 500. The length of this time section is about 128 points (= about 1 ms) at 100 kHz sampling. This is sufficient even when frequency analysis is performed because the number of analysis points is insufficient if this time interval (T (1), T (2), T (3) and T (4)) is too short. The frequency resolution cannot be obtained. On the other hand, if the time interval is too long, the frequency resolution is improved but the time resolution is deteriorated. For this reason, it is determined by the sample rate of knock sensor 500 in DSP 900 so that the frequency resolution and the time resolution are matched. Of course, the number of divisions of such sections is not limited.

図2に示すように、ノックセンサ500からDSP900に入力されるノックセンサ500の波形によってはノッキングによる振動と、機械振動による振動とを明確に区別することができない。本発明に係るノッキング検知装置は、このDSP900により実現されるが、DSP900は、機械的な振動がノッキングによる振動に重畳している場合であっても、ノッキングの発生の有無を正確に検知することができる。   As shown in FIG. 2, depending on the waveform of the knock sensor 500 input from the knock sensor 500 to the DSP 900, vibration caused by knocking cannot be clearly distinguished from vibration caused by mechanical vibration. The knocking detection apparatus according to the present invention is realized by the DSP 900. The DSP 900 accurately detects the presence or absence of knocking even when mechanical vibration is superimposed on the vibration due to knocking. Can do.

図3に、DSP900の具体例であるDSP910を含む制御ブロック図を示す。図3に示すように、本実施の形態に係るノッキング検知装置を実現するDSP910は、ノックセンサ500からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、高速フーリエ変換を行なうFFT(Fast Fourier Transform)演算部と、高速フーリエ変換された結果に基づいてピーク周波数を検知するピーク検知部と、ピーク周波数の傾きを計算する傾き計算部と、傾き計算部により計算された結果に基づいて周波数推移有無の判定を行なう周波数推移有無判定部とを含む。   FIG. 3 shows a control block diagram including a DSP 910 which is a specific example of the DSP 900. As shown in FIG. 3, the DSP 910 that realizes the knocking detection device according to the present embodiment includes an A / D conversion unit that converts an analog signal from the knock sensor 500 into a digital signal, and an FFT (Fast (Fast Fourier Transform)) that performs a fast Fourier transform. (Fourier Transform) calculation unit, a peak detection unit that detects a peak frequency based on the result of fast Fourier transform, a slope calculation unit that calculates the slope of the peak frequency, and a frequency based on the result calculated by the slope calculation unit And a frequency transition presence / absence determination unit that determines whether or not there is a transition.

周波数推移有無判定部は、ノッキングの有無を判定する。周波数推移有無判定部によりノッキングの有無が判定された結果は、ECU1000に送信され、ECU1000が点火装置800を制御する。ECU1000が点火装置800を制御する態様については、上述の説明のとおりである。   The frequency transition presence / absence determination unit determines presence / absence of knocking. The result of the presence / absence of knocking determined by the frequency transition presence / absence determination unit is transmitted to ECU 1000, and ECU 1000 controls ignition device 800. The manner in which ECU 1000 controls ignition device 800 is as described above.

図4を参照して、図3のDSP910で実行されるプログラムの制御構造について説明する。   A control structure of a program executed by the DSP 910 in FIG. 3 will be described with reference to FIG.

ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、DSP910は、時間区域T(1)〜T(4)に対して高速フーリエ変換を実行する。S110にて、DSP910は、ピーク周波数をそれぞれの時間領域において検知する。S120にて、DSP910は、それぞれの時間領域におけるピーク周波数の傾きを計算する。S130にて、DSP910は、ピーク周波数の傾きの有無によりノッキングの発生を判別する。このとき、DSP910は、予め定められた傾きよりも大きな変化になる傾きを有する場合にはノッキングが発生していると判断する。   In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100, DSP 910 performs fast Fourier transform on time zones T (1) to T (4). In S110, DSP 910 detects the peak frequency in each time domain. In S120, DSP 910 calculates the slope of the peak frequency in each time domain. In S130, DSP 910 determines the occurrence of knocking based on the presence or absence of a peak frequency slope. At this time, the DSP 910 determines that knocking has occurred when it has an inclination that changes more than a predetermined inclination.

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るノッキング検知装置の動作について説明する。   An operation of the knocking detection device according to the present embodiment based on the above-described structure and flowchart will be described.

エンジン100が始動されて、ECU1000により点火装置800が制御されているときに、ノックセンサ500によりシリンダブロックの振動が検知されDSP910に入力される。ノックセンサ500からDSP910に入力されたアナログ信号はA/D変換部によりデジタル信号に変換され、高速フーリエ変換が実行される(S100)。このとき、短時間の時間領域T(1)〜T(4)に分割して高速フーリエ変換が行なわれる。   When engine 100 is started and ignition device 800 is controlled by ECU 1000, the vibration of the cylinder block is detected by knock sensor 500 and input to DSP 910. The analog signal input from the knock sensor 500 to the DSP 910 is converted into a digital signal by the A / D converter, and fast Fourier transform is executed (S100). At this time, fast Fourier transform is performed by dividing into short time regions T (1) to T (4).

高速フーリエ変換された結果に基づいて、各時間領域におけるピーク周波数が検知される(S110)。検出されたピーク周波数の傾きが計算される(S120)。このとき図5(A)に示すようにノッキングが発生している場合には、時間領域T(1)、T(2)、T(3)、T(4)に示すように、時間の経過に従って、低周波数側にピーク周波数が推移する。図5(A)の点線の矢印で示すものが傾きである。すなわち、図5(A)に示すように、ノッキングが発生している場合には、高速フーリエ変換されて周波数分析された結果、ノックピークの周波数成分が、上死点からクランク角度が進むにつれて低周波数領域側に推移する。この推移している状態をノックピーク周波数の傾きとして計算される。   Based on the result of the fast Fourier transform, the peak frequency in each time domain is detected (S110). The slope of the detected peak frequency is calculated (S120). At this time, when knocking occurs as shown in FIG. 5A, the passage of time passes as shown in the time regions T (1), T (2), T (3), and T (4). Accordingly, the peak frequency shifts to the low frequency side. What is indicated by a dotted arrow in FIG. That is, as shown in FIG. 5A, when knocking occurs, the frequency component of the knock peak decreases as the crank angle advances from the top dead center as a result of frequency analysis by fast Fourier transform. Transition to the frequency domain side. This transition state is calculated as the slope of the knock peak frequency.

一方、図5(B)に示すようにノッキングが発生していない場合であって、機械的なノイズが発生している場合には、ノイズピーク周波数成分は、どの時間領域においてもその周波数が変化することがない。すなわち、図5(B)に示すように、ノッキングが発生せず機械的な振動ノイズが発生している場合においては、傾き(図5(B)における点線矢印)に示すように、上死点からクランク軸角度が進むにつれても周波数が変化することがない。すなわち、傾きが0ということになる。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, when knocking has not occurred and mechanical noise has occurred, the frequency of the noise peak frequency component changes in any time domain. There is nothing to do. That is, as shown in FIG. 5B, when knocking is not generated and mechanical vibration noise is generated, the top dead center is shown as indicated by the slope (dotted arrow in FIG. 5B). As the crankshaft angle advances, the frequency does not change. That is, the inclination is zero.

図5(A)に示すように、ノックピーク周波数成分が時間の経過とともに低周波数領域側に傾きを有する場合には、ノッキングが発生していると判別される(S130)。   As shown in FIG. 5A, when the knock peak frequency component has an inclination toward the low frequency region with time, it is determined that knocking has occurred (S130).

以上のようにして、本実施の形態に係るノッキング検知装置によると、ノッキングセンサから入力された信号値を圧縮行程における上死点を基準として、ごく短時間の複数の時間領域に分割する。分割された時間領域毎に高速フーリエ変換を行ないノックセンサの信号値が極大値となるノックピーク周波数の成分を抽出する。このノックピークの周波数成分が、時間が経過するに従って(クランク軸が0度から90度程度に回転する過程において)、低周波数側に予め定められた傾きよりも大きな変化となる傾きを有する場合にはノッキングが発生していると判断する。一方、そのような傾きを有さない場合やピークが発生していない場合には、ノッキングが発生していないと判断する。   As described above, according to the knocking detection device according to the present embodiment, the signal value input from the knocking sensor is divided into a plurality of very short time regions on the basis of the top dead center in the compression stroke. A fast Fourier transform is performed for each divided time domain, and a knock peak frequency component at which the signal value of the knock sensor becomes a maximum value is extracted. When the frequency component of this knock peak has a slope that changes more than a predetermined slope on the low frequency side as time passes (in the process of rotating the crankshaft from 0 degrees to 90 degrees). Determines that knocking has occurred. On the other hand, when there is no such inclination or when no peak has occurred, it is determined that knocking has not occurred.

このように、圧縮行程における上死点から90度程度まで、クランク角度が進行する間に、ノッキングのピーク周波数が低周波数領域側に移行する理由は、主にピストン下降によるガス温度の低下に起因する温度低下によるものである。すなわち、爆発行程においては、上死点付近で燃焼室内の気体温度は最大となり、ピストンの下降につれて膨張により温度が低下する。気体の音速は温度の低下とともに低下するため、ノッキングが発生している場合の塔内ガス共振周波数は低周波数側に推移していく。一方、機械振動に代表されるノイズ振動は、塔内ガスの共振による振動とは何ら関係がないため、周波数の推移を発生しない。その結果、ノッキング以外のノイズによる振動が発生している場合であっても、ノッキングの有無を正確に判定することができる。   As described above, the reason why the knocking peak frequency shifts to the low frequency region side while the crank angle advances from the top dead center in the compression stroke to about 90 degrees is mainly due to the decrease in the gas temperature due to the piston lowering. This is due to a decrease in temperature. That is, in the explosion stroke, the gas temperature in the combustion chamber becomes maximum near the top dead center, and the temperature decreases due to expansion as the piston descends. Since the sound velocity of gas decreases with a decrease in temperature, the gas resonance frequency in the tower when knocking occurs shifts to the low frequency side. On the other hand, noise vibration typified by mechanical vibration has nothing to do with vibration due to resonance of gas in the tower, and therefore does not cause frequency transition. As a result, the presence or absence of knocking can be accurately determined even when vibration due to noise other than knocking occurs.

<第2の実施の形態>
以下、本発明の第2の実施の形態に係るノッキング検知装置について説明する。なお本実施の形態に係るノッキング検知装置は、前述の第1の実施の形態に係るDSP910とは異なる構成のDSP920を有し、DSP920において実行されるプログラムの制御構造が異なる。それ以外のハードウェア構成については、前述の第1の実施の形態(図1)と同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
<Second Embodiment>
Hereinafter, a knocking detection device according to a second embodiment of the present invention will be described. The knocking detection apparatus according to the present embodiment includes a DSP 920 having a configuration different from that of the DSP 910 according to the first embodiment described above, and a control structure of a program executed in the DSP 920 is different. Other hardware configurations are the same as those in the first embodiment (FIG. 1). Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.

図6に、本実施の形態に係るノッキング検知装置を実現するDSP910の制御ブロック図を示す。図6に示すように、DSP920は、ノックセンサ500からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、A/D変換部にそれぞれ接続された複数のバンドパスフィルタBPF(1)〜BPF(3)…と、時間ずれ計算部と、周波数推移有無判定部とを含む。   FIG. 6 shows a control block diagram of DSP 910 that realizes the knocking detection device according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 6, the DSP 920 includes an A / D conversion unit that converts an analog signal from the knock sensor 500 into a digital signal, and a plurality of bandpass filters BPF (1) to BPF (1) to each connected to the A / D conversion unit. BPF (3)..., A time shift calculation unit, and a frequency transition presence / absence determination unit are included.

バンドパスフィルタBPF(2)は、BPF(1)に比べてより低い周波数領域の信号成分を通過させる。バンドパスフィルタBPF(3)は、バンドパスフィルタBPF(2)に比べてより低い周波数領域の信号成分を通過させる。   The bandpass filter BPF (2) passes a signal component in a lower frequency region than the BPF (1). The band pass filter BPF (3) passes a signal component in a lower frequency region than the band pass filter BPF (2).

すなわち、BPF(1)、BPF(2)、BPF(3)、…の順に、より低い周波数領域の信号を通過させるように構成される。   That is, it is configured to pass a signal in a lower frequency region in the order of BPF (1), BPF (2), BPF (3),.

時間ずれ計算部は、各バンドパスフィルタを通過した波形の時間のずれを計算する。周波数推移有無判定部は、ノッキングの発生の有無を判定する。このとき、時間ずれ計算部により計算された時間のずれが発生していると判断されるとノッキングが発生していると判断される。   The time shift calculation unit calculates the time shift of the waveform that has passed through each bandpass filter. The frequency transition presence / absence determining unit determines whether knocking has occurred. At this time, if it is determined that the time lag calculated by the time lag calculator has occurred, it is determined that knocking has occurred.

図7を参照して、図6のDSP920において実行されるプログラムの制御構造について説明する。   A control structure of a program executed in the DSP 920 in FIG. 6 will be described with reference to FIG.

S200にて、DSP920は、ノックセンサ500から入力されA/D変換部により変換された信号波形をバンドパスフィルタにより複数の周波数帯域(少なくとも3つの周波数帯域)を抽出して解析する。S210にて、DSP920は、波形の時間的なずれを計算する。S220にて、DSP920は、波形の時間的なずれに基づいて、ピーク周波数の傾きを計算する。S230にて、DSP920は、ピーク周波数の傾きの有無によりノッキングの発生の有無を判別する。   In S200, DSP 920 extracts and analyzes a plurality of frequency bands (at least three frequency bands) with a band pass filter from the signal waveform input from knock sensor 500 and converted by the A / D converter. In S210, DSP 920 calculates the time lag of the waveform. In S220, DSP 920 calculates the slope of the peak frequency based on the time lag of the waveform. In S230, the DSP 920 determines whether or not knocking has occurred based on the presence or absence of the slope of the peak frequency.

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るノッキング検知装置の動作について説明する。   An operation of the knocking detection device according to the present embodiment based on the above-described structure and flowchart will be described.

エンジン100の動作中に、ノックセンサ500からDSP920に検知信号が入力されて、A/D変換部によりデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された信号波形は、複数のバンドパスフィルタBPF(1)、BPF(2)、BPF(3)、…により複数の周波数帯域が抽出される。   During the operation of the engine 100, a detection signal is input from the knock sensor 500 to the DSP 920 and converted into a digital signal by the A / D converter. A plurality of frequency bands are extracted from the signal waveform converted into the digital signal by a plurality of bandpass filters BPF (1), BPF (2), BPF (3),.

このとき、図8(A)および図8(B)に示すように、横軸を時間軸として、縦軸を信号強度としてそれぞれのバンドパスフィルタを通過した信号の波形が求められる。図8(A)がノッキングが発生している場合であってかつ機械的な振動が発生している場合であり、図8(B)が機械的振動のみを検知した場合である。   At this time, as shown in FIGS. 8A and 8B, the waveform of the signal passing through each bandpass filter is obtained with the horizontal axis as the time axis and the vertical axis as the signal intensity. FIG. 8A shows a case where knocking has occurred and mechanical vibration has occurred, and FIG. 8B shows a case where only mechanical vibration has been detected.

複数の周波数帯域に分割された波形毎にピーク周波数が算出されその時間のずれが算出される(S210)。その時間のずれからピーク周波数の傾きが演算される(S220)。この傾きを、図8(A)に点線の矢印で示す。図8(A)におけるバンドパスフィルタBPF(2)の波形は、図8(B)のバンドパスフィルタBPF(2)の波形に、図8(A)のバンドパスフィルタBPF(1)の波形を右側にずらした波形を重畳させたものである。すなわち、図8(A)のバンドパスフィルタBPF(2)においては、ノッキングによる振動信号と、ノイズによる振動信号とが重畳されたようになっている。   The peak frequency is calculated for each waveform divided into a plurality of frequency bands, and the time lag is calculated (S210). The slope of the peak frequency is calculated from the time lag (S220). This inclination is indicated by a dotted arrow in FIG. The waveform of the bandpass filter BPF (2) in FIG. 8A is the same as that of the bandpass filter BPF (2) in FIG. The waveform shifted to the right is superimposed. That is, in the band pass filter BPF (2) of FIG. 8A, the vibration signal due to knocking and the vibration signal due to noise are superimposed.

ところが、図8(A)のBPF(1)およびBPF(3)の周波数帯域においては、ノイズのピーク周波数が通過しないので、ノイズ波形がノッキング波形に重畳しないため、図8(A)に示すような矢印の傾きを算出することができる。   However, in the frequency bands of BPF (1) and BPF (3) in FIG. 8 (A), since the noise peak frequency does not pass, the noise waveform is not superimposed on the knocking waveform, and as shown in FIG. 8 (A). The slope of a simple arrow can be calculated.

一方、ノッキングが発生せずに機械的なノイズが発生している場合には、図8(B)に示すように、特定の周波数帯域(ここでは、バンドパスフィルタBPF(2)を通過する周波数帯域がノイズの周波数帯域であるとする)においてのみ波形が発生している。図8(B)のバンドパスフィルタBPF(1)およびBPF(3)の周波数帯域においては波形が存在していない。そのため、傾きを算出することができない。傾きが算出された場合にはノッキングが発生していると判別され、傾きがない場合にはノッキングが発生していないと判断される。   On the other hand, when mechanical noise occurs without knocking, as shown in FIG. 8B, a frequency that passes through a specific frequency band (here, the bandpass filter BPF (2)). A waveform is generated only in a frequency band of noise). There is no waveform in the frequency band of the bandpass filters BPF (1) and BPF (3) in FIG. Therefore, the inclination cannot be calculated. When the inclination is calculated, it is determined that knocking has occurred, and when there is no inclination, it is determined that knocking has not occurred.

以上のようにして、本実施の形態に係るノッキング検知装置によると、前述の実施の形態のように、高速フーリエ変換を用いることなく、複数のバンドパスフィルタを用いて、ノイズが発生している場合であってもノッキングの有無を正確に判別することができる。   As described above, according to the knocking detection device according to the present embodiment, noise is generated using a plurality of bandpass filters without using the fast Fourier transform as in the above-described embodiment. Even in this case, the presence or absence of knocking can be accurately determined.

<第3の実施の形態>
以下、本発明の第3の実施の形態に係るノッキング検知装置について説明する。本実施の形態に係るノッキング検知装置は、前述の第2の実施の形態と同様、第1の実施の形態のDSP900とは異なるDSP930を有し、そのDSP930で実行されるプログラムの制御構造が異なる点が特徴である。それ以外のハードウェア構成については、前述の第1の実施の形態(図1)と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。
<Third Embodiment>
Hereinafter, a knocking detection device according to a third embodiment of the present invention will be described. The knocking detection apparatus according to the present embodiment has a DSP 930 different from the DSP 900 of the first embodiment, and the control structure of a program executed by the DSP 930 is different, as in the second embodiment. The point is a feature. Since the other hardware configuration is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), detailed description thereof will not be repeated here.

図9に、本実施の形態に係るノッキング検知装置のDSP930の制御ブロック図を示す。図9に示すように、DSP930は、ノックセンサ500から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、変換されたデジタル信号を短時間フーリエ解析する短時間フーリエ解析部またはウェーブレット解析するウェーブレット解析部と、周波数推移有無判定部とを含む。   FIG. 9 shows a control block diagram of DSP 930 of the knocking detection device according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, the DSP 930 includes an A / D conversion unit that converts an analog signal input from the knock sensor 500 into a digital signal, and a short-time Fourier analysis unit or wavelet that performs a short-time Fourier analysis on the converted digital signal. A wavelet analysis unit to analyze and a frequency transition presence / absence determination unit are included.

周波数有無判定部はノッキングの有無を判定する。なお、短時間フーリエ解析部またはウェーブレット解析部において実行される短時間フーリエ解析やウェーブレット解析は、周知の技術を用いるものであって、ここでの詳細な説明は繰返さない。   The frequency presence / absence determination unit determines the presence / absence of knocking. Note that the short-time Fourier analysis and the wavelet analysis executed in the short-time Fourier analysis unit or the wavelet analysis unit use known techniques, and detailed description thereof will not be repeated here.

図10を参照して、本実施の形態に係るノッキング検知装置のDSP930で実行されるプログラムの制御構造について説明する。   With reference to FIG. 10, a control structure of a program executed by DSP 930 of the knocking detection device according to the present embodiment will be described.

S300にて、DSP930は、短時間フーリエ解析またはウェーブレット解析を実行する。S310にて、DSP930はピーク周波数の傾きを計算する。S320にて、DSP930は傾きの有無よりノッキングの発生の有無を判別する。   In S300, DSP 930 executes short-time Fourier analysis or wavelet analysis. In S310, DSP 930 calculates the slope of the peak frequency. In S320, DSP 930 determines the presence or absence of knocking from the presence or absence of tilt.

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るノッキング検知装置の動作について説明する。   An operation of the knocking detection device according to the present embodiment based on the above-described structure and flowchart will be described.

エンジン100の動作中に、ノックセンサ500からの検知信号がDSP930に入力される。DSP930において短時間フーリエ解析またはウェーブレット解析が実行され(S300)、ピーク周波数の傾きが計算される(S310)。   During operation of engine 100, a detection signal from knock sensor 500 is input to DSP 930. The DSP 930 performs short-time Fourier analysis or wavelet analysis (S300), and the slope of the peak frequency is calculated (S310).

このとき、図11(A)および図11(B)にウェーブレット変換された結果を示す。図11(A)がノッキングが発生している場合における、ウェーブレット変換された後の、時間軸に対する周波数変化を表わす。図11(B)がノッキングが発生していないが機械的な振動が発生している場合における、ウェーブレット変換された後の、時間軸に対する周波数変化を表わす。   At this time, the result of wavelet transform is shown in FIGS. FIG. 11A shows a change in frequency with respect to the time axis after wavelet transform in the case where knocking occurs. FIG. 11B shows a frequency change with respect to the time axis after wavelet transformation in the case where knocking has not occurred but mechanical vibration has occurred.

図11(A)に示すように、ノッキングが発生している場合には、時間軸に対して周波数の変化が、ある傾きをもって現れる。一方、図11(B)に示すように、ノッキングが発生していないで機械的な振動が発生している場合には、時間軸に対して周波数変化が発生しない。このようにして傾きがあるとノッキングが発生していると判断しノッキングが発生していないとノイズが発生していても傾きが発生していないためノッキングが発生していないと判断する。   As shown in FIG. 11A, when knocking occurs, a change in frequency appears with a certain slope with respect to the time axis. On the other hand, as shown in FIG. 11B, when knocking has not occurred and mechanical vibration has occurred, no frequency change occurs with respect to the time axis. In this way, if there is an inclination, it is determined that knocking has occurred. If no knocking has occurred, it is determined that knocking has not occurred because no inclination has occurred even if noise has occurred.

以上のようにして本実施の形態に係るノッキング検知装置によると短時間フーリエ変換やウェーブレット変換を用いて周波数解析した結果を用いてノッキングの発生の有無を正確に判別することができる。   As described above, according to the knocking detection device according to the present embodiment, the presence or absence of knocking can be accurately determined using the result of frequency analysis using short-time Fourier transform or wavelet transform.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態に係るノック検出装置を有するエンジンシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine system having a knock detection device according to an embodiment of the present invention. ノックセンサからDSPへ入力される信号の波形を図である。It is a figure which shows the waveform of the signal input into a DSP from a knock sensor. 本発明の第1の実施の形態に係るノック検出装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the knock detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係るノック検出装置のDSPで実行されるプログラムの制御構造である。It is a control structure of a program executed by the DSP of the knock detection device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係るノック検出装置のDSPでの解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result in DSP of the knock detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るノック検出装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the knock detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るノック検出装置のDSPで実行されるプログラムの制御構造である。It is a control structure of the program run by DSP of the knock detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るノック検出装置のDSPでの解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result in DSP of the knock detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るノック検出装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the knock detection apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るノック検出装置のDSPで実行されるプログラムの制御構造である。It is a control structure of the program run by DSP of the knock detection apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るノック検出装置のDSPでの解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result in DSP of the knock detection apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 エンジン、200 吸気通路、300 スロットルバルブ、400 ディストリビュータ、410 基準角センサ、420 クランク角センサ、500 ノックセンサ、600 水温センサ、700 インジェクタ、800 点火装置、900,910,920,930 DSP、1000 ECU。   100 Engine, 200 Air intake passage, 300 Throttle valve, 400 Distributor, 410 Reference angle sensor, 420 Crank angle sensor, 500 Knock sensor, 600 Water temperature sensor, 700 Injector, 800 Ignition system, 900, 910, 920, 930 DSP, 1000 ECU .

Claims (7)

内燃機関において発生するノッキングを検知する検知装置であって、
シリンダ内圧を表わす信号値を検知またはシリンダブロックの振動または音響を表わす信号値を検知するための検知手段と、
前記検知された信号値をクランク軸角度に対応させて記憶するための記憶手段と、
前記記憶された信号値を予め定められた時間間隔毎に分割して、前記時間間隔毎に前記信号値を周波数解析するための解析手段と、
各前記時間間隔における周波数解析された特性値の時系列に従った変化に基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための判定手段とを含
前記解析手段は、前記信号値の強度が極大となるピーク周波数を特性値として算出するための手段を含み
前記判定手段は、時系列に対するピーク周波数の変化の度合いに基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための手段を含む、ノッキング検知装置。
A detection device for detecting knocking occurring in an internal combustion engine,
Detection means for detecting a signal value representing cylinder internal pressure or detecting a signal value representing vibration or sound of the cylinder block;
Storage means for storing the detected signal value in correspondence with the crankshaft angle;
Analyzing means for dividing the stored signal value at predetermined time intervals and performing frequency analysis of the signal value at each time interval;
Based on a change in accordance with time series of frequency analysis characteristic values at each said time interval, and determining means for determining the presence or absence of occurrence of knocking seen including,
The analysis means includes means for calculating a peak frequency at which the intensity of the signal value is a maximum as a characteristic value ,
The determination means includes a knocking detection apparatus including means for determining whether or not knocking has occurred based on a degree of change in peak frequency with respect to time series .
前記判定手段は、時系列に対するピーク周波数の変化の傾きと、予め定められた傾きとを比較することにより、ノッキングの発生の有無を判定するための手段を含む、請求項に記載のノッキング検知装置。 2. The knocking detection according to claim 1 , wherein the determination unit includes a unit for determining whether or not knocking has occurred by comparing a slope of a change in peak frequency with respect to a time series with a predetermined slope. apparatus. 内燃機関において発生するノッキングを検知する検知装置であって、
シリンダ内圧を表わす信号値を検知またはシリンダブロックの振動または音響を表わす信号値を検知するための検知手段と、
前記検知された信号値をクランク軸角度に対応させて記憶するための記憶手段と、
特定の周波数帯域のみを濾波する複数のフィルタを用いて、前記記憶された信号値を、前記周波数帯域毎に解析するための解析手段と、
前記信号値の極大タイミングの、前記それぞれの周波数帯域での時間ずれに基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための判定手段とを含む、ノッキング検知装置。
A detection device for detecting knocking occurring in an internal combustion engine,
Detection means for detecting a signal value representing cylinder internal pressure or detecting a signal value representing vibration or sound of the cylinder block;
Storage means for storing the detected signal value in correspondence with the crankshaft angle;
Analysis means for analyzing the stored signal value for each frequency band using a plurality of filters that filter only a specific frequency band;
A knocking detection device comprising: determination means for determining whether or not knocking has occurred based on a time lag in the respective frequency bands at the maximum timing of the signal value.
前記判定手段は、前記信号値の極大タイミングの、前記それぞれの周波数領域での時間ずれの傾きに基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための手段を含む、請求項に記載のノッキング検知装置。 The knocking detection according to claim 3 , wherein the determination unit includes a unit for determining whether or not knocking has occurred based on a slope of a time lag in each frequency region at the maximum timing of the signal value. apparatus. 前記判定手段は、前記信号値の極大タイミングの、前記それぞれの周波数領域での時間ずれの傾きと、予め定められた傾きとを比較することにより、ノッキングの発生の有無を判定するための手段を含む、請求項に記載のノッキング検知装置。 The determination means includes means for determining whether or not knocking has occurred by comparing a slope of a time lag in the respective frequency domain with a predetermined slope at the maximum timing of the signal value. The knock detection device according to claim 4 , further comprising: 内燃機関において発生するノッキングを検知する検知装置であって、
シリンダ内圧を表わす信号値を検知またはシリンダブロックの振動または音響を表わす信号値を検知するための検知手段と、
前記検知された信号値をクランク軸角度に対応させて記憶するための記憶手段と、
フーリエ変換またはウェーブレット変換を用いて、前記記憶された信号値を周波数解析するための解析手段と、
前記解析手段にて求められた、時系列に対する前記信号値の強度が極大となるピーク周波数の傾きに基づいて、ノッキングの発生の有無を判定するための判定手段とを含む、ノッキング検知装置。
A detection device for detecting knocking occurring in an internal combustion engine,
Detection means for detecting a signal value representing cylinder internal pressure or detecting a signal value representing vibration or sound of the cylinder block;
Storage means for storing the detected signal value in correspondence with the crankshaft angle;
Analysis means for frequency analysis of the stored signal value using Fourier transform or wavelet transform;
A knocking detection device comprising: a determination unit for determining whether knocking has occurred or not based on a slope of a peak frequency at which the intensity of the signal value with respect to time series is a maximum obtained by the analysis unit .
前記判定手段は、前記解析手段にて求められた時系列に対するピーク周波数の変化の傾きと、予め定められた傾きとを比較することにより、ノッキングの発生の有無を判定するための手段を含む、請求項に記載のノッキング検知装置。 The determination means includes means for determining the presence or absence of occurrence of knocking by comparing the inclination of the change in peak frequency with respect to the time series obtained by the analysis means and a predetermined inclination. The knock detection device according to claim 6 .
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