JPS59193335A

JPS59193335A - 内燃機関のノツキング検出方法及び装置

Info

Publication number: JPS59193335A
Application number: JP59043043A
Authority: JP
Inventors: ヨルク・ボニツツ; ロ−ベルト・エンテンマン; ベルンハルト・ミラ−; ジイ−クフリ−ト・ロ−デ; ステフアン・ウンラント; ヴアルタ−・フイ−ス
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1984-03-08
Publication date: 1984-11-01
Also published as: DE3479240D1; DE3308541A1; JPH0447774B2; EP0121790A2; EP0121790B1; EP0121790A3; US4593553A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

イ）技術分野本発明は、ノッキング過程に対応する有効信号を少なく
とも１つの基準信号と比較１２、かつ、有効信号が基準
信号を−１−回った場合に検出信号を発生する、内燃機
関のノッキング検出方法、およびこの方法を実施するだ
めの装置に関する。口）従来技術一定の作動条件下で内燃機関にいわゆるノッキングが起
ることは公知である。この現象は、原動機の可聴周波数
振動として知覚される、燃料空気混合気の衝撃波である
と理解されている。これまでノッキングを基本的に回避
しようとする努力がなされてきた。なぜならノッキング
は、燃焼室側のシリンダ壁面およびピストンに強い熱負
荷を与えてそれらを損傷するおそれがあり、さらに長時
間持続した場合には、内燃機関自体を破壊しかねないか
らである。しかし他方では、内燃機関の作動範囲を最大
限に利用し回転ｉ・ルクと燃焼を最適にじたいという要
求もある。このため、内燃機関のノッキングをできるだ
け迅速にかつ正確に検出する必要が生じる。この要請に
応じるためには、ノッキングの検出に適した発信器を用
意するという問題の外に、測定技術ヒの問題をも解決し
なければならない。つまり、ノッキング信号”ノッキン
グ有”または　　”ノッキング無”に依存して内燃機関
を相応に制御するためには、発信器が検出した内燃機関
の振動から、正確かつノイズ信号を含まない有効ノッキ
ング信号を取り出さなければならない。またドイツ特許公開公報第３１３７０１Ｅｔ号にはノッ
キングに関連した有効（ノッキング）信号を基準信号と
比較する内燃機関のノッキング検出方法及び装置が記載
されている。その場合基準信号はデジタルフィルタの出
力信号により形成され有効信号の瞬時値と基準信号の瞬
時値との回帰的な関数となる。有効信号がこのようにし
て形成された基準信号を上回ったときノッキング検出信
号が形成される。このような装置ないし方法では有効信
号の検出に故障が発生すると故障検出が不可能になり以
後のノッキング制御では点火時点が早期の方向に調節さ
れ内燃機関を破壊してしまう。また、米国特許明細書第４０１２９４２号公報には、別
のノッキング検出器が記載されている。この検出器は、
ノッキング信号を基準信号と比較する。基準信号は機関の回転数に依存し、関数発生器を介して
発生した信号である。しかしこの方法も、実際に発生し
た内燃機関のバックグラウンド雑音に関連して検出する
のではないという欠点を持っている。従って、個々の内
燃機関の作動方式、調整の具合、摩耗の程度などに対す
る配慮がなされていない。（ハ）目　的従って、本発明は、このような従来の欠点を除去するた
めになされたもので、安全性をもって確実にノ・ンキン
グを検出し、それに対応して内燃機関を最適に制御でき
る内燃機関のノッキング検出方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。（ニ）実施例以下、図面に示す実施例に従い本発明の詳細な説明する
。第１図に示す実施例ではノッキング・センサ１は、可変
利得増幅器２および帯域フィルタ３を介して復調回路４
と接続されている。復調回路４の出力側は、調整器５を
介して可変利得増幅器２と接続されるとともに積分器６
と接続されている。積分器６の出力側はＡ−Ｄ変換器７と接続され、Ａ−Ｄ
変換器７の出力側は、デジタル・フィルタ８並びに比較
装置９の入力側の１つと接続されている。比較装置９は
デジタル・コンパレータとして構成すると有利である。デジタル・フィルタ８は比較装置９の別の入力側と接続
されている。積分器６、Ａ−Ｄ変換器７およびデジタル
・フィルタ８は、制御装置１０により制御される。制御
装置ｌＯは、出力側１１にノッキング検出信号゛ノッキ
ング有”または　”ノッキング無”を供給し、同時に比
較装置９および回転数発信器１２からの制御信号を受取
る。制御装置１０はマイクロ・プロセッサの形で、また
回転数発信器１２は機関回転数発信器として構成するの
が有利である。第１図に示す装置は次のように作動する。即ち、ノッキ
ング・センサ１から取り出された信号は、可変利得増幅
器２で増幅され、帯域フィルタ３に送出される。帯域フ
ィルタ３は、他の妨害雑音（周波数の異なる多くのノイ
ズ信号を含んでいる）を抑圧して有効ノッキング信号だ
けを通過させ、整流器として構成することができる復調
回路４にノッキング信号を供給する。実質的に低域フィ
ルタから成る調整器５は、ノッキング・センサから供給
される信号が小さい時は可変利得増幅器の増幅度が大き
く、信号が大きい時には増幅度が小さくなるように（自
動利得調整）、復調信号から調整器出力を形成する。増
幅度を調整することによって、可変利得増幅器２ないし
復調回路４の出力信号を、機関の回転数とは無関係に一
定にすることができる。なぜなら、ノッキング・センサ
ｌの信号振幅は、機関の回転数が増大すると共に大きく
なるからである。積分器６は、クランク争シャフ）・のトη転と同期した
油ｊ定窓の期間じ、復調回路４の出力信号をＯ・”、１
に１積分Ｊる。測定窓は、制御装置１０により回小；ミ
速度計１２に依存して形成される７制御装置」０は測定
窓

【こ相応【７て積分器６を制御する。測ン）窓の期間
が終わるど共に、積分器６の出力電圧がＡ−Ｄ　唆）換
器７の中でデジタル変換される。そ（））際、制御装置
１０はデジタル変換を指令し、ま１ζＡ−Ｄ変換器７か
らデジタル変換の終了を表示−：）る信号を受は取る。ノッキング・センサ１から（パ）信号はΔ−り変換器７
の中で数仙列に変換されて１されてデジタル・フィルタ
８の入力側に送出さ才する。この千ジタル拳フィルタ８
は低域通過特性を看する１次のデジタル・フィルタとし
て構成できる。デパタル・フィルタ８は出力信−列を供
給し２、ぞの値ζＨデパンタル形比較装置９においてＡ
−１〕変換器７によりデジクル変換された実際の測定値
と比較される。ｊｆ）　２図に示十実施例は、デジタル・フィルタ８０
機能が計算ユニ７１−１４内に設けられ、比較器９も調
質ユニット１４に含まれている点で第１図の実施例と異
なっている。旧算：ｘ−−−，，，Ｉ・１４は一１イケ
ロープロセッ廿とＩ７て構成、４ｄ１ことができる。Ａ
−Ｄ変換器７１日計算ユニツ１τ１４に−Ｔ″′・ゾ′
２ル変校＋された測定イ直をイ共８合する。２１′Ｑユ
、二・ソト１４の中では、シリンダ数に相応Ｉ７て、ら
リンタ状′！パ１の検出信号に従ったｓｆ数処理が行な
われ、そのことにより、Ａ−Ｄ変換器７のデジクツＬ出
カイへ号は、各シリンダに相応して、個別のシリンダに
対応するメモリに供給されるノッキング・センサから供給される個ノ（の測定イ１−
１に対１ｙ　（新たに設定される基準イ１）すは、デジ
タル・フィルタ形の調質ユニットにより次の式に従って
得られる。ｙ　（ｔｉ）−（１−ｋ）　　・−１７（ｔε−１）　
＋　ｋ　ｘ　（ｔｉ）たたし７、ｙ　（ｔｉ）はそのつ
どル１数される基準値］・あり、ｉは各・シリンダの燃
焼サイクルを表わす数、ｘ　（ｔｉ）はＡ　−ｉ）変換
器７かり計算ユこ・ソ］・１４に供給されるデジタル測
定４＋ｅｊ、そして、ｋは新しい基準イ【へを形成する
ため実際の測定値を重みづけする際の係数である。ｋは
経験的に回転加速度ない１７角速度（ｄω、／　ｄ　ｔ
、　）に従って求められる。係数には、計、算コニ、ン
）　ｌ　４の中で実際の測定値ｘ　（ｔｉ）がシフトレ
ジスタにおいでシフトされる回数によって決定される。従ってそれは、そのつど２で除算される。つまりｋは、
例スーば０．５：０　、２５　；　Ｏ’　、　１２５等
である。実際の測定値ｘ　（ｔｉ）は比較装置９ないし
２、計算ユニット】４にと）いて対応中る基準値ｖ　（
ｔｉ）と比較される。その際、Ａ（１１定値ｘ　（ｔｉ
）が所定の係数ｍ分だけ基準値より大きければ、ノッキ
ングが起っていると評価さね、そのことが出力側１１か
ら信号どして送出される。誤った検出を避けるために計算ユニット１４において最
小基準値が回転数の関数として記憶される。７．ｔ−準
信号がこの最小基準値よりも小さくなると測定値は基準
信号ではなくこの最小基準値と比較される。内燃期間が
動作中たとえば３０００±２５０回転／分の回転領域に
あるときに測定値が記憶される。この値は一般的にシリ
ンダ毎に異なる。続いて計慎７ユごツト１４においで最
小基準値が増減され、すなわち係数で重みつけられ、各
ノθ小基準値が対応するシリンダの基想（１１号になる
ように合わされるにれによって最小基準値が各゛・′リ
ンダ毎に異なる基本ノイズレベルに自動的に合わさねる
。この操作はそれぞれ１０００回の燃焼サイクル４にあ
るいは所定数の点火後におるいは内燃機関の駆動パラメ
ータ（始動１１！？あるいは温度等）番こ■７たがって
行なわれる。ノ・ソキングの検出は、計伸、ユニ・・・（・の中でシ
リンダごとに行なわれる。その際、メモリ内に記憶され
た個々のシリンダに対応する基呻値がＩｌｌ　ｊ／出さ
れ、実際の測定値に依存しで新しく算定される。ノッキ
ング検出信号ｌ］により名シリンダの点火時点を別々に
決めることができ、従って各々のシリンダにおけるノッ
キングを抑制することができる。基準値としては」二連
のように出力信号列ｖ　（ｔｉ）が用いられるが、その
代わりに値ｙ（ｔξ−１）　　　を使用してもよい。・
この場合、実際の測定値は出力信号列の中には含まれな
い。さらに、Ｖ　（ｔ（１’、−Ｌ）・　をノッキング
検出のため使用し、対応する測定値ｘ　（ｔ　ｊ　−ｉ
）・　によりノッキングの発生が検出された場合は、新
しい基準値ｖ　（ｔｉ）を形成する際に次の燃焼サイク
ルの実際の測定値ｘ　（ｔｉ）を抑圧したり、その一部
を取るようにすることも可能である。このことは、当該
測定値の係数をＯあるいはｌより小さな値例えばに−１
／　ｍに設定することにより行なわれる。この構成によ
ってノッキンク゛発生時に基準値が過度に上昇すること
を防ぐことができる。内燃機関の回転数が６００回転回転上１５００回転／回
転量にある時実際の積分値が継続的に比較される。すな
わち継続的に積分値の差が形成される。この差形成時、
たとえば始動後計算ユニット１４のカウンタが初期値１
００にセットされる。この差値が所定の最小差値を下ま
わると、カウントはデクレメントされる。そうでないと
きにはカウンタは再び１００にセットされる。カウンタ
のデクレメントにより計数値が０になると、計算ユニッ
ト１４内の安全装置ないしプログラムが動作され、点火
時点を遅く調節することによりすくての駆動時にわたっ
て内燃機関の確実な動作が保証される。可変利得増幅器２において故障が発生すると、積分値は
いつも同じ値を示しほぼ電源電位にある。燃焼が約１０
０回行なわれると計数値はＯとなり安全プログラムが動
作される。通常の駆動時にはシリンダ特性が異なることにより、並
びにノッキング制御機能により所定の最小差値を」二ま
わる差値が現われるようになり、カウンタは再びセット
される。この監視機能は制御回路１０あるいは計算ユニット１４
のソフトウェアにより行なわれるので、センサ信号をシ
ュミレーションするモニタ線、あるいはテスト線のよう
なハードウェアを必要とすることがない。このモニタは
始動時から内燃機関がアイドル回転数近くにある毎に行
なわれるので、十分な監視が可能になる。カウンタが例
えば１００にセットされることにより最小差値よりも小
さな偶然現われる差値によって安全プログラムが誤って
作動しないようにすることができる。（ハ）本発明の効果・利点上述した方法や装置に対し、特許請求の範囲第１項、第
８項、第１２項記載の特徴を有する本発明の方法、およ
び特許請求の範囲第５項記載の特徴を有する本発明によ
る装置は、より確実にノ・ンキングを検出することがで
きるという利点を有している。本発明によれば、測定窓
において徐々に妨害レベルの高まる妨害雑音、例えば弁
雑音が、ノッキングの検出に影響を及ぼすことはない。なぜなら、基準信号を弁雑音の緩慢な振幅変化に合わせ
であるからである。又、本発明の実施例では積分値が時間的に前後しである
いは燃焼サイクル毎に断続的に比較される。その場合差
値が所定の値を上まわるとノ・ンキングセンサのライン
に異常が発生したことが示され、誤ったノッキング制御
により内燃機関に発生する危害が発生するのを防止する
ことができる。その場合異常の表示になんら他の／Ｘ−ドウエアを必要
とすることなく、制御回路におけるプログラムによりこ
れを行なうことができると１．％う利点力く得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のプロ１．グー回路図、
第２図は第２の実施例のプロ・ンク回路図を示す。 ■・・・ノッキング・センサ２・・・可変利得増幅器　３・・・帯域フィルタ４・・
・復調回路　　　　５・・・調整器６・・・積分器　　
　　　７・・・Ａ−Ｄ変換器８・・・デジタルΦフィル
タ９・・・比較装置　　　　１０・・・制御ユニ・ント１
１・・・出力側　　　　１２・・・回転数発信器１２・
・・回転数発信器　１４・・・計算ユニ、ント第１頁の
続き［相］発　明　者　ステファン・ランラントドイツ連邦
共和国７１４０ルートヴイックスブルグ・ライヒエルシャルデ９６０発　明　者　ヴアルター・フイースドイツ連邦共和国７１３２イリンゲン・シューツインガーシュトラーセ５４

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ノッキング過程に関連した有効信号を少なくとも
１つの基準信号ｙ（ｔｉ）と比較し、有効信号が基準信
号よりも大きくなった時ノッキング検出信号が形成され
るノッキング検出方法であって、復調されたノッキング
信号から調節可能な測定窓の期間中に積分値ｘ（ｔｉ）
が形成され、この積分値にフィルタをかけた信号が基準
信号となり、またこの基準信号が係数（ｋ）で重みづけ
られた積分値から回帰的に求められる内燃機関のノッキ
ング検出方法において、前記係数（ｋ）が内燃機関の回
転加速度（ｄω／ｄ　ｔ）に従って変化することを特徴
とする内燃機関のノ、ンキング検出方法。
（２）ｉを個々のシリンダの燻焼サイクルを示す数、ｋ
を新しい基準値を形成するために積分信号の瞬時値に重
みづけするだめの係数として、基準信号をｙ　（ｔｉ）−（１−ｋ）　　・　ｙ　（ｔ＜−ｔ）＋
ｋ　會　ｘ　（ｔｉ）の式に従って形成する特許請求の
範囲第１項に記載の方法。
（３）基準信号を形成するのに出力信号列ｙ（ｔｉ−１
）を用い燃焼サイクルの瞬時値を基準信号に含まないよ
うにした特許請求の範囲第２項に記載の方法。
（４）ノッキング燃焼が検出された時基準信号形成時、
次の燃焼サイクルの積分値を用いないかあるいはその一
部のみを用いる特許請求の範囲第１項から第３項までの
いずれか１項に記載の方法。
（５）ノッキング過程に関連した有効信号を少なくとも
１つの基準信号ｙ（ｔｉ）と比較し、有効信号が基準信
号よりも大きくなった時ノッキング検出信号が形成され
るノッキング検出装置であって、復調されたノッキング
信号から調節可能な測定窓の期間中に積分値ｘ（ｔｉ）
が形成され、この積分値にフィルタをかけた信号が基準
信号となり、またこの基準信号が係数（ｋ）で重みづけ
られた積分値から回帰的に求められる内燃機関のノッキ
ング検出装置において、ノッキング・センサと、ノッキ
ング信号振幅の時間的経過を得るための復調回路と、有
効信号を基準信号と比較する比較装置を有し、また復調
回路（４）の後段に制御装置（１０，１４）によって制
御される積分器（６）が接続され、さらに積分器（６）
の後段に制御装置（１０，１４）によって制御されるＡ
−Ｄ変換器（７）が接続され、またＡ−Ｄ変換器（７）
の後段にデジタルフィルタ（８，１４）が′＄：続され
、かつ比較装置（９，１４）か制御装置（１０）の制御
により基準信号を形成するデジタル・フィルタ（８、１
４）の出力信号列と、有効信号として用いられる積分器
出力信号（６）のデジタル変換値とを比較するようにし
、モの場合前記係数（ｋ）が内燃機関の回転加速度（ｄ
ω／ｄｔ）に従って変化することを特徴とする内燃機関
のノッキング検出装置。
（６）各シリンダ毎に個々にノ・ンキング検出を行ない
、各シリンダに対応する基準信号をそれぞれ計算ユニッ
ト（］４）内に設けられたメモリに記憶する特許請求の
範囲第５項に記載の装置。
（７）係数ｋが言」算ユニット（１４）のレジスタにお
ける積分値のシフト回数により求められる特許請求の範
囲第５項又は第６項に記載の装置。
（８）ノッキング過程に関連した有効信号を少なくとも
１つの基準信号ｙ（ｔｉ）と比較し、有効信号が基準信
号よりも大きくなった時７ツキング検出信号が形成され
るノッキング検出方法であっで、復調されたノッキング
信号から調節可能な測定窓の期間中に積分値ｘ（ｔｉ）
が形成され、この積分イヴノにフィルタをかけた信号が
基準（Ｆｉ号となる内燃機関のノッキング検出方法にお
いて、基準信号が最小基準値以下になる時にこの最小基
準値を基準信号とすることを特徴とする内燃機関のノッ
キング検出方法。
（９）前記最小基準値は内燃機関の回転数の関数である
特許請求の範囲第８項に記載の方法。
（１０）各シリンダ毎にそれぞれ最小基準値を設け、各
最小基準値が各シリンダ毎にその基準信号となる特許請
求の範囲第８項又は第９項に記載の方法。
（１１）前記最小基準値は所定の周期毎にあるいは所定
数の点火後あるいは駆動パラメータに従って求められる
特許請求の範囲第８項、第９項又は第１０項に記載の方
法。
（１２）ノッキング過程に関連した有効信号を少なくと
も一つの基準信号ｙ　（ｔｉ）と比較し、有効信号が基
準信号よりも大きくなったときノ・ンキング検出信号が
形成されるノッキング検出方法であって、復調されたノ
ッキング信号から調節可能な測定窓の期間中に積分値ｘ
　（ｔｉ）が形成され、この積分値にフィルタをかけた
信号が基準信号となる内燃機関のノッキング検出方法に
おいて、積分値の差値が継続的に形成され、また最小差
値が設けられ、積分値の差値が最小差値を所定回下まわ
ったとき内燃機関のすべての駆動状態において安全な状
態を確保する安全処置がとられることを特徴とする内燃
機関のノッキング検出方法。
（１３）所定の内燃機関の回転数領域内で差値が形成さ
れる特許請求の範囲第１２項に記載の方法。