JPH0746061B2 - Knock detection device - Google Patents
Knock detection deviceInfo
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- JPH0746061B2 JPH0746061B2 JP58112567A JP11256783A JPH0746061B2 JP H0746061 B2 JPH0746061 B2 JP H0746061B2 JP 58112567 A JP58112567 A JP 58112567A JP 11256783 A JP11256783 A JP 11256783A JP H0746061 B2 JPH0746061 B2 JP H0746061B2
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
- G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
- G01L23/225—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor
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Description
【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、エンジンのノック検出装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an engine knock detection device.
(従来技術) 従来のノック検出装置としては、例えば第1、2図に示
すようなもの(SAE paper 700061号参照)がある。第1
図において、1はシリンダ2が形成されたシリンダブロ
ックであり、シリンダ2内にはピストン3が摺動可能に
挿入されている。シリンダブロック1の上端にはシリン
ダヘッド4が固締されており、これらのシリンダブロッ
ク1、ピストン3およびシリンダヘッド4によって、燃
焼室5が画成されている。シリンダヘッド4には吸気バ
ルブ6を介して燃焼室5に連通する吸気通路7が形成さ
れており、また、燃焼室5内の混合気に点火する点火プ
ラグ8が取付けられている。そして、シリンダブロック
1には燃焼室5内で発生するノックの振動を検出するノ
ックセンサ9が取付けられており、ノックセンサ9はノ
ック振動を電気信号に変換して第2図に示すバンドバス
フィルタ10に出力している。(Prior Art) As a conventional knock detection device, for example, there is one as shown in FIGS. 1 and 2 (see SAE paper 700061). First
In the figure, 1 is a cylinder block in which a cylinder 2 is formed, and a piston 3 is slidably inserted in the cylinder 2. A cylinder head 4 is fastened to the upper end of the cylinder block 1, and a combustion chamber 5 is defined by the cylinder block 1, the piston 3 and the cylinder head 4. An intake passage 7 communicating with the combustion chamber 5 via an intake valve 6 is formed in the cylinder head 4, and an ignition plug 8 for igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber 5 is attached to the cylinder head 4. A knock sensor 9 for detecting knock vibration generated in the combustion chamber 5 is attached to the cylinder block 1. The knock sensor 9 converts the knock vibration into an electric signal to show the band bass filter shown in FIG. Outputting to 10.
バンドパスフィルタ10は約6KHz(以下6KHz)のフィルタ
であり、6KHzの周波数をもったノック信号だけを検出し
ている。このように6KHz付近のノック振動を検出してい
るのは、従来からノックの判定は聴感上の基準により行
われており、人間は4KHzの音が最も聞こえ易く、周波数
が高くなるに従って聞こえにくくなるため、この周波数
付近でピークになるノック振動数でノック振動を検出し
ている。The bandpass filter 10 is a filter of about 6 KHz (hereinafter 6 KHz) and detects only a knock signal having a frequency of 6 KHz. Knock vibrations around 6 KHz are detected in this way.Knock determination has traditionally been performed based on auditory standards, and human beings are most likely to hear 4 KHz sounds, and become less audible as the frequency increases. Therefore, the knock vibration is detected by the knock frequency that peaks near this frequency.
バンドパスフィルタ10からのノック信号はコンパレータ
11に直接入力されるとともに、整流回路12および平滑回
路13を介してコンパレータ11に入力されており、コンパ
レータ11はこれら2入力信号を比較してノック発生の有
無を判断し、ノックが発生しているとき、所定値の電圧
信号を出力している。コンパレータ11からの信号は積分
器14に入力され、積分器14はノック発生頻度に応じた電
圧信号を点火回路15に出力する。点火回路15は積分器14
からの電圧信号の大きさに応じて点火プラグ8の点火時
期を調整しており、ノックが発生すると点火時期を遅ら
せてノックの発生を回避している。The knock signal from the bandpass filter 10 is a comparator
11 is directly input to the comparator 11 via the rectifier circuit 12 and the smoothing circuit 13, and the comparator 11 compares these two input signals to determine whether or not a knock has occurred. When it is present, it outputs a voltage signal of a predetermined value. The signal from the comparator 11 is input to the integrator 14, and the integrator 14 outputs a voltage signal according to the knock occurrence frequency to the ignition circuit 15. Ignition circuit 15 is an integrator 14
The ignition timing of the spark plug 8 is adjusted according to the magnitude of the voltage signal from the ignition plug 8. When the knock occurs, the ignition timing is delayed to avoid the occurrence of the knock.
しかしながら、このような従来のノック検出装置にあっ
ては、6KHz付近の周波数のノック振動に基づいてノック
の発生を検出する構成となっていたため、シリンダ(燃
焼室)内のどの場所でノックが発生するかによりノック
振動を検出することができたり、できなかったりし、安
定してノックの発生を検出することができないという問
題点があった。However, in such a conventional knock detection device, since the generation of knock is detected based on knock vibration of a frequency around 6 KHz, the knock occurs anywhere in the cylinder (combustion chamber). Depending on whether or not the knock vibration is detected, there is a problem in that the knock vibration may or may not be detected, and the occurrence of knock cannot be stably detected.
すなわち、6KHz付近は、通常のエンジンにおいては、ノ
ックの固有振動モードのうち周モード(シリンダの周方
向に圧力勾配を生じる共振モード)が1次で径モード
(シリンダの径方向に圧力勾配を生じる共振モード)が
0次の振動数であり、このモードの振動では、シリンダ
の周方向に節ができ、ノックの発生場所によっては、ノ
ックセンサがこの節に位置することがある。ノックセン
サが節に位置すると、振動レベルが零となってノックを
検出できない。一方、ノックセンサが振幅の腹に位置す
ると、大きな振動レベルでノックが検出される。ノック
にはその強度が大きなものから小さなものまで存在する
が、大きなノックであってもノックセンサの位置が振動
の節に位置する場合にあっては振動レベルが零になり、
これに対して、小さなノックであってもノックセンサの
位置が振動の腹に位置する場合にあっては振動レベルが
大となる。したがって、ノックの大小と振動レベルの大
小とが対応せず、振動レベルの大小に基づきノックの有
無を判断を行う際に、検出すべきノックが検出されず、
検出する必要のない微小なノックが検出されてしまうと
いう事態を生じていた。That is, in the vicinity of 6 KHz, in the normal engine, the peripheral mode (resonance mode that produces a pressure gradient in the circumferential direction of the cylinder) of the knock's natural vibration modes is the first-order radial mode (which produces a pressure gradient in the radial direction of the cylinder). (Resonance mode) is the 0th order frequency, and in this mode of vibration, a node is formed in the circumferential direction of the cylinder, and the knock sensor may be located at this node depending on the place where knock occurs. When the knock sensor is located at the node, the vibration level becomes zero and the knock cannot be detected. On the other hand, when the knock sensor is located at the antinode of the amplitude, the knock is detected at a large vibration level. There are knocks with high strength to small knocks, but even with a big knock, the vibration level becomes zero when the position of the knock sensor is located at the vibration node,
On the other hand, even if the knock is small, the vibration level becomes large when the position of the knock sensor is located at the antinode of the vibration. Therefore, the magnitude of the knock does not correspond to the magnitude of the vibration level, and when determining the presence or absence of knock based on the magnitude of the vibration level, the knock to be detected is not detected,
There was a situation in which a minute knock that did not need to be detected was detected.
これをもう少し詳しく説明する。波動は一般に波動方程
式で表される。いま、pを圧力、ρを密度、vを速度と
したときに、p=−ρ∂ψ/∂t、v=gradψとなる速
度ポテンシャルψで表わすと、 但し、Cは音速 ここで、速度ポテンシャルψを調和振動として、 ψ=ψ0e-jωt……(2) 但し、ωは角振動数 とおくと、(1)式は、 ψ0+kψ0=0……(3) 但し、kは波数でk=ω/C=2πf/C、fは周波数とな
る。This will be explained in a little more detail. Waves are generally represented by the wave equation. Now, when p is pressure, ρ is density, and v is velocity, the velocity potential ψ with p = −ρ∂ψ / ∂t and v = gradψ is Where C is the speed of sound, where ψ = ψ 0 e -jωt (2) where ω is the angular frequency, and ω is the angular frequency, and ω = ψ 0 + kψ 0 = 0 ... (3) However, k is wave number, k = ω / C = 2πf / C, and f is frequency.
今、燃焼室内ガスを円柱にみたてて(3)式を円柱座標
に変換すると、 但し、rはシリンダの径方向でr=0〜B/2(Bはシリ
ンダの直径) ψはシリンダの周方向でψ=0〜2π となる。Now, considering the gas in the combustion chamber as a cylinder and converting equation (3) into cylinder coordinates, However, r is r = 0 to B / 2 (B is the diameter of the cylinder) in the radial direction of the cylinder, and ψ is ψ = 0 to 2π in the circumferential direction of the cylinder.
一般に、燃焼室内の高さはシリンダの径Bに対して小さ
いので、Z方向(シリンダの軸方向)の成分を無視し、
速度ポテンシャルψ0を径方向の成分R(r)と周方向
の成分θ(ψ)の2つの調和振動で表わすと、 ψ0=AR(r)θ(ψ)……(5) 但し、Aは定数 となり、この(5)式を(4)式に代入して便宜上定数
mを用いて整理すると次式のようになる。Generally, the height in the combustion chamber is smaller than the diameter B of the cylinder, so the component in the Z direction (axial direction of the cylinder) is ignored,
When the velocity potential ψ 0 is represented by two harmonic vibrations of a radial component R (r) and a circumferential component θ (ψ), ψ 0 = AR (r) θ (ψ) (5) where A Becomes a constant, and when the formula (5) is substituted into the formula (4) and arranged using the constant m for convenience, the following formula is obtained.
(6)式より、R(r)、θ(ψ)は独立だからそれぞ
れ次の関係を満たす。 From the equation (6), since R (r) and θ (ψ) are independent, the following relationships are satisfied.
(7)式から次の条件が求まる。 The following condition is obtained from the equation (7).
また、(8)式はベッセルの微分方程式であり、r=0
では燃焼ガスの出入りはないから、解はm次の第1種ベ
ッセル関数Jm(kr)になり、次の条件が求まる。 The equation (8) is a Bessel's differential equation, and r = 0
Since there is no inflow or outflow of combustion gas, the solution becomes the m-th order Bessel function of the first kind Jm (kr), and the following condition is obtained.
そして、(8)式の境界条件は、シリンダ面(r=B/
2)で速度∂ψ0/∂r=0であるから となる。 Then, the boundary condition of the equation (8) is that the cylinder surface (r = B /
In 2), the speed is ∂ψ 0 / ∂r = 0, so Becomes
したがって、燃焼室内ガスの振動モードは、速度ポテン
シャルψ0を使って(5)式に(9)式及び(10)式を
代入し、次式で示される。Therefore, the vibration mode of the gas in the combustion chamber is expressed by the following equation by substituting the equations (9) and (10) into the equation (5) using the velocity potential ψ 0 .
ψ0=AJm(kr)sin(mψ+ψ0)……(12) 但し、m=0、1、2、3、…… そして、(11)式の境界条件を満足するkB/2の値(ξm
n)はベッセル関数の数表から次表1のように示され
る。ψ 0 = AJm (kr) sin (mψ + ψ 0 ) …… (12) where m = 0,1,2,3, ... And the value of kB / 2 (ξm that satisfies the boundary condition of equation (11).
n) is shown in the following Table 1 from the numerical table of the Bessel function.
また、波数kは、k=ω/C=2πf/Cであるから、ノッ
ク振動による燃焼室内ガスの固有振動数fcは、シリンダ
径Bを使って次式で与えられる。 Since the wave number k is k = ω / C = 2πf / C, the natural frequency fc of gas in the combustion chamber due to knock vibration is given by the following equation using the cylinder diameter B.
なお、燃焼ガスの音速Cは、次式(14)で示すように、
燃焼ガスの平均温度Tだけで決まり、 但し、To=300°K、Co=344m/s 燃焼ガスの平均温度Tは、次式(15)で求めることがで
きる。 The sonic velocity C of the combustion gas is expressed by the following equation (14):
Determined only by the average temperature T of the combustion gas, However, To = 300 ° K, Co = 344 m / s The average temperature T of the combustion gas can be obtained by the following equation (15).
PV=GRT……(15) 但し、P:圧力 V:体積 G:ガス重量 R:ガス定数 T:燃焼ガスの平均温度 例えば、1800ccの4気筒(シリンダ径83mm)エンジンに
ついて、ノックの固有振動数を求めてみると、このエン
ジンの場合、T=2500°Kになり、(14)式よりC=99
0m/sとなる。したがって、ξ10、ξ20、ξ01の各モード
について固有振動数fcを求めると、前表1、C=990m/s
及び前式(13)から、次のようになる。PV = GRT (15) where P: Pressure V: Volume G: Gas weight R: Gas constant T: Average temperature of combustion gas For example, for a 1800cc 4-cylinder (cylinder diameter 83mm) engine, the natural frequency of the knock In the case of this engine, T = 2500 ° K and C = 99 from the equation (14).
It will be 0 m / s. Therefore, when the natural frequency fc for each mode of ξ 10 , ξ 20 and ξ 01 is calculated, C = 990 m / s
And from the equation (13), it becomes as follows.
fc(ξ10)=7.0KHz fc(ξ20)=11.6KHz fc(ξ01)=14.5KHz そして、この計算結果は、第3図(a)に示す実測値
(図中実線はノック発生時を示し、破線はノック発生し
ていないときを示している。)であるノックの固有振動
の周波数スペクトラムとほぼ一致している。但し、第3
図(a)の実線は、エンジン回転数が1200rpmの全負荷
運転(フルオープンスロットル)で、強いノッキングを
起こした(点火時期を標準より進角させるとノッキング
を起こさせる)ときのものである。fc (ξ 10 ) = 7.0KHz fc (ξ 20 ) = 11.6KHz fc (ξ 01 ) = 14.5KHz Then, the calculation result is the actual measurement value shown in FIG. 3 (a) (the solid line in the figure indicates the time when knock occurs). The broken line shows the time when the knock does not occur.) Which is almost the same as the frequency spectrum of the natural vibration of the knock. However, the third
The solid line in FIG. 10A is the result of full knocking (full open throttle) at an engine speed of 1200 rpm and strong knocking (knocking when the ignition timing is advanced from the standard).
なお、前述の周モード及び径モードとは、それぞれ「ci
rcumferential」、「radial mode」(たとえば、“ENGI
NE NOISE",PLENUM出版1993,P18,19参照)の日本語訳で
ある。1次の周モードとは、シリンダ内の圧力分布が周
方向に変化するモードを表している。これを第4図で見
ると、位相角ψ0がOを出発点として周方向に回ると、
前式(12)のsin(mψ+ψ0)の1周期分の圧力変化
があり、かならずψ0=0を通る直径方向で圧力変化が
0になる。同様に2次の周モードでは、前式(12)のsi
n(mψ+ψ0)が2周期分表れるので、2本の直径方
向の圧力変化が0になる。これに対して、径モードと
は、圧力分布が径方向に変化するモードであり、その圧
力分布は前式(12)式のベッセル関数Jm(kr)で与えら
れる。このように、周モードと径モードとでは、生じる
周波数が異なるため、それぞれの周波数で観測した場合
の圧力分布が第4図のようになり、多くのモードが共存
することになる。The above-mentioned circumferential mode and diameter mode are respectively referred to as “ci
rcumferential ”,“ radial mode ”(for example,“ ENGI
NE NOISE ", PLENUM Publication 1993, P18, 19). The primary circumferential mode is the mode in which the pressure distribution in the cylinder changes in the circumferential direction. Looking at, when the phase angle ψ 0 rotates in the circumferential direction starting from O,
There is a pressure change for one cycle of sin (mψ + ψ 0 ) in the above equation (12), and the pressure change is always 0 in the diameter direction passing through ψ 0 = 0. Similarly, in the second-order circumferential mode, si in the previous equation (12)
Since n (mψ + ψ 0 ) appears for two cycles, the pressure change in the two diametrical directions becomes zero. On the other hand, the radial mode is a mode in which the pressure distribution changes in the radial direction, and the pressure distribution is given by the Bessel function Jm (kr) of the equation (12). As described above, since the circumferential mode and the radial mode generate different frequencies, the pressure distribution observed at each frequency is as shown in FIG. 4, and many modes coexist.
各モードに対するシリンダ内の節の生成状態は、第5図
のようになる。なお、第5図中の数値はξmnの値であ
る。The generation state of the node in the cylinder for each mode is as shown in FIG. The numerical value in FIG. 5 is the value of ξmn.
従来例において、ノックセンサとバンドパスフィルタで
検出していた6KHz付近の振動は、ξ10のモードの振動で
ある。このξ10のモードの振動、すなわち周1次で径0
次のモードの振動は、第3図(b)に示すように、シリ
ンダの周方向に節(便宜的に破線で示す)を有してお
り、ノックの発生場所およびノックセンサの取付け位置
によっては、ノックセンサがこの節に一致することがあ
る(なお、第3図(b)中のI、II、IIIは、第3図
(a)中のI、II、IIIの周波数に対応するものであ
る)。In the conventional example, the vibration around 6 KHz detected by the knock sensor and the bandpass filter is the vibration of the mode of ξ 10 . The vibration of this ξ 10 mode, that is, the diameter of 0
As shown in FIG. 3 (b), the vibration in the next mode has a node (indicated by a broken line for convenience) in the circumferential direction of the cylinder, and depending on the knock occurrence location and the knock sensor attachment location. , The knock sensor may coincide with this section (note that I, II, and III in FIG. 3 (b) correspond to the frequencies of I, II, and III in FIG. 3 (a). ).
この場合、節においてノック振動の振幅は零であるか
ら、ノックセンサはノック振動を検出できない。すなわ
ち、周方向が1次以上のモードの振動を検出している限
り、検出すべき大きなノックであっても、ノックセンサ
の振動の節に位置するようなときには検出されない場合
があり、また、検出するべきではない微小なノックであ
っても、ノックセンサが振動の腹に位置するようなとき
には検出されてしまう場合がある。よって、安定してノ
ックの発生を検出することができないという問題点があ
った。In this case, since the amplitude of knock vibration is zero at the node, the knock sensor cannot detect knock vibration. In other words, as long as vibrations in the first or higher modes in the circumferential direction are detected, even a large knock to be detected may not be detected when it is located at the node of vibration of the knock sensor. Even a small knock that should not be performed may be detected when the knock sensor is located at the antinode of vibration. Therefore, there is a problem that the occurrence of knock cannot be detected stably.
(発明の目的) そこで、本発明は、ノックの固有振動モードのうちシリ
ンダの周方向のモードが0次の振動のみを検出すること
により、安定してノックの発生を検出することを目的と
している。(Object of the Invention) Therefore, an object of the present invention is to stably detect the occurrence of knock by detecting only the zero-order vibration of the mode in the circumferential direction of the cylinder among the natural vibration modes of the knock. .
(発明の構成) 本発明のノック検出装置はエンジンのシリンダ内で発生
するノック振動を検出するノック検出手段と、ノック振
動のうち所定の振動数を検出する振動選別手段と、所定
振動数の振動のレベルからノックの大きさを判別するノ
ック判別手段と、を備えたノック検出装置において、前
記振動選別手段がノックの固有振動モードのうち、シリ
ンダの周方向のモードが0次の振動数のみを検出するも
のとすることにより、安定してノックの発生を検出する
ものである。(Structure of the Invention) The knock detection device of the present invention comprises a knock detection means for detecting knock vibration generated in a cylinder of an engine, a vibration selection means for detecting a predetermined frequency of the knock vibration, and a vibration of a predetermined frequency. In the knock detection device including knock determination means for determining the magnitude of knock from the level of, the vibration selection means selects only the zero-order frequency in the circumferential mode of the cylinder among the natural vibration modes of the knock. By detecting it, the occurrence of knock is stably detected.
(実施例) 以下、図面に従って本発明の実施例を説明する。(Examples) Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第6〜8図は本発明の一実施例を示す図である。6 to 8 are views showing an embodiment of the present invention.
まず、構成を説明すると、第6図において、1はシリン
ダ2が形成されたシリンダブロックであり、シリンダ2
内にはピストン3が摺動可能に挿入されている。シリン
ダブロック1の上端にはシリンダヘッド4が固締されて
おり、これらのシリンダブロック1、ピストン3および
シリンダヘッド4によって、燃焼室5が画成されてい
る。シリンダヘッド4には吸気バルブ6を介して燃焼室
5に連通する吸気通路7が形成されており、また、燃焼
室5内の混合気に点火する点火プラグ8が取付けられて
いる。そして、シリンダブロック1には燃焼室5内で発
生するノックの振動を検出するノックセンサ(ノック検
出手段)9が取付けられており、ノックセンサ9はシリ
ンダ2内で発生するノック振動を電気信号に変換し、第
7図に示すバンドパスフィルタ(振動選別手段)21に出
力している。First, the structure will be described. In FIG. 6, reference numeral 1 is a cylinder block in which a cylinder 2 is formed.
A piston 3 is slidably inserted therein. A cylinder head 4 is fastened to the upper end of the cylinder block 1, and a combustion chamber 5 is defined by the cylinder block 1, the piston 3 and the cylinder head 4. An intake passage 7 communicating with the combustion chamber 5 via an intake valve 6 is formed in the cylinder head 4, and an ignition plug 8 for igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber 5 is attached to the cylinder head 4. A knock sensor (knock detecting means) 9 for detecting knock vibration generated in the combustion chamber 5 is attached to the cylinder block 1. The knock sensor 9 converts the knock vibration generated in the cylinder 2 into an electric signal. It is converted and output to the bandpass filter (vibration selection means) 21 shown in FIG.
バンドパスフィルタ21は、シリンダ2内で発生するノッ
クの固有振動モードのうち、シリンダの周方向のモード
(周モード)が0次で、かつ、シリンダの径方向のモー
ド(径モード)が1次である振動数fc(ξ01)のみを通
過させるように設定されており、このモードξ01の振動
数は、エンジンの種類によって異なるが、たとえば1800
ccの4気筒エンジンの場合には、前述したように、約15
KHzであるから、本実施例のバンドパスフィルタ21は、1
5KHz±2KHzの周波数のノック信号のみを抽出し、コンパ
レータ11に直接出力するとともに、整流回路12および平
滑回路13を介してコンパレータ11に出力する。In the bandpass filter 21, among the natural vibration modes of the knock generated in the cylinder 2, the mode in the circumferential direction of the cylinder (circumferential mode) is the 0th order, and the mode in the radial direction of the cylinder (radial mode) is the 1st order. It is set so that only the frequency fc (ξ 01 ) which is is passed, and the frequency of this mode ξ 01 varies depending on the type of engine.
In the case of a cc 4-cylinder engine, about 15
Since it is KHz, the bandpass filter 21 of the present embodiment is 1
Only a knock signal having a frequency of 5 KHz ± 2 KHz is extracted and directly output to the comparator 11, and also output to the comparator 11 via the rectifying circuit 12 and the smoothing circuit 13.
コンパレータ11はこれら2入力信号を比較してノック発
生の有無を判断し、ノックが発生しているときに、所定
値の電圧信号を積分器14に出力している。積分器14はコ
ンパレータ11からの信号に基づいてノック発生頻度を演
算し、ノック発生頻度に対応した電圧信号を点火回路15
に出力する。点火回路15は積分器14からの電圧信号の大
きさに応じて点火プラグ8の点火時期を調整しており、
ノックが発生すると、点火時期を遅らせてノックの発生
を回避している。整流回路12、平滑回路13およびコンパ
レータ11は所定振動数のレベルからノックの大きさを判
別するノック判別手段22を構成している。The comparator 11 compares these two input signals to determine whether knock has occurred, and when the knock has occurred, outputs a voltage signal of a predetermined value to the integrator 14. The integrator 14 calculates the knock occurrence frequency based on the signal from the comparator 11 and outputs a voltage signal corresponding to the knock occurrence frequency to the ignition circuit 15
Output to. The ignition circuit 15 adjusts the ignition timing of the spark plug 8 according to the magnitude of the voltage signal from the integrator 14,
When a knock occurs, the ignition timing is delayed to avoid the knock. The rectifying circuit 12, the smoothing circuit 13, and the comparator 11 constitute knock determining means 22 for determining the magnitude of knock from the level of a predetermined frequency.
次に作用を説明する。Next, the operation will be described.
シリンダ2内で発生するノックは、その発生場所がシリ
ンダ2内で一定していない。例えば、第8図上段のN1の
位置でノックが発生した場合、ノックセンサ9の取付け
位置にモードξ10の振動の節(第8図中シリンダ2内の
実線で表示)ができ、ノックセンサ9では、モードξ10
の振動が遠い伝達経路を伝わるために減衰してψ1の大
きさと感じてしまう。ところが、第8図下段のN2の位置
でノックが発生した場合は、その伝達経路がN1と比べて
短いためにω1よりも大きいω3の大きさと感じてしま
う。The knocks generated in the cylinder 2 do not have the same place in the cylinder 2. For example, when a knock occurs at the position N 1 in the upper part of FIG. 8, a vibration node of mode ξ 10 (indicated by a solid line in the cylinder 2 in FIG. 8) is formed at the mounting position of the knock sensor 9, and the knock sensor In 9 mode ξ 10
Vibration is transmitted through a distant transmission path, and is attenuated and felt as the magnitude of ψ 1 . However, when a knock occurs at the position of N 2 in the lower part of FIG. 8, the transmission path is shorter than that of N 1 , so that the user feels that the magnitude of ω 3 is larger than ω 1 .
このように、モードξ10では、同じ大きさのノックN1、
N2が生じても、その生じる位置によっては、ノックセン
サ9に伝わる振動の大きさが異なってしまうという不都
合がある。本実施例では、モードξ10ではなく、モード
ξ01を使用する。具体的には、バンドパスフィルタ21を
このエンジンのモードξ01のノック振動数に設定し、モ
ードξ01のノック振動を検出する。Thus, in mode ξ 10 , knocks N 1 of the same magnitude,
Even if N 2 occurs, there is an inconvenience that the magnitude of vibration transmitted to knock sensor 9 varies depending on the position where N 2 occurs. In this embodiment, the mode ξ 01 is used instead of the mode ξ 10 . Specifically, the bandpass filter 21 is set to the knock frequency of the mode ξ 01 of this engine, and the knock vibration of the mode ξ 01 is detected.
モードξ01の振動は、シリンダ2内の一定の位置に節を
生じる。したがって、ノックがどの位置で発生しても、
あるいはノックセンサ9をどの位置に取付けても、常に
安定してノックの発生を検出できる。たとえば、第8図
下段のN2位置でノックが発生した場合でも、N1と同じ伝
達経路で振動が伝わるので、ノックの発生を安定して検
出することができる。The vibration of the mode ξ 01 causes a node at a fixed position in the cylinder 2. Therefore, no matter where the knock occurs,
Alternatively, no matter where the knock sensor 9 is attached, the occurrence of knock can always be detected stably. For example, even if a knock occurs at the N 2 position in the lower part of FIG. 8, the vibration is transmitted through the same transmission path as N 1 , so that the occurrence of the knock can be stably detected.
第8図中ω1、ω2、ω3、ω4は、ノックセンサ9で
検出する各モードξ10、ξ01のノック振動の波形を示し
ている。上記ノック振動のうち、ω1、ω3はノックセ
ンサ9の位置によって異なるレベルで検出される。この
ような振動をノック検出用として用いた場合、ノックの
強弱と振動レベルの強弱とは対応せず検出すべき大きさ
のノックが検出されず、検出不要な微小ノックが検出さ
れてしまう事態が生じる。これに対して、ノック振動ω
2、ω4はノックセンサ9の位置によらず同一のレベル
で検出される。したがって、このような振動をノック検
出用として用いた場合、ノックの強弱と振動レベルの強
弱とは対応することとなり、検出すべき大きさのノック
を検出し、検出不要な微小ノックの検出を排除すること
が可能となる。In FIG. 8, ω 1 , ω 2 , ω 3 , and ω 4 indicate the waveforms of knock vibrations in each mode ξ 10 and ξ 01 detected by the knock sensor 9. Of the knock vibrations, ω 1 and ω 3 are detected at different levels depending on the position of the knock sensor 9. When such a vibration is used for knock detection, there is a situation in which a knock of a magnitude that should be detected is not detected because the strength of the knock and the strength of the vibration level do not correspond, and a minute knock that is unnecessary for detection is detected. Occurs. On the other hand, knock vibration ω
2 and ω 4 are detected at the same level regardless of the position of the knock sensor 9. Therefore, when such vibration is used for knock detection, the strength of the knock corresponds to the strength of the vibration level, and the knock of the magnitude to be detected is detected, and the detection of minute knock that is unnecessary for detection is eliminated. It becomes possible to do.
ここで、ある時刻でのシリンダ内の圧力値の分布は、前
述の第4図のように示される。圧力値の分布は、時間の
経過と共に平衡圧P0(例えば50気圧)を中心に、圧力振
動時に±1気圧程度上下する。周方向が0次でかつ径方
向が1次の振動の場合、周方向には圧力勾配が生じない
が、同時に径方向が1次の場合には径方向に圧力勾配が
生じるため、m=0かつn=1の欄に模式絵にあるよう
に、円の節を境にして、中側と外側が逆相に変化する圧
力振動が生じる。Here, the distribution of pressure values in the cylinder at a certain time is shown as in FIG. 4 described above. The distribution of pressure values fluctuates about ± 1 atmospheric pressure during pressure oscillation with the equilibrium pressure P 0 (for example, 50 atmospheric pressure) as the center with the passage of time. In the case of vibration of which the circumferential direction is the 0th order and the radial direction is the 1st order, a pressure gradient does not occur in the circumferential direction, but when the radial direction is the 1st order, a pressure gradient occurs in the radial direction at the same time. Moreover, as shown in the schematic drawing in the column of n = 1, pressure vibration occurs in which the middle side and the outer side change in opposite phases at the boundary of the circle.
その様子を概略模式的に描いたのが第8図のξ01(ξ00
を補正したもの)欄の2重丸(◎)の図形である。よっ
て、シリンダ2の部分の圧力は、どの位置でも同時刻で
は同じ圧力であり、それが振動的に上下することにな
る。その圧力の上下がシリンダヘッド4を伝わってノッ
クセンサ9に矢印(第8図中の矢印参照)のように伝え
られる。A schematic drawing of this situation is shown in Figure 8 as ξ 01 (ξ 00
It is a double circle (⊚) figure in the column (corrected). Therefore, the pressure in the portion of the cylinder 2 is the same at any time at the same time, and it vibrates up and down. Up and down of the pressure are transmitted through the cylinder head 4 to the knock sensor 9 as indicated by an arrow (see an arrow in FIG. 8).
ξ01モードであれば、N1又はN2のどちらにノックが生じ
ても、同じ◎図形の圧力分布ができるため、同じ大きさ
で検出が可能になる。In the ξ 01 mode, no matter which knock occurs in N 1 or N 2 , the pressure distribution of the same ⊚ figure can be made, so that it is possible to detect with the same size.
なお、上記実施例のノックセンサに、15Hz付近の共振点
をもったものを使用すれば、バンドパスフィルタが不要
になるので好ましい。この場合、ノックセンサがノック
検出手段と振動選別手段を兼ねることとなる。また、こ
のようなノックセンサを使用した上に、さらに、バンド
パスフィルタを使用してもよいことは言うまでもない。It is preferable to use a knock sensor having a resonance point near 15 Hz for the knock sensor of the above-described embodiment, because a bandpass filter becomes unnecessary. In this case, the knock sensor serves as both the knock detecting means and the vibration selecting means. Needless to say, a bandpass filter may be used in addition to the knock sensor.
第9、10図は本発明の他の実施例を示す図である。9 and 10 show another embodiment of the present invention.
第9図において、31は点火プラグ8の座金8aとシリンダ
ヘッド4との間に配設された筒内圧センサ(ノック検出
手段)であり、筒内圧センサ31は圧電素子で構成され、
シリンダ2(燃焼室5)内の圧力変化を電圧信号に変換
してバンドパスフィルタ21に出力している。In FIG. 9, 31 is an in-cylinder pressure sensor (knock detection means) arranged between the washer 8a of the ignition plug 8 and the cylinder head 4, and the in-cylinder pressure sensor 31 is composed of a piezoelectric element.
The pressure change in the cylinder 2 (combustion chamber 5) is converted into a voltage signal and output to the bandpass filter 21.
本実施例においても、バンドパスフィルタ21でモードξ
01の振動を検出しているため(第10図参照)、ノックの
発生を常に安定して検出することができる。なお、第10
図中のN3及びN4はそれぞれノック発生場所を示してい
る。また、ω5〜ω8は筒内圧センサ31で検出するノッ
ク振動の波形を示している。Also in this embodiment, the mode ξ is set by the bandpass filter 21.
Since the vibration of 01 is detected (see Fig. 10), the occurrence of knock can always be detected stably. The tenth
N 3 and N 4 in the figure respectively indicate the knock occurrence location. Further, ω 5 to ω 8 indicate the waveform of knock vibration detected by the in-cylinder pressure sensor 31.
なお、上記各実施例では、周0次、径1次のモードの振
動を検出しているが、周方向のモードが0次であれば、
径方向のモードは1次でなくてもよい(但し、振動数が
高くなる)。In each of the above-described embodiments, vibrations in the 0th-order and 1st-order modes are detected, but if the mode in the circumferential direction is 0th-order,
The radial mode does not have to be the primary mode (however, the frequency becomes higher).
(効果) 本発明によれば、シリンダの周方向のモードが0次の振
動数のみを検出することができるので、ノックの発生位
置やノックセンサの取付位置にかかわらず、ノックの大
小と振動レベルの大小とが対応するものとなり、検出不
要な微小ノックの検出を排除して常に安定してノックの
発生を検出することができる。(Effect) According to the present invention, since only the 0th order vibration frequency of the cylinder in the circumferential direction can be detected, the magnitude of the knock and the vibration level are irrespective of the knock generation position and the knock sensor mounting position. The magnitudes of the knocks correspond to each other, and it is possible to eliminate the detection of a minute knock that is unnecessary for detection and always stably detect the occurrence of the knock.
第1、2図は従来のノック検出装置を示す図であり、第
1図は、そのノックセンサの取付けられたエンジンの断
面図、第2図はその全体構成図、第3図はエンジンの振
動の実測値を示す図、第4図は圧力のノック固有振動モ
ードを模式的に示す図、第5図はノックの各固有振動モ
ードにおけるシリンダ内の節の生成状態を模式的に示す
図、第6〜8図は本発明のノック検出装置の一実施例を
示す図であり、第6図はそのノックセンサの取付けられ
たエンジンの断面図、第7図はその全体構成図、第8図
はその作用説明図、第9、10図は本発明のノック検出装
置の他の実施例を示す図であり、第9図はその全体構成
図、第10図はその作用説明図である。 2……シリンダ、9、31……ノック検出手段、21……振
動選別手段、22……ノック判別手段。1 and 2 are views showing a conventional knock detection device. FIG. 1 is a sectional view of an engine having the knock sensor attached, FIG. 2 is an overall configuration diagram thereof, and FIG. 3 is vibration of the engine. Fig. 4 is a diagram showing the actual measurement value of Fig. 4, Fig. 4 is a diagram schematically showing the knock natural vibration mode of pressure, and Fig. 5 is a diagram schematically showing the generation state of the node in the cylinder in each natural vibration mode of the knock. 6 to 8 are views showing an embodiment of the knock detecting device of the present invention. FIG. 6 is a sectional view of an engine to which the knock sensor is attached, FIG. 7 is its overall configuration diagram, and FIG. 9 and 10 are diagrams showing another embodiment of the knock detection device of the present invention, FIG. 9 is an overall configuration diagram thereof, and FIG. 10 is an action explanation diagram thereof. 2 ... Cylinder, 9, 31 ... Knock detection means, 21 ... Vibration selection means, 22 ... Knock discrimination means.
Claims (1)
動を検出するノック検出手段と、ノック振動のうち所定
の振動数を検出する振動選別手段と、所定振動数の振動
レベルからノックの大きさを判別するノック判別手段
と、を備えたノック検出装置において、前記振動選別手
段がノックの固有振動モードのうち、シリンダの周方向
のモードが0次である振動数のみを検出することを特徴
とするノック検出装置。1. A knock detection means for detecting knock vibration generated in a cylinder of an engine, a vibration selection means for detecting a predetermined frequency of the knock vibration, and a knock magnitude from a vibration level of the predetermined frequency. In a knock detection device provided with knock determination means for determining, the vibration selection means detects only the frequency in which the mode in the circumferential direction of the cylinder is the 0th order among the natural vibration modes of the knock. Knock detection device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58112567A JPH0746061B2 (en) | 1983-06-22 | 1983-06-22 | Knock detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58112567A JPH0746061B2 (en) | 1983-06-22 | 1983-06-22 | Knock detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS604824A JPS604824A (en) | 1985-01-11 |
| JPH0746061B2 true JPH0746061B2 (en) | 1995-05-17 |
Family
ID=14589926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58112567A Expired - Lifetime JPH0746061B2 (en) | 1983-06-22 | 1983-06-22 | Knock detection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0746061B2 (en) |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2684611B2 (en) * | 1989-04-14 | 1997-12-03 | 株式会社日立製作所 | Knock detection device |
| JPH03291545A (en) * | 1990-04-09 | 1991-12-20 | Nissan Motor Co Ltd | Knocking detecting device |
| JP2730490B2 (en) * | 1994-09-16 | 1998-03-25 | 株式会社日立製作所 | Knock detection device |
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| JP4549920B2 (en) * | 2005-04-27 | 2010-09-22 | トヨタ自動車株式会社 | Internal combustion engine knock determination device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5845520A (en) * | 1981-09-11 | 1983-03-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Knocking detection device |
-
1983
- 1983-06-22 JP JP58112567A patent/JPH0746061B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS604824A (en) | 1985-01-11 |
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