JPH0792414B2 - Knocking detection device for internal combustion engine - Google Patents
Knocking detection device for internal combustion engineInfo
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- JPH0792414B2 JPH0792414B2 JP22707289A JP22707289A JPH0792414B2 JP H0792414 B2 JPH0792414 B2 JP H0792414B2 JP 22707289 A JP22707289 A JP 22707289A JP 22707289 A JP22707289 A JP 22707289A JP H0792414 B2 JPH0792414 B2 JP H0792414B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、内燃機関のノッキング検出装置に係り、詳し
くは、ノッキングの検出方法を改良し、筒内の圧力変化
波形から1サイクル毎のクランク角に対する熱発生を演
算し、例えば正常燃焼による熱発生とノッキングによる
熱発生との比を取り、この値によってノックの強度を判
定するノッキング検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine knocking detection device, and more particularly, to an improved knocking detection method, which uses a cylinder pressure change waveform to determine a crank cycle of each cycle. The present invention relates to a knocking detection device that calculates heat generation with respect to a corner, obtains a ratio of heat generation due to normal combustion and heat generation due to knocking, and determines the strength of knock by this value.
(従来の技術) 車両や機関の制御に電子制御技術が大々的に用いられる
ようになってからは、ノッキングに対する取り組み方も
多様になってきており、以前のようなノッキングの発生
を燃焼室の形状やガス流動などの改良・燃料のオクタン
価を高くすることなどにより低減する手法に加えて、走
行状態に応じて点火時期を人間の耳には感じない程度の
軽微なノッキングの発生する限界付近まで進めるように
制御し、燃料性状の違いや機関の要求オクタン価の経時
変化にかかわらず、その条件ごとの最良の燃費や動力性
能を得ようとする、ノッキング制御技術が量産的にも用
いられるようになってきている。近時は、このノッキン
グ制御技術を六気筒機関の気筒ごとに適用したものも出
現している。また、最近の電子制御によるオンボード・
ノッキング制御ではノッキングの検出と定量化技術が重
要となっている。(Prior Art) Since electronic control technology has been extensively used for controlling vehicles and engines, various approaches to knocking have been made. In addition to improving the gas flow and gas flow and increasing the octane number of fuel, the ignition timing is advanced to the limit where slight knocking occurs to the extent that human ears do not feel it depending on the running condition. In this way, knocking control technology, which attempts to obtain the best fuel economy and power performance for each condition regardless of differences in fuel properties and changes in the required octane number of the engine over time, has also come to be used in mass production. Is coming. Recently, the knocking control technology has been applied to each cylinder of a six-cylinder engine. In addition, on-board
Knocking detection and quantification technology are important in knocking control.
自動車用として車載可能と考えられるノッキング検出方
法は検知する物理量によって分類され、筒内圧力、エン
ジン振動、燃焼光、ノッキング音、シリンダ内イオン電
流等の各種の方法がある。Knocking detection methods that can be installed in vehicles for automobiles are classified according to the physical quantity to be detected, and there are various methods such as cylinder pressure, engine vibration, combustion light, knocking sound, and ion current in cylinder.
このうちの代表的な従来の内燃機関のノッキング検出装
置としては、例えば「自動車技術」1986Vol.40 NO11に
記載されたものがある。この装置では、点火プラグに筒
内圧センサを取り付け、筒内圧センサの出力に基づく燃
焼室内圧力変化波形のうちからノッキング周波数付近の
高周波成分を検出して、その振動強さを数値化し、統計
処理によりノッキングレベルを決定している。As a typical conventional knocking detection device for an internal combustion engine, there is one described in “Automotive Technology” 1986 Vol.40 NO11. In this device, an in-cylinder pressure sensor is attached to the spark plug, a high-frequency component near the knocking frequency is detected from the combustion chamber pressure change waveform based on the output of the in-cylinder pressure sensor, and its vibration strength is quantified and statistically processed. The knocking level is decided.
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来の内燃機関のノッキング
検出装置にあっては、筒内圧センサによる検出振動が取
付位置、センサ種類、センサ形式、検出気筒により影響
を受けるため、エンジンの機種毎にノック検出のロジッ
クを適合させる必要があり、工数の増加、コストの増加
を招く他、ロジックの適合が十分でない場合は検出精度
が悪化するという問題点があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, in such a conventional knocking detection device for an internal combustion engine, the vibration detected by the in-cylinder pressure sensor is affected by the mounting position, sensor type, sensor type, and detection cylinder. However, it is necessary to adapt the knock detection logic for each engine model, which causes an increase in man-hours and cost, and there is a problem that the detection accuracy is deteriorated when the logic is not sufficiently adapted.
また、従来のノッキング検出方法に用いられている筒内
圧センサは、エンジンに特殊加工を必要としない点で有
効性大であるが、燃焼圧力に加え、エンジン本体の振
動、回転による機械的振動をも含むため、センサ出力か
ら得られる高周波信号成分を利用する方法では、ノイズ
となる振動分を分離するのに困難があり、したがって、
正規のノック成分を正確に検出できず、検出精度が十分
でないという問題点があった。In addition, the in-cylinder pressure sensor used in the conventional knocking detection method is highly effective in that no special processing is required for the engine, but in addition to combustion pressure, vibration of the engine body and mechanical vibration due to rotation Since it also includes, the method using the high frequency signal component obtained from the sensor output has a difficulty in separating the vibration component that becomes noise.
There is a problem that the regular knock component cannot be detected accurately and the detection accuracy is not sufficient.
例えば、高回転になると高周波の振動成分が増加し、特
に正規のノック成分を分離するのが困難になる。For example, at high rotations, high-frequency vibration components increase, and it becomes difficult to separate a particular knock component.
(発明の目的) そこで本発明は、センサで検出した燃焼室圧力の高周波
成分をカットした圧力変化波形から1サイクル毎のクラ
ンク角に対する熱発生を演算し、例えば正常燃焼による
熱発生とノッキングによる熱発生の比をとり、この値に
よってノックの強度を判定することにより、エンジン種
類、センサ出力の固体差に拘らず、しかもロジックを変
更することなしに工数やコストの低減を図り、かつ検出
精度を向上させることを目的としている。(Object of the invention) Therefore, the present invention calculates heat generation for a crank angle for each cycle from a pressure change waveform obtained by cutting a high frequency component of the combustion chamber pressure detected by a sensor, for example, heat generation due to normal combustion and heat due to knocking. By taking the generation ratio and determining the strength of the knock based on this value, the number of man-hours and costs can be reduced without changing the logic regardless of the engine type and the individual difference of the sensor output, and the detection accuracy can be improved. The purpose is to improve.
(課題を解決するための手段) 本発明による内燃機関のノッキング検出装置は上記目的
達成のため、その基本概念図を第1図に示すように、燃
焼圧力若しくはこれに比例して変化する信号を出力する
圧力検出手段aと、圧力検出手段aへの出力から所定の
高周波成分を除去する除去手段bと、エンジンの運転状
態を検出する運転状態検出手段cと、エンジンのクラン
ク角を検出するクランク角検手段dと、圧力検出手段a
で検出した燃焼圧力の高周波成分を除去した圧力変化波
形およびエンジンの運転状態に基づいて所定の演算処理
開始タイミングから1サイクル中のクランク角に対する
全熱発生を演算する全熱演算手段eと、前記全熱演算手
段eが行う熱発生演算処理の開始タイミングをそのサイ
クルの点火タイミングより遅い所定時期に設定する開始
タイミング設定手段fと、1サイクル中におけるノッキ
ングによる熱発生の開始点を特定する開始点特定手段g
と、1サイクルにおけるノッキングによる熱発生を演算
するノック熱演算手段hと、1サイクル中の正常燃焼に
よる熱発生又は全熱発生のうち1つ以上のものとノッキ
ングによる熱発生との比を演算し、この比に基づいてノ
ッキングの強度を判定するノック強度判定手段iと、を
備えている。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the knocking detection device for an internal combustion engine according to the present invention, as shown in the basic conceptual diagram of FIG. 1, shows a combustion pressure or a signal that changes in proportion to the combustion pressure. A pressure detecting means a for outputting, a removing means b for removing a predetermined high frequency component from the output to the pressure detecting means a, an operating state detecting means c for detecting an operating state of the engine, and a crank for detecting a crank angle of the engine. Angle detecting means d and pressure detecting means a
Total heat calculation means e for calculating total heat generation for a crank angle during one cycle from a predetermined calculation processing start timing based on the pressure change waveform from which the high-frequency component of the combustion pressure detected in step S1 and the operating state of the engine have been removed; A start timing setting means f for setting the start timing of the heat generation calculation processing performed by the total heat calculation means e to a predetermined timing later than the ignition timing of the cycle, and a start point for specifying the start point of heat generation due to knocking in one cycle. Identification means g
Knock heat calculation means h for calculating heat generation due to knocking in one cycle, and for calculating a ratio of heat generation due to knocking with one or more of heat generation due to normal combustion or total heat generation during one cycle , And knock intensity determining means i for determining the intensity of knocking based on this ratio.
(作用) 本発明では、圧力検出手段により検出した燃焼室圧力の
高周波成分をカットした圧力変化波形から1サイクル毎
のクランク角に対する熱発生が演算される。この場合、
熱発生の演算処理は少なくともそのサイクルの点火タイ
ミングより遅いタイミングから開始される。その後、正
常燃焼による熱発生(又は全熱発生でもよい)とノッキ
ングによる熱発生との比が求められ、この比に基づいて
ノック強度が判定される。(Operation) In the present invention, the heat generation for the crank angle for each cycle is calculated from the pressure change waveform obtained by cutting the high frequency component of the combustion chamber pressure detected by the pressure detection means. in this case,
The heat generation calculation process is started at least at a timing later than the ignition timing of the cycle. Then, the ratio of heat generation due to normal combustion (or total heat generation may be used) and heat generation due to knocking is obtained, and the knock strength is determined based on this ratio.
したがって、従来のように振動強さを数値化するのと異
なり、クランク角に対する熱発生の変化に基づいている
から、エンジン機種、センサ出力の固体差に拘らず、し
かもロジックの変更を要せずに精度よくノッキングを検
出することが可能になる。Therefore, unlike the conventional method of digitizing vibration intensity, it is based on the change in heat generation with respect to the crank angle, so it does not require logic changes regardless of the engine model and sensor output differences. It is possible to detect knocking with high accuracy.
また、熱発生の演算に際して点火信号2次電圧(高圧パ
ルス)によるセンサへのノイズの悪影響が避けられ、演
算精度が向上するとともに、ノイズのマスキング等が不
要になり、負担が軽減し、処理スピードも向上する。In addition, when the heat generation is calculated, the adverse effect of noise on the sensor due to the secondary voltage (high-voltage pulse) of the ignition signal is avoided, the calculation accuracy is improved, noise masking is not required, and the burden is reduced, and the processing speed is reduced. Also improves.
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
第2〜11図は本発明に係る内燃機関のノッキング検出装
置の一実施例を示す図であり、本発明を燃焼制御装置に
適用した例を示す図である。2 to 11 are diagrams showing an embodiment of a knocking detection device for an internal combustion engine according to the present invention, and are diagrams showing an example in which the present invention is applied to a combustion control device.
まず、構成を説明する。第2図は燃焼制御装置の全体構
成図であり、この図において、1はエンジンであり、吸
入空気はエアクリーナ2から吸気管3を通して各気筒に
供給され、燃料は噴射信号Siに基づきインジェクタ4に
より噴射される。気筒内の混合気は点火信号Spの2次電
圧に基づく点火プラグ5の放電作用によって爆発、燃焼
し、排気になって排気管6から排出される。First, the configuration will be described. FIG. 2 is an overall configuration diagram of the combustion control device, in which 1 is an engine, intake air is supplied from an air cleaner 2 to each cylinder through an intake pipe 3, and fuel is injected by an injector 4 based on an injection signal Si. Is jetted. The air-fuel mixture in the cylinder explodes and burns due to the discharge action of the spark plug 5 based on the secondary voltage of the ignition signal Sp, becomes exhaust gas, and is discharged from the exhaust pipe 6.
エンジ1に吸入される空気流量Qaはエアフローメータ7
により検出され、吸気管3内の絞弁8によって制御され
る。また、吸気管3内の吸入負圧(ブースト)は吸気圧
センサ9により検出され、エンジン1のクランク角はク
ランク角センサ(クランク角検出手段)10により検出さ
れる。なお、クランク角センサ10の出力パルスを計数す
ることにより、エンジン回転数Nが算出される。The air flow rate Qa drawn into the engine 1 is the air flow meter 7
And is controlled by the throttle valve 8 in the intake pipe 3. The intake negative pressure (boost) in the intake pipe 3 is detected by an intake pressure sensor 9, and the crank angle of the engine 1 is detected by a crank angle sensor (crank angle detecting means) 10. The engine speed N is calculated by counting the output pulses of the crank angle sensor 10.
排気中の酸素濃度は排気管6に設けられた酸素センサ11
により検出され、ウォータージャケットを流れる冷却水
の温度は水温センサ12により検出される。さらに、各気
筒の燃焼圧力(筒内圧)は筒内圧センサ(圧力検出手
段)13により検出され、筒内圧センサ13は点火プラグ5
の座金として締付、固定されている。なお、燃焼圧力に
比例して変化する信号を発生するものであれば、筒内圧
センサ13に限らず、例えば点火プラグ5の本体に感圧素
子を内蔵したようなものでもよい。The oxygen concentration in the exhaust gas is measured by the oxygen sensor 11 provided in the exhaust pipe 6.
The temperature of the cooling water flowing through the water jacket is detected by the water temperature sensor 12. Further, the combustion pressure (in-cylinder pressure) of each cylinder is detected by an in-cylinder pressure sensor (pressure detecting means) 13, and the in-cylinder pressure sensor 13 is connected to the spark plug 5.
It is tightened and fixed as a washer. Note that the pressure sensor 13 is not limited to the cylinder pressure sensor 13 as long as it generates a signal that changes in proportion to the combustion pressure. For example, a pressure sensitive element may be incorporated in the body of the ignition plug 5.
上記エアフローメータ7、吸気圧センサ9、クランク角
センサ10、酸素センサ11および水温センサ12は運転状態
検出手段14を構成しており、運転状態検出手段14および
筒内圧センサ13からの出力はコントロールユニット20に
入力される。コントロールユニット20はマイクロコンピ
ュータや電子回路によって構成され、ノッキングの検出
や該検出結果に基づくノック抑制制御およびその他の燃
焼制御(点火時期制御を含む)に必要な処理値を演算
し、前記噴射信号Siや点火信号Spを出力する。The air flow meter 7, the intake pressure sensor 9, the crank angle sensor 10, the oxygen sensor 11 and the water temperature sensor 12 constitute an operating state detecting means 14, and outputs from the operating state detecting means 14 and the in-cylinder pressure sensor 13 are control units. Entered in 20. The control unit 20 is composed of a microcomputer and an electronic circuit, calculates a processing value necessary for knocking detection, knock suppression control based on the detection result, and other combustion control (including ignition timing control), and the injection signal Si And the ignition signal Sp are output.
ここで、コントロールユニット20の機能のうち特にノッ
キング検出および点火時期制御に関連する部分の構成は
第3図のように示される。第3図において、筒内圧セン
サ13の出力信号は高周波カットフィルタ21に入力されて
所定の高周波成分が除去された後、A/D変換器22によっ
てA/D変換されノック強度演算回路23に入力される。高
周波成分をカットするのはノッキングの検出に際してノ
イズ成分を有効に除去するためであり、高周波成分をカ
ットするためのカットオフ周波数は第4図に示すように
エンジン回転数Nに比例して変化させる。具体的には、
運転状態検出手段14の出力のうちから特にクランク角セ
ンサ10の出力に基づいてエンジン回転数Nを算出し、こ
の算出結果によりフィルタ選定回路24が第4図の特性か
ら最適なカットオフ周波数を選定して高周波カットフィ
ルタ21にその旨を出力し、高周波カットフルタ21はこの
選定された周波数帯の高周波成分をカットする。Here, among the functions of the control unit 20, the configuration of the part particularly related to knocking detection and ignition timing control is shown in FIG. In FIG. 3, the output signal of the in-cylinder pressure sensor 13 is input to the high frequency cut filter 21 to remove a predetermined high frequency component, and then A / D converted by the A / D converter 22 and input to the knock intensity calculation circuit 23. To be done. The high frequency component is cut in order to effectively remove the noise component when knocking is detected, and the cutoff frequency for cutting the high frequency component is changed in proportion to the engine speed N as shown in FIG. . In particular,
The engine speed N is calculated based on the output of the crank angle sensor 10 among the outputs of the operating state detecting means 14, and the filter selection circuit 24 selects the optimum cutoff frequency from the characteristics of FIG. 4 based on the calculation result. Then, the fact is output to the high frequency cut filter 21, and the high frequency cut filter 21 cuts the high frequency component of the selected frequency band.
なお、高周波カットフィルタ21としては例えばアナログ
フィルタが用いられる。このフィルタは抵抗成分が周波
数依存性を持つ素子の組合わせで、入力信号の減衰化に
周波数依存を持たせることにより、任意の周波数域を透
過又は遮断するものであり、フィルタの種類としては、
ベッセルフィルタやバタワースフィルタがある。上記高
周波カットフィルタ21およびフィルタ選定回路24は除去
手段25を構成する。As the high frequency cut filter 21, for example, an analog filter is used. This filter is a combination of elements in which the resistance component has frequency dependence, and by allowing the attenuation of the input signal to have frequency dependence, it transmits or cuts off an arbitrary frequency range.
There are Bessel filters and Butterworth filters. The high frequency cut filter 21 and the filter selection circuit 24 constitute a removing means 25.
なお、高周波カットフィルタ21はアナログフィルタに限
らず、その他のものとして、例えばフーリエ変換を利用
したフィルタを用いてもよい。このフィルタは入力信号
を各項が各周波数に対応する多項式であるフーリエ級数
に展開し、この項のうち、遮断しようとする周波数域に
相当する項を削除した多項式を算出し、さらにこの式か
ら再び信号を構成することにより、任意の周波数域を透
過又は遮断するフィルタである。Note that the high frequency cut filter 21 is not limited to an analog filter, and as another filter, for example, a filter using Fourier transform may be used. This filter expands the input signal into a Fourier series, where each term is a polynomial corresponding to each frequency, calculates the polynomial in which the terms corresponding to the frequency range to be cut off are deleted, and from this equation It is a filter that transmits or blocks an arbitrary frequency range by reconstructing a signal.
ノック強度演算回路23には運転状態検出手段14からの出
力信号も入力されており、ノック強度演算回路23は熱発
生演算部(全熱演算手段に相当)26、ノッキング熱発生
開始点検出部(開始点特定手段に相当)27、ノック部熱
発生演算部(ノック熱演算手段に相当)28およびノック
強度演算部(ノック強度判定手段に相当)29により構成
される。一方、運転状態検出手段14の出力信号はさらに
点火時期制御回路30に入力されており、点火時期制御回
路30はエンジン負荷およびエンジン回転数Nに基づいて
点火時期Advを設定して点火信号Spを出力し、この点火
信号Spに基づいて点火ユニット(図示略)が点火信号2
次電圧(電圧パルス)を発生させて点火プラグ5を放電
させる。点火時期制御回路30により設定された点火時期
は開始タイミング設定回路31(開始タイミング設定手段
に相当)に入力され、開始タイミング設定回路31は点火
時期Advにディレークランク角Tdを加えたタイミングを
熱発生演算処理の開始タイミングとして設定し熱発生演
算部26に出力する。An output signal from the operating state detecting means 14 is also input to the knock strength calculating circuit 23, and the knock strength calculating circuit 23 includes a heat generation calculating portion (corresponding to total heat calculating means) 26 and a knocking heat generation start point detecting portion ( It is composed of a start point specifying means) 27, a knock heat generation calculating section (corresponding to knock heat calculating means) 28, and a knock strength calculating section (corresponding to knock strength determining means) 29. On the other hand, the output signal of the operating state detecting means 14 is further input to the ignition timing control circuit 30, and the ignition timing control circuit 30 sets the ignition timing Adv based on the engine load and the engine speed N and outputs the ignition signal Sp. An ignition unit (not shown) outputs the ignition signal 2 based on this ignition signal Sp.
The next voltage (voltage pulse) is generated to discharge the spark plug 5. The ignition timing set by the ignition timing control circuit 30 is input to a start timing setting circuit 31 (corresponding to start timing setting means), and the start timing setting circuit 31 generates heat at the timing obtained by adding the delay crank angle Td to the ignition timing Adv. It is set as the start timing of the calculation process and output to the heat generation calculation unit 26.
熱発生演算部26は筒内圧センサ13で検出した燃焼圧力の
高周波成分を除去した圧力変化波形からエンジン1の運
転状態に基づいて1サイクル中のクランク角に対する全
熱発生を演算するとともに、この演算処理を開始タイミ
ング設定回路31により設定された開始タイミングから開
始する。ノッキング熱発生開始点検出部27は1サイクル
中におけるノッキングによる熱発生の開始点を特定す
る。また、ノック部熱発生演算部28は1サイクル中にお
けるノッキングによる熱発生を演算し、ノック強度演算
部29は1サイクル中の全熱発生とノックングによる熱発
生との比を演算し、この比に基づいてノッキングの強度
を判定し、判定結果をノック強度信号出力回路32に出力
する。ノック強度信号出力回路32は該判定結果に対応す
るノック強度信号を発生して点火時期制御回路30に出力
し、ノック抑制制御の情報に用いられる。また、ノッキ
ング制御のみならず、例えばノックを検出するためのデ
ータとしてノック強度入力計への入力データとして用い
られることもある。The heat generation calculation unit 26 calculates the total heat generation for the crank angle during one cycle based on the operating state of the engine 1 from the pressure change waveform obtained by removing the high frequency component of the combustion pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 13, and this calculation The process is started from the start timing set by the start timing setting circuit 31. The knocking heat generation start point detection unit 27 identifies the starting point of heat generation due to knocking in one cycle. Further, the knock part heat generation calculation unit 28 calculates the heat generation due to knocking in one cycle, and the knock strength calculation unit 29 calculates the ratio between the total heat generation during one cycle and the heat generation due to knocking. The strength of knocking is determined based on the determination result, and the determination result is output to the knock intensity signal output circuit 32. The knock intensity signal output circuit 32 generates a knock intensity signal corresponding to the determination result, outputs it to the ignition timing control circuit 30, and is used for information of knock suppression control. In addition to knocking control, it may be used as input data to a knock intensity input meter as data for detecting knocking, for example.
次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.
エンジン1が運転を開始すると、各気筒の燃焼室内の燃
焼圧力が変化し、1サイクル毎に燃焼圧力のピークが現
れる。この場合の熱発生の演算は第5図に示すように高
周波成分を除去した燃焼圧力信号の値がノック検出状態
における燃料基本噴射量Tp若しくは吸入負圧(ブース
ト)や吸入空気量の関数として計算される値Po、 Po=func(Tp or Boost) を超えた点であって、かつ後述の開始タイミングを超え
た時点から開始される。When the engine 1 starts operating, the combustion pressure in the combustion chamber of each cylinder changes, and a peak of the combustion pressure appears every cycle. The calculation of heat generation in this case is calculated as a function of the fuel basic injection amount Tp or the intake negative pressure (boost) or the intake air amount in the knock detection state as shown in FIG. It is started from the point where the value Po, Po = func (Tp or Boost), which has been set, is exceeded and the start timing described later is exceeded.
熱発生量の計算は、後述のステップS7で実行されるが、
説明の都合上これを先に述べると、具体的には次のよう
にして行われる。いま、第6図に示すようにシリンダ33
についてストロークボリウムをVST、燃焼室ボリウムをV
C、コンロッドの長さをCL、半径をrとすると、圧縮比r
cは で表され、これから第7図に示すようにあるクランク角
θにおける総合のボリウムV(θ)は なる式で表される。また、第7図に示すように圧縮行程
中の燃焼圧力波形からTDC前60°と44°に相当する燃焼
圧力P1,P2とその点のボリウムV1,V2とからポリトロー
プ指数PNを として計算する。さらに、実際上は単位クランク角毎の
燃焼圧力P(I)とボリウムV(I)が順次演算されて
全熱発生量が求められるが、各単位クランク角毎の演算
は、例えば第8図(a)に示すようにP(I)、V
(I)に対し、次のクランク角ではP(I+1)、V
(I+1)として計算され、このような圧力変化の内訳
には第8図(b)に示すようにタイミングt1(Iに相
当)とタイミングt2(I+1に相当)との燃焼による圧
力増加とピストン運動による圧力増加の両方が含まれて
いる。そして、熱発生量の演算に必要な1つの係数FKを 但し、Cv:定積比熱 R:気体定数 とし、圧縮開始点のストロークボリウムを V(1)=VST とすると、全熱発生量QAは なる式により求められる。The calculation of the heat generation amount is executed in step S 7 described later,
For convenience of explanation, this will be described first, specifically, as follows. Now, as shown in FIG. 6, the cylinder 33
About stroke volume VST, combustion chamber volume V
C, the connecting rod length is CL, and the radius is r, the compression ratio r
c is And the total volume V (θ) at a certain crank angle θ as shown in FIG. It is expressed by Also, as shown in Fig. 7, the polytropic index PN is calculated from the combustion pressure waveforms during the compression stroke from the combustion pressures P 1 and P 2 corresponding to 60 ° and 44 ° before TDC and the volumes V 1 and V 2 at that point. Calculate as. Further, in actuality, the combustion pressure P (I) and the volume V (I) for each unit crank angle are sequentially calculated to obtain the total heat generation amount, but the calculation for each unit crank angle is performed by, for example, FIG. P (I), V as shown in a)
In contrast to (I), P (I + 1), V at the next crank angle
It is calculated as (I + 1), and the breakdown of such a pressure change is as shown in FIG. 8 (b): the pressure increase due to combustion at timing t 1 (corresponding to I) and timing t 2 (corresponding to I + 1) Both pressure increases due to piston movement are included. Then, calculate one coefficient F K necessary for calculation of heat generation amount. However, if Cv: constant volume specific heat R: gas constant and the stroke volume at the compression start point is V (1) = VST, the total heat generation Q A is It is calculated by
次に、ノッキングによる熱発生部分の演算を行うが、ノ
ッキングによる熱発生部は第9図にハッチングで示すよ
うな部分となる。この場合、ノッキングによる熱発生部
の開始点としてクランク角に対する熱発生変化の変曲点
で熱発生開始点と終了点の中点、又は圧縮上死点(若し
くは点火時期)より遅れた変曲点をノックによる熱発生
開始点として用いる。このような方法でノック開始点を
決めることにより、実際の燃焼状態にマッチして精度良
く開始点の特定が行われる。一方、ノッキングによる熱
発生の終点としてクランク角に対する熱発生が0となる
点を用いる。そして、ノッキングによる熱発生量QBは、
ノック開始点と終了点を直線で結び、この直線を超える
熱発生部分(ハッチング部分)として求める。Next, the calculation of the heat generation portion due to knocking is performed. The heat generation portion due to knocking is the portion shown by hatching in FIG. In this case, the inflection point of the heat generation change with respect to the crank angle as the starting point of the heat generation part due to knocking is the midpoint between the heat generation start point and the end point, or the inflection point delayed from the compression top dead center (or ignition timing). Is used as the starting point of heat generation by knocking. By determining the knock start point by such a method, the start point can be specified with high accuracy in accordance with the actual combustion state. On the other hand, as the end point of heat generation due to knocking, a point at which heat generation with respect to the crank angle becomes 0 is used. Then, the heat generation amount Q B due to knocking is
The knock start point and end point are connected by a straight line, and the heat generation portion (hatching portion) that exceeds this straight line is obtained.
このようにして各熱発生量QA,QBが演算されると、次い
でノック強度演算部29で全熱発生QAとノッキングによる
熱発生QBとの比Sを なる式から求め、この比Sに基づいてノック強度を判定
する。When the heat generation amounts Q A and Q B are calculated in this way, the knock strength calculation unit 29 then calculates the ratio S between the total heat generation Q A and the heat generation Q B due to knocking. The knock strength is determined based on this ratio S.
次に、本発明の特徴である熱発生演算処理の開始タイミ
ングを含んだノック判定処理のプログラムにつき第10図
のフローチャートを参照して説明する。同図に示すプロ
グラムはクランク角の基準信号(Ref信号)に同期して
実行される。Next, a program of the knock determination process including the start timing of the heat generation calculation process, which is a feature of the present invention, will be described with reference to the flowchart of FIG. The program shown in the figure is executed in synchronization with a crank angle reference signal (Ref signal).
まず、ステップS1でエンジン負荷(吸入空気量又はブー
スト)およびエンジン回転数Nに基づいて点火時期Adv
を演算し、ステップS2でディレークランク角Tdを演算す
る。Tdは第11図に示すように点火時期Advから少し遅れ
たタイミングを熱発生の演算処理開始タイミングθ1と
するために着火遅れを予想した遅れ時間であり、 Td=func(Tp,N) なる関数式により設定する。なお、Tdはクランク角でも
よいし、時間で設定してもよい。次いで、ステップS3で
熱発生の演算処理開始タイミングθ1を、 θ1=Adv+Td なる式で設定し、ステップS4で今回のクランク角θを読
み込む。ステップS5,S6では今回のクランク角θをθ1
およびθ2とそれぞれ比較する。θ2は熱発生の演算処理
の終了タイミングである(第1図参照)。θ1≦θ≦θ2
のときはステップS7に進み、そうでないときはひとまず
ルーチンを終了する。ステップS7では前述したような方
法で熱発生を演算し、ステップS8で前記比Sからノック
強度を判定し、さらにステップS9でこれに相当するノッ
ク強度信号を出力してルーチンを終了する。First, in step S 1 , the ignition timing Adv is calculated based on the engine load (intake air amount or boost) and the engine speed N.
Is calculated, and the delay crank angle Td is calculated in step S 2 . As shown in FIG. 11, Td is a delay time in which the ignition delay is predicted in order to set the heat generation calculation processing start timing θ 1 at a timing slightly behind the ignition timing Adv, and Td = func (Tp, N) Set with a function expression. Note that Td may be a crank angle or may be set by time. Next, in step S 3 , the heat generation calculation processing start timing θ 1 is set by the equation θ 1 = Adv + Td, and in step S 4 , the current crank angle θ is read. In steps S 5 and S 6 , the crank angle θ is set to θ 1
And θ 2 respectively. θ 2 is the end timing of the calculation process of heat generation (see FIG. 1). θ 1 ≤ θ ≤ θ 2
When the proceeds to the step S 7, to end the time being routine otherwise. In step S 7 , heat generation is calculated by the method as described above, in step S 8 , the knock intensity is determined from the ratio S, and in step S 9 , a knock intensity signal corresponding to this is output and the routine ends. .
このように、本実施例では従来のように振動強さを数値
化したノッキングを検出するのとは異なり、あくまでも
クランク角に対する熱発生の変化に基づいているから、
エンジン機能、筒内圧センサ13の取付位置、センサ出力
の固体差等に拘らず、しかも検出ロジックの変更を要せ
ずに精度良くノッキングを検出することができる。ま
た、振動成分を検出対象としていないことから、振動に
基づくノイズ成分の影響を受けず、従来に比して格段と
ノッキングの検出精度を向上させることができる。特
に、高回転域で高周波の振動成分が増加しても正規のノ
ック成分を熱発生の分析によって分離でき、検出精度が
向上する。その結果、ノッキング検出の工数の低下、コ
ストの低下を図ることができる。As described above, in this embodiment, unlike the conventional case where the knocking in which the vibration intensity is digitized is detected, it is based on the change in heat generation with respect to the crank angle,
The knocking can be accurately detected regardless of the engine function, the mounting position of the in-cylinder pressure sensor 13, the individual difference of the sensor output, and the like without requiring the change of the detection logic. Further, since the vibration component is not the detection target, it is not affected by the noise component based on the vibration, and the knocking detection accuracy can be significantly improved as compared with the conventional case. In particular, even if the high-frequency vibration component increases in the high rotation range, the regular knock component can be separated by the heat generation analysis, and the detection accuracy improves. As a result, it is possible to reduce the number of knocking detection steps and the cost.
また、熱発生の演算に際して点火信号2次電圧による筒
内圧センサ13へのノイズの悪影響を避けるために少なく
とも点火時期Advの後に、しかもディレークランク角Td
を考慮して該演算を開始しているので、ノイズの影響を
除去して格段と演算精度を高めてノッキングの検出精度
を向上させることができる。さらに、これによりノイズ
のマスキング等の処理が不要になり、その分だけ負担が
軽減し、しかも処理スピードも向上させることができ
る。Further, in order to avoid the adverse effect of noise on the in-cylinder pressure sensor 13 due to the secondary voltage of the ignition signal in the calculation of heat generation, at least after the ignition timing Adv, the delay crank angle Td
Since the calculation is started in consideration of the above, the influence of noise can be removed and the calculation accuracy can be remarkably improved to improve the knocking detection accuracy. Further, this eliminates the need for noise masking and the like, which reduces the load and improves the processing speed.
なお、上記実施例では比Sを全熱発生QAを分母とてして
演算しているが、これに限るものでなく、例えば正常燃
焼による熱発生(QA−QB)を演算し、これを分母として なる式から比Sを求めるようにしてもよい。In the above embodiment, the ratio S is calculated by using the total heat generation Q A as the denominator, but the present invention is not limited to this. For example, heat generation due to normal combustion (Q A −Q B ) is calculated, With this as the denominator The ratio S may be obtained from the following equation.
(効果) 本発明によれば、エンジン機種、センサの取付位置、セ
ンサ出力の固体差等に拘らず、しかも検出ロジックの変
更を要せずに精度良くノッキングを検出することがで
き、ノッキング検出の工数およびコストを低下させるこ
とができる。(Effect) According to the present invention, knocking can be detected accurately regardless of the engine model, the mounting position of the sensor, the individual difference in the sensor output, and the like without requiring a change in the detection logic. It is possible to reduce man-hours and costs.
また、点火ノイズの悪影響を避けて熱発生の演算精度を
高めることができ、ノッキング検出精度を格段と向上さ
せるとことができる。さらに、ノイズのマスキング等の
処理を不要として、その分だけ負担の軽減および処理ス
ピードの向上を図ることができる。Further, the adverse effect of ignition noise can be avoided and the calculation accuracy of heat generation can be improved, and the knocking detection accuracy can be significantly improved. Furthermore, it is possible to reduce the burden and improve the processing speed by eliminating the processing such as noise masking.
第1図は本発明の基本概念図、第2〜11図は本発明に係
る内燃機関のノッキング検出装置の第一実施例を示す図
であり、第2図はその全体構成図、第3図はその主要部
のブロック構成図、第4図はそのカットオフ周波数の特
性を示す図、第5図はその熱発生演算の開始点を説明す
る図、第6図はその圧縮比の算出を説明する模式図、第
7図はその燃焼圧力波形の一部を示す図、第8図(a)
(b)はその燃焼圧力増加を説明すする図、第9図はそ
の熱発生の演算を説明する図、第10図はそのノック強度
判定プログラムを示すフローチャート、第11図はその燃
焼圧力波形と演算処理区間の関係を示す図である。 1……エンジン、4……インジェクタク、5……点火プ
ラグ、7……エアフローメータ、9……吸気圧センサ、
10……クランク角センサ、13……筒内圧センサ、14……
運転状態検出手段、20……コントロールユニット、21…
…高周波カットフィルタ、22……A/D変換器、24……フ
ィルタ選定回路、25……除去手段、26……熱発生演算部
(全熱演算手段)、27……ノッキング熱発生開始点検出
部(開始点特定手段)、28……ノック部熱発生演算部
(ノック熱演算手段)、29……ノック強度演算部(ノッ
ク強度判定手段)、30……点火時期制御回路、31……開
始タイミング設定回路(開始タイミング設定手段)、32
……ノック強度信号出力回路。FIG. 1 is a basic conceptual diagram of the present invention, FIGS. 2 to 11 are diagrams showing a first embodiment of a knocking detection device for an internal combustion engine according to the present invention, FIG. 2 is an overall configuration diagram thereof, and FIG. Is a block configuration diagram of its main part, FIG. 4 is a diagram showing characteristics of its cutoff frequency, FIG. 5 is a diagram explaining a starting point of its heat generation calculation, and FIG. 6 is a diagram showing calculation of its compression ratio. FIG. 7 is a diagram showing a part of the combustion pressure waveform, FIG. 8 (a)
(B) is a diagram for explaining the increase of the combustion pressure, FIG. 9 is a diagram for explaining the calculation of the heat generation, FIG. 10 is a flow chart showing the knock intensity judgment program, and FIG. 11 is the combustion pressure waveform. It is a figure which shows the relationship of a calculation process area. 1 ... Engine, 4 ... Injector, 5 ... Spark plug, 7 ... Air flow meter, 9 ... Intake pressure sensor,
10 …… Crank angle sensor, 13 …… Cylinder pressure sensor, 14 ……
Operating state detection means, 20 ... Control unit, 21 ...
… High-frequency cut filter, 22 …… A / D converter, 24 …… Filter selection circuit, 25 …… Remover, 26 …… Heat generation calculator (total heat calculator), 27 …… Knocking heat generation start point detection Section (start point specifying means), 28 ... Knock section heat generation calculation section (knock heat calculation section), 29 ... Knock strength calculation section (knock strength determination section), 30 ... Ignition timing control circuit, 31 ... Start Timing setting circuit (start timing setting means), 32
...... Knock strength signal output circuit.
Claims (1)
する信号を出力する圧力検出手段と、 b)圧力検出手段の出力から所定の高周波成分を除去す
る除去手段と、 c)エンジンの運転状態を検出する運転状検出手段と、 d)エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手
段と、 e)圧力検出手段で検出した燃焼圧力の高周波成分を除
去した圧力変化波形およびエンジンの運転状態に基づい
て所定の演算処理開始タイミングから1サイクル中のク
ランク角に対する全熱発生を演算する全熱演算手段と、 f)前記全熱演算手段が行う熱発生演算処理の開始タイ
ミングをそのサイクルの点火タイミングより遅い所定時
期に設定する開始タイミング設定手段と、 g)1サイクル中におけるノッキングによる熱発生の開
始点を特定する開始点特定手段と、 h)1サイクルにおけるノッキングによる熱発生を演算
するノック熱演算手段と、 i)1サイクル中の正常燃焼による熱発生又は全熱発生
のうち1つ以上のものとノッキングによる熱発生との比
を演算し、この比に基づいてノッキングの強度を判定す
るノック強度判定手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のノッキング検出装
置。1. A) pressure detection means for outputting a combustion pressure or a signal that changes in proportion thereto, b) removal means for removing a predetermined high frequency component from the output of the pressure detection means, and c) operation of the engine. Driving condition detecting means for detecting the state, d) crank angle detecting means for detecting the crank angle of the engine, and e) pressure change waveform and engine operating state in which the high frequency component of the combustion pressure detected by the pressure detecting means is removed. A total heat calculation means for calculating total heat generation for a crank angle in one cycle from a predetermined calculation processing start timing, and f) a start timing of heat generation calculation processing performed by the total heat calculation means as an ignition timing of the cycle. Start timing setting means for setting at a later predetermined time, and g) a start point for specifying a start point of heat generation due to knocking in one cycle. Constant means, h) knock heat calculation means for calculating heat generation due to knocking in one cycle, and i) heat generation due to knocking with one or more of heat generation due to normal combustion or total heat generation during one cycle The knocking detection device for an internal combustion engine, comprising: knocking strength determination means for calculating a ratio of the above, and knocking strength determination means for determining the strength of knocking based on this ratio.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22707289A JPH0792414B2 (en) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | Knocking detection device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22707289A JPH0792414B2 (en) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | Knocking detection device for internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0390833A JPH0390833A (en) | 1991-04-16 |
| JPH0792414B2 true JPH0792414B2 (en) | 1995-10-09 |
Family
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Family Applications (1)
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| JP22707289A Expired - Fee Related JPH0792414B2 (en) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | Knocking detection device for internal combustion engine |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4158747B2 (en) * | 2004-06-28 | 2008-10-01 | 日産自動車株式会社 | Ignition timing control device for internal combustion engine |
| JP6872162B2 (en) * | 2017-02-01 | 2021-05-19 | スズキ株式会社 | Internal combustion engine control device |
-
1989
- 1989-09-01 JP JP22707289A patent/JPH0792414B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0390833A (en) | 1991-04-16 |
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