JPH04331329A - 内燃機関のノッキング検出装置における自己診断装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のノッキング検
出装置における自己診断装置に関し、詳しくは、機関振
動を全て検出する非共振型振動センサを用いてノッキン
グを検出する装置における前記振動センサの故障診断に
関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関において、所定レベル以上のノ
ッキングが発生すると、機関出力を低下させるのみなら
ず、衝撃により吸・排気バルブやピストンに悪影響を及
ぼす惧れがある。そこで、例えば機関振動を全て検出す
る非共振型のノックセンサをシリンダブロックに取り付
け、該センサでノッキング振動を検出し、ノッキング発
生時には点火時期をリタードさせることで、速やかにノ
ッキングが回避されるようにした点火時期補正装置を備
えているものがある（特開昭５８−１０５０３６号公報
等参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の点火
時期補正に基づいてノッキング発生を回避する制御では
、シリンダブロックの振動を検出する非共振型ノックセ
ンサに故障が生じると、例えば図５に示すように、精度
良く機関振動レベルを検出することができなくなって、
ノッキングの検出精度が悪化し、ノッキングを回避しつ
つ点火時期を極力進角させるという所期の目的が果たせ
なくなる。

【０００４】そこで、前記ノックセンサの故障発生を自
己診断する装置が必要になり、従来では、例えば図６に
示すように、非共振型ノックセンサ１１に内蔵させた抵
抗Ｒ１と、ノックセンサ１１の出力を入力し点火時期の
制御を行うマイクロコンピュータ内蔵のコントロールユ
ニット１２内に設けられた抵抗Ｒ２との分圧が、コント
ロールユニット１２内で抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５で分圧し
て設定される上限基準電圧Ｖｍａｘと下限基準電圧Ｖｍ
ｉｎとで規定される正常電圧レベル内にあるか否かを、
比較器１３，１４における電圧比較によって判別し、上
限を上回るか又は下限を下回るときには、故障判定に相
当するＬｏｗレベル信号（正常時にはＨｉｇｈレベル信
号）がＯＲ回路１５を介してＣＰＵ１２ａに出力される
ようにしていた。

【０００５】しかしながら、上記のようなハードウェア
構成によってノックセンサの故障を診断させる構成の場
合には、工数及び部品点数の増大を招くことになってし
まうという問題があると共に、前記電圧比較による診断
では、センサにおける断線・ショートなどのオン・オフ
的な診断は行えるが、圧電素子の劣化による出力レベル
の低下などを精度良く診断することができないという問
題があった。

【０００６】ここで、本出願人は、先に、非共振型ノッ
クセンサの出力をＡ／Ｄ変換し、該ディジタルデータに
基づいて周波数分析を行ってノッキングの発生を検出す
るよう構成した装置を提案しており（特願平２−２０１
３３７号参照）、特に、かかるノッキング検出装置にお
いては、上記のようにセンサ出力をディジタル化してか
らノッキング検出を行うため、ノッキング検出の信号処
理系を利用した自己診断を実現させて、工数や部品点数
の増大を回避して自己診断を行わせたいという要求があ
った。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、特に非共振型ノックセンサ出力の周波数分析を行
ってノッキング検出を行うよう構成されたノッキング検
出装置において部品点数や工数を増大させることなく適
用でき、然も、断線・ショート等のオン・オフ的な故障
のみならずセンサ出力レベルの低下などの劣化故障につ
いても診断できる自己診断装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
機関本体に付設されて機関振動を全て検出する非共振型
振動センサを備え、かかる振動センサで検出される機関
振動に基づいてノッキング発生を検出するよう構成され
た内燃機関のノッキング検出装置において、自己診断装
置を図１に示すように構成する。

【０００９】図１において、所定周波数成分抽出手段は
、機械的振動を代表する所定周波数と燃焼振動を代表す
る所定周波数との少なくとも一方に対応する周波数成分
を、前記振動センサの検出信号から抽出する。一方、判
定レベル設定手段は、所定周波数成分抽出手段で抽出さ
れる所定周波数成分の強度判定レベルを前記回転速度検
出手段で検出される機関回転速度に基づいて可変設定す
る。

【００１０】そして、自己診断手段は、前記設定された
強度判定レベルと所定周波数成分抽出手段で抽出された
周波数成分とを比較して、前記振動センサの故障を診断
する。

【００１１】

【作用】機械的振動を代表する所定周波数及び燃焼振動
を代表する所定周波数の強度は、機関固有のレベルで機
関回転速度の増大に応じて略増大変化するから、予め振
動センサの正常時における出力レベルを知って、かかる
正常出力に基づいて機関回転速度に応じた強度判定レベ
ルを設定すれば、かかる強度判定レベルと実際に振動セ
ンサの出力から抽出した所定周波数成分の強度とを比較
することで、劣化によるセンサ出力の低下などを含めて
振動センサの故障を診断できる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、図示しない内燃機関のシリンダブ
ロック（機関本体）に付設されるノックセンサ（振動セ
ンサ）１は、重り及び圧電素子を内蔵し、機関振動に応
じた波形の検出（電圧）信号を出力する非共振型のノッ
クセンサであり、機関振動の全てを検出する。

【００１３】前記ノックセンサ１の検出信号（アナログ
信号）は、Ａ／Ｄ変換器２でＡ／Ｄ変換されてから所定
周波数成分抽出手段としてのＤＳＰ（ディジタル・シグ
ナル・プロセッサ）３に入力され、前記ＤＳＰ３ではフ
ーリエ変換演算などによって、ノックセンサ１の検出信
号の周波数分析を行う。ＤＳＰ３における周波数分析結
果は、マイクロコンピュータ４に入力され、該マイクロ
コンピュータ４では、前記周波数分析結果に基づきノッ
キング検出を行うと共に、ノッキング検出の有無に応じ
て点火装置５における点火時期の進遅角補正制御を行い
、ノッキング発生を回避しつつ点火時期を極力進角させ
るようにする。

【００１４】尚、前記点火装置５は、点火栓，点火コイ
ル，パワートランジスタ等から構成されるもので、前記
パワートランジスタのオン・オフ制御によって点火時期
が進遅角制御される。前記周波数分析結果に基づくノッ
キング検出は、例えば以下のようにして行われる。

【００１５】即ち、図４に示すように、ノックセンサ１
の出力から抽出した所定の周波数成分にノッキング振動
が含まれるときには、クランク角センサ６からの検出信
号に基づいて検出される周波数分析区間（点火ノイズを
避けた所定区間であり、例えば６気筒機関におけるＡＴ
ＤＣ１０°〜ＡＴＤＣ６０°）において、異常燃焼発生
時からノッキング振動が除々に減衰するから、前記周波
数成分の強度も最初は大きく除々に減衰してノッキング
振動を含まないレベルに戻ることになり、逆にノッキン
グ振動が含まれないときには、略一定の機械振動のレベ
ルで強度が推移することになる。このため、ノッキング
振動が含まれないときには、分析区間の初期の強度を略
維持することになり、周波数成分強度（ｄＢ）の積分値
は略リニアに上昇することになる。

【００１６】従って、前記周波数分析区間の初期の強度
がその後変化しないものと仮定して、強度の積分値の時
間軸変化を推定すれば、この変化特性は、ノッキング非
発生時のものとなり、一方、ノッキングが発生している
ときに、実際の強度を時間軸上で積分していくと、図４
に示すように、前記ノッキング非発生時に対応するもの
として推定した変化特性に合致しない変化特性を示すこ
とになる。このため、実際の強度の時間軸上での積分値
を求めて前記ノッキング非発生時のものと比較すること
で、ノッキング発生の有無を検出できるものである。

【００１７】マイクロコンピュータ４は上記のようにし
てノッキング発生の有無を検出すると共に、上記のよう
なＤＳＰ３による周波数分析結果を用いて、ノックセン
サ１の故障診断を図３のフローチュートに示すようにし
て行う。尚、本実施例において、判定レベル設定手段及
び自己診断手段としての機能は、図３のフローチャート
に示すように、マイクロコンピュータ４がソフトウェア
的に備えている。

【００１８】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
前記ＤＳＰ３による周波数分析を行わせ、ノックセンサ
１の出力から機械的振動を代表する所定の周波数成分と
、燃焼振動を代表する所定の周波数成分とをそれぞれに
抽出させる。尚、ここでの周波数成分の抽出は、ノッキ
ング検出のために行う周波数分析と個別に行うのではな
く、ノッキング検出のための周波数分析の結果を流用さ
せるようにすれば良く、予め前記ＤＳＰ３における演算
で抽出される周波数成分として、前記自己診断用の周波
数成分が含められるようにしてあれば良い。

【００１９】次のステップ２では、回転速度検出手段に
相当するクランク角センサ６からの検出信号に基づいて
算出される機関回転速度Ｎに基づいて、前記ステップ１
で分析された周波数成分の強度（ｄＢ）を判定するため
の強度判定レベルＡ，Ｂを、予め設定されているマップ
から検索して設定する。ここで、前記判定レベルＡは、
燃焼振動を代表する所定周波数成分の強度を判定するた
めの値であり、また、判定レベルＢは、機械的振動を代
表する所定周波数成分の強度を判定するための値であり
、ノックセンサ１が正常に機関振動を検出していれば、
いずれの周波数成分も機関回転速度Ｎが高くなると大き
くなるから、かかる特性に合わせて前記判定レベルも基
本的には機関回転速度Ｎが高いときほど大きく設定され
るようにしてある。

【００２０】そして、ステップ３では、実際にノックセ
ンサ１の出力から周波数分析で求めた燃焼振動を代表す
る所定周波数成分の強度と判定レベルＡとを比較し、検
出レベルが判定レベルＡを下回るときには、更に、ステ
ップ４へ進む。ステップ４では、今度は、実際にノック
センサ１の出力から周波数分析で求めた機械的振動を代
表する所定周波数成分の強度と判定レベルＢとを比較し
、検出レベルが判定レベルＢを下回るときには、ステッ
プ５へ進み、ノックセンサ１の故障を判定する。

【００２１】一方、ステップ３又はステップ４の少なく
とも一方で、判定レベルＡ，Ｂを越える出力が得られて
いると判別されたときには、ノックセンサ１の故障判定
を行わない。即ち、本実施例では、燃焼振動を代表する
所定周波数成分及び機械的振動を代表する所定周波数成
分が共に判定レベルＡ，Ｂを下回ると判別されたときに
、ノックセンサ１の故障を判定するものであり、これは
、機械的振動や燃焼振動のレベルは、機関回転速度Ｎに
応じて略予測される最低レベル以上となるはずであり、
ノックセンサ１により検出された前記振動レベルが判定
レベルよりも低い場合には、実際の振動レベルに対応す
る出力がノックセンサ１から出力されていないことを示
すので、判定レベルを実際の検出レベルが下回るときに
故障を判定するものである。

【００２２】かかるノックセンサ１の故障判定時には、
例えば、ノックセンサ１の検出値に基づく点火時期補正
制御を禁止し、また、ノックセンサ１の故障発生を警告
するようにする。このように、本実施例におけるノック
センサ１の故障診断によると、ノッキング検出に用いら
れる周波数分析処理を用いて、故障診断を行わせること
ができるから、自己診断のためにハードウェア構成が追
加されることがなく、部品点数や工数の増大を招くこと
がない。また、機関回転速度Ｎに応じた強度判定レベル
と実際の検出レベルとを比較するから、ノックセンサ１
の出力系における断線などのオン・オフ的な故障の他、
劣化による出力低下などの故障も診断できる。

【００２３】尚、本実施例では、燃焼振動を代表する所
定周波数成分と機械的振動を代表する所定周波数成分と
をそれぞれに抽出して自己診断に用いるようにしたが、
いずれか一方のみの強度レベルに基づいて、ノックセン
サ１の故障を判定させる構成としても良い。また、本実
施例では周波数分析にＤＳＰ３を用いたが、ＤＳＰ３の
代わりに、くし形フィルタと共振器との組み合わせによ
って周波数分析を行わせる構成としても良く、この場合
には、前記共振器を、抽出したい周波数（燃焼振動を代
表する所定周波数成分と機械的振動を代表する所定周波
数成分との少なくとも一方を含む）の数だけ設け、それ
ぞれの共振器における共振周波数を前記抽出したい周波
数に一致させれば良い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、非
共振型の振動センサ（ノックセンサ）を用いたノッキン
グ検出装置において、センサの出力から所定の周波数成
分を抽出し、該抽出された周波数成分の強度レベルに基
づいてセンサ故障を診断するようにしたので、特に、セ
ンサ出力の周波数分析結果に基づいてノッキングを検出
する装置においては、ノッキング検出の処理系を利用し
て自己診断を行わせることができ、自己診断を実現させ
るために工数や部品点数を増大させることがないという
効果があると共に、センサの劣化による出力低下などの
故障についても自己診断させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】実施例のシステム構成を示すブロック図。

【図３】実施例の自己診断制御を示すフローチャート。

【図４】ノックセンサ出力の周波数分析結果を用いたノ
ッキング検出の特性を説明するためのタイムチャート。

【図５】ノックセンサ故障による出力特性変化を示すタ
イムチャート。

【図６】従来の自己診断装置の一例を示す回路図。

【符号の説明】

１　　　　ノックセンサ ３　　　　ＤＳＰ ４　　　　マイクロコンピュータ ６　　　　クランク角センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関本体に付設されて機関振動を全て検出
   する非共振型振動センサを備え、該振動センサで検出さ
   れる機関振動に基づいてノッキング発生を検出するよう
   構成された内燃機関のノッキング検出装置において、機
   械的振動を代表する所定周波数と燃焼振動を代表する所
   定周波数との少なくとも一方に対応する周波数成分を、
   前記振動センサの検出信号から抽出する所定周波数成分
   抽出手段と、機関回転速度を検出する回転速度検出手段
   と、該所定周波数成分抽出手段で抽出される所定周波数
   成分の強度判定レベルを前記回転速度検出手段で検出さ
   れる機関回転速度に基づいて可変設定する判定レベル設
   定手段と、該判定レベル設定手段で設定された強度判定
   レベルと前記所定周波数成分抽出手段で抽出された周波
   数成分とを比較して、前記振動センサの故障を診断する
   自己診断手段と、を含んで構成されたことを特徴とする
   内燃機関のノッキング検出装置における自己診断装置。