(57)【要約】【課題】  ノックセンサの固定の緩みを検出する機能を備えた電子装置を低コストで実現する。【解決手段】  内燃機関（１３０）に締結部材（１１０ａ）によって固定されているノックセンサ（１１０）と接続された電子装置（１００）であって、前記電子装置は、前記ノックセンサが出力する信号を所定のサンプリング周期でデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換処理回路（１０４）と、前記Ａ／Ｄ変換処理回路が出力するデジタル値を逐次取得するデジタル処理回路（１０６）と、を少なくとも備え、前記デジタル処理回路は、逐次取得した前記デジタル値に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断した場合に、前記締結部材に緩みがあると判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に固定されているノックセンサと接続された電子装置であって、
該電子装置は、
前記ノックセンサが出力する信号を所定のサンプリング周期でデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換処理回路と、
前記Ａ／Ｄ変換処理回路が出力する該デジタル値を逐次取得するデジタル処理回路と、
を少なくとも備え、
前記デジタル処理回路は、
逐次取得した前記デジタル値に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断した場合に、前記固定に緩みがあると判定する、
電子装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電子装置において、
前記デジタル処理回路は、
逐次取得した前記デジタル値に、前記入力レンジの最大値以上または最小値以下の数値が連続して含まれる場合に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断する、
電子装置。
【請求項３】
請求項１に記載された電子装置において、
前記デジタル処理回路は、
逐次取得した前記デジタル値に、前記入力レンジの最大値の９８％以上または該最大値の２％以下の数値が連続して含まれる場合に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断する、
電子装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載された電子装置において、
前記デジタル処理回路は、
前記数値の連続する頻度に応じて、前記固定の緩みの程度を判定する、
電子装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載された電子装置において、
前記デジタル処理回路は、
前記判定の結果を表示する表示装置及び前記判定の結果を記録する記憶装置の少なくとも何れかと接続されている、
電子装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載された電子装置を備える、
車両。
【請求項７】
内燃機関に固定されているノックセンサの緩みを検知する緩み検知方法であって、
Ａ／Ｄ変換処理回路において、前記ノックセンサが出力する信号を所定のサンプリング周期でデジタル値に変換するステップと、
デジタル処理回路において、前記Ａ／Ｄ変換処理回路が出力する該デジタル値を逐次取得し、逐次取得した前記デジタル値に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断した場合に、前記固定に緩みがあると判定するステップとを、
少なくとも備える、
緩み検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置に関し、特に、ノックセンサの固定の緩みを検出する機能を備えた電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両の内燃機関には、異常燃焼により生じるノッキングを検出するためのノックセンサが設けられており、検出された該ノッキングの振動強度は、内燃機関の駆動を制御する電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）によって解析される。該電子制御装置は、ノッキングの振動強度の解析結果から、該ノッキングを抑制しつつ、所望の燃焼効率及び出力性能が達成できるように、内燃機関に設けられた点火装置の点火タイミングを最適化する。
【０００３】
ノックセンサは、通常、内燃機関を構成するシリンダブロック等の外壁面と直接接触するように、例えばボルトなどの締結部材を用いて固定されるため、該外壁面を介して伝わるノッキング振動を感度良く検出することができる。しかし、その一方で、内燃機関が発する振動や熱によるダメージを受けやすく、例えばノックセンサの内部配線に短絡や断線が生じて、ノックセンサが故障する場合がある。また、故障までに至らなくとも、内燃機関が発する振動や熱によって、ノックセンサを固定する上記締結部材に緩みが生じ、内燃機関とノックセンサとの締結状態が不安定となって、ノッキング振動を精度良く検出できない場合がある。
【０００４】
このようなノックセンサの異常を検出するために、車両に搭載される電子制御装置には、ノックセンサの異常を検出するための異常検出装置が設けられている。例えば、特許文献１には、ノックセンサの内部配線の短絡や断線を検出することを目的に、バイアスが印加された該ノックセンサから出力されるセンサ信号に基づいて当該短絡及び断線を検出する回路を備えた電子制御装置が開示されている。引用文献１の該電子制御装置によれば、ノックセンサの内部で生じた短絡や断線などの異常が検出できるほか、該短絡の種類（天絡または地絡）も判別できる。
【０００５】
しかし、引用文献１の上記電子制御装置は、配線の短絡や断線などによるノックセンサの故障は判別できるものの、上述したようなノックセンサを固定する締結部材の緩みについては検出することができない。締結部材の緩みに係る不具合を検出するには、専用の検出回路が別途必要となるが、新たに設ける検出回路のサイズに応じて該電子制御装置が大型化し、また、製造コストも上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような背景から、ノックセンサを固定する締結部材の緩みが検出できる機能を備えた電子装置を低コストで実現することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様は、内燃機関に締結部材によって固定されているノックセンサと接続された電子装置である。本電子装置は、前記ノックセンサが出力する信号を所定のサンプリング周期でデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換処理回路と、前記Ａ／Ｄ変換処理回路が出力する該デジタル値を逐次取得するデジタル処理回路と、を少なくとも備え、前記デジタル処理回路は、逐次取得した前記デジタル値に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断した場合に、前記締結部材に緩みがあると判定する。
本発明の他の態様によると、前記デジタル処理回路は、逐次取得した前記デジタル値に、前記入力レンジの最大値以上または最小値以下の数値が連続して含まれる場合に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断する。
本発明の他の態様によると、前記デジタル処理回路は、逐次取得した前記デジタル値に、前記入力レンジの最大値の９８％以上または該最大値の２％以下の数値が連続して含まれる場合に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断する。
本発明の他の態様によると、前記デジタル処理回路は、前記数値の連続する頻度に応じて、前記締結部材の緩みの程度を判定する。
本発明の他の態様によると、前記デジタル処理回路は、前記判定の結果を表示する表示装置及び当該判定結果を記録する記憶装置の少なくとも何れかと接続されている。
本発明の他の態様は、上記電子装置を備える車両である。
本発明の他の態様は、内燃機関に固定されているノックセンサの緩みを検知する緩み検知方法である。本緩み検知方法は、Ａ／Ｄ変換処理回路において、前記ノックセンサが出力する信号を所定のサンプリング周期でデジタル値に変換するステップと、デジタル処理回路において、前記Ａ／Ｄ変換処理回路が出力する該デジタル値を逐次取得し、逐次取得した前記デジタル値に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断した場合に、前記固定に緩みがあると判定するステップとを、少なくとも備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電子装置に接続されるノックセンサから出力される信号波形を示す図である。
【図３】本実施形態に係る電子装置における処理の手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置の構成を示すブロック図である。本電子装置１００は、例えば車両１６０に搭載され該車両のエンジン１３０の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。
【００１１】
本電子装置１００は、例えばボルトなどの締結部材１１０ａによって前記エンジン１３０の外壁面に固定されたノックセンサ１１０と、内燃機関１３０において燃料に所定のタイミングで点火する点火装置１２０とに接続されている。なお、本電子装置１００は、ノックセンサ１１０及び点火装置１２０のみならず、エンジン１３０に設けられた複数のセンサ（例えば、冷却水温センサなど）及び制御装置（例えば、燃料噴射装置など）とも接続されて、上記エンジン１３０を包括的に制御するものであるが、理解を容易にするために、図１では、ノックセンサ１１０及び点火装置１２０との接続関係のみを示すものとし、また、以下の説明においても、ノックセンサ１１０及び点火装置１２０に係る制御についてのみ説明するものとする。
【００１２】
ノックセンサ１１０は、例えば非共振型のノックセンサであって、中央にボルトなどの締結部材１１０ａを挿入するための貫通孔が形成されており、当該締結部材１１０ａによって、エンジン１３０のシリンダブロックなどに直接固定される。なお、ノックセンサ１１０の当該固定には、ボルトやネジのような締結部材に限らず、例えば、クリップ、ベルト式の固定具または接着剤などの該ノックセンサの固定が可能なものであれば、どのようなものでも使用できる。また、ノックセンサ１１０は、エンジン１３０の内部において異常燃焼を起こした場合に生じるノッキングの振動を検出し、検出した当該ノックセンサ信号を電子装置１００の入力回路１０２に出力する。
【００１３】
入力回路１０２は、例えばバンドパスフィルターを構成する電気回路を含んでおり、前記ノックセンサ１１０が検出したノックセンサ信号のうち、エンジン１３０の内部で生じたノッキングの周波数成分に含まれない低周波数帯及び高周波数帯のノイズを除去し、例えば５ｋＨｚ以上２５ｋＨｚ以下のノックセンサ信号のみが通過するように構成されている。
【００１４】
また、入力回路１０２は、次段のＡ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジ（例えば０〜５Ｖ）の範囲内に当該ノッキングに係る振動の振幅の全てが収まるように、例えば中心が２．５Ｖの信号波形となるように当該ノックセンサ信号の出力を調節するゲイン調節回路も有している。
【００１５】
入力回路１０２で処理されたノックセンサ信号ＶＮは、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４に入力され、例えば１０〜２０μs程度のサンプリング周期毎にデジタル値ＶCADに変換される。
【００１６】
Ａ／Ｄ変換処理回路１０４から出力された上記デジタル値ＶCADは、デジタル処理回路１０６に入力される。なお、デジタル処理回路１０６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のデジタル回路により構成され、例えばＡ／Ｄ変換処理回路１０４によりデジタル変換された前記ノックセンサ信号を、離散フーリエ変換等の演算を行って、エンジン１３０の固有周波数帯における振動強度を検出することにより、当該エンジン１３０のノッキングを検出する。
【００１７】
また、デジタル処理回路１０６は、ノッキングを検出した場合には点火時期が遅角側となるように上記点火装置１２０を制御し、また、ノッキングを検出しない場合には、点火時期が進角側となるように上記点火装置１２０を制御することで、ノッキング及びトルク低下を抑制する。
【００１８】
さらに、デジタル処理回路１０６は、電子装置１００が検出した異常の内容を表示する表示装置１４０や故障診断装置１５０とも接続されており、必要に応じて、検出した異常を表示装置１４０や故障診断装置１５０に出力する。表示装置１４０は、例えば文字や映像などによって当該異常の内容をドライバーに通知し、また、故障診断装置１５０は、例えば当該異常の事象を解析し、解析結果を該故障診断装置１５０内に設けられた記憶装置などに保存する。
【００１９】
次に、図２（ａ）、（ｂ）を参照して、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４に入力される直前のノックセンサの信号波形２００，２１０について説明する。図２（ａ）に示す信号波形２００は、ノックセンサ１１０を固定する締結部材１１０ａに緩みがなく、正常な取り付け状態にあるノックセンサ１１０から出力されたノックセンサ信号であって、当該ノックセンサ信号の電圧値ＶＮの時間的変化を示す信号波形である。一方、図２（ｂ）に示す信号波形２１０は、当該締結部材に緩みがあり、前記シリンダブロックに対して可動するノックセンサ１１０から出力されたセンサ信号であって、ノックセンサ信号の電圧値ＶＮの時間的変化を示す典型的な信号波形である。なお、図２（ａ）（ｂ）の信号波形２００、２１０は、入力回路１０２において同一のゲインで出力された信号波形である。
【００２０】
ノックセンサ１１０の締結部材１１０ａに緩みがない場合には、信号波形２００のように、ノックセンサ電圧ＶＮを構成するピーク状の波形の最大値及び最小値は、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジである０〜５Ｖの範囲内に収まっている。一方、ノックセンサ１１０の締結部材１１０ａに緩みがある場合には、信号波形２１０のように、当該信号波形を構成する複数のピーク状の波形のうち、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジの最大値である５Ｖを超えるピーク（ピークＰ１、Ｐ３）や、当該入力レンジの最小値である０Ｖを下回るピーク（ピークＰ２、Ｐ４）が観測される。
【００２１】
例えば、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４の入力側において、当該入力レンジの範囲外の値を含むピーク（Ｐ１〜Ｐ４）を検出するための専用回路を追加すれば、当該締結部材１１０ａの緩みについて常時監視することができ、また、締結部材１１０ａに緩みにも適宜対応することができる。しかしながら、このような専用の検出回路を設けると、追加した検出回路の大きさに応じて電子装置１００が大型化し、また、電子装置１００の製造コストも上昇するという問題が生じる。
【００２２】
本実施形態に係る電子装置１００では、上記のような専用の検出回路を設けることなく、特に、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４から出力されるデジタル値ＶCADに基づいて、締結部材１１０ａの緩みを判定する。具体的には、デジタル処理回路１０６は、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４から出力される一定のサンプリング周期で変換されたデジタル値ＶCADを逐次取得して、当該逐次取得したデジタル値ＶCADが、連続してＡ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジの上限近傍（〜５Ｖ）以上となる場合、または、連続して該入力レンジの下限近傍（〜０Ｖ）以下となる場合に、上記締結部材１１０ａに緩みがあると判定する。
【００２３】
このように、入力レンジの上限近傍以上の数値または入力レンジの下限近傍以下の数値が「連続」した場合においてのみ、締結部材１１０ａに緩みがあると判定することによって、締結部材１１０ａの緩みに由来しない信号（例えば、当該入力レンジの範囲を一度だけ超えるようなスパイクノイズなど）による誤判定を避けることができ、精度良く締結部材１１０ａの緩みを判定することができる。
【００２４】
以下、一例として、本電子装置１００において、デジタル処理回路１０６が逐次取得するデジタルデータＶCADが、２回連続してＡ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジの上限近傍（〜５Ｖ）以上となった場合、または、２回連続してＡ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジの下限近傍（〜０Ｖ）以下となった場合において、上記締結部材１１０ａに緩みがあると判定する処理フローを備える場合について示す。
【００２５】
図３に示す処理フローを参照して、当該処理の手順を説明する。本処理は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、本処理のプログラムが書き込まれたＲＯＭ（Read Only Memory）、データの一時記憶のためのＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するコンピュータで構成されるデジタル処理回路１０６が、当該プログラムを実行することにより実現される。また、本処理は、電子装置１００の電源がオンされたときに開始し、オフされたときに終了する。
【００２６】
まず、電子装置１００の電源がオンされると、入力レンジの範囲外となるＶCADの頻度をカウントするフラグを初期値（フラグ＝０）に設定する（Ｓ４０２）。入力回路１０２から出力されるノックセンサ信号の電圧ＶＮは、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４において、例えば２０μsのサンプリング周期でデジタル値ＶCADに変換され、デジタル処理回路１０６に入力される。
【００２７】
デジタル処理回路１０６は、該ＶCADを逐次取得（Ｓ４０４）し、逐次取得した上記ＶCADが、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジの上限近傍（〜５Ｖ）以上、または、下限近傍（〜０Ｖ）以下にあるか否かを判定する（Ｓ４０６）。
【００２８】
ここで、Ａ／Ｄ変換処理回路の仕様によっては、例えば当該Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの最大値以上及びまたは最小値以下の電圧値ＶＮが、デジタル値ＶCADに変換されない場合がある。このため、本処理フローのＳ４０６の判定の基準となる上限及び下限の設定において、入力レンジ内の値が一部含まれるように最大値及び最小値に対して一定のマージンを設けることが好ましい。本処理フローでは、例えば判定の基準となるＶCADの上限を入力レンジの最大値の２％（０．１Ｖ）に設定すると共に、判定の基準となるＶCADの下限を入力レンジの最大値の９８％（４．９Ｖ）に設定することにより、Ａ／Ｄ変換処理回路の仕様に基づく誤作動を防止するように構成されている。なお、入力レンジの最大値以上及びまたは最小値以下のデジタル値ＶCADが得られるＡ／Ｄ変換処理回路の場合には、Ｓ４０６の処理における判定基準を、例えばＶCAD≧５ＶまたはＶCAD≦０Ｖとして、入力レンジの最大値及び最小値を判定基準の境界として利用することができる。
【００２９】
本処理フローのＳ４０６において、ＶCAD≧４．９またはＶCAD≦０．１を満たさない場合（Ｓ４０６：Ｎｏ）、すなわち、入力レンジの範囲内にある場合は、Ｓ４０２に処理が戻され、処理が繰り返される。一方、ＶCAD≧４．９またはＶCAD≦０．１を満たす場合（Ｓ４０６：Ｙｅｓ）には、入力レンジを超えるＶCADとして判定されたあと、Ｓ４０８において、フラグに格納された値が０または１の何れであるのかが判定される。フラグが０の場合（Ｓ４０８：Ｎｏ）は、フラグを１に設定（Ｓ４１０）して、Ｓ４０４に処理が戻される。そして、当該処理が戻された直後にサンプリングされたＶCADが、再度、Ｓ４０６に示す条件を満たす場合（Ｓ４０６：Ｙｅｓ）には、デジタルデータＶCADが２回連続してＡ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジの範囲外となったものと判定され、これにより、デジタル処理回路１０６は、ノックセンサ１１０を固定する締結部材１１０ａに緩みがあるものと判定する。
【００３０】
そして、デジタル処理回路１０６は、例えば、表示装置１４０及びまたは故障診断装置１５０に締結部材１１０ａに緩みが存在する旨の情報を出力する。表示装置１４０は、文字や映像などによって締結部材１１０ａに緩みが存在する旨をドライバーに通知し、また、故障診断装置１５０内の記憶装置などに当該緩みの情報を保存する。
【００３１】
なお、本実施形態の電子装置１００では、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジの範囲外となるデジタルデータＶCADが２回連続して逐次取得された場合に、ノックセンサ１１０を固定する締結部材１１０ａに緩みがあると判定したが、これに限らず、当該デジタルデータＶCADが連続する頻度の設定を３回以上に設定することもできる。また、本処理フローのＳ４０６では、ＶCAD≧４．９とＶCAD≦０．１との２つの条件式が使用されているが、これに限らず、どちらか一方の条件式のみを使用するように当該処理フローを構成してもよい。
【００３２】
また、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジを超える期間（例えば、図２（ｂ）に示すピークＰ１の期間ａｂまたはピークＰ２の期間ｃｄ）の長さは、締結部材１１０ａの緩みの程度と一定の相関があり、例えば、当該期間が長くなると、締結部材１１０ａの緩みの程度も大きくなるという傾向が認められている。したがって、当該期間においてＡ／Ｄ変換されたデジタルデータＶCADが、入力レンジの範囲外として連続して出現する回数を算出すれば、締結部材１１０ａの緩みの程度を評価することができる。例えば、上記回数と、緩みによって生じた締結部材１１０ａとノックセンサ１１０との隙間の間隔との関係を予め算出しておけば、当該回数によって締結部材１１０ａの緩みの進度を評価することもできる。
【００３３】
なお、図３に示す本処理フローは、ノックセンサ１１０を固定する締結部材１１０ａの緩みの検出のみに限られるものではなく、例えば、異常が発生した際のノックセンサ１１０の信号出力に、Ａ／Ｄ変換処理回路１０４の入力レンジの範囲外となる出力が含まれる異常態様であるならば、当該異常の検出に本処理フローを適用することができる。
【００３４】
以上、説明したように、本実施形態に係る電子装置は、内燃機関に締結部材によって固定されているノックセンサと接続された電子装置であって、該電子装置は、前記ノックセンサが出力する信号を所定のサンプリング周期でデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換処理回路と、前記Ａ／Ｄ変換処理回路が出力する該デジタル値を逐次取得するデジタル処理回路と、を少なくとも備え、前記デジタル処理回路は、逐次取得した前記デジタル値に、前記Ａ／Ｄ変換処理回路の入力レンジの範囲外の値が含まれると判断した場合に、前記締結部材に緩みがあると判定する。
【００３５】
この構成により、ノックセンサを固定する締結部材の緩みを検出するための専用の検出回路を設けずとも、車両に搭載される電子装置が通常備えるＡ／Ｄ変換処理回路及びデジタル処理回路のみで締結部材の緩みが検出できるため、製造コストを上昇させることなく、締結部材の緩みが検出できる電子装置を実現することができる。
【００３６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００・・・電子装置、１０２・・・入力回路、１０４・・・Ａ／Ｄ変換処理回路、１０６・・・デジタル処理回路、１１０・・・ノックセンサ、１１０ａ・・・締結部材、１２０・・・点火装置、１３０・・・エンジン、１４０・・・表示装置、１５０・・・故障診断装置、１６０・・・車両。
【図１】
2018048576.tif 000003
【図２】
2018048576.tif 000004
【図３】
2018048576.tif 000005