(57)【要約】【課題】ノッキングを高精度に判定できるようにしたノッキング判定装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ５２は、ノッキングセンサ６２の出力信号Ｓｎの時系列データである振動強度の時系列データに互いに異なる複数の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ処理を施す。ＣＰＵ５２は、各周波数の振動強度が閾値以上となる継続区間の長さを算出する。そして、ＣＰＵ５２は、低周波ほど、継続区間の長さが長いことを条件に、ノッキングが生じていると判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノッキングセンサの出力信号に基づき、内燃機関にノッキングが生じているか否かを判定するノッキング判定装置において、
前記ノッキングセンサの出力信号の時系列データから互いに異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタ処理と、
前記複数の周波数成分のそれぞれが、当該周波数成分に対応する閾値以上となっている継続区間の長さを算出する長さ算出処理と、
前記複数の周波数成分のそれぞれの前記継続区間の長さを比較する比較処理と、
前記比較結果に基づき、前記複数の周波数成分のうちの１つの周波数成分の継続区間の長さが、当該周波数成分よりも高周波の周波数成分の前記継続区間の長さよりも長いことを条件に、ノッキングが生じていると判定する判定処理と、を実行するノッキング判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノッキングセンサの出力信号に基づき、内燃機関にノッキングが生じているか否かを判定するノッキング判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば下記特許文献１には、ノッキングセンサの出力信号の時系列データから複数の周波数成分を抽出し、各周波数成分の時系列データの強度が閾値以上か否かに基づき、ノッキングが生じているか否かを判定するノッキング判定装置が記載されている。詳しくは、この装置では、各周波数成分を、その強度が閾値以上である場合に「１」とし閾値未満である場合に「０」として２値化し、各周波数成分毎且つ時系列上の位相毎に、２値化された時系列データと、ノッキングが生じている場合のマスタパターンデータとの積を算出し、それら積を積算する。そしてその積算値が大きい場合に、ノッキングが生じていると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５７３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記判定装置の場合、２値化された時系列データが全て「１」である場合、マスタパターンデータとは類似度が低くなるにもかかわらず、上記積算値が大きくなることから、ノッキングが生じていると判定されるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく、ノッキングセンサの出力信号に基づき、内燃機関にノッキングが生じているか否かを判定するノッキング判定装置において、前記ノッキングセンサの出力信号の時系列データから互いに異なる複数の周波数成分を抽出するフィルタ処理と、前記複数の周波数成分のそれぞれが、当該周波数成分に対応する閾値以上となっている継続区間の長さを算出する長さ算出処理と、前記複数の周波数成分のそれぞれの前記継続区間の長さを比較する比較処理と、前記比較結果に基づき、前記複数の周波数成分のうちの１つの周波数成分の継続区間の長さが、当該周波数成分よりも高周波の周波数成分の前記継続区間の長さよりも長いことを条件に、ノッキングが生じていると判定する判定処理と、を実行する。
【０００６】
ノッキングに伴う振動の周波数成分は、低周波ほど強度が大きい状態が長く継続する傾向がある。このため、上記構成では、比較処理によって、ノッキングに伴う振動の複数の周波数成分のそれぞれの継続区間の長さ同士を比較し、比較結果に基づきノッキングが生じていると判定する。このため、比較処理を実行しない場合と比べて、低周波ほど強度が大きい状態が長く継続する傾向を有するか否かを高精度に判定しつつノッキングを判定することとなり、ひいてはノッキングを高精度に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態にかかるノッキング判定装置および内燃機関を示す図。
【図２】同実施形態にかかるノッキングが生じているか否かを判定する処理の手順を示す流れ図。
【図３】ＰＣＶバルブのノイズの周波数成分毎の強度の推移を示すタイムチャート。
【図４】ピストンリングの摺動ノイズの周波数成分毎の強度の推移を示すタイムチャート。
【図５】ノッキングが生じている場合の周波数成分毎の強度の推移を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、ノッキング判定装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０の吸気通路１２には、その流路断面積を調整するスロットルバルブ１４が設けられており、スロットルバルブ１４の下流には、燃料噴射弁１６が設けられている。吸気通路１２に吸入された空気と、燃料噴射弁１６により噴射された燃料とは、吸気バルブ１８の開弁に伴って、シリンダ２２と、ピストンリング２４ａが設けられたピストン２４とによって区画される燃焼室２６内に流入する。燃焼室２６には、点火装置２８が露出しており、点火装置２８による火花放電によって、燃料と空気との混合気が燃焼に供される。混合気の燃焼エネルギは、ピストン２４を介してクランク軸３０の回転エネルギに変換される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ３２の開弁に伴って排気として、排気通路３４に排出される。
【０００９】
なお、クランクケース３６は、ＰＣＶ通路４０によって吸気通路１２に接続されている。ＰＣＶ通路４０には、クランクケース３６側の圧力が吸気通路１２側の圧力よりも所定圧以上高くなる場合に開弁する機械式の逆止弁（ＰＣＶバルブ４２）が設けられている。
【００１０】
制御装置５０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、スロットルバルブ１４や燃料噴射弁１６、点火装置２８等の内燃機関１０の操作部を操作する。制御装置５０は、制御量の制御に際して、クランク角センサ６０の出力信号Ｓｃｒや、ノッキングセンサ６２の出力信号Ｓｎを参照する。制御装置５０は、ＣＰＵ５２およびＲＯＭ５４を備えており、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより、上記制御量の制御を実行する。また、ＣＰＵ５２は、制御量の制御に際し、ノッキングの判定を行い、これに基づき点火装置２８の点火時期を操作する。
【００１１】
図２に、本実施形態にかかるノッキングが生じているか否かの判定に関する処理の手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が、たとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
【００１２】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず、ノッキングセンサ６２の出力信号Ｓｎの時系列データである、振動強度Ｄの時系列データを取得する（Ｓ１０）。本実施形態では、出力信号Ｓｃｒに基づき算出されるクランク角θの９０°ＣＡの長さの区間について、５°ＣＡ毎の振動強度Ｄの時系列データを取得する。次にＣＰＵ５２は、振動強度Ｄの推移と、ノッキングが生じたときの強度の推移との相関を定量化した形状相関係数を算出する（Ｓ１２）。具体的には、ＣＰＵ５２は、ノッキングが生じたときの強度の減衰速度と振動強度Ｄの減衰速度との類似度に応じて形状相関係数を算出する。次にＣＰＵ５２は、５°ＣＡ毎の振動強度Ｄを９０°ＣＡの区間に渡って積算した積算強度Ｓを算出する（Ｓ１４）。
【００１３】
次に、ＣＰＵ５２は、上記振動強度Ｄの時系列データについて、互いに異なる４つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４を中心周波数とするバンドパスフィルタ処理を実行する（Ｓ１６）。ここで、「ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４」である。これにより、周波数ｆ１を中心周波数とする周波数成分の振動強度Ｄ１と、周波数ｆ２を中心周波数とする周波数成分の振動強度Ｄ２と、周波数ｆ３を中心周波数とする周波数成分の振動強度Ｄ３と、周波数ｆ４を中心周波数とする周波数成分の振動強度Ｄ４との、５°ＣＡ毎の９０°ＣＡに渡る時系列データが生成される。
【００１４】
次にＣＰＵ５２は、振動強度Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のそれぞれが、対応する閾値Ｄ１ｔｈ，Ｄ２ｔｈ，Ｄ３ｔｈ，Ｄ４ｔｈよりも大きくなる継続区間の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を算出する（Ｓ１８）。ここで、ＣＰＵ５２は、閾値Ｄ１ｔｈ，Ｄ２ｔｈ，Ｄ３ｔｈ，Ｄ４ｔｈを、ノッキングが生じていない場合の振動強度（バックグラウンドノイズの強度）が大きい場合に小さい場合よりも大きい値に可変設定する。これは、クランク軸３０の回転速度が高い場合には低い場合よりも内燃機関１０に生じる振動が大きくなることなどに鑑みたものである。ノッキングが生じていない場合の振動強度が変化するため、ノッキングが生じていない場合のその時々の振動強度に対して相対的に大きな強度の振動が生じることを条件に、ノッキングが生じていると判定すべく、上記可変設定処理を実行する。なお、可変設定処理は、たとえば、振動強度Ｄに基づきバックグラウンドノイズを検出し、これに基づき、閾値Ｄ１ｔｈ，Ｄ２ｔｈ，Ｄ３ｔｈ，Ｄ４ｔｈを可変設定する処理とすればよい。またたとえば回転速度ＮＥおよび内燃機関１０の負荷を入力として閾値Ｄ１ｔｈ，Ｄ２ｔｈ，Ｄ３ｔｈ，Ｄ４ｔｈを可変設定する処理としてもよく、さらに回転速度ＮＥおよび負荷に基づき可変設定した値を、検出したバックグラウンドノイズに基づき補正してもよい。
【００１５】
次にＣＰＵ５２は、振動強度Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のそれぞれの９０°ＣＡの区間の積算値である周波数別積算強度Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を算出する（Ｓ２０）。
次にＣＰＵ５２は、形状相関係数が所定値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ２２）。そしてＣＰＵ５２は、所定値よりも大きいと判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、積算強度Ｓが所定値Ｓｔｈよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２４）。ここでＣＰＵ５２は、閾値Ｄ１ｔｈ等を可変設定する理由と同様の理由から、バックグラウンドノイズの強度が大きい場合に小さい場合よりも所定値Ｓｔｈを大きい値に可変設定する。
【００１６】
ＣＰＵ５２は、所定値Ｓｔｈよりも大きいと判定する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、周波数別積算強度Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のそれぞれが、対応する所定値Ｓ１ｔｈ，Ｓ２ｔｈ，Ｓ３ｔｈ，Ｓ４ｔｈのそれぞれよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２６）。ここで、ＣＰＵ５２は、閾値Ｄ１ｔｈ等を可変設定する理由と同様の理由から、バックグラウンドノイズの強度が大きい場合に小さい場合よりも所定値Ｓ１ｔｈ，Ｓ２ｔｈ，Ｓ３ｔｈ，Ｓ４ｔｈを大きい値に可変設定する。
【００１７】
ＣＰＵ５２は、所定値Ｓ１ｔｈ，Ｓ２ｔｈ，Ｓ３ｔｈ，Ｓ４ｔｈのそれぞれよりも大きいと判定する場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、上記区間の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を比較し、低周波に対応する長さほど長い傾向があるか否かを判定する（Ｓ２８）。具体的には、低周波ほど長くなる傾向を示す「Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４」の関係を基本とし、同関係に対して長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のうちの互いに周波数が隣り合う特定の２つの大小関係が逆転しているものを許容する。ただし、ここでの「逆転」には、２つの大小関係がない場合、すなわち、互いにそれらが等しい場合を含むこととする。
【００１８】
ＣＰＵ５２は、「Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４」の関係が成立するか、同関係に対して長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のうちの互いに周波数が隣り合う特定の２つの大小関係が逆転している場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、低周波に対応する長さほど長い傾向があるとして、ノッキングが生じていると判定する（Ｓ３０）。
【００１９】
なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ３０の処理が完了する場合や、Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８の処理において否定判定する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで本実施形態の作用を説明する。
【００２０】
図３には、ＰＣＶバルブ４２の開閉に伴うノイズの各周波数成分の強度の推移を示し、図４には、ピストンリング２４ａがシリンダ２２の内壁面を摺動する際に生じるノイズの各周波数成分の強度の推移を示す。なお、図３に示すＰＣＶバルブ４２の開閉に伴うノイズは、クランクケース３６側の圧力が吸気通路１２側の圧力よりも上記所定圧だけ高い圧力付近で変動することによって生じるものである。図３に示すノイズや図４に示すノイズが生じる場合、Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６の処理の全てで肯定判定されうる。このため、Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６の処理のみによっては、ノッキングが生じているか否かを高精度に判定することができない。特に、燃焼室２６の圧縮比を高める設定がなされるほど、ピストンリング２４ａとシリンダ２２の内壁面との摩擦が大きく設定され、ひいては摺動する際に生じるノイズの強度が大きくなるため、この問題は深刻となる。
【００２１】
そこで本実施形態では、ＣＰＵ５２は、Ｓ２８の処理によって肯定判定することを条件に、ノッキングが生じていると判定する。これは、図５に示すように、ノッキングが生じる場合、低周波ほど、その振動強度が大きい状態の継続区間が長くなることに鑑みたものである。図３および図４に例示する各種ノイズの強度分布の場合、図５に示す傾向はないことから、Ｓ２８の処理によって肯定判定することを条件とすることにより、ノッキングが生じているか否かを高精度に判定することができる。
【００２２】
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。ノッキング判定装置は、制御装置５０に対応し、フィルタ処理は、Ｓ１６の処理に対応し、長さ算出処理は、Ｓ１８の処理に対応し、比較処理は、Ｓ２８の処理に対応し、判定処理は、Ｓ３０の処理に対応する。
【００２３】
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・Ｓ２６の処理を変更し、周波数別積算強度Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のそれぞれが、所定値Ｓ１ｔｈ，Ｓ２ｔｈ，Ｓ３ｔｈ，Ｓ４ｔｈのそれぞれよりも大きいか否かを判定する代わりに、周波数別積算強度Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の一部が、対応する所定値Ｓ１ｔｈ，Ｓ２ｔｈ，Ｓ３ｔｈ，Ｓ４ｔｈよりも大きいか否かを判定する処理としてもよい。
【００２４】
・Ｓ２８の処理を変更し、「Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４」であるか否かを判定する処理としてもよい。またたとえば、「Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４」、「Ｌ１≧Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４」「Ｌ１＞Ｌ２≧Ｌ３＞Ｌ４」、および「Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３≧Ｌ４」のいずれかに該当するか否かを判定してもよい。
【００２５】
・複数の周波数成分としては、４つに限らず、たとえば、２つであってもよく、３つであってもよく、５つ以上であってもよい。
・Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６の処理の少なくとも１つを削除してもよい。
【００２６】
・上記実施形態では、ＰＣＶバルブ４２の開閉に伴うノイズやピストンリング２４ａの摺動に伴うノイズをノッキングと切り分けることを例示したがこれに限らない。たとえば、内燃機関１０が吸気バルブ１８の開弁タイミングを変更するアクチュエータ等の各種アクチュエータを備える場合には、その動作に起因したノイズとノッキングとの切り分けを狙ってもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…燃料噴射弁、１８…吸気バルブ、２２…シリンダ、２４…ピストン、２４ａ…ピストンリング、２６…燃焼室、２８…点火装置、３０…クランク軸、３２…排気バルブ、３４…排気通路、３６…クランクケース、４０…ＰＣＶ通路、４２…ＰＣＶバルブ、５０…制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、６０…クランク角センサ、６２…ノッキングセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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