(57)【要約】【課題】ノック検出精度の低下を抑制するように改良された内燃機関のノック検出装置を提供する。【解決手段】内燃機関のノック検出装置は、ノックセンサと、電子制御装置と、を備える。電子制御装置は、周波数解析によって得られた特定周波数についての第一振動強度を、予め定められた第一演算式で規格化することで、第一規格化強度を取得し、周波数解析によって得られた特定周波数よりも高い他の周波数についての第二振動強度を、予め定められた第二演算式で規格化することで、第二規格化強度を取得し、かつ、第一規格化強度と第二規格化強度との差分が、予め定められた閾値以上である場合には、ノックが発生していると判定するように構築されている。第一演算式は、第一規格化強度＝（第一波形積算値−第一なまし値）／σであり、第二演算式は、第二規格化強度＝（第二波形積算値−第二なまし値）／σである。【選択図】図７
2019190314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノックセンサと、
前記ノックセンサの出力信号を取得し、前記ノックセンサが検知した振動波形を周波数解析するように構築された電子制御装置と、
を備え、
前記電子制御装置は、
前記周波数解析によって得られた特定周波数についての第一振動強度を、予め定められた第一演算式で規格化することで、第一規格化強度を取得し、
前記周波数解析によって得られた前記特定周波数よりも高い他の周波数についての第二振動強度を、予め定められた第二演算式で規格化することで、第二規格化強度を取得し、かつ、
前記第一規格化強度と前記第二規格化強度との差分が、予め定められた閾値以上である場合には、ノックが発生していると判定するように構築されており、
前記第一演算式は、第一規格化強度＝（第一波形積算値−第一なまし値）／σであり、
前記第二演算式は、第二規格化強度＝（第二波形積算値−第二なまし値）／σであり、
前記第一波形積算値は、前記第一振動強度を予め定めた所定クランク角範囲に渡って積分した値であり、
前記第二波形積算値は、前記第二振動強度を前記所定クランク角範囲に渡って積分した値であり、
前記第一なまし値は、前記第一波形積算値を予め定めたなまし演算式で時間方向へと平滑化した値であり、
前記第二なまし値は、前記第二波形積算値を予め定めたなまし演算式で時間方向へと平滑化した値であり、
前記σは、前記特定周波数および前記他の周波数を含む複数の周波数それぞれの振動強度を合算したデータから算出した標準偏差である内燃機関のノック検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のノック検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００９−２５７３１６号公報に記載されているように、ノックセンサで検出された振動を周波数およびクランク角について解析し、予め記憶されたノック発生時データとの適合率が十分に高まったときにノックが発生したものとみなすノック検出装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５７３１６号公報
【特許文献２】特開２０１４−０３４８８８号公報
【特許文献３】特開２００３−０３５１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、予め、ノック発生時データが判定基準として記憶されている。しかしながら、ノック発生時にノックセンサが感知する振動は、エンジン機差に起因してある程度ばらつくことがある。ノック発生時に予め記憶されたデータパターンとは異なる振動が起きると、予め記憶された判定基準をそのまま使用することができない。このようにエンジン機差に起因してノック検出精度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ノック検出精度の低下を抑制するように改良された内燃機関のノック検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる内燃機関のノック検出装置は、
ノックセンサと、
前記ノックセンサの出力信号を取得し、前記ノックセンサが検知した振動波形を周波数解析するように構築された電子制御装置と、
を備え、
前記電子制御装置は、
前記周波数解析によって得られた特定周波数についての第一振動強度を、予め定められた第一演算式で規格化することで、第一規格化強度を取得し、
前記周波数解析によって得られた前記特定周波数よりも高い他の周波数についての第二振動強度を、予め定められた第二演算式で規格化することで、第二規格化強度を取得し、かつ、
前記第一規格化強度と前記第二規格化強度との差分が、予め定められた閾値以上である場合には、ノックが発生していると判定するように構築されており、
前記第一演算式は、第一規格化強度＝（第一波形積算値−第一なまし値）／σであり、
前記第二演算式は、第二規格化強度＝（第二波形積算値−第二なまし値）／σであり、
前記第一波形積算値は、前記第一振動強度を予め定めた所定クランク角範囲に渡って積分した値であり、
前記第二波形積算値は、前記第二振動強度を前記所定クランク角範囲に渡って積分した値であり、
前記第一なまし値は、前記第一波形積算値を予め定めたなまし演算式でなました値であり、
前記第二なまし値は、前記第二波形積算値を予め定めたなまし演算式でなました値であり、
前記σは、前記特定周波数および前記他の周波数を含む複数の周波数それぞれの振動強度を合算したデータから算出した標準偏差である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、標準偏差で規格化した規格化強度を用いることによって、機差によってノック判定閾値の適正値がばらつくことを抑制することができる。規格化強度を用いることによって、特定周波数の第一振動強度と他の周波数の第二振動強度とを絶対値比較する場合と比べて、比較判定をより簡単かつ正確に行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置の動作を説明するための図である。
【図２】実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置の動作を説明するための図である。
【図４】絶対値を用いたときのノック検出動作を説明するための図である。
【図５】σで規格化した相対値を用いたときのノック検出動作を説明するための図である。
【図６】実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置の動作を説明するための図である。
【図７】実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置で実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態にかかる内燃機関は、少なくとも一つの気筒が設けられたシリンダブロックと、気筒内に収められたピストンと、ピストンと連結されたクランクシャフトと、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサと、シリンダブロックに組み付けられたシリンダヘッドと、シリンダヘッドに設けられたポート噴射方式または直噴方式の燃料噴射インジェクタと、シリンダヘッドに設けられた点火プラグと、ノックセンサと、上記の各種センサおよび各種アクチュエータと信号を授受するエンジン電子制御ユニットと、を備えている。
【００１０】
エンジン電子制御ユニットは、ノックセンサの出力信号を取得し、ノックセンサが検知した振動波形を周波数解析するように構築されている。さらに、エンジン電子制御ユニットは、ノックセンサで検知したデータが予め定められた条件を満たした場合にノックが発生していると判定するように構築されている。実施の形態においては、この予め定められた条件は、後述する「第一規格化強度」と「第二規格化強度」との差分が、予め定められた閾値以上となったことである。
【００１１】
図１および図２は、実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置の動作を説明するための図である。図１には、「ノック発生時」においては、低周波数の側ほど振動強度が大きくなる様子が図示されている。図２には、「ノイズ発生時」においては、低周波数の側と高周波数の側とで同等の振動強度が観測される様子が図示されている。
【００１２】
第一周波数ｆ１、第二周波数ｆ２、第三周波数ｆ３、および第四周波数ｆ４は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４であり、ｆ１が最も低周波であり、ｆ４が最も高周波である。第一周波数ｆ１の波形と第四周波数ｆ４の波形とを比較する。具体的には、第一周波数ｆ１の波形から読み取られる第一強度値Ｐ１と、第一周波数ｆ１の波形の波形から読み取られる第四強度値Ｐ４と、を比較する。これらの強度値の差が予め定めた判定値よりも大きい場合には、ノックが発生しているものとする。
【００１３】
第一強度値Ｐ１は、第一周波数ｆ１の波形強度を０〜９０°ＣＡ［ＡＴＤＣ］で積算した値としてもよい。第四強度値Ｐ４は、第四周波数ｆ４の波形強度を０〜９０°ＣＡ［ＡＴＤＣ］で積算した値としてもよい。好ましくは、機差バラツキを吸収するために、σで規格化した相対強度を、波形強度の算出に利用してもよい。具体的なノック判定式として、下記の式（１）を利用してもよい。Ｃｆは所定閾値であり、予め定めた定数である。
｛（ｆ１波形積算値−ｆ１ｖｍｅｄ）／σ  −  （ｆ４波形積算値−ｆ４ｖｍｅｄ）／σ｝  ＞  Ｃｆ    ・・・（１）
【００１４】
図３は、実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置の動作を説明するための図である。図３には、ノック発生時における第一周波数ｆ１および第四周波数ｆ４それぞれの波形と、ピストンリングノイズ発生時における第一周波数ｆ１および第四周波数ｆ４それぞれの波形とが、まとめて図示されている。これらの波形は、５°ＣＡごとにサンプリングした値の波形である。
【００１５】
ノック発生時における第一周波数ｆ１および第四周波数ｆ４それぞれの波形を比較すると、強度差が明らかに大きいことが理解される。その一方で、ピストンリングノイズ発生時における第一周波数ｆ１および第四周波数ｆ４それぞれの波形を比較すると、波形に違いはあるものの、ノックの場合と比べて、ピストンリングノイズではピーク強度の差がほとんど無いことが理解される。
【００１６】
実施の形態では、好ましい形態として、第一周波数ｆ１および第四周波数ｆ４それぞれの強度波形について、「波形積算値」を算出する。「波形積算値」は、一例として０°ＣＡ〜９０°ＣＡ［ＡＴＤＣ］などの予めクランク角区間に渡って強度波形を積算した値である。波形積算値は、すなわち、図３において各波形のハッチング領域の面積に対応している。第一周波数ｆ１および第四周波数ｆ４それぞれの波形積算値を求めた後、これらの波形積算値の差分が予め定めた判定値に対して大きいか小さいかが判定される。強度差が明らかに大きいことが確認できれば、ノックが発生していると結論付けることができる。
【００１７】
波形積算値によれば、図３に示すような各波形の面積に基づく比較判定が実施できるので、図３の矢印Ａ１で図示したような緩やかなノック減衰をも含めてデータを取り入れることができる。面積を用いた比較方法を利用することで、強度差をより一層明確化することができる。
【００１８】
図４は、絶対値を用いたときのノック検出動作を説明するための図である。図５は、σで規格化した相対値を用いたときのノック検出動作を説明するための図である。図４および図５を用いて、σでの規格化について説明する。
【００１９】
機差振動バラツキを吸収するために、σで規格化した相対強度を、波形強度の算出に利用することが好ましい。図４に示す絶対値データの場合には、適合値が変化することに応じて、判定閾値が一意に定まらないという問題がある。すなわち、判定閾値を定める場合に、Ｎ＝１に適合させた値とＮ＝２に適合させた値とでは図４の最下段に示すように異なる値を閾値として定めるべきだからである。
【００２０】
図５に示すσ規格化後の相対値データでは、ｖｍｅｄ基準でのσ換算が施されている。ｖｍｅｄとは、波形積算のなまし中央値である。このσ換算が施されることで、異なる二つの周波数ｆ１、ｆ４でのデータの分布形状を比較演算可能な形態に変換することができる。その結果、判定閾値を一意に定めることができる。
【００２１】
図６は、実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置の動作を説明するための図である。図６を用いて、ｖｍｅｄの算出方法を説明する。第一周波数ｆ１に関して算出するｖｍｅｄを「ｆ１ｖｍｅｄ」とする。ｆ１ｖｍｅｄは下記の式（２）で求められる。
ｆ１ｖｍｅｄ  ＝  前回ｆ１ｖｍｅｄ＋（ｆ１波形積算値−前回ｆ１ｖｍｅｄ）／ＮＳＭ（なまし値）    ・・・（２）
【００２２】
上記の式（２）における「前回ｆ１ｖｍｅｄ」とは、上記の演算式を用いて前回算出したｆ１ｖｍｅｄの値である。ｆ１波形積算値とは、図３を用いて説明したように、０°ＣＡ〜９０°ＣＡ［ＡＴＤＣ］に渡って第一周波数ｆ１の強度波形を積算した値である。
【００２３】
第四周波数ｆ４に関して算出するｖｍｅｄを、「ｆ４ｖｍｅｄ」とする。ｆ４ｖｍｅｄは下記の式（３）で求めることができる。
ｆ４ｖｍｅｄ  ＝  前回ｆ４ｖｍｅｄ＋（ｆ４波形積算値−前回ｆ４ｖｍｅｄ）／ＮＳＭ（なまし値）    ・・・（３）
【００２４】
上記の式（３）における「前回ｆ４ｖｍｅｄ」とは、上記の演算式を用いて前回算出したｆ４ｖｍｅｄの値である。ｆ４波形積算値とは、図３を用いて説明したように、０°ＣＡ〜９０°ＣＡ［ＡＴＤＣ］に渡って第四周波数ｆ４の強度波形を積算した値である。
【００２５】
σは、第一周波数ｆ１〜第四周波数ｆ４の全ての波形強度を合算することで算出されることが好ましい。このように全ての周波数データを利用する理由は、σが安定するので個体差を吸収する精度が高いからである。合算波形強度が、「ｖｍｅｄ−σ」の範囲外つまり図６で「外側」を付した領域であるときは、下記の式（４）でσを算出する。
σ＝前回σ＋（１×ｔｄｖ）    ・・・（４）
【００２６】
一方、合算波形強度が、「ｖｍｅｄ−σ」の範囲の内側つまり図６で「内側」を付した領域であるときは、下記の式（５）でσを算出する。
σ＝前回σ＋（−２×ｔｄｖ）    ・・・（５）
【００２７】
ここで、ｔｄｖは、下記の式（６）で算出される。
ｔｄｖ＝（波形強度  −  前回ｖｍｅｄ）／ＮＳＭ２（なまし値）    ・・・（６）
【００２８】
なお、σを算出するときに用いるｖｍｅｄは、第一周波数ｆ１〜第四周波数ｆ４の波形を合算した合算波形について、上記の式（２）および式（３）で説明したのと同様の演算式に基づく演算を施した値である。
【００２９】
図７は、実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置で実行されるルーチンのフローチャートである。図７のルーチンの各ステップがエンジン電子制御ユニットによって実行されることによって、実施の形態にかかるノック検出装置が実現される。
【００３０】
図７のルーチンでは、まず、第一周波数ｆ１での波形強度が算出される（ステップＳ１００）。ここでは、第一周波数ｆ１の波形に基づいて、図３で例示したとおり、０〜９０°ＣＡにわたる波形積算値が算出される。
【００３１】
次に、第一周波数ｆ１での波形強度を、σ換算する処理が実行される（ステップＳ１０２）。第一周波数ｆ１での波形強度をσ換算したものを、「第一規格化強度」とも称す。エンジン電子制御ユニットは、周波数解析によって得られた特定周波数についての第一振動強度を、予め定められた下記の式（７）で規格化することで、第一規格化強度を取得するように構築されている。
第一規格化強度＝（ｆ１波形積算値−第一なまし値）／σ  ・・・（７）
【００３２】
式（７）において、ｆ１波形積算値は、第一振動強度を予め定めたクランク角範囲に渡って積分した値である。また、第一なまし値は、具体的には上記の式（１）および式（２）にかかる「ｆ１ｖｍｅｄ」であり、予め定めたなまし演算式でｆ１波形積算値を時間方向へと平滑化した値である。σは、特定周波数および他の周波数を含む複数の周波数それぞれの振動強度を合算したデータから算出した標準偏差である。
【００３３】
次に、第四周波数ｆ４での波形強度が算出される（ステップＳ１０４）。ここでは、第四周波数ｆ４の波形に基づいて、図３で例示したとおり、０〜９０°ＣＡにわたる波形積算値が算出される。
【００３４】
次に、第四周波数ｆ４での波形強度を、σ換算する処理が実行される（ステップＳ１０６）。第四周波数ｆ４での波形強度をσ換算したものを、「第二規格化強度」とも称す。エンジン電子制御ユニットは、周波数解析によって得られた特定周波数よりも高い第四周波数ｆ４についての振動強度を、予め定められた下記の式（８）で規格化することで、第二規格化強度を取得するように構築されている。
第二規格化強度＝（ｆ４波形積算値−第二なまし値）／σ  ・・・（８）
【００３５】
式（８）において、ｆ４波形積算値は、第二振動強度をクランク角範囲に渡って積分した値である。また、第二なまし値は、具体的には上記の式（１）および式（３）にかかる「ｆ４ｖｍｅｄ」であり、予め定めたなまし演算式でｆ４波形積算値を時間方向へと平滑化した値である。
【００３６】
次に、第一周波数ｆ１の波形強度をσ換算した値と第四周波数ｆ４の波形強度をσ換算した値との差分である「強度差」が算出され、この強度差が所定判定値Ｑｆよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８の判定結果が肯定（ＹＥＳ）である場合には、強度差が十分に大きいので、ノックが発生しているとの判定が下される（ステップＳ１１０）。ステップＳ１０８の判定結果が否定（ＮＯ）である場合には、強度差が大きくないので、ノックは発生していないとの判定が下される（ステップＳ１１２）。その後、今回のルーチンが終了する。
【００３７】
以上説明したように、実施の形態によれば、「規格化強度」を用いることによって、機差によってノック判定閾値の適正値がばらつくことを抑制することができる。規格化強度を用いることによって、特定周波数の第一振動強度と他の周波数の第二振動強度とを絶対値比較する場合と比べて、比較判定をより簡単かつ正確に行うこともできる。
【００３８】
ここで、従来技術を補足説明する。従来のノック判定技術には、振動強度、形状相関、および複数の周波数での強度判定などを用いてノック判定を行うものがある。ノック判定を行う上では、ノックとノイズとを正確に切り分けることが好ましい。しかしながら、ノックとの切り分けが難しいノイズが発生している実態がある。
【００３９】
すなわち、近年のエンジンは、高圧縮比化であったり、性能・燃費デバイスの追加および使用域の拡大がなされたりすることで、多様なノイズが発生する傾向にある。燃焼効率化により燃焼圧が高くなり、ベース振動が増大するという事情もある。ノイズの強度が増加することで、周波数特性も広帯域に渡って重畳するという事情もある。このようなノイズ事情によって近年ではノックとの切り分けが困難なノイズが発生しやすいので、従来のノック判定条件ではノック判定精度が低下してしまう問題があった。ノイズを誤検出すると、過遅角状態になり、加速不良に陥る問題もあった。
【００４０】
これに対し、上述した実施の形態では、上記のような問題点に対処するための工夫が施されたノック検出装置が提供されている。実施の形態によれば、ノックの周波数特性を利用してノックとノイズとの切り分け精度を向上させることで、精度良くノックを検出することができる。
【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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【図６】
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【図７】
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