(57)【要約】【課題】ノック検出精度の低下を抑制することのできる内燃機関のノック検出装置を提供する。【解決手段】ノック検出装置は、内燃機関に設置されたノックセンサと、ノックセンサの検出値とノック判定レベルとを比較することで、ノックが発生したか否かを判定するエンジン電子制御ユニットとを備える。エンジン電子制御ユニットは、予め定めた高ノック発生頻度の所定クランク角範囲を除くように定められた所定クランク角範囲の手前の第一検出区画および所定クランク角範囲の後の第二検出区画を持つ。エンジン電子制御ユニットは、第一検出区画および第二検出区画のそれぞれにおける振動値を取得する。エンジン電子制御ユニットは、第一検出区画の振動値の平均値と、第二検出区画の振動値の平均値と、のうち相対的に小さな振動平均値を選択し、この相対的に小さな振動平均値に基づいてノック判定レベルを更新するように構築される。【選択図】図３
2019190318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設置されたノックセンサと、
前記ノックセンサの検出値とノック判定レベルとを比較することで、ノックが発生したか否かを判定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
予め定めた基準よりも高いノック発生頻度を持つ範囲として予め定められたクランク角範囲を所定クランク角範囲として、前記所定クランク角範囲を除くように予め定められた前記所定クランク角範囲の手前の第一検出区画および前記所定クランク角範囲の後の第二検出区画を記憶し、
前記第一検出区画および前記第二検出区画のそれぞれにおける振動値を前記ノックセンサの出力に基づいて取得し、
前記第一検出区画の振動値の平均値である第一振動平均値と、前記第二検出区画の振動値の平均値である第二振動平均値と、のうち相対的に小さな振動平均値を選択し、
前記相対的に小さな前記振動平均値に基づいて前記ノック判定レベルを設定するように構築されたノック検出装置。
【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、例えば特開平８−１５１９５０号公報に記載されているように、ノックセンサの検出値をなまし処理したバックグラウンド値に基づいてノック判定レベルを算出する技術が知られている。算出されたノック判定レベルをノックセンサの検出値と比較することで、ノック発生の有無を判定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５１９５０号公報
【特許文献２】特開２００５−１８８２９７号公報
【特許文献３】特開２０１３−０１５１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノックセンサの検出値が十分に大きい場合には上記従来の技術でもノック判定が正しく行われるので、ノック判定レベルが更新されることはない。しかし、直ちにノックとは判定されにくいほどの小さなノックの影響があったり、バルブ着座などの機械的特異ノイズの影響があったりすると、ノック判定レベルが少しずつ高まってしまう。ノック判定レベルが正しく算出されないと、ノック検出精度が低下する恐れがある。
【０００５】
すなわち、ノック判定レベルとして採用したいのは、エンジン回転および駆動軸回転に伴うピークを持たない定常的な振動である。これに対して、小さなノックおよび機械的特異ノイズは、ピーク値を持つノイズである。このようなピーク値を持つノイズがバックグラウンド値に算入されると、バックグラウンド値が大きくなりすぎてしまう。その結果、ノック判定レベルの正確な算出が妨げられ、ノック検出精度が低下するという問題があった。
【０００６】
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ことのできる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】
【０００７】
本発明にかかる内燃機関のノック検出装置は、
内燃機関に設置されたノックセンサと、
前記ノックセンサの検出値とノック判定レベルとを比較することで、ノックが発生したか否かを判定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
予め定めた基準よりも高いノック発生頻度を持つ範囲として予め定められたクランク角範囲を所定クランク角範囲として、前記所定クランク角範囲を除くように予め定められた前記所定クランク角範囲の手前の第一検出区画および前記所定クランク角範囲の後の第二検出区画を記憶し、
前記第一検出区画および前記第二検出区画のそれぞれにおける振動値を前記ノックセンサの出力に基づいて取得し、
前記第一検出区画の振動値の平均値である第一振動平均値と、前記第二検出区画の振動値の平均値である第二振動平均値と、のうち相対的に小さな振動平均値を選択し、
前記相対的に小さな前記振動平均値に基づいて前記ノック判定レベルを設定するように構築されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
小さなノッキングおよび機械的特異ノイズの影響が第一検出区画および第二検出区画の両方に現れることは稀である。本発明によれば、これら二つの区画の振動平均値のうち、相対的に小さな振動平均値を用いて適切なノック判定レベルを設定できる。従って、ノック検出精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に対する比較例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２】実施の形態に対する比較例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で実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】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５】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の動作を説明するための図である。
【図８】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９】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１０】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１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態にかかるベース振動算出技術およびこれを用いたノック検出装置．
実施の形態の説明に先立って、実施の形態の効果をわかりやすくするための比較例を説明する。図１は、実施の形態に対する比較例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１に示すように、比較例では、ゲート内の振動平均値からＢＧＬが算出される（ステップＳ２００）。
【００１１】
次に、得られたデータのバラツキが３σ以内か否かが判定される（ステップＳ２０２）。３σ以内である場合には、下記の式（１）に従ってベース振動が算出される（ステップＳ２０４）。
ベース振動＝前回ベース振動−（ＢＧＬ−前回ベース振動）／ＮＳＭ（なまし値）    ・・・（１）
【００１２】
図２は、実施の形態に対する比較例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。比較例の問題点を説明すると、比較例のロジックでは、ベース振動レベルを基準にした相対強度でノックを検出している。
【００１３】
図２に示すように、ベース振動の算出に０〜９０°ＣＡ区間での平均値を用いるので、次のような課題がある。第一に、３σ未満の小さなノックによりベース振動が上昇してしまうので、ノック判定精度が低下する問題がある。第二に、特異ノイズによりベース振動が上昇し、ノック判定精度が低下する問題がある。特異ノイズとは、着座、インジェクタ、ピストンスラップなどによるノイズである。
【００１４】
上記のようなノック判定精度低下の問題を解決するために、実施の形態によれば、ノック判定で利用するベース振動レベルの算出方法が改良された新規かつ独特のノック検出装置が提供される。実施の形態にかかるノック検出装置によれば、ノックおよび特異ノイズの影響を抑制しつつベース振動を精度良く算出することで、ノック判定精度を向上させることができる。
【００１５】
実施の形態にかかる内燃機関は、シリンダブロックおよびピストン等が組み立てられた内燃機関本体と、上記内燃機関本体に取り付けられたノックセンサと、エンジン電子制御ユニットと、を備えている。エンジン電子制御ユニットは、ノックセンサを含む各種センサ機器からの信号を受信するとともに、プログラムに従って演算処理を施して各種のエンジン機器アクチュエータに制御信号を供給する。実施の形態にかかる内燃機関のノック検出装置は、エンジン電子制御ユニットの一機能として実現される。ノック検出装置の検出結果は、内燃機関の点火プラグに対する点火時期制御へと反映される。
【００１６】
図３および図４を参照しつつ、ベース振動の算出方法について実施の形態と比較例との相違点を説明する。比較例と異なる第一の点として、実施の形態では、ノック発生位置がベース振動の算出に含まれないようにしている。ノック発生位置は、２０〜７０°ＣＡの範囲である。
【００１７】
図４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４に示すように、ノックゲートの前半および後半の区間のみをベース振動の算出に利用している。これは、比較例においては図２に示すように０〜９０°ＣＡの全域に渡って振動平均値を利用したのとは異なっている。
【００１８】
実施の形態では、一例として、ノックゲート前半は０〜２０°ＣＡの範囲であり、ノックゲート後半は７０〜９０°ＣＡの範囲であってもよい。実施の形態にかかるエンジン電子制御ユニットは、ノック検出区間が予め設定されている。ノック検出区間は、予め定めた所定クランク角範囲（すなわち２０〜７０°ＣＡ）を除くように設定されている。この所定クランク角範囲は、予め定めた基準よりも高いノック発生頻度を持つように設定された範囲である。実施の形態にかかるノック検出区間は、当該所定クランク角範囲の手前の第一検出区画（すなわち０〜２０°ＣＡ）および所定クランク角範囲の後の第二検出区画（すなわち７０〜９０°ＣＡ）である。
【００１９】
比較例とは異なる第二の点として、実施の形態においては、特異ノイズを極力含まないように、ゲート前半の平均強度とゲート後半の平均強度のうち小さい方の値をベース振動の算出に利用している。比較例では、このような平均強度の適切な選定がなされない。
【００２０】
図３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。このルーチンの各ステップの処理は、エンジン電子制御ユニットによって実施される。図３に示すように、ゲート前半の振動平均値を算出する演算処理Ａが実行される（ステップＳ１００）。次に、ゲート後半の振動平均値を算出する演算処理Ｂが実行される（ステップＳ１０２）。
【００２１】
上述したように、ノックゲート前半は０〜２０°ＣＡの範囲であり、ノックゲート後半は７０〜９０°ＣＡの範囲であるものとする。ステップＳ１００およびＳ１０２によれば、エンジン電子制御ユニットが、第一検出区画（すなわちノックゲート前半の０〜２０°ＣＡ）および第二検出区画（すなわちノックゲート後半の７０〜９０°ＣＡ）のそれぞれにおける振動値を取得するように構築されている。
【００２２】
次に、上記の演算処理Ａと演算処理Ｂでそれぞれ算出された振動平均値のうち、小さいほうの値が、ＢＧＬに代入される（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４によれば、エンジン電子制御ユニットが、第一検出区画の振動値の平均値である第一振動平均値と、第二検出区画の振動値の平均値である第二振動平均値と、のうち相対的に小さな振動平均値を選択的に用いることができる。
【００２３】
次に、図１のステップＳ２０４と同様の演算によって、ベース振動が算出される（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６によれば、エンジン電子制御ユニットが、ステップＳ１０４で選択された相対的に小さな振動平均値に基づいてノック判定レベルを設定および更新することができる。
【００２４】
小さなノッキングおよび機械的特異ノイズの影響が第一検出区画および第二検出区画の両方に現れることは稀である。したがって、これらの区画のうち相対的に小さな振動平均値を用いることで適切なノック判定レベルを設定できるので、ノック検出精度の低下を抑制することができる。
【００２５】
図５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。このルーチンの各ステップの処理は、エンジン電子制御ユニットによって実施される。
【００２６】
図５に示す既存のノック判定フローを説明すると、まず、０〜９０°ＣＡの区間にわたる振動平均値が算出される（ステップＳ１１０）。次に、ステップＳ１１０で算出された振動平均値を、図３のステップＳ１０６で算出されたベース振動の値で除算した値が、ノック強度として算出される（ステップＳ１１２）。
【００２７】
次に、ノック強度が、予め定められたノック判定閾値を超えているか否かが判定される（ステップＳ１１４）。ノック強度がノック判定閾値を超えていれば、ノックが発生していると判定される（ステップＳ１１６）。ノック強度がノック判定閾値を超えていなければ、ノックは発生していないと判定される（ステップＳ１１８）。
【００２８】
なお、ベース振動は、周波数振動区間差判定でも利用されてもよい。図５のルーチンによれば、エンジン電子制御ユニットが、ノックセンサの検出値とノック判定レベルとを比較することでノックが発生したか否かを判定することができる。
【００２９】
実施の形態にかかる他のノック判定技術．
ここで、比較例としてのノック判定技術を説明する。比較例にかかるノック判定技術では、第一周波数ｆ１〜第四周波数ｆ４それぞれの振動区間が下記の判定式に当てはまったときに、ノックが発生していると判定される。ただし、この比較例では、下記の式（２）で隣り合う二つの値が前後で入れ替わることについては許容される。
ｆ１振動区間＞ｆ２振動区間＞ｆ３振動区間＞ｆ４振動区間    ・・・（２）
【００３０】
これは、図６に示した傾向に当てはまっていることを意味する。しかし、第一周波数ｆ１〜第三周波数ｆ３まではノックの燃焼室横方向の一次周波数（ｆ１〜ｆ２付近）と縦方向の一次周波数（ｆ２〜ｆ３付近）とが重なるので、第一周波数ｆ１〜第三周波数ｆ３ではノック周波数の持続時間に一意な差が出ないことが判明している。ｆ１〜ｆ３の振動区間の差を取り入れると、ノック検出精度が低下するおそれがある。
【００３１】
また、ノイズでもバラツキ位によってｆ１振動区間＞ｆ４振動区間となるサイクルもあり、ノイズをノックであると誤判定してしまうケースもある。ｆ１振動区間＞ｆ４振動区間という単純な比較を取り入れてしまうと、ノック検出精度が低下するおそれがある。
【００３２】
そこで、実施の形態では、ノックの周波数特性を利用することで、ノックとノイズとの切り分け精度を向上させる技術も提供される。実施の形態では、周波数ごとにおけるノック振動の振動区間差を利用することで、ノック検出が行われる。図６および図７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および図７には、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それぞれを持つ振動波形が記載されている。ｆ１〜ｆ４は異なる４つの周波数であり、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４である。
【００３３】
図６に示すように、ノックの場合には、低周波の側ほど振動区間が長い。図７に示すように、ノイズの場合には、低周波の振動区間の長さが高周波の振動区間の長さと同等である。最も低周波の側の第一周波数ｆ１と、最も高周波の側の第四周波数ｆ４とで、波形を比較することで、振動区間差が算出される。
【００３４】
上記の波形比較の結果において、振動区間差が予め定めた基準区間差よりも大きい場合には、ノックが発生していると判定される。下記に示すノック判定用の式（３）の条件が成立した場合に、ノックが発生しているとみなされる。Ｑは、基準区間差であり、予め定めた定数である。
ｆ１振動区間−ｆ４振動区間  ＞  Ｑ  （単位：ＣＡ）    ・・・（３）
【００３５】
図８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８に示すノックにおける特性によれば、第一周波数ｆ１の振動区間が４０°ＣＡであり、第四周波数ｆ４の振動区間が１０°ＣＡであり、振動区間差が３０°ＣＡである。このように、ノック発生時には、振動区間差が十分に大きくなる。
【００３６】
また、図８に示すピストンリングノイズにおける特性によれば、第一周波数ｆ１の振動区間が１５°ＣＡであり、第四周波数ｆ４の振動区間が１５°ＣＡであり、振動区間差が０°ＣＡである。このように、ノイズの場合には、振動区間差が十分に小さくなる。したがって、これらの傾向を勘案してノックとノイズを十分な精度で切り分けられるように基準区間差Ｑの値を定めるとともに、この基準区間差Ｑ判定閾値として用いることができる。
【００３７】
図９〜図１１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９に示すように、波形ピークから減衰点までを特定することで、振動区間が算出されてもよい。具体的には、下記の式（４）を用いて算出された減衰判定レベルを用いて、振動区間が算出されてもよい。ｋは、所定の係数である。
減衰判定ライン＝ベース振動レベル  ×  ｋ      ・・・（４）
【００３８】
ここで、前述した図３のルーチンで算出されたベース振動レベルを、上記の式（４）に代入することができる。つまり、式（４）のベース振動レベルは、上述した図３のステップＳ１０６で算出された値を用いることができる。
【００３９】
図１０に示すように振動波形が例えば５°ＣＡごとのサンプリング波形である場合には、減衰点を補完計算してもよい。補完点（ｘ）は、図１１に示す方法で求めてもよい。第一検出値Ｖ１と第二検出値Ｖ２との間にある補完点Ｖｐを、パラメータａ、ｂ、およびｘを利用して算出する。
【００４０】
図１１に示すように、パラメータａは、Ｖ１とＶ２の差である。図１１に示すように、パラメータｂは、Ｖ１と減衰判定ラインとの差である。Ｖ１、Ｖ２、ａ、およびｂから、パラメータｘを求めることができる。パラメータｘがわかれば、波形ピーククランク角から第一検出値Ｖ１のクランク角までの区間長にさらにｘ°ＣＡを加算することで、振動区間を算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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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