(57)【要約】      （修正有）【課題】ノッキング検出時にノイズの発生要因のひとつである空燃比が変化した際に、ノッキングを判定する信号の周波数帯域を変更することで、ノッキングの検出精度を向上させる。【解決手段】振動検出手段３５と、フィルタ手段３８と、ノッキング判定手段４１とを備えた内燃機関のノッキング検出装置３６において、内燃機関１の排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度検出手段３２と、酸素濃度検出手段３２により検出された値に基づいて、空燃比が所定空然比よりリッチになったかどうかを判定するリッチ判定手段３９とを備え、リッチ判定手段３９により空燃比がリッチであると判定された場合には、フィルタ手段３８を通過させる信号の周波数帯域を変更する周波数帯域変更手段４０を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段からの信号を入力して、特定の周波数帯城の信号を通過させるフィルタ手段と、前記フィルタ手段を通過した信号に基づいて、前記内燃機関にノッキングが発生しているかどうかを判定するノッキング判定手段とを備えた内燃機関のノッキング検出装置において、前記内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段により検出された値に基づいて、空燃比が所定空然比よりリッチになったかどうかを判定するリッチ判定手段とを備え、前記リッチ判定手段により空燃比がリッチであると判定された場合には、前記フィルタ手段を通過させる信号の周波数帯域を変更する周波数帯域変更手段を備えたことを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関のノッキング検出装置に係り、特に、空燃比が変化した際のノッキング検出精度の向上を図った内燃機関のノッキング検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、異常燃焼（ノッキング）が発生した際に、ノッキング検出装置により異常燃焼時の振動周波数解析を行って、ノッキングが発生しているかどうかを判断している。ノッキング検出装置によりノッキングが発生していると判定された場合には、点火時期を遅角させる制御を行う。
ノッキングは、燃料（ガソリン）の自己着火によって発生するが、これを防止するには燃焼室内の燃焼温度を下げる必要が有り、点火時期を遅角して燃焼温度を下げることにより、ノッキングの発生を抑制している。
【０００３】
従来の内燃機関のノッキング検出装置には、特開平５−２８８１１４号公報に、内燃機関回転数が所定回転数以下であるとき、周波数解析結果での最大強度となる周波数を含む周波数帯域となるように、フィルタ手段を通過させる周波数に変更することで、ノッキング周波数の変化に追従できるようにした装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８８１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ノッキング検出装置においては、振動検出手段が検出する振動周波数の波形を解析して、ノッキング判定手段によりノック判定を行っている。ここで、ノッキングと同じ周波数にて振動する要因がある際に、ノイズが発生してしまうことがある。例えば、空燃比がリッチに変化した際にストイキ状態では発生しないピストンスラップが発生し、一般的なノッキングの周波数帯域である７〜８ｋＨｚ付近の振動を発生することがある。
このため、このピストンスラップの振動によるノイズを検出したノッキング検出装置は、ノッキングが発生していると誤判定してしまい、ノッキングが発生していないにも関わらず、点火時期を誤って遅角する制御が行われてしまうことがある。このような誤遅角の発生を防止するためには、その要因に対する制御の切り分けが必要となってくる。
【０００６】
この発明は、ノッキング検出時にノイズの発生要因のひとつである空燃比が変化した際に、ノッキングを判定する信号の周波数帯域を変更することで、ノッキングの検出精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、内燃機関に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段からの信号を入力して、特定の周波数帯城の信号を通過させるフィルタ手段と、前記フィルタ手段を通過した信号に基づいて、前記内燃機関にノッキングが発生しているかどうかを判定するノッキング判定手段とを備えた内燃機関のノッキング検出装置において、前記内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段により検出された値に基づいて、空燃比が所定空然比よりリッチになったかどうかを判定するリッチ判定手段とを備え、前記リッチ判定手段により空燃比がリッチであると判定された場合には、前記フィルタ手段を通過させる信号の周波数帯域を変更する周波数帯域変更手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、空燃比がリッチに変化した際にはノッキング特有の周波数帯域の信号と同等のノイズが発生するため、空燃比がリッチと判定された場合にはノッキング判定の周波数帯域を変更することで、ノッキング特有の周波数帯域と同等のノイズをカットする。これにより、この発明は、ノッキングの検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１はノッキング検出装置の概略構成図である。（実施例）
【図２】図２はノッキング検出装置のブロック図である。（実施例）
【図３】図３はノッキング検出装置によるノック判定のフローチャートである。（実施例）
【図４】図４は空燃比による振動強度の変化を示し、（Ａ）は空燃比がストイキでフィルタ周波数帯域が８ｋＨｚのときに発生している振動の概念図、（Ｂ）は空燃比がリッチでフィルタ周波数帯域が８ｋＨｚのときに発生している振動の概念図、（Ｃ）は空燃比がストイキでフィルタ周波数帯域が１８ｋＨｚのときに発生している振動の概念図、（Ｂ）は空燃比がリッチでフィルタ周波数帯域が１８ｋＨｚのときに発生している振動の概念図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１１】
図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図１において、内燃機関１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とシリンダヘッドカバー４とオイルパン５とを有し、シリンダブロック２に軸支したクランク軸６にコネクティングロッド７を介してピストン８を連結している。内燃機関１は、燃焼室９に連通する吸気ポート１０及び排気ポート１１を備え、吸気ポート１０及び排気ポート１１を開閉する吸気バルブ１２及び排気バルブ１３を備え、吸気バルブ１２及び排気バルブ１３を駆動する吸気カム軸１４及び排気カム軸１５をシリンダヘッド３に軸支している。
内燃機関１は、エアクリーナ１６と吸気管１７とサージタンク１８と吸気マニホルド１９とを順次に接続し、吸気ポート１０に連通する吸気通路２０を設けている。吸気管１７には、電動モータ２１で駆動されて吸気通路２０を開閉するスロットルバルブ２２を設けている。吸気マニホルド１９には、吸気ポート１０に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２３を取り付けている。また、内燃機関１は、排気マニホルド２４と触媒コンバータ２５と排気管２６とを順次に接続し、排気ポート１１に連通する排気通路２７を設けている。さらに、内燃機関１は、燃焼室９の燃料に着火する点火プラグ２８をシリンダヘッド３に設けている。
内燃機関１は、吸気管１７に吸入空気量を検出するエアフローメータ２９を設け、吸気管１７にスロットルバルブ２２の開度を検出するスロットル開度センサ３０を設け、サージタンク１８に吸気圧力を検出する圧力センサ３１を設け、排気マニホルド２４に排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段である酸素センサ３２を設け、シリンダブロック２に内燃機関１の回転速度を検出するためクランク角を検出するクランク角センサ３３を設け、シリンダブロック２に冷却水温度を検出する水温センサ３４を設け、シリンダブロック２に内燃機関１のノッキングによる振動を検出する振動検出手段であるノックセンサ３５を設けている。
前記電動モータ２１と、燃料噴射弁２３と、点火プラグ２８と、エアフローメータ２９と、スロットル開度センサ３０と、圧力センサ３１と、酸素センサ３２と、クランク角センサ３３と、水温センサ３４と、ノックセンサ３５とは、ノッキング検出装置３６の制御手段３７に接続されている。
【００１２】
前記ノッキング検出装置３６の制御手段３７は、図２に示すように構成されている。制御手段３７には、前記酸素センサ３２とノックセンサ３５とを接続している。酸素センサ３２は、排気ガス中に含まれる酸素の濃度に応じた信号を制御手段３７に出力する。ノックセンサ３５は、内燃機関１のノッキング時の微振動を起電力に変換し、ノッキングを検出する信号を制御手段３７に出力する。
制御手段３７は、フィルタ手段３８と、リッチ判定手段３９と、周波数帯域変更手段４０と、ノッキング判定手段４１とを備えている。
前記フィルタ手段３８は、ノックセンサ３５からの信号を入力して、特定の周波数帯城の信号を通過させる。前記リッチ判定手段３９は、酸素センサ３２により検出された排気ガス中に含まれる酸素濃度の値に基づいて、燃焼室９に供給される混合気の空燃比（実空燃比）が所定空然比（ストイキ）よりリッチになったかどうかを判定する。前記周波数帯域変更手段４０は、リッチ判定手段３９により空燃比がリッチであると判定された場合には、フィルタ手段３８を通過させる信号の周波数帯域を変更する。前記ノッキング判定手段４１は、周波数帯域が変更されたフィルタ手段３８を通過した信号に基づいて、内燃機関１にノッキングが発生しているかどうかを判定する。
制御手段３７は、ノッキング判定手段４１の判定結果を次段の点火時期制御装置に出力し、ノッキングが発生していると判定された場合には点火時期を遅角させる制御を行う。
【００１３】
次に作用を説明する。
ノッキング検出装置３６は、図３に示すように、制御手段３７によって、ノック判定のプログラムがスタートすると（Ｓ０１）、各種センサの検出信号によりノッキングの判定を行うノック領域であるかを判断する（Ｓ０２）。
この判断（Ｓ０２）がＮＯの場合は、プログラムをエンドにする（Ｓ０７）。この判断（Ｓ０２）がＹＥＳの場合は、リッチ判定手段３９により空燃比が所定空然比よりリッチになったかを判断する（Ｓ０３）。
この判断（Ｓ０３）がＮＯ（空燃比が所定空然比）の場合は、周波数帯域変更手段４０によるフィルタ手段３８を通過させる信号の周波数帯域の変更を行わず（Ｓ０４）、通常のフィルタ周波数帯域（例えば、図４（Ａ）に示す８ｋＨｚ）、ウインドウ幅（例えば、図４（Ａ）に示す４０°ＣＡ）により振動周波数解析を行い、ノッキング判定手段４１によりノッキングが発生しているかどうかを判断する（Ｓ０５）。
ノッキング発生を示す強度の振動が発生していず、この判断（Ｓ０５）がＮＯの場合は、プログラムをエンドにする（Ｓ０７）。ノッキング発生を示す強度の振動が発生していて、この判断（Ｓ０５）がＹＥＳの場合は、ノッキング判定手段４１のノッキングが発生しているとの判定を次段の点火時期制御装置に出力して点火時期を遅角させる制御を行い（Ｓ０６）、プログラムをエンドにする（Ｓ０７）。
一方、前記判断（Ｓ０３）がＹＥＳ（空燃比がリッチ）の場合は、周波数帯域変更手段４０によりフィルタ手段３８を通過させる信号の周波数帯域の変更を行い（Ｓ０８）、通常とは異なるフィルタ周波数帯域（例えば、図４（Ｃ）に示す１８ｋＨｚ）、ウインドウ幅（例えば、図４（Ｃ）に示す２０°ＣＡ）により振動周波数解析を行い、ノッキングが発生しているかどうかを判断する（Ｓ０５）。
ノッキング発生を示す強度の振動が発生していず、この判断（Ｓ０５）がＮＯの場合は、プログラムをエンドにする（Ｓ０７）。ノッキング発生を示す強度の振動が発生していて、この判断（Ｓ０５）がＹＥＳの場合は、ノッキング判定手段４１のノッキングが発生しているとの判定を次段の点火時期制御装置に出力して点火時期を遅角させる制御を行い（Ｓ０６）、プログラムをエンドにする（Ｓ０７）。
【００１４】
このノッキング検出装置３６は、酸素センサ３２の検出する値により実空燃比がリッチになった場合にフィルタ周波数帯域とウィンドウ幅を変更する。具体的には、空燃比がリッチになった状態でノイズが周波数７〜８ｋＨｚに発生した場合（図４（Ａ）→（Ｂ））に、フィルタを１５〜１８ｋＨｚ付近のものへと変更し（図４（Ｄ））、ノイズをカットすることによってノッキングの検知性を向上させる。
また、空燃比のリッチ化によるノイズは、長期間振動が続く傾向にあるため（図４（Ｂ）、（Ｄ））、ウインドウ幅を狭く設定することによりノッキングの検知性の向上を図ることができる。
【００１５】
このように、ノッキング検出装置３６は、空燃比がリッチに変化した際にはノッキング特有の周波数帯域の信号と同等のノイズが発生するため、空燃比がリッチと判定された場合にはノッキング判定の信号の周波数帯域を変更することで、ノッキング特有の周波数帯域と同等のノイズをカットする。
これにより、このノッキング検出装置３６は、ノッキングの検出精度を向上することができる。
なお、上述実施例においては、酸素センサ３２の検出する排気ガスの空燃比がリッチになったことをトリガとして周波数帯域を変更したが、空燃比の代わりに、内燃機関制御装置にて設定している目標空燃比がリッチになったことをトリガとして周波数帯域を変更することもできる。また、通常空燃比用のフィルタ周波数帯域とリッチ空燃比用のフィルタ周波数帯域との二つ使用して解析結果を比較し、二つの解析結果が乖離し姶めた箇所をトリガとして周波数帯域を変更することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
この発明では、ノイズの発生要因のひとつである空燃比が変化した際に、ノッキングを判定する信号の周波数帯域を変更することでノッキングの検出精度を向上させるものであり、酸素濃度を検出可能な検出手段を備えた内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００１７】
１  内燃機関
９  燃焼室
２０  吸気通路
２７  排気通路
２９  エアフローメータ
３０  スロットル開度センサ
３１  圧力センサ
３２  酸素センサ
３３  クランク角センサ
３４  水温センサ
３５  ノックセンサ
３６  ノッキング検出装置
３７  制御手段
３８  フィルタ手段
３９  リッチ判定手段
４０  周波数帯域変更手段
４１  ノッキング判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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