(57)【要約】【課題】実運転時の検出信号にノッキング以外の信号成分が重畳しているか否かの判定を可能とするノッキング判定装置を提供する。【解決手段】エンジンに設けられた振動センサ２からの検出信号を処理してノッキングの発生有無を判定するノッキング判定装置１において、所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値の分布のうち、最多数域のＲＭＳ値が所定基準値より大きく、かつ、その分布幅が所定範囲内である場合に、ノッキング以外の振動成分が重畳していると判定して該ノッキング以外の振動成分を除去してノッキング判定を行う構成とする。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに設けられたノッキング検出用センサからの検出信号を処理してノッキングの発生有無を判定するノッキング判定装置において、所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値の分布のうち、最多数域のＲＭＳ値が所定基準値より大きく、かつ、その分布幅が所定範囲内である場合に、ノッキング以外の信号成分が重畳していると判定して該ノッキング以外の信号成分を除去してノッキング判定を行うことを特徴とするエンジンのノッキング判定装置。
【請求項２】
エンジンに設けられた振動センサからの検出信号を処理してノッキングの発生有無を判定するノッキング判定装置において、所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値の中で所定の閾値を上回るＲＭＳ値の積算値の該所定燃焼サイクルでの平均値に対する分布が所定範囲内である場合に、ノッキング以外の振動成分が重畳していると判定して、該ノッキング以外の振動成分を除去してノッキング判定を行うことを特徴とするエンジンのノッキング判定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンのノッキング判定装置において、所定の閾値を上回るＲＭＳ値の積算値の平均値に対する分布が所定範囲内か否かの算定に当たって、該平均値と適正上限値との大小関係を比較し、適正上限値を超える場合には該平均値と該適正上限値との差分に所定定数を乗じて積算値の推定下限値を算定して、該推定下限値と前記積算値と大小関係を比較して推定下限値以下の場合に、ノッキング以外の振動成分が重畳していると判定し、該ノッキング以外の振動成分を除去してノッキング判定を行うことを特徴とするエンジンのノッキング判定装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンのノッキング判定装置において、前記ノッキング以外の振動成分の除去に当たって、積算値に前記所定定数の逆数を乗じた値と所定調整値との合算値から平均値を差し引いた値を除去値として、検出信号のＲＭＳ値から除去してノッキング判定を行うことを特徴とするエンジンのノッキング判定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のエンジンのノッキング判定装置において、所定の閾値を上回るＲＭＳ値の積算値の平均値に対する分布が所定範囲内か否かの算定に当たって、該平均値と適正下限値との大小関係を比較し、適正下限値を下回る場合には該適正下限値と該平均値との差分値を復帰値として、検出信号のＲＭＳ値に加算してノッキング判定を行うことを特徴とするエンジンのノッキング判定装置。
【請求項６】
請求項４に記載のエンジンのノッキング判定装置において、平均値と大小関係を比較する適正上限値の選定に当たって、定常運転時と過渡時とで適正上限値を使い分け、過渡時の適正上限値を定常運転時の適正上限値よりも小さい値としたことを特徴とするノッキング判定装置。
【請求項７】
請求項４に記載のノッキング判定装置において、検出信号のＲＭＳ値から除去値を減算したＲＭＳ値の中で所定の閾値以上の積算値をノッキング強度判定値として、該強度判定値がノッキング許容限界との相関から定まる所定の限界値以上となった場合にノッキング発生と判定して、該判定後の点火時期をリタードさせる機能を付加したことを特徴と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、エンジンに設けられた振動センサ等のノッキング検出用センサからの検出信号を処理してノッキングの発生有無を判定するノッキング判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのノッキング検出装置として、機械振動ノイズの影響を除去するために、予め運転状態に応じて記憶してある所定のバックグランドノイズ成分を差し引くように構成したものが特許文献１の段落番号００１４、００１９および図４に開示されている。
【特許文献１】特開平６−２７２６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来構成は検出信号から一律に運転状態に対応した所定のバックグランドノイズ成分を差し引く構成となっているが、検出信号にノッキング以外の信号成分が重畳している場合とそうでない場合があり、まずは検出信号にノッキング以外の信号成分が重畳しているか否かの判定が必要となる。
【０００４】
また、従来構成はあらかじめバックグランドノイズを測定しておく必要があるが、これはノッキングが発生しない状態で測定しなければならないため、測定が困難である。そして、バックグランドノイズは経時変化するので、判定精度の低下を防止するには、一度測定しても適宜の間隔で繰り返し測定しなければならない。
【０００５】
そこで、本発明の課題は実運転時の検出信号にノッキング以外の信号成分が重畳しているか否かの判定を運転中に可能とするノッキング判定装置を提供することである。
【０００６】
さらに、ノッキング以外の信号成分が重畳していると判定した場合にノッキング以外の信号成分を除去するノッキング判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、エンジンに設けられた振動センサ等のノッキング検出用センサからの検出信号を処理してノッキングの発生有無を判定するノッキング判定装置において、所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値の分布のうち、最多数域のＲＭＳ値が所定基準値より大きく、かつ、その分布幅が所定範囲内である場合に、ノッキング以外の振動成分が重畳していると判定して該ノッキング以外の振動成分を除去してノッキング判定を行うものである。
【０００９】
請求項２においては、エンジンに設けられた振動センサからの検出信号を処理してノッキングの発生有無を判定するノッキング判定装置において、所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値の中で所定の閾値を上回るＲＭＳ値の積算値の該所定燃焼サイクルでの平均値に対する分布が所定範囲内である場合に、ノッキング以外の振動成分が重畳していると判定して、該ノッキング以外の振動成分を除去してノッキング判定を行うものである。
【００１０】
請求項３においては、請求項２に記載のエンジンのノッキング判定装置において、所定の閾値を上回るＲＭＳ値の積算値の平均値に対する分布が所定範囲内か否かの算定に当たって、該平均値と適正上限値との大小関係を比較し、適正上限値を超える場合には該平均値と該適正上限値との差分に所定定数を乗じて積算値の推定下限値を算定して、該推定下限値と前記積算値と大小関係を比較して推定下限値以下の場合に、ノッキング以外の振動成分が重畳していると判定し、該ノッキング以外の振動成分を除去してノッキング判定を行うものである。
【００１１】
請求項４においては、請求項３に記載のエンジンのノッキング判定装置において、前記ノッキング以外の振動成分の除去に当たって、積算値に前記所定定数の逆数を乗じた値と所定調整値との合算値から平均値を差し引いた値を除去値として、検出信号のＲＭＳ値から除去してノッキング判定を行うものである。
【００１２】
請求項５においては、請求項４に記載のエンジンのノッキング判定装置において、所定の閾値を上回るＲＭＳ値の積算値の平均値に対する分布が所定範囲内か否かの算定に当たって、該平均値と適正下限値との大小関係を比較し、適正下限値を下回る場合には該適正下限値と該平均値との差分値を復帰値として、検出信号のＲＭＳ値に加算してノッキング判定を行うものである。
【００１３】
請求項６においては、請求項４に記載のエンジンのノッキング判定装置において、平均値と大小関係を比較する適正上限値の選定に当たって、定常運転時と過渡時とで適正上限値を使い分け、過渡時の適正上限値を定常運転時の適正上限値よりも小さい値としたものである。
【００１４】
請求項７においては、請求項４に記載のノッキング判定装置において、検出信号のＲＭＳ値から除去値を減算したＲＭＳ値の中で所定の閾値以上の積算値をノッキング強度判定値として、該強度判定値がノッキング許容限界との相関から定まる所定の限界値以上となった場合にノッキング発生と判定して、該判定後の点火時期をリタードさせる機能を付加したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１６】
請求項１においては、ノッキング以外の信号成分が重畳している場合のみ、それらの信号を除去してノッキング判定を行うので、判定精度が向上する。
【００１７】
請求項２においては、ノッキング以外の振動成分が重畳している場合のみ、それらの振動成分を除去してノッキング判定を行うので、判定精度が向上する。また、請求項１のようなサンプリング期間における全ＲＭＳ値の分布に基づいて判定する構成と対比して記憶手段の記憶容量の節約が可能となる。
【００１８】
請求項３においては、ノッキング以外の振動成分が重畳している場合のみ、それらの振動成分を除去してノッキング判定を行うので、判定精度が向上する。また、請求項１のようなサンプリング期間における全ＲＭＳ値の分布に基づいて判定する構成と対比して記憶手段の記憶容量の節約が可能となる。
【００１９】
請求項４においては、ノッキング以外の振動成分が重畳している場合のみ、それらの振動成分を除去してノッキング判定を行うので、判定精度が向上する。また、請求項１のようなサンプリング期間における全ＲＭＳ値の分布に基づいて判定する構成と対比して記憶手段の記憶容量の節約が可能となる。
【００２０】
請求項５においては、ＲＭＳ値から除去する除去値を復帰させていくことが可能となるので、ノッキング以外の振動成分の減少にも対応することができる。
【００２１】
請求項６においては、ピストンスラップによる機械振動等のノッキング以外の振動成分が重畳する可能性の高い過渡時でのノッキング以外の振動成分の除去を確実に行って、ノッキング判定の精度を向上できる。
【００２２】
請求項７においては、ノッキングの再発を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１は本発明の一実施例に係るノッキング判定装置の全体的な構成を示すブロック図、図２は所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値の分布を示す図、図３は所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値にノッキング以外の振動成分が重畳しているか否かを判定する方法の説明図、図４はノッキング以外の振動成分の除去についてのフローチャート図、図５は除去値の算出についてのフローチャート図である。
【００２５】
本発明の一実施例に係るノッキング判定装置１を備えるガスエンジンなどの火花点火式機関においては、そのシリンダブロックやシリンダヘッドなどの任意位置に、機関振動を検出する振動センサ２が設けられる。振動センサ２は内燃機関の図示しない制御手段と接続され、図１に示すように、該制御手段を介して検出信号をノッキング判定装置１に入力する構成とされる。
【００２６】
ノッキング判定装置１では前記振動センサ２からの検出信号が処理されて、ノッキングの発生有無が判定される。ノッキング判定装置１に入力された振動センサ２からの検出信号は、フィルタ手段３に送られて、まず一定の時期に発生した振動のみを通過させる時間ゲート４、次いで所定の周波数域のノイズ成分を除去して特定の周波数域の信号のみを通過させる周波数フィルタ５に通される。
【００２７】
フィルタ手段３においては、まず所定気筒のノッキング発生タイミングに該当する検出信号が時間ゲート４による処理で抽出されて第一抽出信号とされる。次いでノッキング判定に必要な周波数域の信号が周波数フィルタ５のバンドパス処理で第一抽出信号から抽出されて第二抽出信号とされる。そしてこのバンドパス処理後の第二抽出信号がフィルタ手段３から出力されて、演算手段６に入力される。
【００２８】
演算手段６においては、フィルタ手段３を通過した振動センサ２からの検出信号のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ＝二乗平均平方根）値が演算される。そしてこのＲＭＳ値を用いて、後述するように振動センサ２からの検出信号、すなわち第二抽出信号にフィルタ手段３で除去できなかったノッキング以外の振動成分が重畳しているか否かの判定が行われ、その判定結果に応じた演算処理がなされる。
【００２９】
続いて、演算処理後のＲＭＳ値からノッキング強度判定値が算定され、該ノッキング強度判定値に基づいてノッキング判定が行われる。このノッキング判定でノッキング発生と判定された場合には、点火時期をリタードさせたり、警報などを発したりするための各種制御信号が出力される。これにより、ノッキングの再発の回避が図られる。
【００３０】
以下に、ノッキング判定装置１の演算手段６での演算処理について、二つの実施例で詳細に説明する。
【実施例１】
【００３１】
演算手段６では、振動センサ２からの検出信号のＲＭＳ値が演算されると、所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値の分布が算定される。そして、ＲＭＳ値の分布のうち、最多数域のＲＭＳ値が所定基準値より大きく、かつ、その分布幅が所定範囲内であるかの判定が行われ、これにより振動センサ２からの検出信号にピストンスラップによる機械振動などのノッキング以外の振動成分が重畳しているか否かが判定される。
【００３２】
ノッキング発生時のＲＭＳ値の分布は、所定燃焼サイクルでの傾向として、振動センサ２からの検出信号にノッキング以外の振動成分が重畳していない場合、図２（ａ）に示すように、サンプリング数が広範囲Ｒ１に分散し、いわゆる正規分布となる。一方、ノッキング以外の振動成分が重畳している場合、図２（ｂ）に示すように、サンプリング数が特定のＲＭＳ値近傍の所定範囲Ｒ２に集中した分布となる。さらに、この特定のＲＭＳ値は所定基準値よりも大きい値となる。
【００３３】
そこで、測定されたＲＭＳ値の分布のうち、最多数域のＲＭＳ値が所定基準値より大きく、かつ、その分布幅が所定範囲Ｒ２内である場合に、振動センサ２からの検出信号にノッキング以外の振動成分が重畳していると判定され、ノッキング以外の振動成分を除去する処理が行われる。その後に、ノッキング強度判定値が算定され、これに基づいてノッキング判定が行われる。
【００３４】
このようにノッキング判定装置１においては、振動センサ２をノッキング検出用センサとして、これからの検出信号を処理してノッキングの発生有無を判定する際に、該振動センサ２からの検出信号にノッキング以外の振動成分が重畳しているか否かの判定を行う構成として、ノッキング以外の振動成分が重畳している場合のみ、それらの振動成分を除去してノッキング判定を行うので、判定精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００３５】
演算手段６では、振動センサ２からの検出信号のＲＭＳ値が演算されると、所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値の中で所定の閾値を上回るＲＭＳ値の積算値が演算され、このＲＭＳ値の積算値の該所定燃焼サイクルでの平均値に対する分布が算定される。そして、そのＲＭＳ値の積算値の分布が所定範囲内であるかの判定が行われ、これにより振動センサ２からの検出信号にピストンスラップによる機械振動などのノッキング以外の振動成分が重畳しているか否かが判定される。
【００３６】
ノッキング発生した場合の、ＲＭＳ値の積算値の分布は、所定燃焼サイクルでの傾向として、図３に示すように、振動センサ２からの検出信号にノッキング以外の振動成分が重畳していない場合、つまりノッキングの振動成分のみを含む場合、所定燃焼サイクルでの平均値に対して、範囲Ｒ３に収まる。一方、ノッキング以外の振動成分が重畳している場合、前記と同じ勾配を有する特性線Ｌ１で規定された範囲Ｒ４に収まる。
【００３７】
そこで、所定の閾値を上回るＲＭＳ値の積算値の平均値に対する分布が所定範囲Ｒ４内である場合に、振動センサ２からの検出信号にノッキング以外の振動成分が重畳していると判定され、ノッキング以外の振動成分を除去するために除去値が算出される。そして、これを用いた処理が次のように行われた後、ノッキング強度判定値が算定され、これに基づいてノッキング判定が行われる。
【００３８】
前記ノッキング以外の振動成分の除去について、図４に示すフローチャートに従って説明する。
【００３９】
図４に示すように、ノッキング以外の振動成分の除去は、制御周期ごとに実施されるようになっており（ステップＳ１）、まず機関が運転中であるか否かの判定が行われる（ステップＳ２）。機関が運転中ではないと判定された場合、記憶手段７に記憶された前回の運転時での除去値が０にクリアされる（ステップＳ３）。次回の運転時には、前述のようにノッキング以外の振動成分が重畳していると判定された場合、新たに除去値が算出される。
【００４０】
一方、機関が運転中であると判定された場合、制御開始時点、たとえば所定以上の負荷がかかった時点から所定時間経過したか否かの判定が行われる（ステップＳ４）。つまり、機関が定常運転時であるか、過渡時であるかの判定が行われる。なお、この判定は、機関が所定回転数以上か否か、冷却水温度もしくは潤滑油温度が所定値以上か否かなどで判定することも可能である。
【００４１】
制御開始時点から所定時間が経過したと判定された場合、機関は定常運転時であると判断され、前記平均値と大小関係を比較する適正上限値として定常時用の適正上限値が選定される（ステップＳ５）。逆に、制御開始時点から所定時間が経過していないと判定された場合、機関は過渡時であると判断され、適正上限値として過渡時用の適正上限値が選定される（ステップＳ６）。
【００４２】
ここで、過渡時用の適正上限値は、定常運転時用の適正上限値よりも小さい値に設定され、振動センサ２からの検出信号にピストンスラップによる機械振動などのノッキング以外の振動成分が重畳する可能性の高い過渡時において、ノッキング以外の振動成分の重畳を確実に判定してその除去を行うことができる構成とされる。このように定常運転時と過渡時とで適正上限値を使い分けることによって、ノッキング判定の精度の向上が図られる。
【００４３】
そして、ＲＭＳ値の平均値の適正上限値が定常運転時用の適正上限値、もしくは過渡時用の適正上限値のいずれかに選定された後、その選定された適正上限値から得られる前述の所定範囲Ｒ４が決定される。ＲＭＳ値の平均値が当該所定範囲Ｒ４内である場合には、前述のように振動センサ２からの検出信号にノッキング以外の振動成分が重畳していると判定され、これを除去するために用いる除去値が算出される（ステップＳ７）。
【００４４】
すなわち、図５に示すように、ＲＭＳ値の平均値が所定の閾値（適正上限値）を上回り当該所定範囲Ｒ４内か否かの判定に当たって、該ＲＭＳ値の平均値と適正上限値との大小関係が比較される（ステップＳ７１）。たとえば図３に示されるように、点Ｎ１のように分布された場合、ＲＭＳ値の平均値と適正上限値と比較では、ＲＭＳ値の平均値が適正上限値よりも大きいため、該平均値から適正上限値が減算されてその差分値が求められ、この差分値に所定定数（特性線勾配ｔａｎθ）が乗じられて、積算値の推定下限値が算出される（ステップＳ７２）。
【００４５】
そして、前記積算値の推定下限値と前記積算値と大小関係が比較される（ステップＳ７３）。積算値が推定下限値以下の場合に、ＲＭＳ値の平均値が所定範囲Ｒ４内に収まると判定される。図３に示す点Ｎ１の場合、積算値の推定下限値よりも小さいため、所定範囲Ｒ４内に収まると判定される。その結果、振動センサ２からの検出信号にノッキング以外の振動成分が重畳していると判定され、このノッキング以外の振動成分を除去するために用いる除去値が算出される（ステップＳ７４）。
【００４６】
この除去値の算出にあたっては、ノッキング発生時にノッキング以外の振動成分が重畳しない場合におけるＲＭＳ値の平均値と積算値との特性線が調整線Ｌ２とされ、この調整線Ｌ２を用いて除去値が算出される。すなわち、前記積算値に前記所定定数（ｔａｎθ）の逆数が乗じられた値と、前記平均値の所定調整値とが合算されて、この合算値が修正平均値とされる。この修正平均値からＲＭＳ値の平均値が差し引かれて、除去値が算出される。そして、除去値が検出信号のＲＭＳ値に加算されて、ノッキング以外の振動成分が除去される。
【００４７】
初回以降の除去値の算出に当たっては、修正平均値から平均値が差し引かれて得られた除去値が修正除去値とされ、該修正除去値が前回の除去値に加算されて、今回の除去値が算出される。そして前回同様に、除去値が検出信号のＲＭＳ値に加算されて、ノッキング以外の振動成分が除去される。
【００４８】
一方、平均値が適正上限値よりも小さい場合、つづいて該平均値と適正下限値との大小関係が比較される（ステップＳ７５）。平均値が適正下限値を下回る場合には、適正下限値から平均値が差し引かれ、その差分値が復帰値とされる。そしてこの復帰値が前回除去値に加算され、該除去値の復帰（減少）が図られる（ステップＳ７６）。こうして、ノッキング以外の振動成分の減少に対応可能とされている。
【００４９】
そして、ノッキング以外の振動成分の除去後においては、振動センサ２からの検出信号のＲＭＳ値から除去値を減算したＲＭＳ値の中で所定の閾値以上のものが積算され、その積算値がノッキング強度判定値として算定される。このノッキング強度判定値がノッキング許容限界との相関から定まる所定の限界値以上か否かの判定が行われ、所定の限界値以上であると判定された場合にノッキング発生と判定される。
【００５０】
ノッキング判定でノッキング発生と判定された後には、ノッキング判定装置１に付加された機能により制御信号が出力され、点火時期をリタードさせる制御が行われる。こうして、ノッキングの再発の回避が図られる。なお、このノッキング回避制御でノッキングの再発の回避を行うことができない場合には、警報を報知して、機関を停止させる制御が行われる。
【００５１】
このようにノッキング判定装置１において、振動センサ２からの検出信号を処理してノッキングの発生有無を判定する際に、該振動センサ２からの検出信号にノッキング以外の振動成分が重畳しているか否かの判定を行う構成として、ノッキング以外の振動成分が重畳している場合のみ、それらの振動成分を除去してノッキング判定を行うので、判定精度を向上させることができる。また、実施例１のようなサンプリング期間（所定燃料サイクル）における全ＲＭＳ値の分布に基づいて判定する構成と対比して記憶手段７の記憶容量の節約が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例に係るノッキング判定装置の全体的な構成を示すブロック図。
【図２】所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値の分布を示す図。
【図３】所定燃焼サイクルでの検出信号のＲＭＳ値にノッキング以外の振動成分が重畳しているか否かを判定する方法の説明図。
【図４】ノッキング以外の振動成分の除去についてのフローチャート図。
【図５】除去値の算出についてのフローチャート図。
【符号の説明】
【００５３】
１    ノッキング判定装置
２    振動センサ等（検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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