(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのノッキングセンサと、前記ノッキングセンサに後置接続された１つの評価回路とを有し、
前記評価回路は、調整可能な増幅係数を有する増幅器を有し、ノッキングセンサの出力信号から形成されたノッキング積分信号（Ｋｉ）を、ノッキングセンサの出力信号に応じて形成された可変の基準レベルと比較し、その比較結果に応じてノッキングを検出し、
該可変の基準レベルは該ノッキングセンサの出力信号に依存して、調整可能な計数（Ｆ１）によって重みづけされた前の基準レベルとノッキング積分信号とを加算することによって形成される内燃機関のノッキング検出装置のエラー検出装置において、
該可変の基準レベル（Ｒｅｆ）から該増幅係数に依存して、正規化された基準レベルが形成され、
該正規化された基準レベルは、内燃機関のノイズが増大するとともに上昇し、
エンジン速度に依存して、許容基準レベルバンド（ＲｅｆＢ）が形成され、
その時の正規化した基準レベル値（Ｒｅｆｎ（ｉ））が許容基準レベルバンド（ＲｅｆＢ）の外にある場合、エラーが検出されることを特徴とするノッキング検出装置のエラー検出装置。
【請求項２】
複数の正規化した基準レベル値（Ｒｅｆｎ（ｉ））が許容基準レベルバンドの外にある場合、および／または前記正規化した基準レベル値が所定時間（ｔ１）の間に許容基準レベルバンド（ＲｅｆＢ）の外にある場合にのみエラーが検出される請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項３】
正規化した基準レベル値（Ｒｅｆｎ（ｉ））が、エンジン速度に依存する別の制限値（ＵＧＯ）を上回るか、エンジン速度に依存する別の制限値（ＵＧＵ）を下回るまでエラーが検出されない請求の範囲第１項または第２項記載の装置。
【請求項４】
前記２つの制限値は許容基準レベルバンド（ＲｅｆＢ）に応じて形成される請求の範囲第３項記載の装置。
【請求項５】
許容基準レベルバンド（ＲｅｆＢ）は、エンジン速度（ｎ）に応じて決定され、エンジン速度が増加するにつれて、全体的に上昇しかつ広がる請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
下方のエンジン速度制限値（ｎＧ）が決定され、エンジン速度がこの制限値（ｎＧ）を上回る場合にのみエラーが検出される請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
ノッキング制御が動作する場合のみエラーが検出される請求の範囲第１項から第６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
エラーが検出された場合に手段が開始され、
前記手段は、たとえば点火角の調整、および／または燃料混合比の濃厚化手段であり、
前記手段は、内燃機関が危険でない状態になるように構成されている請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記手段は、所定時間（ｔ２）中に基準レベルが許容範囲に再度戻った場合に終了される請求の範囲第８項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
従来の技術
本発明は、独立請求項の上位概念の誤り検出装置に関する。
ノッキング制御装置を備えた内燃機関では、ノッキング検出を可能にするノッキングセンサの動作性能をモニタリングする必要があることが知られている。そうでなければ、ノッキングセンサまたは関連する評価回路のコンポーネントが欠落した場合に、ノッキングが検出されず、内燃機関の動作点が誤ってノッキングの範囲にシフトされ、内燃機関にとって危険な結果となることがある。
したがって、ドイツ連邦共和国特許第３１２８４７５号明細書に、内燃機関に関するノッキング制御装置のための検査装置が提案され、前記検査装置では、ノッキングが生じた場合に点火角をシフトさせる評価回路が後置接続されたノッキングセンサが、正しく動作するかどうかを検査している。
公知の装置では、ノッキングの検出は測定フェーズ中に行われる。このためにノッキングセンサの出力信号は、公知の方法では、調整可能な基準値と比較される。ノッキングは比較結果から検出される。検査フェーズ中にノッキングセンサの出力信号は、別の低い方の基準値と比較される。出力信号が基準信号を超えない場合、この比較結果から動作上のエラーが検出される。
内燃機関に関するノッキング制御装置のための公知の検査装置では、測定フェーズと検査フェーズとが必要であり、検査は測定フェーズ中は不可能であり、検査フェーズ中はノッキングを検出することができないという欠点を持っている。
発明の利点
対して本発明による内燃機関のノッキング検出装置のエラー検出装置は、ノッキング検出とエラー検出とを中断することなく互いに一緒に続行することができるので、ノッキングの発生をいつでも検出することができ、かつエラー検出を中断することなく実行することもできるという利点を有する。
これらの利点は、基準レベルがエンジンノイズの増加につれて上昇するように最初に正規化することにより達成される。この基準レベルを超えることが、ノッキング検出の基準となっている。ここでこの基準レベルは、一方ではノッキング検出に用いられ、他方では正規化した基準レベルが許容基準レベルバンド内にあるか否かに関して比較される。許容基準レベルバンドは適切な方法で、たとえばエンジン速度に応じて特定される。正規化した基準レベルが許容基準レベルバンドになければエラーが検出される。有利には、正規化した基準レベルが正規化した基準レベルに対する許容範囲になく、かつ、エンジン速度に依存する上限値を上回る場合、または同様にエンジン速度に依存する下限値を下回る場合に欠陥を検出するように構成される。
本発明の他の利点は、実施形態に記載の手段により達成される。ここでエラー検出の信頼性を向上させる有利な構成は、所定の選択時間中に正規化した基準レベルが許容基準レベルバンドの外にある場合にのみエラーが検出されることである。
エラー検出の後に安全手段が自動的に開始され、それにより常に内燃機関の危険でない範囲での動作が保証されることは特に有利である。このためにエラー検出の後にたとえば点火角の調整が行われ、その点火角の調整は、少なくともノッキング検出装置が再度正確に機能することを検出するまで継続される。
したがって欠陥検出の後に開始される安全手段は、あまり早く終了されることはない。本発明の別の好適な実施例では安全手段は、所定時間中にその時点の基準レベルが基準バンド内に再度入った場合に初めて終了される。
図面
次に本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、好適な実施例の回路構成を示す。図２は基準レベルとエンジン速度との相関関係を示す線図である。図３にエラー検出の手順を示すフローチャートが示されている。
実施例
図１に示す実施例において、２つのノッキングセンサ１０、１１を備えた内燃機関のノッキング検出装置が示されている。これらのノッキングセンサ１０、１１は、評価回路１２を介してマイクロコンピュータ１３の入力側Ｅ１に接続され、前記マイクロコンピュータ１３は、制御ユニットの構成要素である。この制御ユニットは、詳細には示されていない。
たとえば内燃機関の動作状態を表す別の信号を入力側Ｅ２を介してマイクロコンピュータ１３に供給することができる。この種の信号を、センサを用いて測定された内燃機関のエンジン速度ｎにすることができる。評価回路１２の信号とおよび入力側Ｅ２に供給される別の信号とに応じて、マイクロコンピュータ１３はたとえば出力側Ａに適切な信号を送出することにより、内燃機関の点火出力段１４と、場合によっては内燃機関の別の装置とを制御する。
マイクロコンピュータ１３を離散的な回路として構成することもでき、評価回路１２とマイクロコンピュータ１３を結合して単一の計算装置を構成することができ、その動作をたとえば内燃機関の制御ユニットを用いて制御することができる。
内燃機関の動作点をノッキング範囲から移動させる手段として点火時期を制御する代わりに、内燃機関のノッキング特性を調整するためのそれ自体に公知の別の手段を使用することもできる。前記手段はたとえば、燃焼混合気をリッチにすること、より高い耐ノッキング性を実現するための手段を付加することである。
有利な実施例において評価回路１２は、調整可能な増幅率を持つ少なくとも１つの増幅器１５を有し、ノッキングセンサ１０、１１から供給される出力信号は前記増幅器１５に交互に供給される。増幅信号は次のバンドパスフィルタ１６で、典型的なノッキング周波数の信号成分が選択されるようにフィルタ処理される。
たとえば整流器である復調回路１７が、バンドパスフィルタに後置接続されている。復調回路から送出された信号は、積分器１８で積分され、積分された信号ＫＩは比較器１９の第１入力側に供給される。
比較器１９の他方の入力側に、基準信号または基準レベルＲｅｆが供給される。前記基準信号または基準レベルＲｅｆは、たとえばローパスフィルタ２２で大きな時定数を用いてノッキングセンサの信号を平均化することにより形成される。しかし基準信号の実際のレベルは、マイクロコンピュータ１３により内燃機関の動作状態に応じて制御される。同様にノッキングセンサ１０、１１の出力信号レベルを直接制御することができ、制御増幅器１５はマイクロコンピュータ１３により適切に制御される。
個々のブロックの詳細な構成は本発明の理解に重要でないので、詳細には示されていない。同様に、ノッキングセンサ１０、１１が配属されている内燃機関２１も、抽象的にのみ示されている。
図１に示された装置を用いてノッキングの検出は次のように行われる。つまり、ノッキングセンサ１０、１１は内燃機関２１で生じるノイズを検出し、評価回路１２に適切な信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。これらの信号は適切にフィルタ処理され、制御増幅器１５で増幅される。
バンドパスフィルタ１６、復調回路１７、および積分器１８での処理の後で、この制御増幅器１５の出力信号は比較器１９で基準レベルＲｅｆと比較される。比較器１９の出力側に信号Ｓ３が生成され、前記信号Ｓ３によりノッキングの有無が検出される。検出プロセスにおいて積分器１８の出力信号が、予め決められた基準レベルを上回るとノッキングが検出される。
次に、特に適切な基準信号または基準レベルＲｅｆを形成することができる１つの方法を説明する。ここでは、マイクロプロセッサ１３において基準レベルが、内燃機関の静かなノイズからうるさいノイズへと正規化された基準レベルが連続上昇するように、決定ないしは正規化される。
その時の基準レベルＲｅｆは、たとえば次式により決定される：
Ｒｅｆ＝（Ｆ１−１）／Ｆ１・Ｒｅｆａ＋１／Ｆ１・ＫＩ
Ｒｅｆ＝１５／１６Ｒｅｆａ＋１／１６ＫＩ
この式において、Ｒｅｆ＝基準レベル
Ｒｅｆａ＝前の基準レベル
ＫＩ    ＝ノッキングの積分値
Ｆ１    ＝１６＝調整可能な係数
正規化した基準レベルを形成するために、たとえば基準レベルは正規化係数Ｖ（ｉ）と乗算される。正規化した基準レベルを形成することができる式は次の通りである。
Ｒｅｆｎ（ｉ）＝（８／Ｖ（ｉ））Ｒｅｆ（ｉ）
ここで、Ｒｅｆｎ＝正規化した基準レベル
Ｒｅｆ  ＝基準レベル
Ｖ（ｉ）＝正規化した基準レベルに対する正規化係数
増幅レベルを調整することにより増幅率に応じて正規化することができる。正規化係数はたとえばＶ（ｉ）＝１、２、４、８、１６、３２、６４の値である。
ノッキングセンサの正しくない動作や評価回路の欠陥を検出するために、図２に示すように許容基準レベルバンドＲｅｆＢがエンジン速度ｎに関して定められている。さらに許容基準レベルバンドの制限値から適切な間隔をおいて、下限値ＵＧＵおよび上限値ＵＧＯがエンジン速度に応じて定められている。ここでは、制限値間の間隔は実験的に特定され、自動車特有の適応も行うことができる。
マイクロコンピュータ１３では、そのつど求められたその時点の正規化した基準レベルＲｅｆｎ（ｉ）が下限値を下回るかまたは上限値を上回るかが連続的に検査される。このことが当てはまる場合、最も簡単な場合ではエラーが判定され、適切な対抗手段、たとえば点火時期の調整または混合ガスの濃厚化がマイクロコンピュータにより開始される。このエラー検出の場合、その時の基準レベルが基準レベルバンド内に再度戻ると直ちに、開始された安全手段は終了される。
エラー検出の信頼性を増すために、条件が満たされない場合に欠陥が検出されるのを阻止するための別の検査ないしは手段も可能である。これらの手段の内の１つは、内燃機関のエンジン速度が制限速度ｎＧを超えるまで、エラー検出は実施されないということである。
別の制限はエラーを検出するために、正規化された基準信号Ｒｅｆｎ（ｉ）が所定時間ｔ１の間許容基準バンド外にあるかどうかを検査することであり、安全手段はこの条件が満たされた場合にのみ開始される。
さらに別の規定時間ｔ２の間その時の基準レベルが再度基準レベルバンドＲｅｆＢに戻るまで、開始された安全手段をキャンセルさせないように構成することもできる。
別の実施例では、たとえば遅れ方向への点火時期調整のような安全手段は、ノッキング制御の作動がマイクロコンピュータ１３により設定されるまで開始されない。しかしこの条件が満たされない場合でも、エラー検出を実行することができる。
複数のノッキングセンサを備えた構成では、欠陥として認められたノッキングセンサを評価から除外して、ノッキング制御を動作上信頼性があると認められたノッキングセンサだけを用いて実行することができる。
別の実施例では、ノッキング制御装置の作用は遮断されるが、該ノッキング制御装置はエラー回復のためにアクティブ状態に維持される。ここでは、識別されたエラー状態に依存して、その時点の遅角をメモリから消去し、遅角をゼロにセットして、ノッキング制御の調整が終了されるように構成することができる。
図２ではエンジン速度ｎに対して許容基準信号レベルが示されている。ここでは、許容基準信号レベルの範囲ＲｅｆＢはエンジン速度が速くなるにつれて広くなることが明らかである。最小許容基準レベルおよび最大許容基準レベルは両方とも、エンジン速度が上昇するにつれて上昇する。総じてこの上昇は、エンジン速度が上昇するにつれて、許容範囲ＲｅｆＢが広がって上昇するようになっている。
許容範囲の上方および下方に別の制限値ＵＧＯ、ＵＧＵが特定され、前記制限値ＵＧＵ、ＵＧＯは、エンジン速度に依存して変化し、エンジン速度に依存する特性曲線としてマイクロコンピュータ１３のメモリに記憶されている。許容基準信号レベルが上限値を上回る場合、または下限値を下回る場合にエラーが検出され、前述のように適切な所定の時間基準を考慮するときもある。
図２に値ｎＧが制限エンジン速度として記入されている。この値ｎＧを超えるとエラー検出が開始される。
図３に、エラーを検出することができる手順を示す実施例を提示する。図３に記載のエラー検出は通常、所要の計算手段、記憶手段、および計数手段を有する内燃機関の制御ユニットで進行する。ここでは第１ステップｓ１で制御ユニットは、各センサからそれに供給されるデータから、たとえばエンジン速度センサの信号、空気流量計の信号、および／またはスロットルバルブの信号発信機の信号から、負荷のダイナミック変化またはエンジン速度のダイナミック変化がアクティブであるか否かを検出する。そうである場合、その時の基準レベルは、式Ｒｅｆ＝３／４Ｒｅｆａ＋１／４ＫＩによりステップｓ２で形成される。他方でステップｓ１で負荷のダイナミック変化またはエンジン速度のダイナミック変化がない場合、その時の基準レベルは、式Ｒｅｆ＝１５／１６Ｒｅｆａ＋１／１６ＫＩによりステップｓ３で形成される。
その時の基準レベルに対するこれらの値から出発して、次のステップでは、正規化した基準レベルＲｅｆｎがＵＧＯより小さいか、または正規化した基準レベルが下限値ＵＧＵより大きいかが検査される。
このためにステップ４で最初に、式Ｒｅｆｎ＝（８／ＶＦＡＫ）×Ｒｅｆにより正規化した基準レベルが形成される。ステップ５では式（３２／ＶＡＦＫ）×Ｒｅｆにより正規化した基準レベルが形成される。
ステップｓ６とｓ７でエンジン速度ｎが制限エンジン速度ｎＧより大きいか否かが検査され、かつエンジン温度Ｔｍｏｔが臨界値ＴＭＫＲより大きいか否かが検査される。ステップｓ６とｓ７は同一であり、ステップｓ４またはｓ５で求められた正規化した基準レベルに基づいている。
ステップｓ６、ｓ７でその条件が満たされていないことが検出された場合、プログラムはステップｓ１から再度開始される。他方で、その条件が満たされていることが検出された場合、プログラムはそれぞれ次のステップｓ８またはｓ９に進む。ステップｓ６およびｓ７でのエンジン温度が臨界値を超えなければならないという条件を省略することもできる。
ステップｓ８で、正規化した基準レベルＲｅｆｎが上限値ＵＧＯより小さいかが検査される。ステップｓ９ではステップｓ５により正規化した基準レベルが下限値ＵＧＵより大きいかが検査される。ステップｓ８の条件またはステップｓ９の条件が満たされない場合、ステップｓ１０でエラーカウンタが減算され、つまり１だけカウントダウンされる。ステップｓ１１でエラーカウンタが値０に達したかが検査され、そうでない場合プログラムはステップｓ１から再度開始される。エラーカウンタが０になると、ステップ１２で手段が開始される。
ステップｓ１１でエラーカウンタが０でないことが検出された場合、次のシリンダに対するプログラムが開始される。このことをステップｓ１３により示す。正規化した基準値Ｒｅｆｎが上限値ＵＧＯより小さいか下限値ＵＧＵより大きいことがステップｓ８およびｓ９で検出された場合、ステップ１４でエラー除去カウンタが減算されるか、またはエラーカウンタがリセットされる。ステップｓ１５でエラー除去カウンタの計数値が０であるか否かが検査される。そうでない場合、プログラムはステップｓ１から再度開始される。
エラー除去カウンタが０になると、手段は終了される。その終了は、ノッキング制御が少なくとも一度不作動フェーズになって初めて実施される。したがってその時点の基準レベルが、基準電圧スレショルドＵＧＯおよびＵＧＵで規定された範囲内になった場合、安全手段は再度キャンセルされる。エラー除去の期間中に点火角（トルク）の急激な変化が発生しないようにするためには、エラーの除去が検出された後にノッキング制御装置の第１の非アクティブフェーズの際に初めて、点火角が安全遅角から通常モードへ移行されるように構成する。エラーカウンタに記憶された値は永久に記憶され、内燃機関が停止した場合でも記憶されたままである。
エラー管理システムまたはエラー蓄積管理システムでは、対策手段を開始するための条件を、ＯＲゲートおよびＲＳフリップフロップを用いて決定することができる。同様にセンサのテストサイクルを完全に実施した場合にエラー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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