(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で発生する振動信号波形からノック信号を抽出する帯域幅が１０〔ｄＢ：デシベル〕以下の信号抽出手段と、
前記信号抽出手段で抽出した前記ノック信号のピーク出力値を検出するピーク出力値検出手段と、
前記ピーク出力値の対数正規分布の出力分布特性を求める分布特性演算手段と、
前記分布特性演算手段で求めた前記出力分布特性の中央値と前記出力分布特性の標準偏差に所定のゲインを乗算した値とを加算してノック判定レベルを作成するノック判定レベル作成手段と、
前記ピーク出力値と前記ノック判定レベルとを比較し、前記内燃機関におけるノック発生の有無を判定するノック判定手段と、
前記ノック判定手段による判定結果に応じて前記内燃機関の運転状態を制御するノック制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用ノック制御装置。
【請求項２】
内燃機関で発生する振動信号波形から複数のノック信号を抽出する帯域幅が６〔ｄＢ〕以下の信号抽出手段と、
前記信号抽出手段で抽出した前記複数のノック信号のピーク出力値を検出するピーク出力値検出手段と、
前記ピーク出力値の対数正規分布の出力分布特性を求める分布特性演算手段と、
前記分布特性演算手段で求めた前記出力分布特性の中央値と前記出力分布特性の標準偏差に所定のゲインを乗算した値とを加算してノック判定レベルを作成するノック判定レベル作成手段と、
前記ピーク出力値と前記ノック判定レベルとを比較し、前記内燃機関におけるノック発生の有無を判定するノック判定手段と、
前記ノック判定手段による判定結果に応じて前記内燃機関の運転状態を制御するノック制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用ノック制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転状態をノック判定に基づき制御する内燃機関用ノック制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関で発生する振動信号波形から抽出したノック信号に対してノック判定を行い点火時期・燃料噴射量等のノック制御要因を制御する内燃機関用ノック制御装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の内燃機関用ノック制御装置におけるノック検出システムとしては、ノックセンサで検出した振動信号波形からノック信号を帯域幅（Ｑ値）が２０〜２５〔ｄＢ〕のバンドパスフィルタで抽出し、このノック信号のピーク出力値を対数正規分布の出力分布特性として求め、所定のノック判定レベルとの比較によりノック発生の有無を判定するものであった。
【０００４】
ところで、例えば、機関回転数２０００〔ｒｐｍ〕，ＷＯＴ(Wide Open Throttle:スロットルバルブ全開状態・全負荷）でノック発生なしのような特定の運転条件において、更に点火時期を遅角させると、通常のノック発生時の図５（ａ）に示すノック信号と異なる図５（ｂ）に示すような、燃焼に関わるノイズ信号（以下、これを『疑似ノック信号』という）が発生することがあった。これらノック信号と疑似ノック信号とを比較すると、ノック信号はピーク出力タイミングが早く信号発生時間が短いのに対し、疑似ノック信号は出力値がほぼ一定で信号発生時間が長いという特徴がある。しかし、これらノック信号と疑似ノック信号との周波数はほぼ同じである。
【０００５】
すると、図６に示すように、疑似ノック発生なし時であってノック発生なし時では、ノック信号のピーク出力値Ｖの対数正規分布の出力分布特性としてのｌｏｇ（Ｖ）分布特性におけるｌｏｇ（Ｖ）と累積頻度〔％〕との関係が略直線となりｌｏｇ（Ｖ）が累積頻度２σ、即ち、約９９．７〔％〕を越えても所定のノック判定レベルＶthを越えないことが分かる。ところが、疑似ノック発生時では、ｌｏｇ（Ｖ）分布特性におけるｌｏｇ（Ｖ）が累積頻度０σ、即ち、５０〔％〕である中央値ＶM を越えると、増加に転じ直線上から離れ累積頻度１σ、即ち、約８４〔％〕を越えたところで所定のノック判定レベルＶthを越えてしまうこととなる。
【０００６】
したがって、点火時期の過渡遅角制御途中に疑似ノック信号をノック信号として誤検出すると、更なる遅角制御を遂行してしまうこととなりノック発生時の適切なフィードバック制御が不能になるという不具合があった。
【０００７】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、ノック信号とノイズ信号である疑似ノック信号とを区別できノック発生の有無を正確に判定し内燃機関の運転状態を適切に制御可能な内燃機関用ノック制御装置の提供を課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関用ノック制御装置によれば、帯域幅が１０〔ｄＢ〕以下に設定された信号抽出手段で抽出された内燃機関で発生する振動信号波形からのノック信号に対してピーク出力値検出手段で検出されたピーク出力値に基づき分布特性演算手段で求めた対数正規分布の出力分布特性で、疑似ノック発生時とノック発生なし時との特性をほぼ一致させることができる。このようなノック信号のピーク出力値の対数正規分布の出力分布特性に基づきノック判定レベル作成手段で作成された所定のノック判定レベルを用いることでノック判定手段で疑似ノック発生時を含むノック発生なし時とノック発生時との判定が的確に実行される。このように、ノック発生の有無が正確に判定されることでノック制御手段により内燃機関の運転状態が適切に制御される。
【０００９】
請求項２の内燃機関用ノック制御装置によれば、帯域幅が６〔ｄＢ〕以下に設定された信号抽出手段で抽出された内燃機関で発生する振動信号波形からの複数のノック信号として、例えば、基本ノック周波数とその高次な高周波ノック周波数とに対してピーク出力値検出手段で検出されたピーク出力値に基づき分布特性演算手段で求めた対数正規分布の出力分布特性で、疑似ノック発生時とノック発生なし時との特性をほぼ一致させることができる。また、帯域幅が６〔ｄＢ〕以下と広い信号抽出手段によれば、ノック発生時におけるノック信号のピーク出力値を増加させることができる。このようなノック信号のピーク出力値の対数正規分布の出力分布特性に基づきノック判定レベル作成手段で作成された所定のノック判定レベルを用いることでノック判定手段で疑似ノック発生時を含むノック発生なし時とノック発生時との判定がより的確に実行される。このように、ノック発生の有無が正確に判定されることでノック制御手段により内燃機関の運転状態が適切に制御される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用ノック制御装置における全体構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、１０は内燃機関のシリンダブロック（図示略）に取付けられ、内燃機関に発生する振動信号波形を検出する振動ピックアップとしてのノックセンサであり、１１はノックセンサ１０の振動信号波形からノックに関連した成分を抽出する帯域幅（Ｑ値）が１０〔ｄＢ〕のバンドパスフィルタ（Band Pass Filter：特定周波数帯域通過フィルタ；以下、『ＢＰＦ』と記す）である。このＢＰＦ１１で抽出されたノック信号は、ピークホールド回路１２にてマイクロコンピュータ２０からのピークホールド信号に対応してピークホールドされたのちＡ／Ｄ変換器２１でＡ／Ｄ変換（アナログ−ディジタル変換）されピーク出力値Ｖとしてマイクロコンピュータ２０に取込まれる。
【００１３】
この他、マイクロコンピュータ２０には内燃機関の例えば、クランク角センサ、吸気量センサ、水温センサ等からの各種センサ信号が取込まれる。これら取込まれた信号に基づきマイクロコンピュータ２０にて点火時期、燃料噴射量等が演算される。そして、マイクロコンピュータ２０からその演算結果がイグナイタ３０、インジェクタ（燃料噴射弁）４０等に出力される。
【００１４】
ここで、マイクロコンピュータ２０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。
【００１５】
次に、ＢＰＦの帯域幅（Ｑ値）とノック信号のピーク出力値Ｖの対数正規分布の出力分布特性としてのｌｏｇ（Ｖ）分布特性との関係について、図２を参照して説明する。なお、以下では、ノック信号のピーク出力値Ｖの対数正規分布の出力分布特性を、単に『ｌｏｇ（Ｖ）分布特性』と記す。ここで、図２（ａ）は疑似ノック発生時におけるｌｏｇ（Ｖ）分布特性、図２（ｂ）はノック発生時におけるｌｏｇ（Ｖ）分布特性である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すｌｏｇ（Ｖ）分布特性では、本実施例で用いられている帯域幅（Ｑ値）が１０〔ｄＢ〕のＢＰＦ１１と、従来の帯域幅（Ｑ値）が２０〔ｄＢ〕及び２５〔ｄＢ〕からなる各ＢＰＦとが比較されている。
【００１６】
一般に、ＢＰＦの応答性τ〔ｓｅｃ：秒〕は次式（１）にて算出される。ここで、ｆは周波数である。
【００１７】
【数１】
τ＝ｆ／（π×Ｑ）                                      ・・・（１）
【００１８】
即ち、ＢＰＦの応答性τは、その帯域幅（Ｑ値）が小さいほど早くなることが分かる。つまり、ＢＰＦの帯域幅（Ｑ値）が小さいほど、疑似ノック信号に比べて信号発生時間が短く、ピークタイミングの早いノック信号を確実に拾えることとなる（図５参照）。このため、図２（ｂ）に示すように、ｌｏｇ（Ｖ）分布特性におけるノック信号のピーク出力値Ｖのｌｏｇ（Ｖ）が増加することとなる。
【００１９】
また、ＢＰＦの帯域幅（Ｑ値）が大きいほど、疑似ノック信号のように長時間連続するほど、ｌｏｇ（Ｖ）分布特性におけるノック信号のピーク出力値Ｖのｌｏｇ（Ｖ）が累積頻度０σ、即ち、５０〔％〕である中央値ＶM を越えるとより増加に転じる傾向にある。このため、ＢＰＦの帯域幅（Ｑ値）を小さくすると、疑似ノック発生時のｌｏｇ（Ｖ）分布特性が直線に近づき、ノック発生なし時のｌｏｇ（Ｖ）分布特性に近づくこととなる。ここで、ＢＰＦの帯域幅（Ｑ値）を１０〔ｄＢ〕以下とすると、図３に示すように、ノック発生なし時と疑似ノック発生時とのｌｏｇ（Ｖ）分布特性をほぼ一致することができる。つまり、最遅角制御時における疑似ノック発生時であっても通常のノック発生なし時と同様のｌｏｇ（Ｖ）分布特性となるため、疑似ノック発生時とノック発生時とを確実に区別でき、誤検出を許容レベル以下とすることができる。
【００２０】
なお、図３に示すノック判定レベルＶthは次式（２）にて設定される。ここで、Ｋは許容ノック発生状態でフィードバック制御するための許容ノック適合ゲイン、Ａはｌｏｇ（Ｖ）分布特性における累積頻度〔％〕の標準偏差１σに対応する値である。
【００２１】
【数２】
Ｖth＝ｌｏｇ（ＶM ）＋ｌｏｇ（Ｋ×Ａ）                  ・・・（２）
【００２２】
このように、本実施例の内燃機関用ノック制御装置は、内燃機関のシリンダブロック（図示略）で発生する振動信号波形を検出するノックセンサ１０からのノック信号を抽出する信号抽出手段としての帯域幅が１０〔ｄＢ：デシベル〕以下のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１１と、ＢＰＦ１１で抽出したノック信号のピーク出力値Ｖを検出するピークホールド回路１２からなるピーク出力値検出手段と、ｌｏｇ（Ｖ）分布特性（ノック信号のピーク出力値Ｖの対数正規分布の出力分布特性）を求めるマイクロコンピュータ２０にて達成される分布特性演算手段と、前記分布特性演算手段で求めたｌｏｇ（Ｖ）分布特性の中央値ＶM と所定のゲインＫを乗算した標準偏差σに対応する値Ａとを加算してノック判定レベルＶthを作成するマイクロコンピュータ２０にて達成されるノック判定レベル作成手段と、ピーク出力値Ｖとノック判定レベルＶthとを比較し、内燃機関におけるノック発生の有無を判定するマイクロコンピュータ２０にて達成されるノック判定手段と、前記ノック判定手段による判定結果に応じて内燃機関の運転状態を制御するマイクロコンピュータ２０にて達成されるノック制御手段とを具備するものである。
【００２３】
つまり、ＢＰＦ１１の帯域幅（Ｑ値）を１０〔ｄＢ〕以下と広く設定したＢＰＦ特性とすると、ｌｏｇ（Ｖ）分布特性における疑似ノック発生時とノック発生なし時との特性をほぼ一致させることができる。このようなｌｏｇ（Ｖ）分布特性における中央値ＶM と所定のゲインＫを乗算した標準偏差σに対応する値Ａとを加算して作成されたノック判定レベルＶthを用いることで疑似ノック発生時を含むノック発生なし時とノック発生時とのｌｏｇ（Ｖ）分布特性に基づく判定が的確に実行できる。これにより、ノック発生の有無が正確に判定され内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用ノック制御装置の変形例について、図４に示すＢＰＦ特性図を参照して説明する。なお、本変形例の全体構成については、上述の実施例における図１に示すブロック図と同一であるためその詳細な説明を省略する。
【００２５】
本変形例では、ＢＰＦ１１における帯域幅（Ｑ値）が６〔ｄＢ〕に設定されている。このようにＢＰＦの帯域幅（Ｑ値）を広くすると、図４に示すように、基本ノック周波数ｆ0 〔ｋＨｚ〕とそれに基づく高次な高周波ノック周波数ｆ1 〔ｋＨｚ〕とを包括しそれぞれに対して所望のゲインが得られるようなＢＰＦ特性とすることができる。すると、ノック発生時におけるノック信号のピーク出力値Ｖのｌｏｇ（Ｖ）を更に増加することができ、疑似ノック発生時を含むノック発生なし時とノック発生時とのｌｏｇ（Ｖ）分布特性に基づく判定がより的確に実行できることとなる。
【００２６】
また、本変形例では、ＢＰＦ１１が基本ノック周波数ｆ0 と高周波ノック周波数ｆ1 との組合せに対応するＢＰＦ特性を有するものについて説明したが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、複数の高周波を選択して検出するようにしてもよい。
【００２７】
このように、本変形例の内燃機関用ノック制御装置は、内燃機関のシリンダブロック（図示略）で発生する振動信号波形を検出するノックセンサ１０から複数のノック信号を抽出する帯域幅が６〔ｄＢ：デシベル〕以下のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１１からなる信号抽出手段と、ＢＰＦ１１で抽出した複数のノック信号のピーク出力値Ｖを検出するピークホールド回路１２からなるピーク出力値検出手段と、ｌｏｇ（Ｖ）分布特性（ノック信号のピーク出力値Ｖの対数正規分布の出力分布特性）を求めるマイクロコンピュータ２０にて達成される分布特性演算手段と、前記分布特性演算手段で求めたｌｏｇ（Ｖ）分布特性の中央値ＶM と所定のゲインＫを乗算した標準偏差σに対応する値Ａとを加算してノック判定レベルＶthを作成するマイクロコンピュータ２０にて達成されるノック判定レベル作成手段と、ピーク出力値Ｖとノック判定レベルＶthとを比較し、内燃機関におけるノック発生の有無を判定するマイクロコンピュータ２０にて達成されるノック判定手段と、前記ノック判定手段による判定結果に応じて内燃機関の運転状態を制御するマイクロコンピュータ２０にて達成されるノック制御手段とを具備するものである。
【００２８】
つまり、ＢＰＦ１１の帯域幅（Ｑ値）を６〔ｄＢ〕と広く設定したＢＰＦ特性とすると、ノック信号における基本ノック周波数とその高次な高周波ノック周波数とを包括しそれぞれに対して所望のゲインが得られ、ｌｏｇ（Ｖ）分布特性における疑似ノック発生時とノック発生なし時との特性をほぼ一致させることができる。また、ノック発生時におけるノック信号のピーク出力値Ｖを増加させることができる。このようなｌｏｇ（Ｖ）分布特性における中央値ＶM と所定のゲインＫを乗算した標準偏差σに対応する値Ａとを加算して作成されたノック判定レベルＶthを用いることで疑似ノック発生時を含むノック発生なし時とノック発生時とのｌｏｇ（Ｖ）分布特性に基づく判定がより的確に実行できる。これにより、ノック発生の有無が正確に判定され内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
【００２９】
ところで、上記実施例では、ノックセンサ１０を所謂フラットタイプの振動センサとし、ノックセンサ１０とＢＰＦ１１との組合せでノック信号を抽出するようにしたが、帯域幅（Ｑ値）が１０〔ｄＢ〕以下の共振タイプのノックセンサを用いてノック信号を抽出するようにしてもよい。また、振動センサに替えて内燃機関のシリンダ内の圧力を検出する筒内圧センサや内燃機関の点火燃焼後に点火プラグを流れるイオン電流を検出するイオン電流検出センサを用いても同様に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用ノック制御装置における全体構成を示すブロック図である。
【図２】  図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用ノック制御装置で用いられているＢＰＦを含む帯域幅の異なるＢＰＦの疑似ノック発生時及びノック発生時におけるｌｏｇ（Ｖ）分布特性を示す特性図である。
【図３】  図３は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用ノック制御装置で用いられているＢＰＦのｌｏｇ（Ｖ）分布特性を示す特性図である。
【図４】  図４は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用ノック制御装置の変形例で用いられているＢＰＦの周波数特性を示す特性図である。
【図５】  図５はノック信号と特定の運転条件における疑似ノック信号との違いを示す図である。
【図６】  図６は従来の内燃機関用ノック制御装置で用いられているＢＰＦのｌｏｇ（Ｖ）分布特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１０  ノックセンサ
１１  ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
１２  ピークホールド回路
２０  マイクロコンピュータ
【図１】
0003737004.tif 000002
【図２】
0003737004.tif 000003
【図３】
0003737004.tif 000004
【図４】
0003737004.tif 000005
【図５】
0003737004.tif 000006
【図６】
0003737004.tif 000007