(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で発生する振動波形信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段で検出された前記振動波形信号が所定値以上となる期間を発生期間として検出する発生期間検出手段と、
前記発生期間検出手段で検出された前記発生期間におけるピーク値を検出するピーク値検出手段と、
前記発生期間と前記ピーク値との比に基づき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】
前記ノック判定手段は、前記ピーク値と前記発生期間との比が所定範囲内にあるときにはノック発生有りと判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ノック制御装置。
【請求項３】
内燃機関で発生する振動波形信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段で検出された前記振動波形信号が所定値以上となる期間を発生期間として検出する発生期間検出手段と、
前記発生期間検出手段で検出された前記発生期間におけるピーク位置を検出するピーク位置検出手段と、
前記発生期間と前記ピーク位置との関係に基づき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４】
前記ノック判定手段は、前記発生期間に対する前記ピーク位置が所定範囲内にあるときにはノック発生有りと判定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用ノック制御装置。
【請求項５】
前記信号検出手段は、ノック信号に特有の所定周波数成分を前記振動波形信号として検出することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の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、内燃機関用ノック制御装置に関連する先行技術文献としては、特公平６−６０６２１号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、ノックセンサからの出力信号の最大値を対数変換した対数正規分布が所定形状となるようノック判定レベルを補正しノック発生の有無を正確に判定する技術が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のものでは、対数正規分布を得るのに統計処理を用いているため、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）によるノイズレベルの急変時にはノック判定レベルも急変することとなる。このようなノック判定レベルの急変時には、ノック発生があっても検出できなかったり、ノック以外の信号をノック発生と誤検出してしまうことがあり正確なノック判定ができないという不具合があった。
【０００４】
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、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ時にも内燃機関における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。
【０００５】
【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、内燃機関で発生される振動波形信号が信号検出手段で検出され、その振動波形信号が所定値以上と大きくなる発生期間とそのピーク値とが発生期間検出手段及びピーク値検出手段でそれぞれ検出される。このように、振動波形信号の発生期間とそのピーク値とからそれらの比が分かることで内燃機関におけるノック発生の有無がノック判定手段にて判定され、このノック判定結果に応じてノック制御手段で内燃機関の運転状態が制御される。これにより、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ時においても、内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定でき、内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
【０００６】
請求項２の内燃機関用ノック制御装置におけるノック判定手段では、ピーク値と発生期間との比が所定範囲内にあるとき、即ち、振動波形信号の所定長さの発生期間に対してピーク値が大きな波形形状であるときには、ノック発生時に特有のものであると認識される。これにより、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ時においても、内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定される。
【０００７】
請求項３の内燃機関用ノック制御装置によれば、内燃機関で発生される振動波形信号が信号検出手段で検出され、その振動波形信号が所定値以上と大きくなる発生期間とそのピーク位置とが発生期間検出手段及びピーク位置検出手段でそれぞれ検出される。このように、振動波形信号の発生期間のどの位置でピークが発生しているかが分かることで内燃機関におけるノック発生の有無がノック判定手段にて判定され、このノック判定結果に応じて内燃機関の運転状態が制御される。これにより、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ時においても、内燃機関における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。
【０００８】
請求項４の内燃機関用ノック制御装置におけるノック判定手段では、発生期間に対するピーク位置が所定範囲内にあるとき、即ち、振動波形信号の所定長さの発生期間に対してピーク位置が早めに現われるような波形形状であるときには、ノック発生時に特有のものであると認識される。これにより、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ時においても、内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定される。
【０００９】
請求項５の内燃機関用ノック制御装置では、信号検出手段がノック信号に特有の所定周波数成分を振動波形信号として検出するものである。つまり、種々の波形信号から抽出されたノック信号に特有の所定周波数成分に対してはノック信号を含む振動波形信号と同様な処理によるノック発生の有無判定が可能となる。
【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波形信号を検出し電気信号に変換する振動ピックアップとしてのノックセンサであり、このノックセンサ１０としては広周波数帯域の振動波形信号を検出するため非共振型センサが採用されている。ノックセンサ１０からの信号は、折返し雑音防止用として２０〔ＫＨｚ〕以上の周波数成分を除去するためのローパスフィルタ（Low Pass Filter:低周波数帯域通過フィルタ；以下『ＬＰＦ』と記す）１１、ノック信号と関係のない１〔ＫＨｚ〕以下の低い周波数成分を除去するためのハイパスフィルタ（High Pass Filter：高周波数帯域通過フィルタ；以下『ＨＰＦ』と記す）１２を介してゲイン切替器１３に入力される。
【００１３】
ゲイン切替器１３は入力された信号を適切な大きさに調整する１６ビットＡ／Ｄ変換器相当の広いダイナミックレンジを有する。ゲイン切替器１３からの信号は高速乗算処理可能なディジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processor；以下『ＤＳＰ』と記す）２０に入力される。このＤＳＰ２０は、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器２１及びパラレルＩ／Ｏ（以下、『ＰｉＯ』と記す）２２，２３を備え、ゲイン切替器１３に対するゲイン切替信号によるゲイン選定と後段のマイクロコンピュータ３０との通信を行うものである。
【００１４】
マイクロコンピュータ３０から内燃機関のクランクシャフト（図示略）の基準位置信号、＃１気筒判別信号がＤＳＰ２０に入力され、ＤＳＰ２０から後述のようにノック発生の有無が判定されたノック判定信号が、マイクロコンピュータ３０に入力される。なお、＃１気筒以外の他の気筒についてはカウンタを用いて算出される。この他、マイクロコンピュータ３０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のうちディジタル信号はそのまま、アナログ信号はＡ／Ｄ変換器３１を介してディジタル信号に変換されそれぞれ入力される。これらの入力信号に基づきマイクロコンピュータ３０にて点火時期、燃料噴射量等が演算され、ノック判定信号に応じた補正が実行されたのちイグナイタ４０やインジェクタ（燃料噴射弁）５０等が制御される。
【００１５】
ここで、マイクロコンピュータ３０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。
【００１６】
次に、ノックセンサ１０からの振動波形信号に対してＤＳＰ２０による積分・微分にて得られる３つの信号形状のそれぞれの特徴について、図２のタイムチャートを参照して説明する。ここで、図２（ａ）はノック信号ＳKNOCK 、図２（ｂ）は機械ノイズ信号ＳＦNOISE 、図２（ｃ）は電気ノイズ信号ＳＥNOISE を示す。
【００１７】
図２（ａ）に示すノック信号ＳKNOCK は、内燃機関のシリンダ内の燃料の自己着火により発生する。このため、ノック信号ＳKNOCK は信号初期に大きな出力が現われたのちシリンダ内の圧力共振により徐々に減衰するという特徴を有する。即ち、ノック信号ＳKNOCK では、所定の信号有無判定レベルＳthを越える比較的長い発生期間ＳＤに対して大きなピーク値ＳＰが早めのピーク発生時間ＳＰＴにて現われている。なお、信号有無判定レベルＳthによって信号の発生期間ＳＤの長さが決まるのであるが、これでノック発生の有無を判定するのではなく、信号形状が分かればよいのであるから信号有無判定レベルＳthの学習精度はそれほど良くなくてもよい。
【００１８】
図２（ｂ）に示す機械ノイズ信号ＳＦNOISE は、内燃機関の個々の部品間の摩擦、即ち、フリクション（Friction）ノイズにより発生する。つまり、回転体では摩擦圧力が徐々に増加し徐々に減衰するため、機械ノイズ信号ＳＦNOISE も同様に遷移するという特徴を有する。即ち、摩擦による機械ノイズ信号ＳＦNOISE では、所定の信号有無判定レベルＳthを越えるそこそこの長さの発生期間ＳＤに対して小さなピーク値ＳＰが発生期間ＳＤの中央付近となるピーク発生時間ＳＰＴにて現われている。
【００１９】
図２（ｃ）に示す電気ノイズ信号ＳＥNOISE は、電気負荷のＯＮ／ＯＦＦにより瞬時に発生する。このため、電気ノイズ信号ＳＥNOISE は信号立上がり及び立下がりが急峻であるという特徴を有する。即ち、電気ノイズ信号ＳＥNOISE では、所定の信号有無判定レベルＳthを越える短い発生期間ＳＤに対して大きなピーク値ＳＰが短いピーク発生時間ＳＰＴにて現われている。なお、打音による機械ノイズ信号ＳＳNOISE は電気ノイズ信号ＳＥNOISE と同様な信号形状を呈する。
【００２０】
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で使用されているＤＳＰ２０におけるノック発生の有無判定の処理手順を示す図３のフローチャートに基づき、上述の図２を参照して説明する。なお、このノック発生の有無判定ルーチンはマイクロコンピュータ３０からの基準位置信号及び＃１気筒判別信号に基づく内燃機関の１燃焼サイクル毎にＤＳＰ２０にて繰返し実行される。
【００２１】
図３において、ステップＳ１０１では、ノックセンサ１０からの振動波形信号に対して得られた信号形状におけるピーク値ＳＰと発生期間ＳＤとの比（ＳＰ／ＳＤ）がノック判定のため予め設定された所定値Ｋ1 （下限値）と所定値Ｋ2 （上限値）との範囲内にあるかが判定される。即ち、ステップＳ１０１の判定処理では、ノックセンサ１０からの振動波形信号が図２に示す３つの信号形状のうちの何れの信号形状であるかが判定されるのである。ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、Ｋ1 ＜（ＳＰ／ＳＤ）＜Ｋ2 の不等式が成立するときには発生期間ＳＤに対するピーク値ＳＰが図２（ａ）に示すノック信号ＳKNOCK に特有の関係にあるとしてステップＳ１０２に移行し、ノック発生有りとしてノック発生フラグが「１」にセットされ本ルーチンを終了する。
【００２２】
一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、Ｋ1 ＜（ＳＰ／ＳＤ）＜Ｋ2 の不等式が成立しないときにはステップＳ１０３に移行し、ノック発生なしとしてノック発生フラグが「０」にリセットされ本ルーチンを終了する。ここで、（ＳＰ／ＳＤ）≦Ｋ1 の不等式が成立するのは、ピーク値ＳＰが小さく発生期間ＳＤが長いときであり図２（ｂ）に示す摩擦による機械ノイズ信号ＳＦNOISE であると分かる。また、（ＳＰ／ＳＤ）≧Ｋ2 の不等式が成立するのは、ピーク値ＳＰが大きく発生期間ＳＤが短いときであり図２（ｃ）に示す電気ノイズ信号ＳＥNOISE または打音による機械ノイズ信号ＳＳNOISE であると分かる。
【００２３】
このように、本実施例の内燃機関用ノック制御装置は、内燃機関で発生する振動波形信号を検出するノックセンサ１０、ＬＰＦ１１、ＨＰＦ１２、ゲイン切替器１３からなる信号検出手段と、前記信号検出手段で検出された振動波形信号が所定値としての信号有無判定レベルＳth以上となる期間を発生期間ＳＤとして検出するＤＳＰ２０にて達成される発生期間検出手段と、前記発生期間検出手段で検出された発生期間ＳＤにおけるピーク値ＳＰを検出するＤＳＰ２０にて達成されるピーク値検出手段と、発生期間ＳＤとピーク値ＳＰとの比に基づき内燃機関におけるノック発生の有無を判定するＤＳＰ２０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３０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。また、本実施例の内燃機関用ノック制御装置のＤＳＰ２０にて達成されるノック判定手段は、ピーク値ＳＰと発生期間ＳＤとの比（ＳＰ／ＳＤ）が所定範囲内としての所定値Ｋ1 と所定値Ｋ2 との間にあるときにはノック発生有りと判定するものである。
【００２４】
つまり、内燃機関で発生される振動波形信号が信号有無判定レベルＳth以上と大きくなる発生期間ＳＤとそのピーク値ＳＰとが検出され、振動波形信号の波形形状が分かることで内燃機関におけるノック発生の有無が判定され、このノック判定結果に応じて内燃機関の運転状態が制御される。ここで、ピーク値ＳＰと発生期間ＳＤとの比（ＳＰ／ＳＤ）が所定値Ｋ1 と所定値Ｋ2 との所定範囲内にあるとき、即ち、振動波形信号の所定長さの発生期間ＳＤに対してピーク値ＳＰが大きな波形形状であるときには、ノック発生時に特有のものであると認識される。これにより、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ時においても、内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定でき、内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
【００２５】
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で使用されているＤＳＰ２０におけるノック発生の有無判定の処理手順の変形例を示す図４のフローチャートに基づき、上述の図２を参照して説明する。なお、このノック発生の有無判定ルーチンはマイクロコンピュータ３０からの基準位置信号及び＃１気筒判別信号に基づく内燃機関の１燃焼サイクル毎にＤＳＰ２０にて繰返し実行される。
【００２６】
図４において、ステップＳ２０１では、ノックセンサ１０からの振動波形信号に対して得られた信号形状におけるピーク発生時間ＳＰＴと発生期間ＳＤとの比が（ＳＰＴ／ＳＤ）がノック判定のため予め設定された所定値Ｋ3 （下限値）と所定値Ｋ4 （上限値）との範囲内にあるかが判定される。即ち、ステップＳ２０１の判定処理では、ノックセンサ１０からの信号波形信号が図２に示す３つの信号形状のうちの何れの信号形状であるかが判定されるのである。ステップＳ２０１の判定条件が成立、即ち、Ｋ3 ＜（ＳＰＴ／ＳＤ）＜Ｋ4 の不等式が成立するときにはステップＳ２０２に移行し、発生期間ＳＤが予め設定された所定値Ｋ5 を越えているかが判定される。ステップＳ２０２の判定条件が成立、即ち、ＳＤ＞Ｋ5 の不等式が成立するときには発生期間ＳＤに対するピーク発生時間ＳＰＴが図２（ａ）に示すノック信号ＳKNOCK に特有の関係にあるとしてステップＳ２０３に移行し、ノック発生有りとしてノック発生フラグが「１」にセットされ本ルーチンを終了する。
【００２７】
一方、ステップＳ２０１の判定条件が成立せず、即ち、Ｋ3 ＜（ＳＰＴ／ＳＤ）＜Ｋ4 の不等式が成立しないとき、またはステップＳ２０２の判定条件が成立せず、即ち、ＳＤ＞Ｋ5 の不等式が成立しないときにはステップＳ２０４に移行し、ノック発生なしとしてノック発生フラグが「０」にリセットされ本ルーチンを終了する。ここで、ステップＳ２０１の判定条件のうち（ＳＰＴ／ＳＤ）≧Ｋ4 の不等式が成立するのは発生期間ＳＤの開始時点に対してピーク発生時間ＳＰＴが遅いときであり図２（ｂ）に示す摩擦による機械ノイズ信号ＳＦNOISE であると分かる。また、ステップＳ２０１の判定条件のうち（ＳＰＴ／ＳＤ）≦Ｋ3 の不等式が成立、またはＫ3 ＜（ＳＰＴ／ＳＤ）＜Ｋ4 及びＳＤ≦Ｋ5 の各不等式が成立するのは発生期間ＳＤの開始時点に対してピーク発生時間ＳＰＴが早過ぎるか発生期間ＳＤが短いときであり図２（ｃ）に示す電気ノイズ信号ＳＥNOISE または打音による機械ノイズ信号ＳＳNOISE であると分かる。
【００２８】
このように、本変形例の内燃機関用ノック制御装置は、内燃機関で発生する振動波形信号を検出するノックセンサ１０、ＬＰＦ１１、ＨＰＦ１２、ゲイン切替器１３からなる信号検出手段と、前記信号検出手段で検出された振動波形信号が所定値Ｓth以上となる期間を発生期間ＳＤとして検出するＤＳＰ２０にて達成される発生期間検出手段と、前記発生期間検出手段で検出された発生期間ＳＤにおけるピーク位置としてのピーク発生時間ＳＰＴを検出するＤＳＰ２０にて達成されるピーク位置検出手段と、発生期間ＳＤとピーク発生時間ＳＰＴとの関係に基づき内燃機関におけるノック発生の有無を判定するＤＳＰ２０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３０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。また、本変形例の内燃機関用ノック制御装置のＤＳＰ２０にて達成されるノック判定手段は、発生期間ＳＤに対するピーク発生時間ＳＰＴとして、それらの比（ＳＰＴ／ＳＤ）が所定値Ｋ3 と所定値Ｋ4 との所定範囲内にあり、かつ発生期間ＳＤが所定値Ｋ5 を越えているときにはノック発生有りと判定するものである。
【００２９】
つまり、内燃機関で発生される振動波形信号が信号有無判定レベルＳth以上と大きくなる発生期間ＳＤとそのピーク発生時間ＳＰＴとが検出され、振動波形信号の所定長さの発生期間ＳＤのどの位置でピークが発生しているかが分かることで内燃機関におけるノック発生の有無が判定され、このノック判定結果に応じて内燃機関の運転状態が制御される。ここで、発生期間ＳＤに対するピーク発生時間ＳＰＴの比（ＳＰＴ／ＳＤ）が所定値Ｋ3 と所定値Ｋ4 との所定範囲内で、かつ発生期間ＳＤが所定値Ｋ5 より大きいとき、即ち、振動波形信号の発生期間ＳＤに対してピーク発生位置としてのピーク発生時間ＳＰＴが早めに現われるような波形形状であるときには、ノック発生時に特有のものであると認識される。これにより、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ時においても、内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定でき、内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
【００３０】
ところで、上記実施例及び変形例では、ノックセンサ１０からの振動波形信号に対する正側における信号形状がノック信号ＳKNOCK 、機械ノイズ信号ＳＦNOISE または電気ノイズ信号ＳＥNOISE の何れかであることを認識することでノック発生の有無を判定しているが、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、ノックセンサ１０からの振動波形信号に対する負側における信号形状によっても同様にノック発生の有無を判定することができる。
【００３１】
また、上記実施例及び変形例では、信号検出手段として非共振型センサであるノックセンサ１０を用い振動波形信号が検出されているが、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、内燃機関の筒内圧を検出可能な筒内圧センサや内燃機関の燃焼室に配設される点火プラグの火花ギャップ間に放電火花が発生時、燃焼イオンが存在することでその火花ギャップ間を流れる周知のイオン電流信号に重畳されるノック信号を検出可能な回路構成を採用し、その検出された信号からノック信号に特有の所定周波数成分を抽出し振動波形信号として処理するようにしてもよい。このように、種々の波形信号から抽出されたノック信号に特有の所定周波数成分に対してはノック信号を含む振動波形信号と同様な処理によるノック発生の有無判定が可能となるのである。
【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は図１のＤＳＰに入力される振動波形信号が処理された各信号のそれぞれの特徴を示す説明図である。
【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使用されているＤＳＰにおけるノック発生の有無判定の処理手順を示すフローチャートである。
【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で使用されているＤＳＰにおけるノック発生の有無判定の処理手順の変形例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  ノックセンサ
２０  ＤＳＰ
３０  マイクロコンピュータ
【図１】
0003753583.tif 000002
【図２】
0003753583.tif 000003
【図３】
0003753583.tif 000004
【図４】
0003753583.tif 000005