JP2003510521A - ノッキング識別のための方法 - Google Patents

ノッキング識別のための方法

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Abstract

(57)【要約】 内燃機関におけるノッキング識別のための方法を述べる。この方法は、内燃機関に配置された少なくとも１つのノッキングセンサの出力信号を、後置接続された評価装置を使用して評価する。その際に、ノッキングセンサの処理された出力信号が所定の基準レベルを超えると、ノッキングが識別される。基準レベルの追従の入力信号の計算は、内燃機関が動的な動作状態にあるか否かに依存して行われ、動特性が存在する場合の基準レベルの計算のためには、ノッキングが識別されたときに求められた測定値も使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念による、内燃機関におけるノッキング識別のた
めの方法に関する。
【０００２】 技術状況 ノッキング制御機能を備えた内燃機関において、ノッキングセンサを用い、こ
のセンサが送出する出力信号によって、ノッキングを引き起こす燃焼が生じてい
るか否かを識別することは公知である。ノッキング識別のために、例えば固体伝
播音センサが用いられる。この場合には、ただ１つのノッキングセンサを有する
実施形態、エンジンブロックの所定の位置に配置された２つのノッキングセンサ
を有する実施形態、またはシリンダ毎に１つのノッキングセンサを有する実施形
態がある。ノッキングセンサが送出する信号を評価する際の問題は、ノッキング
に起因する信号をその他のノイズにより生じた信号から分離することにある。ノ
ッキング信号もバックグラウンド信号も、内燃機関のさまざまな動作条件に依存
しているので、ノッキングの評価を内燃機関の回転数に依存して行うことは既に
公知である。
【０００３】 DE-P 43 32 711から公知のノッキング識別のための装置では、２つのノッキン
グセンサの出力信号がノッキング識別のためにどのように処理されるかが説明さ
れている。そこでは、マイクロプロセッサにおいて、先行するノッキング信号か
ら基準レベルが形成され、これら基準レベルは、処理されたノッキング信号に相
当する現在の出力信号と比較される。この信号が基準レベルを超える場合には、
ノッキングが識別され、例えば、点火の相応の制御が行われる。この制御により
、後続の燃焼において、ノッキングがもはや生じないことが保証される。バック
グラウンド信号とノッキング信号の回転数依存性を考慮し、最適なノッキング識
別を行うことができるように、基準レベルが回転数に依存して変更される。回転
数の上昇に伴って、基準レベルも引き上げられる。
【０００４】 発明の利点 請求項１の特徴を備えた、本発明によるノッキング識別のための方法は、ノイ
ズの強度に関係なく、内燃機関の作動領域全体に亘って、信頼性のあるノッキン
グ識別が可能であるという利点を有している。この利点は、通常の基準レベルの
追従に加えて、動特性が存在する場合の基準レベルの追従、とりわけノイズが激
しく増大する内燃機関のための基準レベルの追従の改良を実行することにより得
られる。平均以上にノイズが広がるエンジンの場合でも、または平均以上にノイ
ズが増大する領域においても、ノッキングが誤って識別されてしまうことはない
。というのも、この場合でも、有利には基準レベルの適合が行われるからである
。
【０００５】 本発明の別の利点は、従属請求項において示された措置により得られる。この
場合に、特に有利なのは、動特性が存在する場合の基準レベルの追従の改良によ
って、基準レベルのより迅速な追従が可能になることである。この迅速な追従は
、動特性が存在する場合の対応する係数を通常のケースに比べて低減することで
維持される。
【０００６】 図面 本発明を図示し、後続の説明においてより詳細に説明する。
【０００７】 図１は、本発明によるノッキング識別のための方法を実行する、ノッキング識
別のための装置の可能な実施例を詳細に示している。図２および３には、本発明
による２つのノッキング識別方法が流れ図として示されており、図４はさまざま
な基準レベルの経過を示している。
【０００８】 説明 図１に示された、内燃機関におけるノッキング識別のための装置の実施形態で
は、２つのノッキングセンサ１０，１１、例えば固体伝播音センサが内燃機関の
エンジンブロック１２の所定の位置に配置されている。ノッキングセンサ１０，
１１は信号Ｓ１，Ｓ２を送出し、これらの信号は、エンジンノイズにも、場合に
より存在する障害ノイズにも、場合により存在するノッキングノイズにも依存す
る。信頼性のあるノッキング識別のためには、信号成分を分離しなければならな
い。このために、ノッキングセンサ１０，１１の信号Ｓ１およびＳ２は、評価装
置１３で適切な方法でさらに処理され、評価装置１３の出力側に、ノッキングの
有無を識別する信号Ｓ３が発生する。
【０００９】 評価装置１３は、分離した回路として構成されているか、またはマイクロ計算
機の構成要素であってもよい。評価回路１３は、例えば内燃機関の制御装置内に
集積される。評価装置１３の信号Ｓ３をさらに処理するマイクロ計算機１４は、
例えば制御装置のマイクロプロセッサである。ノッキングの有無を識別する信号
Ｓ３に依存して、マイクロ計算機１４は、点火装置１５および／または噴射装置
１６を制御し、これによって内燃機関の個々のシリンダの燃焼の経過を閉ループ
制御する。
【００１０】 内燃機関の最適な制御のために、マイクロプロセッサ１４には、例えばスロッ
トルバルブセンサのようなセンサ１７から送出される別の信号が供給される。も
ちろん任意の個数のセンサが可能である。これらセンサの出力信号は、相応の処
理の後、マイクロ計算機に供給され、このマイクロ計算機によって処理される。
図１による実施例では、信号供給はそのつどＥ１およびＥ２と表示された入力側
を介して行われる。出力側としては、出力側Ａ１、Ａ２およびＡ３が表示されて
いる。
【００１１】 評価装置１３で本来のノッキング識別が行われる。評価装置１３は、選択され
た実施例では、設定可能な増幅係数を有する少なくとも１つの増幅器１８を含ん
でいる。この増幅器１８には、ノッキングセンサ１０および１１から送出された
信号Ｓ１およびＳ２が供給される。その際に、現在燃焼しているシリンダにソフ
トウェアを介して指定されているシリンダの出力信号が、そのつど供給される。
接続されている帯域フィルタ１９では、ノッキング特有の周波数を有する信号成
分が優先されるように、増幅された信号が濾波される。この帯域フィルタには、
復調回路２０、例えば整流器が接続されている。復調回路２０により送出された
信号は、積分器２１でランアップ積分され、積分された信号ＫＩはコンパレータ
２２の第１の入力側に送られる。
【００１２】 コンパレータ２２の他方の入力側には、基準信号または基準レベルＲｅｆが供
給される。この基準レベルは、例えば低域フィルタ２３を使用して、所定の方法
で処理されたノッキングセンサ信号の平均化によって形成される。基準レベルの
実際の値がどのように形成されるか、およびこの実際値がどんな値をとるかが、
本発明の核心であり、以下の明細書でより詳細に説明される。
【００１３】 評価装置１３の個々の素子の詳細な構成は、本発明の理解にとって重要ではな
いので、より詳細には述べない。評価装置１３は、デジタル評価装置として、例
えばマイクロプロセッサとして一体的に実現することもできる。
【００１４】 図１に示された装置を使用して、ノッキング識別は以下のように進行する。ノ
ッキングセンサ１０，１１は、内燃機関に起因するノイズを記録し、相応の信号
Ｓ１およびＳ２を評価装置１３に送出する。これらの信号は、適切な方法で濾波
および増幅される。積分されたノッキング信号ＫＩを基準レベルＲｅｆと比較す
ることにより、ノッキングの有無を識別する信号Ｓ３が形成される。
【００１５】 固体伝播音センサとして機能するノッキングセンサを有する内燃機関における
ノッキング識別の詳細な方法は、例えば図２に示された経過のダイアグラムを使
用して説明される。この実施例では、第１のステップＳＣＨ１において、現在の
燃焼のノイズｉｋｒを求める。このノイズｉｋｒから、ステップＳＣＨ３におい
て、同じシリンダの複数の燃焼を介して求められたノイズ、いわゆる基準レベル
ｒｋｒに対する、現在の燃焼のノイズｉｋｒの比ｖｉｒｋｒを形成する。これに
先行して、ステップＳＣＨ２では、基準レベルｒｋｒ（ｏｌｄ）を読み込む。
【００１６】 ステップＳＣＨ４では、ステップＳＣＨ３で計算された比ｖｉｒｋｒがノッキ
ング識別閾値ｋｅより大きいか否かを調べる。この比ｖｉｒｋｒ＝ｉｋｒ／ｒｋ
ｒ（ｏｌｄ）がノッキング識別閾値ｋｅを超える場合には、ノッキングが識別さ
れ、信号ＫＬが送出される。したがってまた、ｉｋｒがｒｋｒ（ｏｌｄ）＊ｋｅ
より大きい場合には、ノッキングが識別され、相応の信号ＫＬが送出される、と
も言える。
【００１７】 ノッキングのない動作における基準レベルｒｋｒ（ｏｌｄ）の計算は、ステッ
プＳＣＨ４でｖｉｒｋｒがｋｅより大きいことが識別された場合に、ステップＳ
ＣＨ５において、式： rkr(new)＝(1−1/KRFTP)＊rkr(old)＋1/KRFTP＊ikr に従って行われる。
【００１８】 量ＫＲＦＴＰはいわゆる追従係数と呼ばれるものである。追従係数は、適切な
方法で、内燃機関に特有に適合させることができる。
【００１９】 このようにして形成された新しい基準レベルｒｋｒ（ｎｅｗ）は、ノッキング
のない内燃機関の基本ノイズを表している。プログラムの次の流れにおいては、
ステップＳＣＨ５で計算された基準レベルｒｋｒ（ｎｅｗ）は、ステップＳＣＨ
６において基準レベルｒｋｒ（ｏｌｄ）として用いられ、比ｖｉｒｋｒの次の計
算のために使用される。ステップＳＣＨ４において、燃焼がノッキングを起こし
ていることが検出された場合には、この燃焼に対して測定されたノイズｉｋｒは
基準レベルｒｋｒに完全には算入されない。ノッキングが生じているケースにお
ける算入がどのように行われるかは、動特性の有無に依存している。このために
、ステップＳＣＨ７では、内燃機関が動的な作動状態にあるか否かを調べる。動
特性の識別のために、例えば、回転数が著しく変化しているかどうかをチェック
する。
【００２０】 動特性が存在しない場合には、係数ｋｅで割ることにより、測定されたノイズ
ｉｋｒの算入を行い、ノッキングノイズによる基準レベルｒｋｒの上昇を回避す
る。この場合には、基準レベルの新しい値ｒｋｒ（ｎｅｗ）は、ステップＳＣＨ
８において、式 rkr(new)＝(1−1/KRFTP)＊rkr(old)＋1/KRFTP＊(ikr/ke) に従って計算される。
【００２１】 原則的に、ノッキングを引き起こす燃焼の算入を放棄することはできない。と
いうのも、ノッキングを引き起こす燃焼のノイズは、動特性が存在する場合には
、内燃機関の自然なノイズの増大を含んでおり、これに応じてともに識別されな
ければならないからである。
【００２２】 動特性が存在する場合の基本ノイズの急速かつ激しい増大が識別ミスにつなが
らないように、したがって比較的音の大きい燃焼が急に間違ってノッキングとし
て識別されないように、動特性の持続に対して２つの措置が講じられる。基準レ
ベルの追従を比較的小さな係数ＫＲＦＴＰの選択によって迅速化し、ノッキング
識別閾値を上げる。
【００２３】 誤ったノッキング識別に対するこれらの対抗措置にも関わらず、内燃機関また
はエンジンにおいて、平均以上のノイズの増大、例えば連続的なピストンの振動
による識別ミスが起こることがある。しかしながら、間違ってノッキングとして
識別された燃焼は、基準レベルｒｋｒへの算入の際に、上で説明した、現在の燃
焼のノイズの係数ｋｅによる重みづけのゆえに、計算された基本ノイズｒｋｒの
追従を不当に遅延させてしまう。実際の基本ノイズと計算された基本ノイズの間
のこの食い違いは、引き続きさらなる識別ミスにつながる。どのノッキング識別
も最終的には点火角調整を遅延させるので、間違って識別されたノッキングは、
相応の出力損失および効率損失につながる。この遅延は、識別ミスの場合には、
まったく不要なものである。それゆえ本発明によれば、今までに説明した基準レ
ベルの計算は、ステップＳＣＨ７で動特性が識別された場合には、別の方法によ
って実行される。この方法によって、識別ミスは減少し、同時に依然として本当
のノッキングの識別は保証される。
【００２４】 動特性のケースであるか否かに依存して、新しい基準レベル値が、ステップＳ
ＣＨ８で定められる式に従ってか、またはステップＳＣＨ９で定められる式に従
って実現される。ステップＳＣＨ６では、基準レベルの古い値ｒｋｒ（ｏｌｄ）
をそのつど新しい値ｒｋｒ（ｎｅｗ）で置き換え、これをステップＳＣＨ３で比
の形成に再使用する。
【００２５】 説明した方法はそれゆえ、ノッキングが識別された際、すなわち本当のノッキ
ングの識別または識別ミスの際に、動特性のケースにおける基準レベルｒｋｒ（
ｎｅｗ）の計算を変更された式に従って行う。この式は次の通りである。
【００２６】 rkr(new)＝(1−1/KRFTP)＊rkr(old)＋1/KRFTP＊(rkr(old)＊ke) ここで量ｒｋｒ（ｏｌｄ）＊ｋｅは、未だノッキングとして識別されないような
ノイズレベルに直接的に対応している。それゆえ、動特性と非動特性を区別しな
い方法とは違って、基準レベルの追従のための比較的大きい値が算入される。こ
の値は、しかしながら、求められたノイズレベルから確定される。基準レベル決
定のためのこの方法によって、間違ったノッキング識別およびこれに伴う不必要
な出力損失と効率損失を防ぐことができる。
【００２７】 図３には、本発明の別の実施例が示されており、この実施例では、動特性が存
在する場合の基準レベルの追従が考慮される。この方法と図２に示された方法と
の違いは、付加的なステップＳＣＨ１０である。ステップＳＣＨ１０は、付加的
な閾値問合せを内容としている。ステップＳＣＨ４でノッキングが識別され、ス
テップＳＣＨ７で動特性が識別されると（本当のノッキングが識別されるか、ま
たは識別ミス）、ステップＳＣＨ１０がこれに続いて実行される。その際に、値
ｖｉｒｋｒは閾値ｋｅ＊（ＫＲＲＰＮ＊（ｋｅ−１）＋１）と比較される。ここ
で、係数ＫＲＲＰＮは値域（０，１）をとることができ、閾値ｋｅ＊（ＫＲＲＰ
Ｎ＊（ｋｅ−１）＋１）はｋｅとｋｅ２の間にある。この閾値が超過されていな
い場合には、基準レベルは、ステップＳＣＨ９で定められた式によって計算され
る。この式は次の通りである。
【００２８】 rkr(new)＝(1−1/KRFTP)＊rkr(old)＋1/KRFTP＊(rkr(old)＊ke) これに対してこの閾値が比ｖｉｒｋｒによってどんなに超過されても、新しい基
準値の計算のためには、ステップＳＣＨ８で定められた式を使用する。この式は
、今までノッキングが識別された場合に使用していた式と一致する。この式は次
の通りである。
【００２９】 rkr(new)＝(1−1/KRFTP)＊rkr(old)＋1/KRFTP＊(ikr/ke) このさらなる可変閾値の導入によって、ＫＲＲＰＮ＝０で、基準レベルの追従
の従来の特性を実現することができ、これに対してＫＲＲＰＮ＝１で、最大限に
迅速な基準レベルの追従を達成することができる。この最大限に迅速な基準レベ
ルの追従は、回転数動特性が存在し、急速にノイズが増大する内燃機関またはエ
ンジンにおいて有利である。これによって、比較的長い期間に亘って動特性が存
在する場合の識別ミスの蓋然性、ならびに識別ミスと結び付いた出力損失および
効率損失が低減される。
【００３０】 図４には、シミュレーションによって求められた、以下の量の経過に対する実
施例が示されている。
【００３１】 ｖｉｒｋｒ＿Ｐ：現在の燃焼のノイズｉｋｒと同じシリンダの直前の燃焼のノイ ズの平均値との比 ｋｅｋｒｅｆ：ノッキング識別の閾値 ｒｋｒｒｅｆ：基準レベル＝直前の燃焼の移動平均値 ｅｉｎｇａｎｇｎｅｕ：現在の基準レベルの計算に使用する値 ｉｋｒｒｅｆ：現在の燃焼のノイズ 係数ＫＲＲＰＮに対しては、そのつど、値０（図４ａ）、０．５（図４ｂ）およ
び１．０（図４ｃ）が選択されている。Ｂ＿ｋ１によって、ノッキングが識別さ
れている（ハイレベル）か否（ローレベル）かが表される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるノッキング識別のための方法を実行する、ノッキング識別のため
の装置の可能な実施例を詳細に示す。
【図２】 本発明によるノッキング識別方法を流れ図として示す。
【図３】 本発明によるノッキング識別方法を流れ図として示す。
【図４ａ】 基準レベルの経過を示す。
【図４ｂ】 基準レベルの経過を示す。
【図４ｃ】 基準レベルの経過を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アクセル ハインシュタイン ドイツ連邦共和国 ヴィムスハイム ヴェ ンタールシュトラーセ 22 (72)発明者 カールステン クルート ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ザ ンクト ペルテナー シュトラーセ 60ア ー (72)発明者 ヴェルナー ヘミング ドイツ連邦共和国 ノイデナウ ナハティ ガレンヴェーク 15 (72)発明者 ミヒャエル ボイエルレ ドイツ連邦共和国 マルクグレーニンゲン マルクトプラッツ 13 Ｆターム(参考） 3G084 DA27 EA01 EA11 EC04 FA25

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つのノッキングセンサおよび該ノッキングセン
    サに後置接続された評価装置を有する内燃機関におけるノッキング識別のための
    方法であって、 前記評価装置は少なくとも１つの比較手段を有し、 該比較手段は、前記ノッキングセンサの処理された出力信号を、前記ノッキン
    グセンサの先行する出力信号に依存して形成される可変の基準レベルと比較し、 前記基準レベルは低域フィルタを介して前記比較手段に供給され、 前記比較手段は、比較の結果に依存してノッキングを識別する形式の方法にお
    いて、 基準レベルの追従または前記低域フィルタの入力信号の計算を、少なくとも２
    つの異なる方法によって行い、 前記方法のうちの一方または他方を、動特性が識別されるか否かに依存して選
    択する、ことを特徴とするノッキング識別のための方法。
  2. 【請求項２】 基準値ｒｋｒ（ｎｅｗ）を、事前に識別された条件、すなわ
    ちノッキングの有無、動特性の有無に応じて、次の式 １：rkr(new)＝(1−1/KRFTP)＊rkr(old)＋1/KRFTP＊ikr、 ２：rkr(new)＝(1−1/KRFTP)＊rkr(old)＋1/KRFTP＊(ikr/ke)、または ３：rkr(new)＝(1−1/KRFTP)＊rkr(old)＋1/KRFTP＊(rkr(old)＊ke) に従って形成し、 前記ｒｋｒ（ｏｌｄ）は先行する基準値であり、前記ＫＲＦＴＰは追従係数で
    あり、前記ｉｋｒは現在の燃焼のノイズであり、前記ｋｅは係数である、請求項
    １記載の方法。
  3. 【請求項３】 現在のノッキング値ｉｋｒと前記先行する基準レベルｒｋｒ
    （ｏｌｄ）との比が所定の値ｋｅを超えた場合に、ノッキングが識別される、請
    求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 新しい基準値の決定の際に、ノッキングが識別されたときに
    求められた先行する値もともに考慮する、請求項１から３のいずれか１項記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 基準レベルｒｋｒの形成の際に、前記比ｖｉｒｋｒが閾値ｋ
    ｅ＊（ＫＲＲＰＮ＊（ｋｅ−１）＋１）より大きいか否かも付加的に考慮し、 前記ｋｅはノッキング識別の閾値であり、前記ＫＲＲＰＮは、０と１の間の値
    を有する係数である、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
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