JP2005090250A - Engine knock control device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンのノック制御装置に関し、詳細には、高速フーリエ変換(以下「FFT」という。)等を用いた振動解析によるノック判定の結果をもとに、ノッキングを抑制する技術に関する。 The present invention relates to an engine knock control device, and more particularly, to a technique for suppressing knocking based on a result of knock determination by vibration analysis using fast Fourier transform (hereinafter referred to as “FFT”) or the like.
エンジンのノック制御装置として、次のものが知られている。クランク角に関して所定の解析期間が設定され、この解析期間において、燃焼圧力を検出し、検出した燃焼圧力の振動成分をもとに、エンジンにノッキングが発生しているか否かを判定するものである(特許文献1)。ノッキングが発生していると判定したときに、点火時期を遅らせ、ノッキングを抑制することも知られている。また、ノック判定をFFTを用いた振動解析により行うことが知られている。すなわち、燃焼圧力波形を所定の時間帯ごとに区切り、各時間帯における燃焼圧力の振動成分をFFTにより順に解析していく。得られた周波数スペクトルのうち、ノッキングの特徴を示すものとして設定された周波数帯のレベルを算出し、これをその期間帯におけるノック音の振動強度として検出する。検出した振動強度を解析期間全体に渡って積算し、その積算値の大きさによりノッキングが発生しているか否かを判定するのである。
しかしながら、上記の振動解析によるノック判定には、次のような問題がある。すなわち、燃焼圧力の解析期間がクランク角に関して常に同じ時期(例えば、上死点後10〜60°)に設定され、ノッキングの発生がそのような一定の解析期間に検出した燃焼圧力に基づいて判定されることである。燃焼圧力波形のうち、大きなノック音を含む波形部分は、種々の条件によりその検出時期が前後し得るところ、そのような波形部分が確実に解析の対象となるようにするには、余裕を持たせて解析期間を長く設定することが必要となる。そして、このように解析期間を長く設定した場合は、ノック判定には本来必要のない、ノック音が比較的に小さい波形部分も解析の対象となり、その波形部分に含まれるノック音以外のノイズ成分もノック判定に反映されることとなる。このため、しきい値との比較によりノック判定を行う場合は、ノイズ成分が大きい分、しきい値を大きめに設定することが必要となり、ノッキングの発生を容易、かつ確実に検知し得るとは限らなかった。 However, knock determination by the above vibration analysis has the following problems. That is, the analysis period of the combustion pressure is always set to the same time with respect to the crank angle (for example, 10 to 60 ° after the top dead center), and the occurrence of knocking is determined based on the combustion pressure detected during such a fixed analysis period. It is to be done. Of the combustion pressure waveform, the waveform portion containing a loud knocking sound can be detected at various times depending on various conditions. However, there is a margin to ensure that such a waveform portion is the subject of analysis. Therefore, it is necessary to set a long analysis period. When the analysis period is set to be long as described above, a waveform portion that is not necessary for knock determination and that has a relatively small knock sound is also analyzed, and noise components other than the knock sound included in the waveform portion are analyzed. Will also be reflected in the knock determination. For this reason, when knock determination is performed by comparison with the threshold value, it is necessary to set the threshold value to be larger because the noise component is large, and the occurrence of knocking can be detected easily and reliably. It was not limited.
本発明は、燃焼圧力波形のうち、大きなノック音を含むか、あるいはその蓋然性が高い波形部分を特定し、その結果に応じてノック判定毎に最適な解析期間を設定することで、ノッキングの発生を容易、かつ確実に検知し、発生したノッキングを抑制することを目的とする。 The present invention identifies a portion of the combustion pressure waveform that contains a large knock noise or has a high probability of occurrence, and sets the optimal analysis period for each knock determination according to the result, thereby generating knocking. The purpose is to detect the occurrence of knocking easily and reliably, and to suppress the generated knocking.
本発明は、エンジンにノッキングが発生したことを検知するとともに、発生したノッキングを抑制する装置を提供する。本発明に係る装置は、所定のクランク角位置から開始する期間として予め設定された第1の期間において、振動成分を含んで燃焼圧力を検出するとともに、検出した燃焼圧力をもとに、ノッキングの特徴を示すものとして設定された周波数帯(以下「特徴周波数帯」という。)の振動強度を時系列順に算出していく。そして、算出した振動強度をもとに、前記第1の期間よりも短く、前記第1の期間に含まれる第2の期間を設定し、設定した第2の期間について特徴周波数帯の振動強度として算出される少なくとも1つの振動強度をもとに、エンジンにノッキングが発生しているか否かを判定する。ノッキングが発生していると判定したときは、発生したノッキングを抑制するための制御を行う。そのような制御として、点火時期を遅らせるのが好ましい。 The present invention provides an apparatus for detecting the occurrence of knocking in an engine and suppressing the generated knocking. The apparatus according to the present invention detects a combustion pressure including a vibration component in a first period set in advance as a period starting from a predetermined crank angle position, and performs knocking based on the detected combustion pressure. The vibration intensity of a frequency band (hereinafter referred to as “characteristic frequency band”) set as a characteristic is calculated in time series. Then, based on the calculated vibration intensity, a second period shorter than the first period and included in the first period is set, and the vibration intensity in the characteristic frequency band is set for the set second period. Whether or not knocking has occurred in the engine is determined based on the calculated at least one vibration intensity. When it is determined that knocking has occurred, control is performed to suppress the generated knocking. As such control, it is preferable to delay the ignition timing.
本発明によれば、第1の期間において、特徴周波数帯の振動強度を時系列順に算出していき、算出した振動強度をもとに、実質的な解析期間として第2の期間を設定することとした。このため、ノック判定に際し、時系列順に算出した振動強度により燃焼圧力波形全体の傾向をつかんだうえで、大きなノック音を含むか、あるいはその蓋然性が高い波形部分に対応させて最適な第2の期間を設定することができるので、ノイズ成分の影響を相対的に小さく抑え、判定精度を向上させることができる。 According to the present invention, in the first period, the vibration intensity of the characteristic frequency band is calculated in time series, and the second period is set as a substantial analysis period based on the calculated vibration intensity. It was. For this reason, in determining knocking, after grasping the tendency of the entire combustion pressure waveform based on the vibration intensity calculated in chronological order, the optimum second sound corresponding to the waveform portion that contains a large knocking noise or has a high probability of it. Since the period can be set, the influence of the noise component can be kept relatively small, and the determination accuracy can be improved.
以下に図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るノック制御装置を備える自動車用エンジン(以下「エンジン」という。)1の構成を示している。
エンジン1は、直噴式のエンジンである。吸気通路11には、スロットル弁12が設置されている。吸入空気は、スロットル弁12により流量が調整され、吸気弁14の開期間に筒内に流入する。スロットル弁12の上流には、エアフローメータ13が設置されている。エアフローメータ13により吸入空気の流量が検出される。エンジン1の本体には、燃焼室に臨ませてインジェクタ15及び点火プラグ16が設置されている。吸入空気に対し、インジェクタ15から運転状態に応じた量の燃料が噴射されるとともに、形成された混合気に対し、点火プラグ16により点火が行われる。排ガスは、排気弁17の開期間に排気通路18に排出される。エンジン1の本体には、クランク角センサ19及び冷却水温度センサ20が設置されるとともに、筒内圧力センサ21が設置されている。クランク角センサ19の検出信号は、次に述べるコントロールユニット22において、エンジン回転数Neの算出に用いられる。筒内圧力センサ21は、圧力の振動成分に感応する圧電素子を含んで構成されるものであり、そのようなものとして、いわゆるノックセンサを採用することができる。エアフローメータ13、クランク角センサ19、冷却水温度センサ20及び筒内圧力センサ21の検出信号は、コントロールユニット22に出力される。コントロールユニット22は、入力した信号をもとに、通常の条件に従って燃料噴射量及び点火時期を演算するとともに、演算結果に応じてインジェクタ15及び点火プラグ16を作動させる。また、コントロールユニット22は、以下に述べるようにエンジン1にノッキングが発生しているか否かを判定し、ノッキングが発生していると判定した場合は、発生したノッキングを抑制するための制御として、上記の演算結果に対して点火時期を遅らせて設定する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of an automobile engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 including a knock control device according to an embodiment of the present invention.
The
次に、コントロールユニット22の構成を、図2に示すブロック図により説明する。
ブロック(以下、図2の説明に際して「B」と略す。)1では、筒内圧力センサ21の出力を、ADコンバータのダイナミックレンジに適合させる。
B2では、コントロールユニット22内のADコンバータを作動させ、アナログ値の筒内圧力Pcylをディジタル値に変換する。ディジタル値への変換は、B3で設定する検出期間(「第1の期間」に相当する。)に行う。
Next, the configuration of the
In the block (hereinafter abbreviated as “B” in the description of FIG. 2) 1, the output of the in-
In B2, the AD converter in the
B3では、検出期間を、上死点後のクランク角(以下「ATDC」という。)で10〜60°に設定する。
B4では、ディジタル値の筒内圧力PcylにFFT処理を施す。FFT処理は、検出期間を複数のウィンドウに区切り、ウィンドウ毎に行う。FFT処理により、特徴周波数帯のそれぞれに対応させて、次に示すドレーパの式(1)により算出される5つの共振モードのレベル(以下「振動強度」という。)を算出する。なお、(1)式において、fi(i=1〜5)をモード毎の共振周波数、Cを雰囲気音速、Bをシリンダボア径、ρmnをモード別係数とする。モード別係数ρmnは、共振モードの形態に応じた値に設定され(図3)、添え字mは、径方向振動の次数を、nは、周方向振動の次数を示す。FFT処理の結果は、コントロールユニット22内の記憶装置に保存する。
In B3, the detection period is set to 10 to 60 ° at a crank angle after top dead center (hereinafter referred to as “ATDC”).
In B4, the digital value in-cylinder pressure Pcyl is subjected to FFT processing. The FFT process is performed for each window by dividing the detection period into a plurality of windows. By the FFT process, the levels of the five resonance modes (hereinafter referred to as “vibration intensity”) calculated by the following draper equation (1) are calculated corresponding to each of the characteristic frequency bands. In equation (1), fi (i = 1 to 5) is the resonance frequency for each mode, C is the atmospheric sound velocity, B is the cylinder bore diameter, and ρmn is the coefficient for each mode. The mode-specific coefficient ρmn is set to a value corresponding to the form of the resonance mode (FIG. 3), the subscript m indicates the order of radial vibration, and n indicates the order of circumferential vibration. The result of the FFT process is stored in a storage device in the
fi=C×ρmn/(π×B) ・・・(1)
B5では、FFT処理の結果をもとに、筒内圧力の周波数別強度KDLiを演算する。周波数別強度KDLiの演算は、FFT処理により得た振動強度FFTi(i=1〜5)を共振周波数毎に積算して行う。ここで、振動強度FFTiの積算は、B6で設定する解析期間(「第2の期間」に相当する。)に含まれるウィンドウに対応するもののみについて行う。
fi = C × ρmn / (π × B) (1)
In B5, based on the result of the FFT process, the frequency-specific strength KDLi of the in-cylinder pressure is calculated. The frequency-specific strength KDLi is calculated by integrating the vibration strength FFTi (i = 1 to 5) obtained by the FFT processing for each resonance frequency. Here, the vibration intensity FFTi is integrated only for the window corresponding to the window included in the analysis period (corresponding to the “second period”) set in B6.
B6では、解析期間を設定する。エンジン回転数Neに応じて解析期間の長さTgateを設定するとともに、振動強度FFTiに応じて解析期間の始期を設定する。解析期間の長さTgateは、エンジン回転数Neが高いときほどクランク角に関して短縮して設定する。
B7では、バックグラウンドレベルBGLを演算する。本実施形態では、周波数別強度の加重平均値KDLaveiをバックグラウンドレベルBGLとする。
In B6, an analysis period is set. The analysis period length Tgate is set according to the engine speed Ne, and the start period of the analysis period is set according to the vibration intensity FFTi. The analysis period length Tgate is set such that the crank angle is shortened as the engine speed Ne increases.
In B7, the background level BGL is calculated. In the present embodiment, the weighted average value KDLavei of the intensity by frequency is set as the background level BGL.
S8では、周波数別強度KDLiとバックグラウンドレベルBGLとの差分ΔKDLiを算出する。
B9では、差分ΔKDLiと、B10で設定するしきい値SLiとを比較し、差分ΔKDLiのほうが大きい場合に、エンジン1にノッキングが発生していると判定する。
B10では、しきい値SLiを、エンジン回転数Neに応じた値に設定する。
In S8, a difference ΔKDLi between the frequency-specific intensity KDLi and the background level BGL is calculated.
In B9, the difference ΔKDLi is compared with the threshold value SLi set in B10, and when the difference ΔKDLi is larger, it is determined that knocking has occurred in the
In B10, the threshold value SLi is set to a value corresponding to the engine speed Ne.
B11では、ノッキングの発生を検知した場合に、発生したノッキングを抑制するため、点火時期を通常値に対して所定のクランク角だけ遅らせて設定するとともに、その後点火時期を徐々に進めていく制御を行う。例えば、ノッキングの発生を検知したことにより点火時期を比較的に大きな第1の角度だけ一気に遅らせた後、所定の時間当たりに第1の角度よりも小さい第2の角度ずつ進めていく。 In B11, when the occurrence of knocking is detected, in order to suppress the generated knocking, the ignition timing is set to be delayed by a predetermined crank angle with respect to the normal value, and thereafter the ignition timing is gradually advanced. Do. For example, after the occurrence of knocking is detected, the ignition timing is delayed at a stretch by a relatively large first angle, and then advanced by a second angle smaller than the first angle per predetermined time.
次に、コントロールユニット22の動作を、図4〜6に示すフローチャートにより説明する。
図4は、振動強度演算ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、図7に示す検出開始割込タイミング(=ATDC10°)において、対応する気筒jについて実行される。なお、以下の説明において、気筒番号(例えば、1〜4)をjで表す。
Next, the operation of the
FIG. 4 is a flowchart of the vibration intensity calculation routine. This routine is executed for the corresponding cylinder j at the detection start interrupt timing (=
S101では、イニシャライズ処理を行う。
S102では、ADコンバータを作動させ、筒内圧力Pcylのディジタル値への変換を開始する。
S103では、変換した筒内圧力Pcylをサンプリングする。ここで、1回のFFT処理に際してサンプリングするデータ数Nsmpは、64に設定している。
In S101, initialization processing is performed.
In S102, the AD converter is operated to start conversion of the in-cylinder pressure Pcyl into a digital value.
In S103, the converted in-cylinder pressure Pcyl is sampled. Here, the number of data Nsmp to be sampled in one FFT process is set to 64.
S104では、エンジン回転数Neが所定値Ne1よりも高いか否かを判定する。Ne1よりも高いときは、S105へ進み、Ne1以下であるときは、S106へ進む。Ne1は、低回転域と高回転域とを隔てるエンジン回転数として、例えば、3000rpmに設定する。
S105では、現在のウィンドウによるサンプル数が所定値Nhであるか否かを判定する。Nhであるときは、S107へ進み、Nhでないときは、S108へ進む。Nhは、所定値Nsmpを倍数に持つ値として、例えば、16に設定する。
In S104, it is determined whether or not the engine speed Ne is higher than a predetermined value Ne1. When it is higher than Ne1, the process proceeds to S105, and when it is equal to or less than Ne1, the process proceeds to S106. Ne1 is set to, for example, 3000 rpm as the engine speed that separates the low rotation range and the high rotation range.
In S105, it is determined whether or not the number of samples in the current window is a predetermined value Nh. When it is Nh, it progresses to S107, and when it is not Nh, it progresses to S108. Nh is set to 16, for example, as a value having a predetermined value Nsmp as a multiple.
S106では、現在のウィンドウによるサンプル数が所定値Nlであるか否かを判定する。Nlであるときは、S107へ進み、Nlでないときは、S108へ進む。Nlは、所定値Nsmpを倍数に持ち、かつNhよりも大きな値として、例えば、64に設定する。
S107では、次のウィンドウを起動し、そのウィンドウによるサンプリングを開始する。すなわち、本実施形態では、エンジン回転数NeがNe1よりも高い高回転時において、サンプル数がNh(=16)に達した時点で次のウィンドウによるサンプリングを開始することで、ウィンドウをオーバーラップさせることとしている。他方、低回転時に関する所定値Nlを所定値Nsmpに等しい64に設定することで、ウィンドウをオーバーラップさせないこととしている。
In S106, it is determined whether or not the number of samples in the current window is a predetermined value Nl. When it is Nl, it progresses to S107, and when it is not Nl, it progresses to S108. Nl has a predetermined value Nsmp as a multiple and is set to 64, for example, as a value larger than Nh.
In S107, the next window is activated and sampling by that window is started. That is, in the present embodiment, when the engine speed Ne is higher than Ne1, when the number of samples reaches Nh (= 16), sampling by the next window is started to overlap the windows. I am going to do that. On the other hand, the window is not overlapped by setting the predetermined value Nl for the low rotation to 64 equal to the predetermined value Nsmp.
S108では、サンプル数が所定値Nsmpに達したか否かを判定する。Nsmpに達したときは、S109へ進み、達していないときは、S103へ戻り、筒内圧力Pcylのサンプリングを継続する。
S109では、サンプリングした64個の筒内圧力Pcylに対してFFT処理を施し、共振周波数毎の振動強度FFTiを算出する。
In S108, it is determined whether or not the number of samples has reached a predetermined value Nsmp. When Nsmp has been reached, the process proceeds to S109, and when it has not reached, the process returns to S103 and sampling of the in-cylinder pressure Pcyl is continued.
In S109, the sampled 64 in-cylinder pressures Pcyl are subjected to FFT processing to calculate the vibration intensity FFTi for each resonance frequency.
S110では、算出した振動強度FFTiを記憶装置に保存する。
S111では、今回のノック判定に際して実行したFFT処理の回数nを1だけカウントアップする。
S112では、カウントアップ後のFFT実行回数nが所定値Nmaxに達したか否かを判定する。Nmaxに達したときは、このルーチンを終了し、達していないときは、S103へ戻り、次のウィンドウにより筒内圧力Pcylをサンプリングする。なお、Nmaxは、検出期間(=ATDC10〜60°)に収まり得るウィンドウの数の最大値に設定する。
In S110, the calculated vibration intensity FFTi is stored in the storage device.
In S111, the number n of FFT processes executed in the current knock determination is incremented by one.
In S112, it is determined whether or not the FFT execution count n after counting up has reached a predetermined value Nmax. When Nmax is reached, this routine is terminated. When it is not reached, the routine returns to S103, and the in-cylinder pressure Pcyl is sampled by the next window. Nmax is set to the maximum value of the number of windows that can be accommodated in the detection period (=
図5は、ノック判定ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、図7に示す検出終了割込タイミング(=ATDC60°)において、対応する気筒jについて実行される。
S201では、ADコンバータを停止させ、筒内圧力Pcylのディジタル値への変換を終了する。
FIG. 5 is a flowchart of a knock determination routine. This routine is executed for the corresponding cylinder j at the detection end interrupt timing (= ATDC 60 °) shown in FIG.
In S201, the AD converter is stopped and the conversion of the in-cylinder pressure Pcyl into a digital value is completed.
S202では、解析期間の長さTgateを設定する。Tgateの設定は、エンジン回転数Neにより図8に示すテーブルを検索して行い、Neが高いときほどクランク角に関して短い期間として設定する。本実施形態では、扱いの容易さのため、解析期間の長さをFFT実行回数として設定することとし、Neが所定値Ne1よりも高いときは、Tgate=Tgate1に、Ne1以下であるときは、Tgate=Tgate2(>Tgate1)に設定する。本実施形態では、Neが所定値Ne1よりも高いときに、Tgateを一定の長さ(=Tgate1)に設定することとしているが、このような設定に代え、NeとNe1との差(=Ne−Ne1)に応じ、この差が大きいときほど、TgateをTgate2からTgate1に向けて多段階に短縮させるようにしてもよい。 In S202, the length Tgate of the analysis period is set. The Tgate is set by searching the table shown in FIG. 8 based on the engine speed Ne, and the higher the Ne, the shorter the crank angle is set. In the present embodiment, for ease of handling, the length of the analysis period is set as the number of FFT executions. When Ne is higher than a predetermined value Ne1, Tgate = Tgate1, and when Ne1 or less, Set Tgate = Tgate2 (> Tgate1). In this embodiment, when Ne is higher than the predetermined value Ne1, Tgate is set to a fixed length (= Tgate1). Instead of such setting, the difference between Ne and Ne1 (= Ne). According to -Ne1), Tgate may be shortened in multiple steps from Tgate2 to Tgate1 as the difference is larger.
S203では、カウント値m,MAXをともに1に設定する。
S204では、一方のカウント値mを1だけ増加させる。
S205では、m回目のFFT処理により得た振動強度FFTi(m)がMAX回目のFFT処理により得た振動強度FFTi(MAX)よりも大きいか否かを判定する。FFTi(MAX)よりも大きいときは、S206へ進み、FFTi(MAX)以下であるときは、S207へ進む。なお、S205の処理に関し、FFT処理により得られる振動強度FFTiは、共振周波数毎に全部で5つあるが、ここでは、そのうちの1つを適宜に選択して行う。周波数番号i=1のもの(図3)は、ノック音以外のノイズ成分が大きく影響する傾向にあるので、それ以外のものとして、例えば、i=2のものを採用する。
In S203, the count values m and MAX are both set to 1.
In S204, one count value m is incremented by one.
In S205, it is determined whether or not the vibration intensity FFTi (m) obtained by the m-th FFT process is larger than the vibration intensity FFTi (MAX) obtained by the MAX-th FFT process. When it is larger than FFTi (MAX), the process proceeds to S206, and when it is equal to or less than FFTi (MAX), the process proceeds to S207. Regarding the process of S205, there are a total of five vibration intensities FTTi obtained by the FFT process for each resonance frequency. Here, one of them is selected as appropriate. Since the frequency number i = 1 (FIG. 3) tends to be greatly influenced by noise components other than the knocking sound, for example, the frequency number i = 1 is adopted.
S206では、カウント値MAXをmに設定する。すなわち、カウント値MAXは、検出期間において、最大の振動強度が得られたFFT処理の番号を示す。例えば、MAX=3である場合は、検出期間の開始から現在までに得た振動強度のうち、3回目のFFT処理により得た振動強度FFTi(3)が最大であることを示す。
S207では、カウント値mが所定値Nmaxから解析期間の長さTgateを減じた値に達したか否かを判定する。この値(=Nmax−Tgate)に達したときは、S208へ進み、達していないときは、S204へ戻り、その次のFFT処理により得た振動強度FFTi(m+1)と、FFTi(MAX)との比較を行う。
In S206, the count value MAX is set to m. That is, the count value MAX indicates the number of the FFT process in which the maximum vibration intensity is obtained in the detection period. For example, when MAX = 3, the vibration intensity FTTi (3) obtained by the third FFT processing is the maximum among the vibration intensity obtained from the start of the detection period to the present.
In S207, it is determined whether or not the count value m has reached a value obtained by subtracting the length Tgate of the analysis period from the predetermined value Nmax. When this value (= Nmax−Tgate) is reached, the process proceeds to S208, and when it has not reached, the process returns to S204, where the vibration intensity FFTi (m + 1) obtained by the next FFT process and FFTi (MAX) Make a comparison.
S208では、積算周波数別強度σFFTiを演算する。σFFTiの演算は、MAX回目からMAX+Tgate回目までのFFT処理により得た各振動強度を、共振周波数毎に積算して行う。
S209では、エンジン回転数Neが所定値Ne1よりも高いか、すなわち、FFT処理に際してウィンドウをオーバーラップさせたか否かを判定する。Ne1よりも高いときは、S210へ進み、Ne1以下であるときは、S211へ進む。
In S208, the intensity σFFTi for each integrated frequency is calculated. The calculation of σFFTi is performed by integrating each vibration intensity obtained by the FFT processing from the MAX times to the MAX + Tgate times for each resonance frequency.
In S209, it is determined whether the engine speed Ne is higher than a predetermined value Ne1, that is, whether the windows are overlapped during the FFT processing. When it is higher than Ne1, the process proceeds to S210, and when it is equal to or less than Ne1, the process proceeds to S211.
S210では、積算周波数別強度σFFTiに対し、下式(2),(3)によりウィンドウをオーバーラップさせた分の面積補正を施し、得た値を改めて積算周波数別強度σFFTiに設定する。なお、(3)式において、Nolは、ウィンドウがオーバーラップする時間(=Nsmp−Nh)を示す。
σFFTi=σFFTi×Nhos/(Tgate×Nsmp) ・・・(2)
Nhos=Tgate×Nsmp−Nol×(Tgate−1) ・・・(3)
ここで、S210における面積補正の概念を、図9により説明する。本実施形態では、高回転時にウィンドウをオーバーラップさせることとしており、前述の通りNsmpを64、Nhを16としたことから、ウィンドウがオーバーラップする時間Nolは、これらの差、すなわち、48である。このような設定のもと、例えば、解析期間の長さTgateを6として積算周波数別強度σFFTiを算出した場合を想定する。この場合において、6つのウィンドウは、1/4の長さずつずれて設定されることとなり、積算周波数別強度σFFTi、延いては周波数別強度KDLiに対する時間毎の振動強度FFTiの反映度合いが異なることとなり、図中Aで示す初めの期間と、Bで示す終りの期間とでその度合いが相対的に小さくなる。(2)式は、積算周波数別強度σFFTiを、ウィンドウがオーバーラップしない場合のものに変換するものである。(2)式による面積補正の結果、時間帯によらずそれぞれの振動強度FFTiが等しく周波数別強度KDLiに反映されることとなる。
In S210, the area correction corresponding to the overlap of the windows by the following equations (2) and (3) is performed on the integrated frequency intensity σFFTi, and the obtained value is set to the integrated frequency intensity σFFTi again. In Equation (3), Nol indicates the time (= Nsmp−Nh) at which the windows overlap.
σFFTi = σFFTi × Nhos / (Tgate × Nsmp) (2)
Nhos = Tgate × Nsmp-Nol × (Tgate-1) (3)
Here, the concept of area correction in S210 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the windows are overlapped at the time of high rotation, and Nsmp is set to 64 and Nh is set to 16 as described above. Therefore, the time Nol during which the windows overlap is the difference between them, that is, 48. . Under such a setting, for example, a case is assumed where the intensity σFFTi for each integrated frequency is calculated by setting the length Tgate of the analysis period to 6. In this case, the six windows are set so as to be shifted by a length of ¼, and the reflection degree of the vibration intensity FFTi for each time with respect to the integrated frequency-specific intensity σFFTi and further to the frequency-specific intensity KDLi is different. Thus, the degree is relatively small between the first period indicated by A and the end period indicated by B in the figure. Equation (2) converts the integrated frequency-specific strength σFFTi into that when the windows do not overlap. As a result of the area correction by the equation (2), the respective vibration strengths FFTi are equally reflected in the frequency-specific strength KDLi regardless of the time zone.
S211では、積算周波数別強度σFFTiを、クランク角に関して正規化する。本実施形態では、この正規化として、積算周波数別強度σFFTiを、下式(4),(5)によりATDC10〜60°、すなわち、検出期間当たりのものに変換することとする。なお、(4)式において、1回のノック判定に際してサンプリングする延べデータ数をNsmpallとする。
In S211, the integrated frequency-specific strength σFFTi is normalized with respect to the crank angle. In this embodiment, as this normalization, the integrated frequency-specific strength σFFTi is converted to
σFFTi=σFFTi×{Nsmpall−Nol×(Nmax−1)}/Nhos ・・・(4)
Nsmpall=Nmax×Nsmp ・・・(5)
S212では、正規化したσFFTiをもとに、図6に示すフローチャートに従いノック判定を行う。
σFFTi = σFFTi × {Nsmall−Nol × (Nmax−1)} / Nhos (4)
Nsmpall = Nmax × Nsmp (5)
In S212, knock determination is performed according to the flowchart shown in FIG. 6 based on the normalized σFFTi.
図6に示すフローチャートにおいて、S301では、気筒jについて前回にノック判定を行った際の判定結果をクリアする。
S302では、周波数別強度KDLiを演算する。KDLiの演算は、積算周波数別強度σFFTiを読み込むとともに、読み込んだσFFTiをエンジン回転数Neで除算して行う。
In the flowchart shown in FIG. 6, in S301, the determination result when the knock determination is performed for the cylinder j last time is cleared.
In S302, the frequency-specific strength KDLi is calculated. The calculation of KDLi is performed by reading the intensity σFFTi for each integrated frequency and dividing the read σFFTi by the engine speed Ne.
KDLi=σFFTi/Ne ・・・(6)
S303では、バックグラウンドレベルBGLを演算する。本実施形態では、バックグラウンドレベルBGLを、周波数別強度の加重平均値(以下「平均周波数別強度」という。)KDLaveiとし、下式(7)により算出する。なお、前回のノック判定に際してこのS303で算出した平均周波数別強度を、KDLavein-1とする。
KDLi = σFFTi / Ne (6)
In S303, the background level BGL is calculated. In this embodiment, the background level BGL is calculated as the weighted average value of the frequency-specific intensity (hereinafter referred to as “average frequency-specific intensity”) KDavei according to the following equation (7). Note that the intensity by average frequency calculated in S303 at the time of the previous knock determination is set to KDLavein -1 .
BGL=KDLavei=(KDLi+15×KDLavein-1)/16 ・・・(7)
S304では、S−N差分ΔKDLiを演算する。S−N差分ΔKDLiは、周波数別強度KDLiとバックグラウンドレベルBGLとの差であり、ΔKDLiの演算は、周波数別強度KDLiから平均周波数別強度KDLaveiを減算して行う。
BGL = KDLavei = (KDLi + 15 × KDLavein -1 ) / 16 (7)
In S304, the SN difference ΔKDLi is calculated. The SN difference ΔKDLi is the difference between the frequency-specific strength KDLi and the background level BGL, and ΔKDLi is calculated by subtracting the average frequency-specific strength KDlavei from the frequency-specific strength KDLi.
ΔKDLi=KDLi−KDLavei ・・・(8)
S305では、算出したS−N差分ΔKDLiがノック判定のためのしきい値SLi以下であるか否かを判定する。しきい値SLiは、エンジン回転数Neに応じて共振周波数毎に設定される。共振周波数に応じたそれぞれの周波数別強度KDLiのすべてがSLi以下であるときは、S306に進み、周波数別強度KDLiのうち、SLiよりも大きいものが1つでもあるときは、ノック音を検出したものとしてS307へ進む。
ΔKDLi = KDLi−KDLAvey (8)
In S305, it is determined whether or not the calculated SN difference ΔKDLi is equal to or smaller than a threshold value SLi for knock determination. The threshold value SLi is set for each resonance frequency according to the engine speed Ne. When all the frequency-specific intensities KDLi corresponding to the resonance frequency are less than or equal to SLi, the process proceeds to S306, and when at least one of the frequency-specific intensities KDLi is larger than SLi, a knock sound is detected. As a result, the process proceeds to S307.
S306では、気筒jについてノッキングが発生していないとの判定を下す。
S307では、気筒jについてノッキングが発生しているとの判定を下す。ECU22は、ノッキングが発生しているとの判定を下した場合に、図2のB11に関して述べた制御を行い、発生したノッキングを抑制する。
本実施形態に関し、筒内圧力センサ21及びECU22によりノック制御装置が構成される。すなわち、筒内圧力センサ21が筒内圧力検出手段としての機能を持つ。また、ECU22が持つ機能のうち、図4に示すフローチャートのS103の機能が圧力記憶手段に、S109の機能が振動強度演算手段に相当する。図5に示すフローチャートのS202〜207の機能が期間設定手段に、S208〜212の機能がノック判定手段に相当する。
In S306, it is determined that knocking has not occurred for the cylinder j.
In S307, it is determined that knocking has occurred in the cylinder j. When the
Regarding the present embodiment, the in-
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第1に、検出期間(=ATDC10〜60°)を複数のウィンドウにより時間帯ごとに区切り、それぞれのウィンドウに対するFFT処理の結果として算出した振動強度FFTiをもとに、検出期間における最大の振動強度が得られる時期から開始する期間として、ノック判定の実質的な対象を定める解析期間を設定することとした。このため、筒内圧力波形のうち、大きなノック音を含む蓋然性の高い波形部分を解析の対象として選択し、そのような波形部分に対してウィンドウを設定して、周波数別強度KDLiを算出することができる。例えば、図10に示すように解析期間が設定された場合に、この解析期間に収まるウィンドウとして、斜線を付したもの(低回転時についてw2〜w4、高回転時についてw2,w3)が設定される。その結果、算出されるKDLiにおいて、ノック音以外のノイズ成分の影響を小さく抑えることができるので、算出したKDLiと、バックグラウンドレベルBGLとの差を大きくとることができ、ノッキングの発生を容易に検知することができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
First, the detection period (=
なお、この第1の効果に関し、図5に示すフローチャートのS207において、Nmax−Tgate回のFFT処理を行うまでに得た振動強度のうち、最大の振動強度が得られた時期を解析期間の始期としたことで、解析期間を確実に検出期間内に収め、所定の回数のFFT処理を行うために必要な筒内圧力Pcylが得られなくなることを防止することができる。 Regarding the first effect, in S207 of the flowchart shown in FIG. 5, the time when the maximum vibration strength is obtained among the vibration strengths obtained until Nmax-Tgate FFT processing is performed is the start of the analysis period. By doing so, it is possible to prevent the in-cylinder pressure Pcyl required for performing the FFT processing a predetermined number of times without failing to ensure that the analysis period is within the detection period.
第2に、FFT処理に際し、ウィンドウをエンジン回転数Neに応じた長さでオーバーラップさせることとした。このため、高回転下におけるFFT処理の実質的な分解能を向上させ、運転領域全体に渡って必要とされる判定精度を実現することができる。ここで、エンジン回転数Neが高いときほどオーバーラップを延長することで、この分解能の向上効果をより顕著なものとすることができる。他方、低回転時は、オーバーラップを短縮する(オーバーラップさせない場合を含む。)ことで、不要な演算負荷の増大を回避し、判定精度と演算負荷とを両立させることができる。 Secondly, in the FFT process, the windows are overlapped with a length corresponding to the engine speed Ne. For this reason, the substantial resolution of the FFT process under high rotation can be improved, and the determination accuracy required over the entire operation region can be realized. Here, the effect of improving the resolution can be made more remarkable by extending the overlap as the engine speed Ne is higher. On the other hand, at the time of low rotation, the overlap is shortened (including the case where the overlap is not performed), so that an unnecessary increase in calculation load can be avoided and both determination accuracy and calculation load can be achieved.
第3に、ウィンドウをオーバーラップさせて設定した場合に、積算周波数別強度σFFTiに対してオーバーラップ分の面積補正を施し、ウィンドウがオーバーラップしない場合のものに変換することで、時間に関して平均することとした。このため、ノック判定に際し、オーバーラップの有無又はその長さの違いに応じてしきい値の扱いを変更させる必要がなくなり、しきい値との一元的な比較によりノック判定を行うことができる。 Third, when the windows are set to overlap, the area for the overlap is corrected for the integrated frequency-specific strength σFFTi, and the result is averaged with respect to time by converting to the case where the windows do not overlap. It was decided. For this reason, in knock determination, it is not necessary to change the handling of the threshold value according to the presence or absence of overlap or the difference in length thereof, and the knock determination can be performed by centralized comparison with the threshold value.
第4に、ノック判定に際し、積算周波数別強度σFFTiを所定のクランク角範囲(=ATDC10〜60°)、すなわち、検出期間当たりのものに変換することで、クランク角に関して正規化することとした。本実施形態では、エンジン回転数Neに応じて解析期間の長さを変化させるところ(図8)、算出したσFFTiをクランク角に関して正規化することで、この長さの変化により周波数別強度KDLiに生じるバラツキを補償し、判定精度の低下を抑制することができる。
Fourth, at the time of knock determination, the crank angle is normalized by converting the integrated frequency-specific strength σFFTi into a predetermined crank angle range (=
以上では、筒内圧力波形の周波数変換手段としてFFTを採用することとしたが、FFTに代え、例えば、ウェーブレット変換を採用してもよい。 In the above description, FFT is used as the frequency conversion means for the in-cylinder pressure waveform. However, for example, wavelet conversion may be used instead of FFT.
1…エンジン、11…吸気通路、12…スロットル弁、13…エアフローメータ、14…吸気弁、15…インジェクタ、16…点火プラグ、17…排気弁、18…排気通路、19…クランク角センサ、20…冷却水温度センサ、21…筒内圧力センサ、22…コントロールユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
所定のクランク角位置から開始する期間として予め設定された第1の期間において、筒内圧力検出手段により検出した圧力を記憶する圧力記憶手段と、
記憶した圧力をもとに、ノッキングの特徴を示すものとして設定された所定の周波数帯の振動強度を時系列順に算出する振動強度演算手段と、
算出した振動強度をもとに、前記第1の期間よりも短い第2の期間を設定する期間設定手段と、
設定した第2の期間に振動強度演算手段により算出した少なくとも1つの振動強度をもとに、エンジンにノッキングが発生しているか否かを判定するノック判定手段と、を含んで構成されるエンジンのノック制御装置。 In-cylinder pressure detecting means for detecting a vibration component of the in-cylinder pressure during combustion,
Pressure storage means for storing the pressure detected by the in-cylinder pressure detection means in a first period preset as a period starting from a predetermined crank angle position;
Based on the stored pressure, vibration intensity calculation means for calculating vibration intensity in a predetermined frequency band set to indicate the characteristics of knocking in time series,
A period setting means for setting a second period shorter than the first period based on the calculated vibration intensity;
An engine comprising: knock determining means for determining whether or not knocking has occurred in the engine based on at least one vibration intensity calculated by the vibration intensity calculating means during the set second period. Knock control device.
算出した振動強度をもとに、前記第1の期間よりも短く、前記第1の期間に含まれる第2の期間を設定し、
設定した第2の期間について前記周波数帯の振動強度として算出される少なくとも1つの振動強度をもとに、エンジンにノッキングが発生しているか否かを判定し、
ノッキングが発生していると判定したときは、ノッキングを抑制するための制御を行うエンジンのノック制御装置。 In a first period set in advance as a period starting from a predetermined crank angle position, the combustion pressure including vibration components is detected, and the characteristic of knocking is set based on the detected combustion pressure. Calculate the vibration intensity of the selected frequency band in chronological order,
Based on the calculated vibration intensity, set a second period shorter than the first period and included in the first period,
Based on at least one vibration intensity calculated as the vibration intensity in the frequency band for the set second period, it is determined whether knocking has occurred in the engine,
An engine knock control apparatus that performs control for suppressing knocking when it is determined that knocking has occurred.
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