JP2006307665A - Knocking determining device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノッキング判定装置に関し、特に、内燃機関の振動の波形に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する内燃機関のノッキング判定装置に関する。 The present invention relates to a knock determination device, and more particularly to a knock determination device for an internal combustion engine that determines whether or not knocking has occurred based on a vibration waveform of the internal combustion engine.
従来より、内燃機関のノッキングを検出する技術が知られている。特開2001−227400号公報(特許文献1)は、ノッキングの発生の有無を正確に判定することができる内燃機関用ノック制御装置を開示する。特許文献1に記載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信号検出部と、信号検出部で検出された振動波形信号が予め定められた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部と、発生期間検出部で検出された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部と、発生期間とピーク位置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ノック判定部と、ノック判定部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ノック制御部とを含む。ノック判定部は、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲内にあるときにはノック(ノッキング)発生有りと判定する。
Conventionally, a technique for detecting knocking of an internal combustion engine is known. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-227400 (Patent Document 1) discloses a knock control device for an internal combustion engine that can accurately determine the presence or absence of occurrence of knocking. The knock control device for an internal combustion engine described in
この公報に記載の内燃機関用ノック制御装置によれば、内燃機関で発生する振動波形信号が信号検出部で検出され、その振動波形信号が予め定められた値以上となる発生期間とそのピーク位置とが発生期間検出部およびピーク位置検出部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部にて判定され、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。ノック判定部では、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲内にあるとき、即ち、振動波形信号の予め定められた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、内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
しかしながら、ノッキングが発生した場合であっても、ノッキングに起因した振動よりも大きい強度の振動がノイズとして検出される場合がある。すなわち、ノックセンサの異常や内燃機関自体の振動に起因した振動の強度が、ノッキングに起因した振動の強度よりも大きい場合がある。このような場合、特開2001−227400号公報に記載の内燃機関用ノック制御装置では、ノッキングが発生しているにも関わらず、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲外にあるため、ノッキングが発生していないと誤判定されるおそれがあるという問題点があった。 However, even when knocking occurs, vibration having a magnitude greater than that caused by knocking may be detected as noise. That is, there is a case where the magnitude of vibration caused by knock sensor abnormality or the vibration of the internal combustion engine itself is greater than the magnitude of vibration caused by knocking. In such a case, in the knock control device for an internal combustion engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-227400, since knocking occurs, the peak position with respect to the generation period is outside the predetermined range. There has been a problem that it may be erroneously determined that knocking has not occurred.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができるノッキング判定装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a knock determination device that can accurately determine whether knock has occurred.
第1の発明に係るノッキング判定装置は、内燃機関のノッキング判定装置である。このノッキング判定装置は、内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を検出するための波形検出手段と、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、検出された波形において、予め定められたクランク角の間の第1の角度と第2の角度とにおける振動強度に基づいて形成される波形と、記憶手段に記憶された波形とを比較した結果に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段とを含む。 A knock determination device according to a first aspect of the present invention is a knock determination device for an internal combustion engine. The knock determination device includes a crank angle detection unit for detecting a crank angle of the internal combustion engine, a waveform detection unit for detecting a vibration waveform of the internal combustion engine between the predetermined crank angles, Storage means for preliminarily storing a vibration waveform of the internal combustion engine during the crank angle, and vibration intensity at a first angle and a second angle between predetermined crank angles in the detected waveform Determination means for determining whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on the result of comparing the waveform formed based on the waveform and the waveform stored in the storage means.
第1の発明によると、クランク角検出手段が内燃機関のクランク角を検出し、波形検出手段が、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を検出する。記憶手段が、予め定められたクランク角の間において、内燃機関の振動の波形を記憶し、検出された波形において、予め定められたクランク角の間の第1の角度(たとえば、検出された波形のピーク値)と第2の角度(たとえば、ピーク値に対応する角度から予め定められた角度だけ進めた角度)とにおける振動強度に基づいて形成される波形と、記憶された波形とを比較した結果に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定する。これにより、たとえば実験などにより、ノッキングが発生した場合の振動の波形であるノック波形モデルを予め作成して記憶しておき、このノック波形モデルと検出された波形とを比較して、ノッキングが発生したか否かを判定することができる。特に、検出された波形において、予め定められたクランク角の間の第1の角度と第2の角度とにおける振動強度に基づいて形成される波形と、記憶された波形とを比較する。これにより、たとえば、第1の角度および第2の角度がノッキング以外の振動が重畳しない角度になるようにすると、ノッキング以外の振動が重畳しない波形を検出することができるため、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができるノッキング判定装置を提供することができる。 According to the first invention, the crank angle detecting means detects the crank angle of the internal combustion engine, and the waveform detecting means detects the waveform of the vibration of the internal combustion engine between the predetermined crank angles. The storage means stores a vibration waveform of the internal combustion engine during a predetermined crank angle, and a first angle (for example, a detected waveform) between the predetermined crank angles in the detected waveform. The waveform formed based on the vibration intensity at the second angle (for example, an angle advanced by a predetermined angle from the angle corresponding to the peak value) and the stored waveform were compared. Based on the result, it is determined whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine. As a result, a knock waveform model, which is a vibration waveform when knocking occurs, is created and stored in advance by, for example, experiments, and knocking occurs by comparing this knock waveform model with the detected waveform. It can be determined whether or not. In particular, in the detected waveform, the waveform formed based on the vibration intensity at the first angle and the second angle between the predetermined crank angles is compared with the stored waveform. Thus, for example, if the first angle and the second angle are such that vibrations other than knocking are not superimposed, a waveform in which vibrations other than knocking are not superimposed can be detected. It is possible to provide a knocking determination device capable of accurately determining whether or not.
第2の発明に係るノッキング判定装置においては、第1の発明の構成に加えて、記憶された波形は、第1の角度と第2の角度とにそれぞれ対応する角度の振動強度に基づいて形成される波形である。 In the knocking determination device according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the stored waveform is formed based on the vibration intensity of the angles respectively corresponding to the first angle and the second angle. Is the waveform to be played.
第2の発明によると、記憶された波形は、第1の角度と第2の角度とにそれぞれ対応する角度の振動強度に基づいて形成される波形である。検出された波形における第1の角度(たとえば、検出された波形のピーク値)と第2の角度(たとえば、ピーク値に対応する角度から予め定められた角度だけ進めた角度)とにおける振動強度に基づいて形成される波形は、予め記憶された波形における第1の角度と第2の角度とにそれぞれ対応する角度の振動強度に基づいて形成される波形と比較される。たとえば、第1の角度および第2の角度がノッキング以外の振動が重畳しない角度になるようにすると、ノッキング以外の振動が重畳しない波形を検出することができる。このとき、ノック波形モデルも第1の角度および第2の角度にそれぞれ対応する角度の振動強度に基づいて形成することにより、検出された波形と形成されたノック波形モデルとを比較して、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 According to the second invention, the stored waveform is a waveform formed on the basis of the vibration intensity at angles corresponding to the first angle and the second angle, respectively. The vibration intensity at a first angle (for example, a peak value of the detected waveform) and a second angle (for example, an angle advanced by a predetermined angle from the angle corresponding to the peak value) in the detected waveform The waveform formed based on the waveform is compared with the waveform formed based on the vibration intensity of the angle respectively corresponding to the first angle and the second angle in the waveform stored in advance. For example, if the first angle and the second angle are such that vibrations other than knocking do not overlap, a waveform in which vibrations other than knocking do not overlap can be detected. At this time, the knock waveform model is also formed on the basis of the vibration intensity at the angles corresponding to the first angle and the second angle, respectively, and the detected waveform is compared with the formed knock waveform model. It is possible to accurately determine whether knocking has occurred in the engine.
第3の発明に係るノッキング判定装置においては、第1または2の発明の構成に加えて、第1の角度および第2の角度は、ノッキングに対応する振動に、ノッキングに対応する振動と異なる振動であって、内燃機関の作動に起因して発生する振動が重畳しない角度である。 In the knock determination device according to the third aspect of the invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, the first angle and the second angle are vibrations different from vibrations corresponding to knocking in vibrations corresponding to knocking. The angle is such that vibrations generated due to the operation of the internal combustion engine do not overlap.
第3の発明によると、第1の角度および第2の角度は、ノッキングに対応する振動に、ノッキングに対応する振動と異なる振動であって、内燃機関の作動に起因して発生する振動が重畳しない角度である。第1の角度および第2の角度に基づいて波形を検出すると、ノッキング以外の振動が重畳しない波形を検出することができる。 According to the third invention, the first angle and the second angle are different from the vibration corresponding to knocking on the vibration corresponding to knocking, and the vibration generated due to the operation of the internal combustion engine is superimposed. Do not angle. When a waveform is detected based on the first angle and the second angle, a waveform in which vibrations other than knocking are not superimposed can be detected.
第4の発明に係るノッキング判定装置においては、第1〜3のいずれかの発明の構成に加えて、第1の角度と第2の角度との間には、検出された波形における振動強度のピークに対応する角度を含む。 In the knock determination device according to the fourth invention, in addition to the configuration of any one of the first to third inventions, the vibration intensity in the detected waveform is between the first angle and the second angle. Includes the angle corresponding to the peak.
第4の発明によると、第1の角度と第2の角度との間には、検出された波形における振動強度のピークに対応する角度を含む。検出された波形において、振動のピークを含む波形に基づいて、ノッキングの判定をすることにより、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 According to the fourth invention, the angle corresponding to the peak of the vibration intensity in the detected waveform is included between the first angle and the second angle. In the detected waveform, it is possible to accurately determine whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine by determining knocking based on a waveform including a vibration peak.
第5の発明に係るノッキング判定装置においては、第4の発明の構成に加えて、第1の角度および第2の角度のいずれかが、検出された波形における振動強度のピークに対応する角度である。 In the knock determination device according to the fifth invention, in addition to the configuration of the fourth invention, either the first angle or the second angle is an angle corresponding to the peak of the vibration intensity in the detected waveform. is there.
第5の発明によると、検出された波形において、ピークに対応する振動強度と、ピークに対応する角度から予め定められた角度だけ進めた角度に対応する振動強度とに基づいて形成される波形に基づいて、ノッキングを判定することにより、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 According to the fifth invention, in the detected waveform, the waveform is formed based on the vibration intensity corresponding to the peak and the vibration intensity corresponding to the angle advanced from the angle corresponding to the peak by a predetermined angle. Based on this, it is possible to accurately determine whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine by determining knocking.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1を参照して、本発明の実施の形態に係るノッキング判定装置を搭載した車両のエンジン100について説明する。本実施の形態に係るノッキング判定装置は、たとえばエンジンECU(Electronic Control Unit)200が実行するプログラムにより実現される。
With reference to FIG. 1, a
エンジン100は、エアクリーナ102から吸入された空気とインジェクタ104から噴射される燃料との混合気を、燃焼室内で点火プラグ106により点火して燃焼させる内燃機関である。
混合気が燃焼すると、燃焼圧によりピストン108が押し下げられ、クランクシャフト110が回転する。燃焼後の混合気(排気ガス)は、三元触媒112により浄化された後、車外に排出される。エンジン100に吸入される空気の量は、スロットルバルブ114により調整される。
When the air-fuel mixture burns, the
エンジン100は、エンジンECU200により制御される。エンジンECU200には、ノックセンサ300と、水温センサ302と、タイミングロータ304に対向して設けられたクランクポジションセンサ306と、スロットル開度センサ308と、車速センサ310と、イグニッションスイッチ312とが接続されている。
ノックセンサ300は、圧電素子により構成されている。ノックセンサ300は、エンジン100の振動により電圧を発生する。電圧の大きさは、振動の大きさと対応した大きさとなる。ノックセンサ300は、電圧を表す信号をエンジンECU200に送信する。水温センサ302は、エンジン100のウォータージャケット内の冷却水の温度を検出し、検出結果を表す信号を、エンジンECU200に送信する。
タイミングロータ304は、クランクシャフト110に設けられており、クランクシャフト110と共に回転する。タイミングロータ304の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ306は、タイミングロータ304の突起に対向して設けられている。タイミングロータ304が回転すると、タイミングロータ304の突起と、クランクポジションセンサ306とのエアギャップが変化するため、クランプポジションセンサ306のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ306は、起電力を表す信号を、エンジンECU200に送信する。エンジンECU200は、クランクポジションセンサ306から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。
The
スロットル開度センサ308は、スロットル開度を検出し、検出結果を表す信号をエンジンECU200に送信する。車速センサ310は、車輪(図示せず)の回転数を検出し、検出結果を表す信号をエンジンECU200に送信する。エンジンECU200は、車輪の回転数から、車速を算出する。イグニッションスイッチ312は、エンジン100を始動させる際に、運転者によりオン操作される。
エンジンECU200は、各センサおよびイグニッションスイッチ312から送信された信号、メモリ202に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン100が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。
本実施の形態において、エンジンECU200は、ノックセンサ300から送信された信号およびクランク角に基づいて、予め定められたノック検出ゲート(予め定められた第1クランク角から予め定められた第2クランク角までの区間)におけるエンジン100の振動の波形(以下、振動波形と記載する)を検出し、検出された振動波形に基づいて、エンジン100にノッキングが発生したか否かを判定する。本実施の形態におけるノック検出ゲートは、燃焼行程において上死点(0度)から90度までである。なお、ノック検出ゲートはこれに限らない。
In the present embodiment,
ノッキングが発生した場合、エンジン100には、図2において実線で示す周波数付近の周波数の振動が発生する。すなわち、ノッキングが発生した場合、エンジン100には、第1の周波数帯A、第2の周波数帯B、第3の周波数帯Cおよび第4の周波数帯Dに含まれる周波数の振動が発生する。なお、図2におけるCAは、クランク角(Crank Angle)を示す。また、ノッキングに起因する振動の周波数を含む周波数帯は4つに限らない。
When knocking occurs, vibration of a frequency near the frequency indicated by the solid line in FIG. That is, when knocking occurs, vibrations of frequencies included in first frequency band A, second frequency band B, third frequency band C, and fourth frequency band D are generated in
これらの周波数帯のうち、第4の周波数帯Dには、図2において一点鎖線で示すエンジン100自体の共振周波数が含まれる。共振周波数の振動は、ノッキングの有無に関わらず発生する。
Among these frequency bands, the fourth frequency band D includes the resonance frequency of the
そのため、本実施の形態においては、共振周波数を含まない第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの振動の強度(大きさ)に基づいて、振動波形を検出する。なお、振動波形の検出に用いられる周波数帯の数は3つに限らない。検出された振動波形は、後述するノック波形モデルと比較される。 Therefore, in the present embodiment, the vibration waveform is detected based on the intensity (magnitude) of vibration in the first frequency band A to the third frequency band C that does not include the resonance frequency. The number of frequency bands used for detecting the vibration waveform is not limited to three. The detected vibration waveform is compared with a knock waveform model described later.
ノッキングが発生したか否かを判定するため、エンジンECU200のメモリ202には、図3に示すように、エンジン100にノッキングが発生した場合の振動波形のモデルであるノック波形モデルが記憶されている。
In order to determine whether or not knocking has occurred, the
ノック波形モデルにおいて、振動の強度は0〜1の無次元数として表され、振動の強度はクランク角と一義的には対応していない。すなわち、本実施の形態のノック波形モデルにおいては、振動の強度のピーク値以降、クランク角が大きくなるにつれ振動の強度が低減することが定められているが、振動の強度がピーク値となるクランク角は定められていない。本実施の形態においては、たとえば、振動強度がピーク値となるクランク角をゼロとしてノック波形モデルがメモリ202に記憶されている。このとき、たとえば、予め定められた角度β(1)までのノック波形モデルがメモリ202に記憶されている。予め定められた角度β(1)は、ノックセンサ300により検出された波形と比較する際に、検出された波形のピークに対応する角度からノック検出ゲートの区間の終端までの角度に対応する角度であれば特に限定されるものではない。また、ノック波形モデルは、第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの振動の合成波である。
In the knock waveform model, the vibration intensity is expressed as a dimensionless number from 0 to 1, and the vibration intensity does not uniquely correspond to the crank angle. That is, in the knock waveform model of the present embodiment, it is determined that the vibration intensity decreases as the crank angle increases after the peak value of the vibration intensity. The corner is not fixed. In the present embodiment, for example, the knock waveform model is stored in the
本実施の形態におけるノック波形モデルは、ノッキングにより発生した振動の強度のピーク値以降の振動に対応している。なお、ノッキングに起因した振動の立ち上がり以降の振動に対応したノック波形モデルを記憶してもよい。 The knock waveform model in the present embodiment corresponds to vibrations after the peak value of the vibration intensity generated by knocking. Note that a knock waveform model corresponding to the vibration after the rise of vibration caused by knocking may be stored.
ノック波形モデルは、実験などにより、強制的にノッキングを発生させた場合におけるエンジン100の振動波形を検出し、この振動波形に基づいて予め作成されて記憶される。なお、ノック波形モデルを作成する方法は、これに限られない。
The knock waveform model detects the vibration waveform of
エンジンECU200は、検出された波形と記憶されたノック波形モデルとを比較して、エンジン100にノッキングが発生したか否かを判定する。
本発明においては、エンジンECU200は、ノックセンサ300により検出された振動波形において、上死点〜90度までのクランク角の間の角度α(1)と角度α(2)とにおけるそれぞれの振動強度に基づいて振動波形を形成して、形成した振動波形とノック波形モデルとを比較した結果に基づいて、エンジン100にノッキングが発生したか否かを判定する点に特徴を有する。角度α(1)は、本実施の形態において、検出された振動波形のピークに対応する角度であるが、特に限定されるものではない。また、本実施の形態においては、上死点〜90度の間の角度α(1)と角度α(2)とにおけるそれぞれの振動強度に基づいて振動波形を形成するとするが、特に上死点〜90度の間に限定されるものではない。
In the present invention,
図4に示すように検出された振動波形(実線)と、ノック波形モデル(細線)とを比較する場合においては、ノッキング以外の振動が重畳すると、クランク角α(3)における振動波形は、ノック波形モデルとずれが生じるため、検出された振動波形とノック波形モデルとの相関係数が悪化する場合がある。ノッキング以外の振動とは、たとえば、吸気バルブ116または排気バルブ118の着座ノイズやインジェクタ104の作動に起因した振動である。
When comparing the detected vibration waveform (solid line) and the knock waveform model (thin line) as shown in FIG. 4, if vibrations other than knocking are superimposed, the vibration waveform at the crank angle α (3) is knocked. Since a deviation from the waveform model occurs, the correlation coefficient between the detected vibration waveform and the knock waveform model may deteriorate. The vibration other than knocking is, for example, vibration caused by seating noise of the
本発明においては、ノックセンサ300により検出された振動波形において、角度α(1)における振動波形のピークに対応する振動強度A(1)と、ピークに対応する角度α(1)から予め定められた角度だけ進めた角度α(2)に対応する振動強度A(2)とに基づいて、検出された振動波形を修正する。なお、予め定められた角度は、角度α(2)がピーク値以降の角度であって、ノッキング以外の振動が重畳しない角度になれば特に限定されるものではない。本実施の形態において、予め定められた角度は、たとえば、10度である。
In the present invention, in the vibration waveform detected by
一方、ノック波形モデルについても、図4に示すように、検出された振動波形のピークにノック波形モデルのピークを合致させたときに、検出された振動波形を修正する場合と同様に、角度α(1)における振動波形のピークに対応する振動強度と、角度α(1)から予め定められた角度だけ進めた角度α(2)に対応する振動強度とに基づいて、ノック波形モデル(細線)を形成する。 On the other hand, for the knock waveform model, as shown in FIG. 4, when the peak of the knock waveform model is matched with the peak of the detected vibration waveform, the angle α Based on the vibration intensity corresponding to the peak of the vibration waveform in (1) and the vibration intensity corresponding to angle α (2) advanced by a predetermined angle from angle α (1), a knock waveform model (thin line) Form.
エンジンECU200は、上述したように修正された振動波形と、形成されたノック波形モデルとを比較することにより、ノッキングが発生したか否かを判定する。
図5を参照して、本実施の形態に係るノッキング判定装置において、エンジンECU200が実行するプログラムの制御構造について説明する。
With reference to FIG. 5, a control structure of a program executed by
ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、エンジンECU200は、ノックセンサ300から送信された信号に基づいて、エンジン100の振動の強度を検出する。振動の強度は、ノックセンサ300の出力電圧値で表される。なお、ノックセンサ300の出力電圧値と対応した値で振動の強度を表してもよい。強度の検出は、燃焼行程において上死点から90度(クランク角で90度)までの間で行なわれる。
In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100,
S102にて、エンジンECU200は、ノックセンサ300の出力電圧値(振動の強度を表す値)を、クランク角で5度ごとに(5度分だけ)積算した値(以下、積算値と記載する)を算出する。積算値の算出は、第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの振動ごとに行なわれる。
In S102,
S104にて、エンジンECU200は、各周波数帯の振動波形を合成する。すなわち、算出された積算値のうち、第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの振動の積算値が合成される。これにより、エンジン100の振動波形が検出される。
In S104,
S106にて、エンジンECU200は、合成された振動波形における積算値のうち、最大の積算値を用いて波形の正規化を行なう。ここで、波形の正規化とは、たとえば、検出された振動波形における積算値の最大値で、各積算値を除算することにより、図7に示すように、振動の強度を0〜1の無次元数で表わすことをいう。なお、各積算値を除算する値は、積算値の最大値に限らない。
In S106,
S108にて、エンジンECU200は、検出された振動波形のピークに対応する角度α(1)に対応する振動強度A(1)と、角度α(1)から予め定められた角度だけ進めた角度α(2)に対応する振動強度A(2)とに基づいて、振動波形を修正する。
In S108,
ノッキングに対応する振動波形は、振動波形のピークに対応する角度からそれ以降の角度について、減衰率をλ(1)とすると、図6に示す太線のように、(振動強度)=exp(−λ(1)×クランク角)の式で表わすことができる。なお、図6における角度ゼロは、検出された振動波形のピークに対応する角度α(1)に対応する。また、振動波形のピークに対応する振動強度A(1)が正規化されているため、「1」である。したがって、図6における角度α(2)−α(1)に対応する振動強度B(1)に基づいて、減衰率λ(1)を算出することができる。ここで、B(1)は、角度α(2)に対応する振動強度A(2)を正規化した値(A(2)をA(1)で除算した値)である。 The vibration waveform corresponding to knocking is expressed by (vibration intensity) = exp (−), as shown by a thick line in FIG. λ (1) × crank angle). Note that the angle zero in FIG. 6 corresponds to the angle α (1) corresponding to the peak of the detected vibration waveform. Further, since the vibration intensity A (1) corresponding to the peak of the vibration waveform is normalized, it is “1”. Therefore, the attenuation factor λ (1) can be calculated based on the vibration intensity B (1) corresponding to the angle α (2) −α (1) in FIG. Here, B (1) is a value obtained by normalizing the vibration intensity A (2) corresponding to the angle α (2) (a value obtained by dividing A (2) by A (1)).
このようにして、λ(1)を算出することにより、ノッキングに対応する振動波形を上述した式で表わして修正する。 In this way, by calculating λ (1), the vibration waveform corresponding to knocking is represented and corrected by the above-described equation.
図5に戻って、S110にて、エンジンECU200は、ノック波形モデルを算出する。ノック波形モデルについても、検出された振動波形と同様に、減衰率をλ(2)とすると、ノック波形モデルは、図6に示す細線のように、(振動強度)=exp(−λ(2)×クランク角)の式で表わすことができる。なお、図6における角度ゼロは、ノック波形モデルのピークに対応する角度に対応する。また、ノック波形モデルのピークに対応する振動強度は、「1」である。したがって、ノック波形モデルのピークに対応する角度から角度α(2)−α(1)だけ進めた角度に対応する振動強度B(2)を、メモリ202に記憶されたノック波形モデルから読み出して、減衰率λ(2)を算出することができる。
Returning to FIG. 5, in S110,
したがって、エンジンECU200は、メモリ202に記憶された振動波形のピーク値「1」と、角度α(2)−α(1)に対応する振動強度B(2)とに基づいて、λ(2)を算出して、上述した式で表わされるノック波形モデルを算出する。
Therefore,
S112にて、エンジンECU200は、修正された振動波形と修正されたノック波形モデルとの偏差に関する値である相関係数Kを算出する。正規化後の振動波形において振動の強度が最大になるタイミングとノック波形モデルにおいて振動の強度が最大になるタイミングとを一致させた状態で、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差の絶対値(ズレ量)をに算出することにより、相関係数Kが算出される。
In S112,
正規化後の振動波形を表わす式とノック波形モデルを表わす式との上死点から90度までにおける偏差の絶対値の総和をS’とし、ノック波形モデルにおける振動の強度をクランク角で積分した値(ノック波形モデルの面積)をSとおくと、相関係数Kは、K=(S−S’)/Sという方程式により算出される。ここで、S’は、正規化後の振動波形を表わす式とノック波形モデルを表わす式との偏差を上死点から90度までの間で積分して、図7に示すように、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差により、囲まれる図形(斜線)の面積の総和である。なお、相関係数Kの算出方法はこれに限らない。 The sum of the absolute values of deviations from the top dead center to 90 degrees between the expression representing the normalized vibration waveform and the expression representing the knock waveform model is S ′, and the vibration intensity in the knock waveform model is integrated by the crank angle. When the value (area of the knock waveform model) is S, the correlation coefficient K is calculated by the equation K = (S−S ′) / S. Here, S ′ is normalized as shown in FIG. 7 by integrating the deviation between the expression representing the normalized vibration waveform and the expression representing the knock waveform model from the top dead center to 90 degrees. This is the sum of the areas of the enclosed figures (hatched lines) due to the deviation between the subsequent vibration waveform and the knock waveform model. Note that the method of calculating the correlation coefficient K is not limited to this.
S114にて、エンジンECU200は、ノック強度Nを算出する。算出された積算値の最大値をPとし、エンジン100にノッキングが発生していない状態におけるエンジン100の振動の強度を表す値をBGL(Back Ground Level)とおくと、ノック強度Nは、N=P×K/BGLという方程式で算出される。BGLはメモリ202に記憶されている。なお、ノック強度Nの算出方法はこれに限らない。
In S114,
S116にて、エンジンECU200は、ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きいか否かを判別する。ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きい場合(S116にてYES)、処理はS118に移される。そうでない場合(S116にてNO)、処理はS122に移される。
In S116,
S118にて、エンジンECU200は、エンジン100にノッキングが発生したと判定する。S120にて、エンジンECU200は、点火時期を遅角する。S122にて、エンジンECU200は、エンジン100にノッキングが発生していないと判定する。S124にて、エンジンECU200は、点火時期を進角する。
In S118,
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るノッキング判定装置におけるエンジンECU200の動作について説明する。
An operation of
運転者がイグニッションスイッチ312をオン操作し、エンジン100が始動すると、ノックセンサ300から送信された信号に基づいて、エンジン100の振動の強度が検出される(S100)。
When the driver turns on the
燃焼行程における上死点から90度までの間において、5度ごとの積算値が第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの周波数の振動ごとに算出され(S102)。算出された積算値のうち、第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cまでの振動の積算値が合成される(S104)。これにより、エンジン100の振動波形が第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cにおける振動の合成波として検出される。
Between the top dead center and 90 degrees in the combustion stroke, an integrated value every 5 degrees is calculated for each vibration of the frequency in the first frequency band A to the third frequency band C (S102). Of the calculated integrated values, the integrated values of vibrations from the first frequency band A to the third frequency band C are synthesized (S104). As a result, the vibration waveform of
5度ごとの積算値により振動波形を検出することにより、振動の強度が細かく変化する複雑な形状の振動波形が検出されることを抑制することができる。このようにして検出された振動波形における積算値のうち、最大の積算値を用いて波形の正規化が行なわれる(S106)。 By detecting the vibration waveform by the integrated value every 5 degrees, it is possible to suppress detection of a vibration waveform having a complicated shape in which the vibration intensity changes finely. Of the integrated values in the vibration waveform detected in this way, the waveform is normalized using the maximum integrated value (S106).
ここでは、角度α(1)から5度までの積算値により各積算値が除算されて、振動波形が正規化されたと想定する。正規化により、振動波形における振動の強度が0〜1の無次元数で表される。これにより、振動の強度に関係なく検出された振動波形とノック波形モデルとの比較を行なうことができる。そのため、振動の強度に対応した多数のノック波形モデルを記憶しておく必要がなく、ノック波形モデルの作成を容易にすることができる。 Here, it is assumed that each integrated value is divided by the integrated value from the angle α (1) to 5 degrees, and the vibration waveform is normalized. By normalization, the intensity of vibration in the vibration waveform is represented by a dimensionless number from 0 to 1. Thereby, it is possible to compare the detected vibration waveform with the knock waveform model regardless of the intensity of vibration. Therefore, it is not necessary to store a large number of knock waveform models corresponding to the vibration intensity, and the creation of the knock waveform model can be facilitated.
角度α(1)における振動強度と、角度α(2)における振動強度とに基づいて、減衰率λ(1)が算出されて、図7に示す太線のように振動波形が修正される(S108)。 Based on the vibration intensity at the angle α (1) and the vibration intensity at the angle α (2), the attenuation factor λ (1) is calculated, and the vibration waveform is corrected as shown by the thick line in FIG. 7 (S108). ).
そして、予め記憶されたノック波形モデルにおいて、角度α(2)−α(1)に対応する振動強度B(2)が読み出されて、減衰率λ(2)を算出して、ノック波形モデル(細線)を表わす式が算出される(S110)。 Then, in the knock waveform model stored in advance, the vibration intensity B (2) corresponding to the angle α (2) −α (1) is read, the attenuation rate λ (2) is calculated, and the knock waveform model is obtained. An expression representing (thin line) is calculated (S110).
修正された振動波形(太線)において振動の強度が最大になるタイミングと算出されたノック波形モデル(細線)において振動の強度が最大になるタイミングとを一致させ、この状態で、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差の絶対値の総和であるS’(斜線部の面積)が算出される。 The timing at which the vibration intensity is maximized in the corrected vibration waveform (thick line) matches the timing at which the vibration intensity is maximized in the calculated knock waveform model (thin line). S ′ (area of the hatched portion) that is the sum of absolute values of deviations between the waveform and the knock waveform model is calculated.
算出されたS’と、ノック波形モデルにおいて振動の強度をクランク角で積分した値Sとに基づいて、K=(S−S’)/Sにより相関係数Kが算出される(S112)。これにより、検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合を数値化して客観的に判定することができる。 Based on the calculated S ′ and the value S obtained by integrating the vibration intensity with the crank angle in the knock waveform model, the correlation coefficient K is calculated by K = (S−S ′) / S (S112). Thereby, the degree of coincidence between the detected vibration waveform and the knock waveform model can be expressed numerically and objectively determined.
このようにして算出された相関係数Kと積算値の最大値Pとの積をBGLで除算することにより、ノック強度Nが算出される(S114)。これにより、検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合に加えて、振動の強度に基づいて、エンジン100の振動がノッキングに起因した振動であるか否かをより詳細に分析することができる。ここでは、相関係数Kと角度α(1)から5度進めた角度までの積算値との積をBGLで除算することによりノック強度Kが算出されたと想定する。
Knock strength N is calculated by dividing the product of correlation coefficient K calculated in this way and maximum value P of integrated values by BGL (S114). Thus, in addition to the degree of coincidence between the detected vibration waveform and the knock waveform model, it is possible to analyze in more detail whether or not the vibration of the
ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きい場合(S116にてYES)、ノッキングが発生したと判定され(S118)、点火時期が遅角される(S120)。これにより、ノッキングの発生が抑制される。 If knock magnitude N is greater than a predetermined determination value (YES in S116), it is determined that knocking has occurred (S118), and the ignition timing is retarded (S120). Thereby, occurrence of knocking is suppressed.
一方、ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きくない場合(S116にてNO)、ノッキングが発生していないと判定され(S122)、点火時期が進角される(S124)。 On the other hand, when knock intensity N is not greater than a predetermined determination value (NO in S116), it is determined that knocking has not occurred (S122), and the ignition timing is advanced (S124).
以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置によると、エンジンECUは、ノックセンサから送信された信号に基づいてエンジンの振動波形を検出し、振動波形とノック波形モデルとを比較して、相関係数を算出する。たとえば実験などにより、ノッキングが発生した場合の振動の波形であるノック波形モデルを予め作成して記憶しておき、このノック波形モデルと検出された波形とを比較して、ノッキングが発生したか否かを判定することができる。特に、検出された波形において、予め定められたクランク角の間の角度α(1)と角度α(2)とにおける振動強度に基づいて形成される波形と、ノック波形モデルとを比較する。これにより、角度α(1)および角度α(2)がノッキング以外の振動が重畳しないような角度であると、ノッキング以外の振動が混入しない波形を検出することができるため、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができるノッキング判定装置を提供することができる。 As described above, according to the knock determination device for an internal combustion engine according to the present embodiment, the engine ECU detects the vibration waveform of the engine based on the signal transmitted from the knock sensor, and the vibration waveform and the knock waveform model To calculate a correlation coefficient. For example, a knock waveform model, which is a vibration waveform when knocking occurs, is created and stored in advance through experiments or the like, and whether or not knocking has occurred by comparing this knock waveform model with the detected waveform. Can be determined. In particular, in the detected waveform, the waveform formed based on the vibration intensity at the angle α (1) and the angle α (2) between the predetermined crank angles is compared with the knock waveform model. As a result, when the angle α (1) and the angle α (2) are such that vibrations other than knocking do not overlap, it is possible to detect a waveform in which vibrations other than knocking are not mixed. It is possible to provide a knocking determination device capable of accurately determining whether or not it has occurred.
また、ノック波形モデルについても、検出された振動波形と同様に、角度α(1)と角度α(2)とにそれぞれ対応する角度の振動強度に基づいて形成される。検出された波形における角度α(1)と角度α(2)とにおける振動強度に基づいて形成される波形と、形成されたノック波形モデルとを比較することにより、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 The knock waveform model is also formed based on the vibration intensity at the angles corresponding to the angle α (1) and the angle α (2), respectively, similarly to the detected vibration waveform. Whether knocking occurred in the internal combustion engine by comparing the waveform formed based on the vibration intensity at the angle α (1) and the angle α (2) in the detected waveform with the formed knock waveform model It is possible to accurately determine whether or not.
好ましくは、角度α(1)と角度α(2)との間に検出された波形の振動強度のピークに対応する角度を含むようにすることが望ましい。このようにすると、ピークに対応する波形に基づいてノッキングの判定をすることができるため、エンジンにノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 Preferably, an angle corresponding to the peak of the vibration intensity of the detected waveform is included between the angle α (1) and the angle α (2). In this way, since knocking can be determined based on the waveform corresponding to the peak, it is possible to accurately determine whether knocking has occurred in the engine.
さらに好ましくは、本実施の形態において説明したように角度α(1)は、ピークに対応する角度とすることが望ましい。このようにすると、検出された波形において、ピーク値と、ピーク値に対応する角度α(1)から予め定められた角度だけ進めた角度α(2)に対応する振動強度とに基づいて形成される振動波形に基づいて、ノッキングを判定することにより、エンジンにノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 More preferably, as described in the present embodiment, the angle α (1) is desirably an angle corresponding to the peak. In this way, the detected waveform is formed based on the peak value and the vibration intensity corresponding to the angle α (2) advanced from the angle α (1) corresponding to the peak value by a predetermined angle. By determining knocking based on the vibration waveform, it can be accurately determined whether or not knocking has occurred in the engine.
さらに好ましくは、角度α(1)および角度α(2)は、検出ゲート区間(上死点から90度までの区間)の前半部であることが望ましい。ゲート区間の後半部は、ノッキングに対応する信号の出力が小さくなっているため、BGLとの区別が難しい。したがって、角度α(1)および角度α(2)がゲート区間の前半部であることにより、信号の出力も大きいため、ノイズに対応する振動とノッキングに対応する振動との切り分け精度を向上させることができる。 More preferably, the angle α (1) and the angle α (2) are the first half of the detection gate section (section from the top dead center to 90 degrees). In the second half of the gate section, since the output of the signal corresponding to knocking is small, it is difficult to distinguish it from BGL. Therefore, since the angle α (1) and the angle α (2) are the first half of the gate section, the signal output is also large, so that the accuracy of separating the vibration corresponding to noise and the vibration corresponding to knocking is improved. Can do.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 エンジン、104 インジェクタ、 106 点火プラグ、110 クランクシャフト、116 吸気バルブ、118 排気バルブ、120 ポンプ、200 エンジンECU200、300 ノックセンサ、302 水温センサ、304 タイミングロータ、306 クランクポジションセンサ、308 スロットル開度センサ。
100 Engine, 104 Injector, 106 Spark plug, 110 Crankshaft, 116 Intake valve, 118 Exhaust valve, 120 Pump, 200
Claims (5)
前記内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、
予め定められたクランク角の間における前記内燃機関の振動の波形を検出するための波形検出手段と、
前記予め定められたクランク角の間における前記内燃機関の振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、
前記検出された波形において、前記予め定められたクランク角の間の第1の角度と第2の角度とにおける振動強度に基づいて形成される波形と、前記記憶手段に記憶された波形とを比較した結果に基づいて、前記内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段とを含む、内燃機関のノッキング判定装置。 A knock determination device for an internal combustion engine,
Crank angle detecting means for detecting the crank angle of the internal combustion engine;
Waveform detecting means for detecting a waveform of vibration of the internal combustion engine during a predetermined crank angle;
Storage means for storing in advance a waveform of vibration of the internal combustion engine during the predetermined crank angle;
In the detected waveform, the waveform formed based on the vibration intensity at the first angle and the second angle between the predetermined crank angles is compared with the waveform stored in the storage means And a determination means for determining whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on the result.
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