JP2009052466A - Knock detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のノッキングを検出するためのノッキング検出装置に関する。 The present invention relates to a knocking detection device for detecting knocking of an internal combustion engine.
内燃機関のノッキングは、燃焼室内の未燃ガスの自己発火により燃焼室内のガスが振動を起こし、この振動がシリンダブロック等の機関全体に伝わる現象である。このようなノッキングが激しく発生すると、不快な振動を生じるとともに、エンジン本体の損傷を招く。そのため、内燃機関のECU(Electronic Control Unit)は、ノッキングの発生を正確に検出する必要がある。ECUは、シリンダブロックの側面に取り付けられたノックセンサからの検出信号に基づいて、ノッキングを検出する。しかし、ノックセンサは、ノッキングの発生周波数だけでなく定常的なノイズの周波数をも検出する。そこで、ECUは、ノッキングを正確に検出するために、ノックセンサが検出した周波数からノイズの影響を取り除く必要がある。 Knocking of an internal combustion engine is a phenomenon in which gas in the combustion chamber vibrates due to self-ignition of unburned gas in the combustion chamber, and this vibration is transmitted to the entire engine such as a cylinder block. When such knocking occurs vigorously, unpleasant vibrations are generated and the engine body is damaged. Therefore, an ECU (Electronic Control Unit) of the internal combustion engine needs to accurately detect the occurrence of knocking. The ECU detects knocking based on a detection signal from a knock sensor attached to the side surface of the cylinder block. However, the knock sensor detects not only the frequency of occurrence of knocking but also the frequency of stationary noise. Therefore, the ECU needs to remove the influence of noise from the frequency detected by the knock sensor in order to accurately detect knocking.
例えば、特許文献1には、所定クランク角区間毎にノイズの特徴を表す変数を演算する手段と、ノイズの発生状態を判定するノイズ判定手段とを備えた内燃機関のノック判定装置が記載されている。特許文献2には、筒内圧力検出手段と、ノック判定手段と、周波数別強度を検出する対象となる周波数帯を気筒間で異ならせる周波数別強度検出手段とを備えたエンジンのノック制御装置が記載されている。特許文献3には、ノックセンサからそれぞれ異なる周波数帯の信号成分を抽出するフィルタ手段と、ノック判定手段とを備えたノッキング検出装置が記載されている。特許文献4には、ノイズ判定結果に基づき、特定運転領域内の特定の特性切替運転領域で信号抽出手段におけるフィルタ特性を切替える特性切替手段を具備した内燃機関用ノック制御装置が記載されている。特許文献5には、各気筒毎の周波数の出力を予め設定されている判定値に基づき、ノッキングか否かを判定する判定手段を備えたノッキング検出装置が記載されている。
For example,
しかしながら、ノックセンサが検出した周波数からノイズの周波数を取り除くノッキング検出方法では、ノイズの周波数がノッキングの発生周波数と一致した場合、検出されるノッキングの振動強度も弱くなるため、ノッキングの検出性を向上させることができない可能性がある。また、除外した周波数によってノック判定の基準となるベース振動レベル(バックグランドレベル)及びノッキングの振動強度の検出値が変化するため、ノッキングの判定レベルの作成及び判定結果にばらつきが生じる。さらに、複数の周波数帯に重畳するようなノイズの場合、特定のノイズの周波数を取り除いただけでは、ノイズの影響を除去できない。また、一般的なノックキング検出方法によれば、振動強度を点火毎にスムージング(平均化処理)を行ってノック判定用のベース振動レベル(バックグランドレベル)を作成するため、ノイズが重畳してからバンクグランドレベルが安定するまでの期間は正確なノック判定を行うことができない。これらの点について、特許文献1〜5では、何ら検討がなされていない。
However, in the knocking detection method that removes the noise frequency from the frequency detected by the knock sensor, the knocking vibration intensity is weakened when the noise frequency matches the knocking occurrence frequency. It may not be possible to In addition, since the base vibration level (background level) and the detected value of the vibration intensity of knocking that are the basis for knock determination change depending on the excluded frequency, the generation of the knocking determination level and the determination result vary. Furthermore, in the case of noise that is superimposed on a plurality of frequency bands, the influence of noise cannot be removed by simply removing the specific noise frequency. In addition, according to a general knocking detection method, the vibration intensity is smoothed (averaged) for each ignition to create a base vibration level (background level) for knock determination. During the period from when the bank ground level becomes stable, accurate knock determination cannot be performed. Regarding these points,
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、正確なノック判定を行うことが可能なノッキング検出装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a knocking detection device capable of performing accurate knock determination.
本発明の1つの観点では、内燃機関に発生したノッキングを検出するノッキング検出装置であって、前記内燃機関に発生した振動を検出する振動検出手段と、所定のクランク角期間における前記検出装置からの検出信号に基づいて、前記所定のクランク角期間における前記内燃機関に発生した振動の振動強度を特徴付ける特徴値を算出する特徴値算出手段と、前記特徴値を算出する度に前記特徴値の頻度分布の中央値を算出する中央値算出手段と、前記特徴値を算出する度に前記特徴値の頻度分布の標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、前記特徴値算出手段により算出された前記特徴値と前記中央値及び前記標準偏差との関係に基づいて、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判定手段と、前記内燃機関に発生している定常ノイズが切り替わっているか否かを判定する定常ノイズ切替え判定手段と、を備え、前記中央値算出手段は、前記定常ノイズ切替え判定手段により前記定常ノイズが切り替わっていると判定された場合には、前記特徴値算出手段により算出された前記特徴値を前記中央値とする。 According to one aspect of the present invention, there is provided a knocking detection device for detecting knocking generated in an internal combustion engine, the vibration detection means for detecting vibration generated in the internal combustion engine, and the detection device in a predetermined crank angle period. Based on a detection signal, feature value calculating means for calculating a characteristic value characterizing vibration intensity of vibration generated in the internal combustion engine in the predetermined crank angle period, and frequency distribution of the characteristic value every time the characteristic value is calculated A median value calculating means for calculating the median value, a standard deviation calculating means for calculating a standard deviation of a frequency distribution of the feature value each time the feature value is calculated, and the feature value calculated by the feature value calculating means Knocking determination means for determining whether knocking has occurred or not based on the relationship between the median and the standard deviation, and occurring in the internal combustion engine A stationary noise switching determination unit that determines whether or not the normal noise has been switched, and the median value calculation unit, when the stationary noise switching determination unit determines that the stationary noise has been switched, The feature value calculated by the feature value calculation means is set as the median value.
上記のノッキング検出装置は、内燃機関に発生したノッキングを検出するための装置である。ノッキング検出装置は、振動検出手段と、特徴値算出手段と、中央値算出手段と、標準偏差算出手段と、ノッキング判定手段と、定常ノイズ切替え判定手段と、を備える。振動検出手段は、例えばノックセンサであり、前記内燃機関に発生した振動を検出する。特徴値算出手段と、中央値算出手段と、標準偏差算出手段と、ノッキング判定手段と、定常ノイズ切替え判定手段とは、例えばECU(Electronic Control Unit)である。特徴値算出手段は、所定のクランク角期間における前記検出装置からの検出信号に基づいて、前記所定のクランク角期間における前記内燃機関に発生した振動の振動強度を特徴付ける特徴値を算出する。中央値算出手段は、前記特徴値を算出する度に前記特徴値の頻度分布の中央値を算出する。標準偏差算出手段は、前記特徴値を算出する度に前記特徴値の頻度分布の標準偏差を算出する。ノッキング判定手段は、前記特徴値算出手段により算出された前記特徴値と前記中央値及び前記標準偏差との関係に基づいて、ノッキングが発生しているか否かを判定する。定常ノイズ切替え手段は、前記内燃機関に発生している定常ノイズが切り替わっているか否かを判定する。ここで、前記中央値算出手段は、前記定常ノイズ切替え判定手段により前記定常ノイズが切り替わっていると判定された場合には、前記特徴値算出手段により算出された前記特徴値を前記中央値とする。 The knocking detection device is a device for detecting knocking that has occurred in the internal combustion engine. The knocking detection device includes vibration detection means, feature value calculation means, median value calculation means, standard deviation calculation means, knocking determination means, and steady noise switching determination means. The vibration detecting means is a knock sensor, for example, and detects vibration generated in the internal combustion engine. The feature value calculation means, median value calculation means, standard deviation calculation means, knocking determination means, and steady noise switching determination means are, for example, an ECU (Electronic Control Unit). The characteristic value calculating means calculates a characteristic value characterizing the vibration intensity of the vibration generated in the internal combustion engine during the predetermined crank angle period based on a detection signal from the detection device during the predetermined crank angle period. The median value calculation means calculates the median value of the frequency distribution of the feature values each time the feature values are calculated. The standard deviation calculating means calculates the standard deviation of the frequency distribution of the feature value every time the feature value is calculated. The knocking determination unit determines whether knocking has occurred based on the relationship between the feature value calculated by the feature value calculation unit, the median value, and the standard deviation. The stationary noise switching means determines whether or not the stationary noise generated in the internal combustion engine has been switched. Here, the median value calculation means sets the feature value calculated by the feature value calculation means as the median value when the steady noise switching determination means determines that the steady noise has been switched. .
本発明のノッキング検出装置によれば、定常ノイズが切り替わった直後において、切り替わった直後の定常ノイズの特徴値と中央値との誤差を小さくすることができるので、定常ノイズが切り替った直後の過渡期間においてノッキングが発生した場合であっても正確なノック判定を行うことができる。また、本発明のノッキング検出装置では、ノイズの周波数を除外するものではない。従って、ノイズの周波数を除外することによりノッキングを検出する一般的なノッキング検出装置と比較して、本発明のノッキング検出装置では、ノイズの周波数がノッキングの周波数と一致した場合であってもノッキングの検出性を向上させることができると共に、判定結果にばらつきが生じるのを防ぐことができる。 According to the knocking detection device of the present invention, immediately after the stationary noise is switched, the error between the characteristic value and the median value of the stationary noise immediately after the switching can be reduced. Even when knocking occurs during the period, accurate knock determination can be performed. Further, the knocking detection device of the present invention does not exclude noise frequencies. Therefore, compared with a general knocking detection device that detects knocking by excluding the noise frequency, the knocking detection device of the present invention does not knock even when the noise frequency matches the knocking frequency. The detectability can be improved, and variations in the determination result can be prevented.
上記のノッキング検出装置の好適な実施例は、前記特徴値算出手段は、前記所定のクランク角期間における前記内燃機関に発生した振動の振動強度の積分値を前記特徴値として算出する。 In a preferred embodiment of the knocking detection device, the feature value calculation means calculates an integral value of vibration intensity of vibration generated in the internal combustion engine in the predetermined crank angle period as the feature value.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[内燃機関の構成]
図1は、本発明の実施形態に係るノッキング検出装置が適用された内燃機関1の断面図である。
[Configuration of internal combustion engine]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an
内燃機関1は、複数の気筒(シリンダ)が設けられたエンジンである。図1(a)に示すように、内燃機関1は、主に、シリンダブロック2と、ピストン3と、ウォータジャケット4より構成されている。シリンダブロック2には、シリンダ壁2aが直列に設けられている。シリンダ壁2aには、ピストン3が昇降可能に嵌合するシリンダボアが形成されている。また、シリンダ壁2aの周囲を囲うようにブロック側壁2bが形成されている。シリンダブロック2は、例えば、アルミニウム(Al)などで形成されている。シリンダ壁2aとブロック側壁2bとの間には、ウォータジャケット4が形成されている。ウォータジャケット4を循環する冷却水により、シリンダ壁2aの放熱及び冷却が行われる。
The
内燃機関1のヘッド部19には、点火プラグ13が設けられている。また、内燃機関1の燃焼室18には、吸気通路14と、排気通路16とが接続されている。更に、内燃機関1は、例えば直噴式の内燃機関であり、燃焼室18内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁21が設けられている。
A
吸気通路14は、内燃機関1に供給するための吸気(空気)が流通する。また、燃料噴射弁21は、燃焼室18内に燃料を噴射する。燃料噴射弁21の噴射量は、ECU50からの制御信号S21より制御される。燃焼室18内では、点火プラグ13の点火により着火されることによって、供給された吸気(空気)と燃料との混合気が燃焼される。この燃焼によってピストン3が往復運動する。この往復運動がコンロッド11を介してクランク軸12に伝達され、クランク軸12が回転する。点火プラグ13の点火時期は、ECU50からの制御信号S13によって制御される。燃焼室18内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路16に排出される。クランク軸12近傍には、クランク角センサ20が設置されている。クランク角センサ20は、クランク軸12の回転角を検出し、検出した回転角に対応する検出信号S20をECU50に供給する。
The
燃焼室18には、吸気弁15と排気弁17が設けられている。吸気弁15は、開閉することによって、吸気通路14と燃焼室18との導通/遮断を制御する。また、排気弁17は、開閉することによって、排気通路16と燃焼室18との導通/遮断を制御する。
The combustion chamber 18 is provided with an
シリンダブロック2の壁面、具体的には、ブロック側壁2bには、ノックセンサ6が取り付けられている。燃焼室18内の温度、圧力が上昇し過ぎると、未燃ガスは自己発火する。このとき、燃焼室18内のガスは振動を起こす。この振動はシリンダブロック2等の機関全体に伝わる。このような現象をノッキングという。ノッキングが激しく発生すると、不快な振動を生じるとともに、エネルギーの損失による出力低下を招いたり、燃費の低下を招いたりする。ノックセンサ6は、内燃機関1の振動を感知し、感知した振動に対応する検出信号S6をECU50に供給する。
A knock sensor 6 is attached to the wall surface of the
ECU(Electronic Control Unit)50は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)などを備える。ECU50は、内燃機関1に設けられた各種センサから検出信号を取得し、これに基づいて内燃機関1に対する制御を行う。また、本実施形態に係るノッキング検出装置では、ECU50は、フィルタ回路や増幅回路を備えている。ECU50は、ノックセンサ6からの検出信号S6に基づいて、内燃機関1の振動強度を求め、当該振動強度に基づいて、ノッキングが発生しているか否かを検出する。ECU50は、ノッキングが発生していると判定した場合には、点火プラグ13の点火時期の制御を行うことによりノッキングの発生を抑制する。
The ECU (Electronic Control Unit) 50 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like (not shown). The
(ノッキング検出方法)
本実施形態に係るノッキング検出方法について具体的に説明する。まず、比較のため、一般的なノッキング検出方法について説明する。一般的なノッキング検出方法では、ECU50は、ノックセンサ6からの検出信号S6に基づいて、所定のクランク角期間における内燃機関1に発生した振動の振動強度を特徴付ける特徴値を算出する。ECU50は、特徴値を算出する度に、特徴値の頻度分布の標準偏差及び標準偏差を算出し、算出された特徴値と中央値及び標準偏差との関係に基づいて、ノッキングが発生しているか否かを判定する。以下に具体的に述べる。
(Knock detection method)
The knocking detection method according to this embodiment will be specifically described. First, a general knocking detection method will be described for comparison. In a general knocking detection method, the
まず、ECU50は、所定のクランク角期間におけるノックセンサ6からの検出信号S6に基づいて、内燃機関1に発生した振動の振動強度を求め、当該振動強度に基づいて、特徴値を算出する。本実施形態では、ECU50は、振動強度の積分値Vを特徴値として算出することとする。
First, the
図2は、振動強度の積分値Vを求める方法を示す模式図である。図2(a)は、ノックセンサ6からの検出信号S6についての時間に対する変化を示している。詳細には、図2(a)に示すグラフは、ノックセンサ6からの検出信号S6を、フィルタ回路を介して特定の周波数を抽出したものである。図2(a)において、横軸に示す時間は、所定のクランク角期間に対応する時間である。ノッキングは燃焼圧間でのみで発生するため、所定のクランク角期間は、具体的には、ノイズによるノッキングの誤検出を防止するために点火出力後の一定期間に設定される。この一定期間は、予め実験などにより求められ、ECU50に記録されている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a method for obtaining the integrated value V of the vibration intensity. FIG. 2A shows the change with respect to time of the detection signal S6 from the knock sensor 6. FIG. Specifically, the graph shown in FIG. 2A is obtained by extracting a specific frequency from the detection signal S6 from the knock sensor 6 through a filter circuit. In FIG. 2A, the time indicated on the horizontal axis is a time corresponding to a predetermined crank angle period. Since knocking occurs only between combustion pressures, the predetermined crank angle period is specifically set to a certain period after ignition output in order to prevent erroneous detection of knocking due to noise. This predetermined period is obtained in advance by experiments and recorded in the
次に、ECU50は振動強度を求める。具体的には、ノックセンサ6の出力は、0を中心として正負へ振動するので、ECU50は、ノックセンサ6からの検出信号S6を絶対値へ変換することで、振動強度を求めることができる。図2(b)は、振動強度の時間に対する変化を示すグラフである。そして、ECU50は、図2(c)に示すように、振動強度を所定のクランク角期間に対応する時間に渡って積算する。このようにすることで、内燃機関1の振動強度の積分値Vが算出される。
Next, the
図3は、振動強度の積分値Vの頻度分布を正規分布として示したグラフである。ここで、Vmedは、振動強度の積分値Vの頻度分布の中央値であり、SGMは、振動強度の積分値Vの頻度分布の標準偏差である。 FIG. 3 is a graph showing the frequency distribution of the integrated value V of the vibration intensity as a normal distribution. Here, Vmed is the median value of the frequency distribution of the integral value V of vibration intensity, and SGM is the standard deviation of the frequency distribution of the integral value V of vibration intensity.
ECU50は、振動強度の積分値Vの算出の度に、中央値Vmedを算出する。具体的には、ECU50は、今回算出した振動強度の積分値Vを含めた頻度分布における新たな中央値Vmedを求める。例えば、ECU50は、今回算出された振動強度の積分値Vが、それまでに算出された振動強度の積分値Vの頻度分布の中央値Vmed以上となっている場合には、中央値Vmedに所定値Aを加えた値を新たな中央値Vmedとする。一方で、ECU50は、今回算出された振動強度の積分値Vが、それまでに算出された振動強度の積分値Vの頻度分布の中央値Vmedよりも小さい場合には、中央値Vmedから所定値Aを引いた値を新たな中央値Vmedとする。つまり、ここでは、ECU50は、中央値Vmedの平均化処理を行う。この中央値Vmedがノッキングを判定するためのベース振動レベルとなる。なお、所定値Aは、適合値であり、エンジン状態の変化に応じた値が設定される。
The
また、ECU50は、振動強度の積分値Vの算出毎に、標準偏差SGMを算出する。具体的には、ECU50は、今回算出した振動強度の積分値Vを含めた頻度分布における新たな標準偏差SGMを求める。例えば、ECU50は、今回算出された振動強度の積分値Vが、Vmed−SGM≦V≦Vmed(SGMは、それまでに算出された振動強度の積分値Vの頻度分布の標準偏差)の関係を満たしている場合には、SGM−2×Bを新たな標準偏差SGMとする。一方で、ECU50は、算出された振動強度の積分値Vが、Vmed−SGM≦V≦Vmedの関係を満たしていない場合には、SGM+Bを新たな標準偏差SGMとする。なお、所定値Bは、適合値であり、エンジン状態の変化に応じた値が設定される。
The
ECU50は、算出された振動強度の積分値Vと、新たな中央値Vmed及び新たな標準偏差SGMとの関係が、V≧Vmed+U×SGMの関係(以下、この関係を「ノッキング判定条件」と称す)を満たしている場合には、ノッキングによる振動が発生していると判定し、V≧Vmed+U×SGMの関係を満たしていない場合には、ノッキングによる振動が発生していないと判定する。ここで、所定値Uは、適合値であり、エンジン状態の変化に応じた値が設定される。つまり、図3に示すように、ECU50は、算出された振動強度の積分値Vが、中央値VmedからU×SGMの大きさ以上離れている場合には、ノッキングによる振動が発生していると判定し、そうでない場合には、ノッキングによる振動が発生していないと判定する。このようにして、ECU50は、ノッキングが発生しているか否かを検出することができる。
The
図4は、振動強度の積分値V及び中央値Vmedの時間に対する変化を示すグラフの一例である。図4において、丸印は、振動強度の積分値Vを示し、実線三角印は、今回の発明を適用した場合のVの中央値Vmedを示し、破線三角印は、今回の発明を適用しなかった場合のVの中央値Vmedを示している。 FIG. 4 is an example of a graph showing changes with respect to time of the integrated value V and the median value Vmed of the vibration intensity. In FIG. 4, the circle indicates the integrated value V of the vibration intensity, the solid triangle indicates the median value Vmed when the present invention is applied, and the broken triangle indicates that the present invention is not applied. The median value Vmed of V is shown.
図4に示す例では、時刻t1までは、一回の燃焼において一回の燃料噴射が行われるとする。時刻t1からt2では、一回の燃焼において複数回の燃料噴射、いわゆるマルチ噴射が行われるとする。時刻t2以降では、再び、一回の燃焼において一回の燃料噴射が行われるとする。なお、図4に示す例では、ノッキングによる振動は発生しておらず、燃料噴射による定常ノイズのみが発生しているものとする。従って、丸印で示す振動強度の積分値Vは、燃料噴射による定常ノイズの振動の積分値である。特に、本実施形態の内燃機関1のように、燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式の内燃機関では、定常ノイズは比較的大きくなる傾向がある。
In the example shown in FIG. 4, it is assumed that one fuel injection is performed in one combustion until time t1. From time t1 to t2, it is assumed that multiple fuel injections, so-called multi-injection, are performed in one combustion. After the time t2, it is assumed that one fuel injection is performed once in one combustion. In the example shown in FIG. 4, it is assumed that vibration due to knocking does not occur and only stationary noise due to fuel injection occurs. Therefore, the integrated value V of the vibration intensity indicated by a circle is an integrated value of the vibration of stationary noise caused by fuel injection. In particular, in a direct injection type internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber, such as the
時刻t1までは、マルチ噴射実行フラグはオフ(OFF)とされるので、マルチ噴射は行われず、一回の燃焼において一回の燃料噴射(以下、「シングル噴射」と称す)が行われる。つまり、時刻t1までは、主にシングル噴射による定常ノイズが発生する。このとき、図4に示すように、振動強度の積分値Vは、中央値Vmedと殆ど変わらない値となる。 Until the time t1, the multi-injection execution flag is turned off (OFF), so multi-injection is not performed, and one fuel injection (hereinafter referred to as “single injection”) is performed in one combustion. That is, stationary noise mainly due to single injection occurs until time t1. At this time, as shown in FIG. 4, the integrated value V of the vibration intensity is a value that is hardly different from the median value Vmed.
時刻t1からt2までは、マルチ噴射実行フラグはオン(ON)とされ、マルチ噴射が行われる。そのため、時刻t1からt2までは、定常ノイズは、シングル噴射によるものからマルチ噴射によるものへと切り替わり、その振動強度の大きさは、シングル噴射が行われるときと比較して、一回の燃焼における噴射回数に応じて大きくなる。そのため、時刻t1からt2までにおける振動強度の積分値Vも、シングル噴射が行われる時刻t1までの振動強度の積分値Vと比較して大きくなる。このとき、先に述べた中央値Vmedの平均化処理が行われた場合、破線三角印で示すように、中央値Vmedは、直ぐに振動強度Vに追い付くのではなく、徐々に振動強度の積分値Vに近づいていき、時刻t1+Δt1において、振動強度の積分値Vに追い付くこととなる。 From time t1 to t2, the multi-injection execution flag is turned on (ON), and multi-injection is performed. Therefore, from time t1 to t2, the stationary noise is switched from single injection to multi-injection, and the magnitude of the vibration intensity is larger in one combustion than when single injection is performed. It becomes larger according to the number of injections. Therefore, the integrated value V of the vibration intensity from the time t1 to the time t2 is also larger than the integrated value V of the vibration intensity from the time t1 when the single injection is performed. At this time, when the above-described averaging process of the median value Vmed is performed, the median value Vmed does not immediately catch up with the vibration intensity V, but gradually integrates the vibration intensity, as indicated by a broken triangle. It approaches V and catches up with the integrated value V of the vibration intensity at time t1 + Δt1.
そのため、図4に示すように、時刻t1までの振動強度の積分値Vと比較して、時刻t1から時刻t1+Δt1における振動強度の積分値Vは、破線三角印で示す中央値Vmedよりも大きくなる。従って、時刻t1から時刻t1+Δt1において、振動強度の積分値Vと中央値Vmedとの差によっては、振動強度の積分値Vがノッキング判定条件を満たす可能性がある。この場合、マルチ噴射による定常ノイズはノッキングと判定されてしまう。 Therefore, as shown in FIG. 4, the integrated value V of the vibration intensity from the time t1 to the time t1 + Δt1 is larger than the median value Vmed indicated by the broken triangle as compared with the integrated value V of the vibration intensity until the time t1. . Therefore, from time t1 to time t1 + Δt1, depending on the difference between the integrated value V of the vibration intensity and the median value Vmed, the integrated value V of the vibration intensity may satisfy the knocking determination condition. In this case, stationary noise due to multi-injection is determined to be knocking.
また、時刻t2以降では、マルチ噴射実行フラグはオフ(OFF)とされ、シングル噴射が行われる。そのため、時刻t2以降では、定常ノイズは、マルチ噴射によるものからシングル噴射によるものへと切り替わり、その振動強度の大きさは、マルチ噴射が行われるときと比較して小さくなる。そのため、時刻t2以降における振動強度の積分値Vは、マルチ噴射が行われる時刻t1からt2までの振動強度の積分値Vと比較して小さくなる。このときも、先に述べた中央値Vmedの平均化処理が行われた場合、破線三角印で示すように、中央値Vmedは、直ぐに振動強度Vに追い付くのではなく、徐々に振動強度の積分値Vに近づいていき、時刻t2+Δt2において、振動強度の積分値Vに追い付くこととなる。 Further, after time t2, the multi-injection execution flag is turned off (OFF), and single injection is performed. Therefore, after time t2, the stationary noise is switched from that due to multi-injection to that due to single injection, and the magnitude of the vibration intensity becomes smaller than that when multi-injection is performed. Therefore, the integrated value V of the vibration intensity after time t2 is smaller than the integrated value V of the vibration intensity from time t1 to time t2 when the multi-injection is performed. Also at this time, when the above-described averaging process of the median value Vmed is performed, the median value Vmed does not immediately catch up with the vibration intensity V, but gradually integrates the vibration intensity, as indicated by a broken triangle. The value approaches V and catches up with the integrated value V of the vibration intensity at time t2 + Δt2.
そのため、図4に示すように、時刻t1からt2までの振動強度の積分値Vと比較して、時刻t2から時刻t2+Δt2における振動強度の積分値Vは、中央値Vmedよりも小さくなる。従って、時刻t2から時刻t2+Δt2において、ノッキングが発生していたとしても、ノッキングによる振動強度の積分値Vと破線三角印で示す中央値Vmedとの差がそれ程大きくない場合には、ノッキング判定条件を満たさず、ノッキングが検出されなくなってしまう。 Therefore, as shown in FIG. 4, the integrated value V of the vibration intensity from the time t2 to the time t2 + Δt2 is smaller than the median value Vmed as compared to the integrated value V of the vibration intensity from the time t1 to the time t2. Therefore, even if knocking occurs from time t2 to time t2 + Δt2, if the difference between the integrated value V of the vibration intensity due to knocking and the median value Vmed indicated by the broken triangle is not so large, the knocking determination condition is set. Not satisfying, knocking will not be detected.
つまり、定常ノイズの切り替わりによりステップ的に振動強度が変化した場合において、Δt1、Δt2で示す過渡期間では、ECU50は、先に述べた中央値Vmedの平均化処理を行うと、切り替わった直後の定常ノイズによる振動強度の積分値Vと中央値Vmedとの誤差が大きくなるため、正確なノック判定ができなくなってしまう。
That is, when the vibration intensity changes stepwise due to switching of stationary noise, during the transition period indicated by Δt1 and Δt2, the
そこで、本実施形態に係るノッキング検出装置では、ECU50は、内燃機関1に発生している定常ノイズが切り替わったか否かを判定し、当該定常ノイズが切り替わったと判定した場合には、振動強度の積分値Vを中央値Vmedとする。
Therefore, in the knocking detection device according to the present embodiment, the
このようにすることで、図4の実線三角印で示すように、時刻t1、t2における中央値Vmedは夫々、時刻t1、t2における振動強度の積分値Vと等しくされる。これにより、図4の実線三角印で示すように、定常ノイズが切り替わった直後のΔt1、Δt2で示す過渡期間において、定常ノイズの振動強度の積分値Vと中央値Vmedとの誤差は小さくなり、ECU50は、定常ノイズが切り替った後の過渡期間においてノッキングが発生した場合であっても正確なノック判定を行うことができる。なお、上述の例では、時刻t1、t2における中央値Vmedは夫々、時刻t1、t2における振動強度の積分値Vと等しくされるとしているが、これに加えて、時刻t1、t2からの所定点火数の点火時において、中央値Vmedは夫々、時刻t1、t2における振動強度の積分値Vと等しくされるとしても良い。ここでいう所定点火数として、例えば、Δt1、Δt2で示す過渡期間における点火数が設定される。
By doing so, as indicated by solid triangles in FIG. 4, the median value Vmed at times t1 and t2 is made equal to the integral value V of the vibration intensity at times t1 and t2, respectively. As a result, as indicated by a solid triangle in FIG. 4, the error between the integral value V and the median value Vmed of the vibration intensity of the stationary noise is reduced in the transient period indicated by Δt1 and Δt2 immediately after the stationary noise is switched. The
また、本実施形態に係るノッキング検出装置では、ノイズの周波数を除外するものではない。従って、ノイズの周波数を除外することによりノッキングを検出する一般的なノッキング検出装置と比較して、本実施形態に係るノッキング検出装置では、ノイズの周波数がノッキングの周波数と一致した場合であってもノッキングの検出性を向上させることができる。また、本実施形態に係るノッキング検出装置では、ノイズの周波数を除外しないので、ノイズの周波数を除外する一般的なノッキング検出装置と比較して、ノッキングの振動強度の検出値が変化するのを防ぐことができ、判定結果にばらつきが生じるのを防ぐことができる。 Further, the knocking detection device according to the present embodiment does not exclude noise frequencies. Therefore, compared to a general knocking detection device that detects knocking by excluding the noise frequency, in the knocking detection device according to the present embodiment, even when the noise frequency matches the knocking frequency. The detectability of knocking can be improved. Further, in the knocking detection device according to the present embodiment, since the noise frequency is not excluded, it is possible to prevent the detection value of the knocking vibration intensity from changing as compared with a general knocking detection device that excludes the noise frequency. It is possible to prevent variations in the determination result.
なお、中央値Vmedの平均化処理の方法、標準偏差SGMの算出方法としては、上述の例は一例であり、他の方法を用いるとしても良いのは言うまでもない。 Needless to say, the above example is merely an example of the median Vmed averaging method and the standard deviation SGM calculation method, and other methods may be used.
(ノッキング検出処理)
次に、本実施形態に係るノッキング検出処理について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。
(Knock detection process)
Next, the knocking detection process according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
まず、ステップS101において、ECU50は、所定のクランク角期間における振動強度の積分値Vを算出する。具体的には、ECU50は、所定のクランク角期間におけるノックセンサ6からの検出信号S6に基づいて、内燃機関1に発生した振動の振動強度を求め、当該振動強度に基づいて、振動強度の積分値Vを算出する。以下に述べる処理は、振動強度の積分値Vを算出する度に行われる。
First, in step S101, the
ステップS102において、ECU50は、定常ノイズが切り替わったか否かを判定する。例えば、ECU50は、シングル噴射とマルチ噴射との切り替えや、吸排気バルブのタイミングリフト量の切り替えを行った場合に定常ノイズが切り替わったと判定する。これらの切り替えは、ECU50自身が、燃料噴射弁21や吸排気バルブに制御信号を供給することにより行われる。従って、ECU50は、燃料噴射弁21や吸排気バルブに供給した制御信号に基づいて、定常ノイズが切り替ったことを検出することができる。例えば、ECU50は、燃料噴射弁21にマルチ燃料噴射を実行させるための制御信号を供給した場合には、マルチ噴射実行フラグをオンにする。ECU50は、マルチ噴射実行フラグがオンになったことを検出することにより、定常ノイズがマルチ噴射によるものに切り替ったことを検出することができる。
In step S102, the
ECU50は、ステップS102において、定常ノイズが切り替わったと判定した場合には(ステップS102:Yes)、ステップS103へ進み、ステップS101において今回算出された振動強度の積分値Vを新たな中央値Vmedとする。このようにすることで、定常ノイズが切り替わった直後の当該定常ノイズの振動強度の積分値Vと、中央値Vmedとの誤差を小さくすることができ、過渡期間においてノッキングが発生した場合であっても正確なノック判定を行うことができる。この後、ECU50は、ステップS107へ処理を進める。
If the
一方で、ECU50は、ステップS102において、定常ノイズが切り替わっていないと判定した場合には(ステップS102:No)、ステップS104へ進み、今回算出された振動強度の積分値Vが、それまでに算出された振動強度の積分値Vの中央値Vmed以上か否かについて判定する。
On the other hand, if the
ECU50は、ステップS104において、今回算出された振動強度の積分値Vが、それまでに算出された振動強度の積分値Vの中央値Vmed以上であると判定した場合には(ステップS104:Yes)、それまでに算出された振動強度の積分値Vの中央値Vmedに所定値Aを加えた値を新たな中央値Vmedとする(ステップS105)。この後、ECU50は、ステップS107へ処理を進める。一方で、ECU50は、ステップS104において、今回算出された振動強度の積分値Vが、それまでに算出された振動強度の積分値Vの中央値Vmedよりも小さいと判定した場合には(ステップS104:Yes)、それまでに算出された振動強度の積分値Vの中央値Vmedから所定値Aを引いた値を新たな中央値Vmedとする(ステップS106)。この後、ECU50は、ステップS107へ処理を進める。なお、所定値Aは、適合値であり、エンジン状態の変化に応じた値が予め設定され、ECU50に記録されている。このステップS104〜S106の処理により、ECU50は、中央値Vmedの平均化処理を行うことができる。
If the
以上に述べたステップS103〜S106の処理により、ECU50は、今回算出した振動強度の積分値Vを含めた頻度分布における新たな中央値Vmedを求めることができる。
Through the processing of steps S103 to S106 described above, the
ステップS107において、ECU50は、今回算出した振動強度の積分値Vが、Vmed−SGM≦V≦Vmed(SGMは、それまでに算出された振動強度の積分値Vの頻度分布の標準偏差)の関係を満たしているか否かについて判定する。ECU50は、ステップS107において、今回算出した振動強度の積分値VがVmed−SGM≦V≦Vmedの関係を満たしていると判定した場合には(ステップS107:Yes)、SGM−2×Bを新たな標準偏差SGMとする(ステップS108)。一方で、ECU50は、ステップS107において、今回算出した振動強度の積分値VがVmed−SGM≦V≦Vmedの関係を満たしていないと判定した場合には、SGM+Bを新たな標準偏差SGMとする(ステップS109)。なお、所定値Bは、適合値であり、エンジン状態の変化に応じた値が予め設定され、ECU50に記録されている。このステップS107〜S109の処理により、ECU50は、今回算出した振動強度の積分値Vを含めた頻度分布における新たな標準偏差SGMを求めることができる。ECU50は、ステップS108又はステップS109の処理を終えた後、ステップS110へ進む。
In step S107, the
ステップS110において、ECU50は、今回算出した振動強度の積分値Vがノッキング判定条件を満たしているか否か、即ち、V≧Vmed+U×SGMの関係(以下、「ノッキング判定条件」と称す)を満たしているか否かについて判定する。ECU50は、ステップS110において、今回算出した振動強度の積分値Vがノッキング判定条件を満たしていると判定した場合には(ステップS110:Yes)、ノッキングによる振動が発生していると判定する(ステップS111)。一方で、ECU50は、ステップS110において、今回算出した振動強度の積分値Vがノッキング判定条件を満たしていないと判定した場合には(ステップS110:No)、ノッキングによる振動が発生していないと判定する(ステップS112)。なお、所定値Uは、適合値であり、エンジン状態の変化に応じた値が予め設定され、ECU50に記録されている。このようにして、ECU50は、ノッキングが発生しているか否かを検出することができる。
In step S110, the
なお、特徴値としては、内燃機関1の振動強度の積分値Vに限られるものではない。代わりに、例えば、図2の点P1で示すような振動強度が最大となるピーク値を特徴値として用いるとしても良い。
The feature value is not limited to the integral value V of the vibration intensity of the
以上に述べたことから分かるように、本発明のノッキング検出装置では、ECU50は、所定のクランク角期間におけるノックセンサ6からの検出信号S6に基づいて、所定のクランク角期間における内燃機関1に発生した振動の振動強度を特徴付ける特徴値を算出し、特徴値を算出する度に、特徴値の頻度分布の中央値を算出すると共に、特徴値の頻度分布の標準偏差を算出し、算出された特徴値と中央値及び標準偏差との関係に基づいて、ノッキングが発生しているか否かを判定する。ECU50は、中央値を算出する際に、内燃機関1に発生している定常ノイズが切り替わっているか否かを判定し、定常ノイズが切り替わっていると判定した場合には、中央値の平均化処理を行うことで新たな中央値を算出する代わりに、算出された特徴値を新たな中央値とする。
As can be understood from the above description, in the knocking detection device of the present invention, the
本発明のノッキング検出装置によれば、定常ノイズが切り替わった直後において、切り替わった直後の当該定常ノイズの特徴値と中央値との誤差を小さくすることができるので、過渡期間においてノッキングが発生した場合であっても正確なノック判定を行うことができる。 According to the knocking detection device of the present invention, immediately after the stationary noise is switched, the error between the characteristic value and the median value of the stationary noise immediately after the switching can be reduced. Even so, an accurate knock determination can be made.
また、本発明のノッキング検出装置では、ノイズの周波数を除外するものではない。従って、ノイズの周波数を除外することによりノッキングを検出する一般的なノッキング検出装置と比較して、本発明のノッキング検出装置では、ノイズの周波数がノッキングの周波数と一致した場合であってもノッキングの検出性を向上させることができると共に、判定結果にばらつきが生じるのを防ぐことができる。 Further, the knocking detection device of the present invention does not exclude noise frequencies. Therefore, compared with a general knocking detection device that detects knocking by excluding the noise frequency, the knocking detection device of the present invention does not knock even when the noise frequency matches the knocking frequency. The detectability can be improved, and variations in the determination result can be prevented.
1 エンジン(内燃機関)
2 シリンダブロック
2a シリンダ壁
3 ピストン
4 ウォータジャケット
6 ノックセンサ
50 ECU
1 engine (internal combustion engine)
2
Claims (2)
前記内燃機関に発生した振動を検出する振動検出手段と、
所定のクランク角期間における前記検出装置からの検出信号に基づいて、前記所定のクランク角期間における前記内燃機関に発生した振動の振動強度を特徴付ける特徴値を算出する特徴値算出手段と、
前記特徴値を算出する度に前記特徴値の頻度分布の中央値を算出する中央値算出手段と、
前記特徴値を算出する度に前記特徴値の頻度分布の標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、
前記特徴値算出手段により算出された前記特徴値と前記中央値及び前記標準偏差との関係に基づいて、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判定手段と、
前記内燃機関に発生している定常ノイズが切り替わっているか否かを判定する定常ノイズ切替え判定手段と、を備え、
前記中央値算出手段は、前記定常ノイズ切替え判定手段により前記定常ノイズが切り替わっていると判定された場合には、前記特徴値算出手段により算出された前記特徴値を前記中央値とすることを特徴とするノッキング検出装置。 A knocking detection device for detecting knocking generated in an internal combustion engine,
Vibration detecting means for detecting vibration generated in the internal combustion engine;
Feature value calculating means for calculating a characteristic value characterizing the vibration intensity of the vibration generated in the internal combustion engine in the predetermined crank angle period based on a detection signal from the detection device in the predetermined crank angle period;
Median value calculating means for calculating the median value of the frequency distribution of the feature value each time the feature value is calculated;
A standard deviation calculating means for calculating a standard deviation of a frequency distribution of the feature value each time the feature value is calculated;
Knocking determination means for determining whether or not knocking has occurred based on the relationship between the feature value calculated by the feature value calculation means, the median value, and the standard deviation;
A stationary noise switching determination means for determining whether or not the stationary noise generated in the internal combustion engine is switched,
The median value calculating means sets the feature value calculated by the feature value calculating means as the median value when the stationary noise switching determining means determines that the stationary noise has been switched. Knock detection device.
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