JP2009115011A - 内燃機関のノック判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ等の一時的な外部要因によるノックの誤判定を未然に防止する。
【解決手段】いずれかの気筒のノック判定区間でノイズ等の一時的な外部要因によってノックセンサの出力信号のレベルが上昇すると、そのノックセンサの出力信号から算出されるノック振動強度のデータのばらつき度合（標準偏差σ）が大きくなることに着目して、ノックが発生しない運転状態と判定されている期間に、いずれかの気筒でノック振動強度のデータのばらつき度合（標準偏差σ）が所定値以上になれば、その原因が、ノックではなく、ノイズ等の一時的な外部要因であると判断して、当該気筒のノック判定値を引き上げることで、ノイズ等の一時的な外部要因によって正常燃焼状態をノック発生と誤判定することを防止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノックセンサの出力信号から求められた各気筒のノック振動強度をノック判定値と比較して各気筒毎にノックの有無を判定する内燃機関のノック判定装置に関する発明である。

従来より、特許文献１（特公平６−６３４９６号公報）、特許文献２（特許第２６０５８０５号公報）、特許文献３（特開２００７−７７９６８号公報）等に記載されているように、内燃機関の運転中に各気筒の燃焼行程毎に設定した所定のノック判定区間でノックセンサの出力信号を取り込んで該ノックセンサの出力信号からノック振動強度を算出し、このノック振動強度のデータを統計的に処理して得られたノック振動強度の分布の広がり具合（標準偏差）からノック判定値を設定し、内燃機関の運転中に、各気筒のノック判定区間で取り込んだノックセンサの出力信号から求められたノック振動強度がノック判定値以上であるか否かでノックの有無を判定するようにしたものがある。
特公平６−６３４９６号公報 特許第２６０５８０５号公報 特開２００７−７７９６８号公報

ところで、いずれかの気筒のノック判定区間でノックセンサの出力にノイズが重畳すると、そのノイズによってノックセンサの出力信号のレベルが上昇するため、従来のノック検出技術では、ノイズによって正常燃焼状態をノック発生と誤判定する可能性があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、ノイズ等の一時的な外部要因によるノックの誤判定を未然に防止できる内燃機関のノック判定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関のノック振動を検出するノックセンサと、内燃機関の運転中に各気筒の燃焼行程毎に設定した所定のノック判定区間で前記ノックセンサの出力信号を取り込んで該ノックセンサの出力信号から各気筒のノック振動強度を算出するノック振動強度算出手段と、前記各気筒のノック振動強度をノック判定値と比較して各気筒毎にノックの有無を判定するノック判定手段とを備えた内燃機関のノック判定装置において、内燃機関の運転状態がノックが発生しない運転状態であるか否かを判定する運転状態判定手段と、前記運転状態判定手段がノックが発生しない運転状態と判定している期間に前記各気筒のノック振動強度のデータのばらつき度合（標準偏差、分散等）を各気筒毎に所定値と比較して当該所定値以上のばらつき度合となる気筒のノック判定値を引き上げるノック判定値補正手段とを備えた構成としたものである。

本発明は、いずれかの気筒のノック判定区間でノイズ等の一時的な外部要因によってノックセンサの出力信号のレベルが上昇すると、そのノックセンサの出力信号から算出されるノック振動強度のデータのばらつき度合（標準偏差、分散等）が大きくなることに着目して、ノックが発生しない運転状態と判定されている期間に、いずれかの気筒でノック振動強度のデータのばらつき度合が所定値以上になれば、その原因が、ノックではなく、ノイズ等の一時的な外部要因であると判断して、当該気筒のノック判定値を引き上げるようにしたものであり、このノック判定値の引き上げにより、ノイズ等の一時的な外部要因によるノックの誤判定を未然に防止することができる。しかも、ノイズ等の一時的な外部要因の影響を受けない他の気筒については、ノック判定値を引き上げずにノック判定を行うことができるため、ノックを感度良く検出することができる。

この場合、請求項２のように、点火時期に基づいてノックが発生しない運転状態であるか否かを判定するようにすれば良い。つまり、ノックは、点火時期を進角するほど発生しやすくなり、点火時期をある程度遅角すれば、ノックが発生しなくなるため、点火時期に基づいてノックが発生しない運転状態であるか否かを判定することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。

内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１０によって開度調節されるスロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側に、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２５と、ノック振動を検出するノックセンサ２８と、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２６が取り付けられている。このクランク角センサ２６の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。

更に、このＥＣＵ２７は、エンジン運転中に各気筒の燃焼行程毎に設定した所定のノック判定区間でノックセンサ２８の出力信号を取り込んで該ノックセンサ２８の出力信号から各気筒のノック振動強度を算出するノック振動強度算出手段として機能すると共に、各気筒のノック振動強度を各気筒のノック判定値と比較して各気筒毎にノックの有無を判定するノック判定手段として機能し、ノック有りと判定した気筒については、点火時期を遅角補正してノックを抑制し、ノック無しの状態が続いたときに点火時期を進角補正するというノック制御を行うことで、点火時期をノック限界付近（最適点火時期ＭＢＴの付近）に進角させてエンジン出力や燃費を向上させるようにしている。

ここで、ノック振動強度の算出方法は、各気筒の所定のノック判定区間におけるノックセンサ２８の出力信号のピーク値又は積分値（面積）を対数変換した値をノック振動強度として算出すれば良い。このように、ノックセンサ２８の出力信号のピーク値又は積分値）を対数変換した値をノック振動強度として用いると、ノック無し時のノック振動強度分布がほぼ正規分布になる。

また、各気筒のノック判定値は、次のようにして算出される。
まず、各気筒毎にノック振動強度分布の特徴を表す統計的指標である中央値ＶＭＥＤと、この中央値ＶＭＥＤよりノック振動強度が小さい領域の標準偏差σ（ばらつき度合）を算出する。そして、このノック振動強度分布の中央値ＶＭＥＤに標準偏差σのｕ倍の値を加算してノック判定値を求める。

ノック判定値＝ＶＭＥＤ＋ｕ×σ （ｕは定数）
ここで、定数ｕは、ノック判定値が振動強度分布の上限付近の値となるように適合するのが好ましく、一般には、定数ｕを３に設定すれば良いと思われるが、エンジン毎のばらつき度合、ノック振動強度分布の形状や要求されるノック検出感度等によっては、定数ｕを３以外の値（例えば２、２．５、３．５、４等）に設定した方が良い場合もある。

ところで、いずれかの気筒のノック判定区間でノックセンサ２８の出力信号にノイズが重畳すると、そのノイズによってノックセンサ２８の出力信号のレベルが上昇するため、ノイズ重畳時にノイズ無し時と同じノック判定値を用いると、正常燃焼状態をノック発生と誤判定する可能性がある。

そこで、本実施例では、いずれかの気筒のノック判定区間でノイズ等の一時的な外部要因によってノックセンサ２８の出力信号のレベルが上昇すると、そのノックセンサ２８の出力信号から算出されるノック振動強度のデータのばらつき度合（標準偏差σ）が大きくなることに着目して、ノックが発生しない運転状態と判定されている期間に、いずれかの気筒でノック振動強度のデータのばらつき度合（標準偏差σ）が所定値以上になれば、その原因が、ノックではなく、ノイズ等の一時的な外部要因であると判断して、当該気筒のノック判定値を引き上げることで、ノイズ等の一時的な外部要因によって正常燃焼状態をノック発生と誤判定することを防止する。

以上説明した各気筒毎のノック判定値の補正処理は、ＥＣＵ２７によって図２のノック判定値補正処理ルーチンに従って次のように実行される。図２のノック判定値補正処理ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で起動され、特許請求の範囲でいうノック判定値補正手段としての役割を果たす。

図２のノック判定値補正処理ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン回転速度と吸入空気量からノック制御領域を検出し、次のステップ１０２で、現在の点火時期が所定点火時期θよりも遅角側であるか否かで、現在のエンジン運転状態がノックが発生しない運転状態であるか否かを判定する。ここで、所定点火時期θは、ノックが発生しない点火時期範囲のうちの点火遅角量が小さい方の点火時期に設定されている。この所定点火時期θは予め決められた一定値としても良いが、冷却水温やエンジン運転状態に応じて所定点火時期θを変化させるようにしても良い。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう運転状態判定手段としての役割を果たす。

上記ステップ１０２で、現在の点火時期が所定点火時期θよりも進角側であると判定されれば、ノックが発生する可能性のある運転状態であると判断して、以降の処理を行わずに本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ１０２で、現在の点火時期が所定点火時期θよりも遅角側であると判定されれば、ノックが発生しない運転状態であると判断して、ステップ１０３に進み、各気筒のノック振動強度のデータのばらつき度合である標準偏差σを各気筒毎に算出して学習する。

この後、ステップ１０４に進み、各気筒の標準偏差σをそれぞれ所定値と比較し、全ての気筒の標準偏差σが所定値以下であれば、全ての気筒のノック判定値を補正する必要がないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０４で、いずれかの気筒の標準偏差σが所定値よりも大きいと判定されれば、その気筒のノック判定区間に取り込んだノックセンサ２８の出力信号がノイズ等の一時的な外部要因によって変動していると判断して、ステップ１０５に進み、標準偏差σが所定値よりも大きいと判定された気筒のみ、標準偏差σが所定値以下となるまでノック判定値を引き上げる。この際、ノック判定値の引き上げ量は、予め決められた一定値としても良いし、標準偏差σに応じてノック判定値の引き上げ量を変化させるようにしても良い。例えば、標準偏差σが大きくなるほど、ノック判定値の引き上げ量を大きくするようにしても良い。

図３は、上記図２のノック判定値補正処理ルーチンによる各気筒毎のノック判定値の補正処理の一例を示すタイムチャートである。

この図２の例では、時刻ｔ1 で、＃１気筒の標準偏差σが所定値よりも大きくなって、＃１気筒のノック判定値が引き上げられるが、＃２気筒の標準偏差σは所定値以下であるため、＃２気筒のノック判定値は引き上げられず、通常のノック判定値のままである。その後、時刻ｔ2 で、＃１気筒の標準偏差σが所定値以下となり、＃１気筒のノック判定値が通常のノック判定値に戻される。

以上説明した本実施例では、いずれかの気筒のノック判定区間でノイズ等の一時的な外部要因によってノックセンサ２８の出力信号のレベルが上昇すると、そのノックセンサ２８の出力信号から算出されるノック振動強度のデータのばらつき度合（標準偏差σ）が大きくなることに着目して、ノックが発生しない運転状態と判定されている期間に、いずれかの気筒でノック振動強度のデータのばらつき度合（標準偏差σ）が所定値以上になれば、その原因が、ノックではなく、ノイズ等の一時的な外部要因であると判断して、当該気筒のノック判定値を引き上げるようにしたので、ノイズ等の一時的な外部要因によって正常燃焼状態をノック発生と誤判定することを防止する。しかも、ノイズ等の一時的な外部要因の影響を受けない他の気筒については、ノック判定値を引き上げずにノック判定を行うことができるため、ノックを感度良く検出することができる。

尚、本実施例では、ノック振動強度のデータのばらつき度合の指標として標準偏差σを用いるようにしたが、分散Ｖ（Ｖ＝σ２ ）等を用いるようにしても良い。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 ノック判定値補正処理ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 ノック判定値補正処理ルーチンによる各気筒毎のノック判定値の補正処理の一例を示すタイムチャートである。 ノック振動強度分布の中央値ＶＭＥＤと標準偏差σとノック判定値の関係を説明する図である。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２２…排気管、２７…ＥＣＵ（ノック振動強度算出手段，運転状態判定手段，ノック判定値補正手段，ノック判定手段）、２８…ノックセンサ

Claims (2)

1. 内燃機関のノック振動を検出するノックセンサと、
   内燃機関の運転中に各気筒の燃焼行程毎に設定した所定のノック判定区間で前記ノックセンサの出力信号を取り込んで該ノックセンサの出力信号から各気筒のノック振動強度を算出するノック振動強度算出手段と、
   前記各気筒のノック振動強度をノック判定値と比較して各気筒毎にノックの有無を判定するノック判定手段とを備えた内燃機関のノック判定装置において、
   内燃機関の運転状態がノックが発生しない運転状態であるか否かを判定する運転状態判定手段と、
   前記運転状態判定手段がノックが発生しない運転状態と判定している期間に前記各気筒のノック振動強度のデータのばらつき度合を各気筒毎に所定値と比較して当該所定値以上のばらつき度合となる気筒のノック判定値を引き上げるノック判定値補正手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関のノック判定装置。
2. 前記運転状態判定手段は、点火時期に基づいてノックが発生しない運転状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノック判定装置。

Images