JP2013029076A - 内燃機関の燃焼騒音検出方法及び燃焼騒音検出装置並びに内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
内燃機関の燃焼方法を運転状態に応じて変更する方法が提案されているが、異なる燃焼方法においては燃焼騒音の発生状況も自ずと異なってくることが考えられ、従来技術の検出方法では異なる燃焼方法に対応できず燃焼騒音の検出精度が低かった。
【解決手段】
内燃機関の燃焼モードを把握し、内燃機関の燃焼室内の燃焼騒音を検出する燃焼騒音センサの検出周波数、或いは検出周波数帯域を燃焼モードに基づいて選択して燃焼騒音を検出することで燃焼騒音が精度よく検出できる。
【選択図】図28
Description
内燃機関の燃焼状態を直接或いは間接的に把握(これは検知する概念も含む)するため、内燃機関の機械的振動を計測する振動検出型のノックセンサ9が内燃機関100の適宜位置(通常はシリンダブロック)に備えられており、また、このノックセンサ9は非共振型のノックセンサであり、広い周波数帯域にわたって振動を検出することができるものである。
また、運転者の運転意図を表すアクセル開度センサ2から得られる信号がECU1に送られるが、このアクセル開度センサ2は運転者が要求するトルクであるアクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出するものである。
つまり、圧縮着火燃焼FLGがONでは圧縮着火燃焼が行なわれており、圧縮着火燃焼FLGがOFFでは火花点火燃焼が行われているものである。このように、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼の各燃焼モードに応じて燃焼騒音の検出周波数或いは検出周波数帯域を選択する点が本発明の特徴の一つである。
そして、この周波数解析期間において、ノックセンサ9の信号から得られる中心周波数S1、S2、S3、S4、S5を含む所定の周波数帯域の5成分についての周波数解析を実施した結果を振動エネルギを示す振動パワースペクトルPSS(j)として示している。ここで振動パワースペクトルPSS(j)のPSはパワースペクトルを表し、Sは火花点火燃焼を表し、(j)はECU1内のクロック(演算周期)にもとづくデータ番号である。
つまり、周波数解析期間のある時点では中心周波数S1、S2、S3、S4、S5を有する所定周波数帯域の5成分が周波数解析演算されており、これを周波数解析期間にわたりプロットすると、図7にある、例えばS1、S2の周波数成分のような結果が得られる。もちろん他のS3、S4、S5の周波数成分についても同様である。
PSS(i)=∫PSS(j)dj・・・式(1)
*算出タイミングは前記周波数解析期間における完了タイミングとする。
そして、これらの各周波数帯域毎に求められた振動パワースペクトルPSS(i)は所定の演算を行って燃焼騒音の検出が実施される。例えば、各検出周波数帯域の振動パワースペクトルPSS(i)をすべて加算、或いは値が大きい順から所定数だけ加算して総和(燃焼騒音指標)を求め、この総和をノックが発生していない場合の総和(所定の比較用燃焼騒音指標)と比較し、その差が所定以上であればノックが発生していると判断する方法がある。この他にも燃焼騒音指標及び比較用燃焼騒音指標の求め方やその比較判断方法等は種々の方法があるので本実施例では適宜選択して実行すればよいものである。
PSH(i)=∫PSH(j)dj・・・式(2)
算出タイミングは周波数解析期間における完了タイミング。
ここで、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼でノックが生じたときの振動パワースペクトルPSS(i)と振動パワースペクトルPSH(i)の周波数分布を図32に示しており、圧縮着火燃焼の場合を実線で表し、火花点火燃焼の場合(S2成分)を破線で表している。
次に図23を用いて内燃機関100の振動の大きさを算出するためノックセンサ9の出力信号に基づく周波数解析処理を説明する。
このように、共振型のノックセンサ24を用いて圧縮着火燃焼時の燃焼騒音を検出するようにしたので、圧縮着火燃焼時の正確な燃焼騒音が検出でき、これに伴ってより高精度の燃焼制御を実行できることが期待できるものである。
(1)ストイキ火花点火燃焼は理論空燃比の混合気を点火プラグによって着火して燃焼する燃焼方式、
(2)希薄燃焼は理論空燃比より空気が多い混合気を点火プラグによって着火して燃焼する燃焼方式、
(3)排気再循環燃焼は理論空燃比の混合気に排気ガスを再循環(内部EGR/外部EGRを含む)させた混合気を点火プラグによって着火して燃焼する燃焼方式、
(4)圧縮着火燃焼は理論空燃比の混合気をピストンによって断熱圧縮して自己着火して燃焼する燃焼方式、
である。
尚、図25はストイキ火花点火燃焼と希薄燃焼と排気再循環燃焼と圧縮着火燃焼のFLGの制御マップを備えているがこれに限るものではなく、各燃焼モードの少なくとも二つ以上の燃焼モードを制御マップに備えていても良い。
Claims (19)
- 内燃機関の燃焼室内の燃焼騒音を周波数出力として検出する燃焼騒音センサからの周波数信号を周波数解析処理することによって前記燃焼騒音の大きさの度合いを演算する制御装置において、
前記制御装置は、
(1)運転状態によって定まる前記燃焼室内での燃焼方式を把握してこれに対応した前記燃焼騒音センサの検出周波数を選択し、
(2)前記選択された検出周波数出力を周波数解析処理することによって前記燃焼室内での燃焼方式に対応した燃焼騒音の大きさの度合いを演算する
ことを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出方法。 - 請求項1に記載の内燃機関の燃焼騒音検出方法において、前記燃焼方式は少なくとも、点火プラグによって混合気を着火する火花点火燃焼と、ピストンによって混合気、あるいは空気を圧縮して自己着火する圧縮着火燃焼に設定され、前記火花点火燃焼の場合の前記燃焼騒音センサの検出周波数に対して前記圧縮着火燃焼の場合の前記燃焼騒音センサの検出周波数が低い値に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出方法。
- 内燃機関の燃焼室内の燃焼によって生じる振動を周波数出力として検出する非共振型のノックセンサからの周波数信号を周波数解析処理することによって前記振動の大きさの度合いを演算する制御装置において、
前記制御装置は、
(1)運転状態によって定まる前記燃焼室内での燃焼方式を把握してこれに対応した前記ノックセンサの検出周波数を選択し、
(2)前記選択された検出周波数出力を周波数解析処理することによって前記燃焼室内での燃焼方式に対応した振動の大きさの度合いを演算する
ことを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出方法。 - 請求項3に記載の内燃機関の燃焼騒音検出方法において、前記燃焼方式は少なくとも、点火プラグによって混合気を着火する火花点火燃焼と、ピストンによって混合気、あるいは空気を圧縮して自己着火する圧縮着火燃焼に設定され、前記火花点火燃焼の場合の前記ノックセンサの検出周波数に対して前記圧縮着火燃焼の場合の前記ノックセンサの検出周波数が低い値に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出方法。
- 請求項4に記載の内燃機関の燃焼騒音検出方法において、前記火花点火燃焼の場合では前記ノックセンサの検出周波数帯域は少なくとも2つ以上の特異なピークを持つ検出周波数を含む帯域に設定され、前記圧縮着火点火燃焼の場合では前記ノックセンサの検出周波数帯域は1つの特異なピークを持つ検出周波数を含む帯域に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出方法。
- 請求項4に記載の内燃機関の燃焼騒音検出方法において、前記火花点火燃焼の場合では前記ノックセンサの検出周波数帯域は少なくとも2つ以上の特異なピークを持つ中心出周波数を含む2つ以上の帯域に設定され、前記圧縮着火点火燃焼の場合では前記ノックセンサの検出周波数帯域は1つの特異なピークを持つ中心周波数を含む帯域に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出方法。
- 請求項1或いは請求項3に記載の内燃機関の燃焼騒音検出方法において、前記運転状態によって定まる前記燃焼室内での燃焼方式は圧縮着火燃焼、希薄燃焼、排気再循環燃焼、ストイキ火花点火燃焼であって、それぞれの検出周波数は、圧縮着火燃焼<希薄燃焼<排気再循環燃焼<ストイキ火花点火燃焼の関係を有していることを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出方法。
- 内燃機関の燃焼室内の燃焼騒音を周波数出力として検出する燃焼騒音センサからの周波数信号を周波数解析処理することによって前記燃焼騒音の大きさの度合いを演算する燃焼騒音検出装置において、
運転状態によって定まる前記燃焼室内での燃焼方式を把握する燃焼方式把握手段と、
把握された燃焼方式に対応して予め定めた前記燃焼騒音センサの検出周波数を選択する周波数選択手段と、
前記選択された検出周波数出力を周波数解析処理することによって前記燃焼室内での燃焼方式に対応した燃焼騒音の大きさの度合いを演算する燃焼騒音演算部と
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出装置。 - 請求項8に記載の内燃機関の燃焼騒音検出装置において、前記燃焼方式把握手段は少なくとも、点火プラグによって混合気を着火する火花点火燃焼と、ピストンによって混合気、あるいは空気を圧縮して自己着火する圧縮着火燃焼を把握し、前記周波数選択手段は前記火花点火燃焼の場合は予め定めた前記火花点火燃焼のための検出周波数を選択し、前記圧縮着火燃焼の場合の予め定めた前記圧縮着火燃焼のための前記火花点火用の検出周波数より低い検出周波数を選択することを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出装置。
- 内燃機関の燃焼室内の燃焼によって生じる振動を周波数出力として検出する非共振型のノックセンサからの周波数信号を周波数解析処理することによって前記振動の大きさの度合いを演算する燃焼騒音検出装置において、
運転状態によって定まる前記燃焼室内での燃焼方式を把握する燃焼方式把握手段と、
把握された燃焼方式に対応して予め定めた前記ノックセンサの検出周波数を選択する周波数選択手段と、
前記選択された検出周波数出力を周波数解析処理することによって前記燃焼室内での燃焼方式に対応した振動の大きさの度合いを演算する燃焼騒音演算部と
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出装置。 - 請求項10に記載の内燃機関の燃焼騒音検出装置において、前記燃焼方式把握手段は少なくとも、点火プラグによって混合気を着火する火花点火燃焼と、ピストンによって混合気、あるいは空気を圧縮して自己着火する圧縮着火燃焼を把握し、前記周波数選択手段は前記火花点火燃焼の場合は予め定めた前記火花点火燃焼のための検出周波数を選択し、前記圧縮着火燃焼の場合の予め定めた前記圧縮着火燃焼のための前記火花点火用の検出周波数より低い検出周波数を選択することを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出装置。
- 請求項10に記載の内燃機関の燃焼騒音検出装置において、前記周波数選択手段は前記火花点火燃焼の場合では少なくとも2つ以上の特異なピークを持つ検出周波数を含む周波数帯域を選択し、前記圧縮着火点火燃焼の場合では1つの特異なピークを持つ検出周波数を含む周波数帯域を選択することを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出装置。
- 請求項10に記載の内燃機関の燃焼騒音検出方法において、前記周波数選択手段は前記火花点火燃焼の場合では少なくとも2つ以上の特異なピークを持つ中心出周波数を含む2つ以上の周波数帯域を選択し、前記圧縮着火点火燃焼の場合では1つの特異なピークを持つ中心周波数を含む周波数帯域を選択することを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出装置。
- 請求項8或いは請求項10に記載の内燃機関の燃焼騒音検出装置において、前記運転状態によって定まる前記燃焼室内での燃焼方式は圧縮着火燃焼、希薄燃焼、排気再循環燃焼、ストイキ火花点火燃焼であって、それぞれの検出周波数は、圧縮着火燃焼<希薄燃焼<排気再循環燃焼<ストイキ火花点火燃焼の関係を有していることを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出装置。
- 内燃機関の燃焼室内の燃焼によって生じる振動を周波数出力として検出するノックセンサからの周波数信号を周波数解析処理することによって前記振動の大きさの度合いを演算する燃焼騒音検出装置において、
運転状態によって定まる前記燃焼室内での燃焼方式を把握する燃焼方式把握手段と、
把握された燃焼方式に対応して共振型のノックセンサからの周波数信号と非共振型のノックセンサの周波数信号を選択する周波数選択手段と、
前記選択された検出周波数出力を周波数解析処理することによって前記燃焼室内での燃焼方式に対応した振動の大きさの度合いを演算する燃焼騒音演算部と
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出装置。 - 請求項15に記載の内燃機関の燃焼騒音検出装置において、前記燃焼方式把握手段は少なくとも、点火プラグによって混合気を着火する火花点火燃焼と、ピストンによって混合気、あるいは空気を圧縮して自己着火する圧縮着火燃焼を把握し、前記周波数選択手段は前記火花点火燃焼の場合は前記非共振型のノックセンサの周波数信号を選択し、前記圧縮着火燃焼の場合は前記共振型のノックセンサの周波数信号を選択することを特徴とする内燃機関の燃焼騒音検出装置。
- 運転状態によって定まる燃焼方式で運転される内燃機関の燃焼室内の燃焼騒音を周波数出力として検出する燃焼騒音センサからの周波数信号を周波数解析処理することによって前記燃焼騒音の大きさの度合いを演算する燃焼騒音検出部を備え、前記燃焼騒音検出部の出力によって前記内燃機関の燃焼を制御する調節機構を駆動する内燃機関の制御装置において、
前記運転状態によって定まる燃焼方式を把握する燃焼方式把握手段と、
把握された燃焼方式に対応して予め定めた前記燃焼騒音センサの検出周波数を選択する周波数選択手段と、
前記選択された検出周波数出力を周波数解析処理することによって前記燃焼室内での燃焼方式に対応した燃焼騒音の大きさの度合いを演算する燃焼騒音演算部と、
前記燃焼騒音演算部の出力が所定の燃焼騒音の値より大きい場合は前記調節機構によって実際の燃焼騒音が前記所定の燃焼騒音より小さくなるように燃焼を制御する調節手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 運転状態によって定まる燃焼方式で運転される内燃機関の燃焼室内の燃焼によって生じる振動を周波数出力として検出するノックセンサからの周波数信号を周波数解析処理することによって前記振動の大きさの度合いを演算する燃焼騒音検出部を備え、前記燃焼騒音検出部の出力によって前記内燃機関の燃焼を制御する調節機構を駆動する内燃機関の制御装置において、
前記燃焼方式が少なくとも、点火プラグによって混合気を着火する火花点火燃焼と、ピストンによって混合気、あるいは空気を圧縮して自己着火する圧縮着火燃焼のいずれであるかを把握する燃焼方式把握手段と、
前記火花点火燃焼の場合は予め定めた前記火花点火燃焼のための検出周波数を選択し、前記圧縮着火燃焼の場合は予め定めた前記圧縮着火燃焼のための前記火花点火燃焼の検出周波数より低い検出周波数を選択する周波数選択手段と、
前記選択された検出周波数出力を周波数解析することによって前記燃焼室内での燃焼方式に対応した燃焼騒音の大きさの度合いを演算する燃焼騒音演算部と、
前記燃焼方式把握手段によって前記火花点火燃焼と判断されると前記燃焼騒音演算部の出力が所定の燃焼騒音の値より大きい場合は前記調節機構の一つである点火装置によって実際の燃焼騒音が前記所定の燃焼騒音より小さくなるように点火時期を遅角する点火補正手段と、
前記燃焼方式把握手段によって前記圧縮着火燃焼と判断されると前記燃焼騒音演算部の出力が所定の燃焼騒音の値より大きい場合は前記点火装置以外の前記調節機構によって実際の燃焼騒音が前記所定の燃焼騒音より小さくなるように燃焼を制御する調節機構補正手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項18に記載の内燃機関の制御装置において、前記点火装置以外の前記調節機構は少なくとも、前記内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉タイミングや開閉リフトを制御する可変バルブ装置、前記内燃機関に燃料を供給する燃料の燃料噴射時期や噴射期間を制御する燃料噴射弁、前記内燃機関に供給される空気の過給圧を制御する過給機及びハイブリッド車に駆動トルク或いは発電トルクを増減する車両駆動用モータの1つであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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