JP2013163989A - Combustion control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車エンジンなどの内燃機関の燃焼制御装置に関し、特に、コロナノイズなどの影響を排除して特異的にノッキングを検出できる燃焼制御装置に関する。 The present invention relates to a combustion control device for an internal combustion engine such as an automobile engine, and more particularly to a combustion control device that can specifically detect knocking while eliminating the influence of corona noise and the like.
一般に、内燃機関のノッキング(以下ノックと略す)とは、混合気の自然発火(プレ・イグニッション)によって発生した爆発と、点火プラグによって発生した爆発とがぶつかり合い、衝撃波を発生する異常状態を意味する。そして、このような異常状態を素早く解消して内燃機関を保護する燃焼制御が必要であり、混合気の燃焼時に発生するイオンに基づいて、ノック発生を検出可能であることが知られている。 In general, knocking of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “knock”) means an abnormal state in which an explosion generated by a spontaneous ignition (pre-ignition) of an air-fuel mixture collides with an explosion generated by a spark plug and generates a shock wave. To do. It is known that combustion control that quickly eliminates such an abnormal state and protects the internal combustion engine is necessary, and knock generation can be detected based on ions generated during combustion of the air-fuel mixture.
但し、イオン信号には、コロナノイズなどのノイズがランダムなタイミングで重畳されるので、これらの影響を排除して、本来のイオン信号だけを検出することが必要であり、この点についての各種の手法も提案されている。 However, since noise such as corona noise is superimposed on the ion signal at random timing, it is necessary to eliminate these effects and detect only the original ion signal. Techniques have also been proposed.
例えば、本発明者による特許文献4に記載の発明では、(a)ノック周波数を通過帯域とするイオン信号に対するBPF処理と、(b)ノック周波数より上側の周波数域を通過帯域とするイオン信号に対するHPF処理とを実行し、BPF処理(a)後の信号の積分値と、HPF処理(b)後の信号の積分値とを比較してノック判定をしている。そして、ノック判定時には点火時期を遅角するなどの制御によって、ノック音の発生を抑えると共にエンジンの破壊を防いでいる。 For example, in the invention described in Patent Document 4 by the present inventor, (a) BPF processing for an ion signal having a knock frequency as a pass band, and (b) for an ion signal having a frequency band above the knock frequency as a pass band. The HPF process is executed, and the knock value is determined by comparing the integral value of the signal after the BPF process (a) with the integral value of the signal after the HPF process (b). And at the time of knock determination, control such as retarding the ignition timing suppresses the generation of knock noise and prevents engine destruction.
しかし、本発明者の更なる研究によると、何れの手法でも、正常燃焼であるにも拘らず、時として、コロナノイズによってノックが発生したと誤判定してしまうことがあった。ここで、コロナノイズは、点火プラグ表面に帯電した電荷が放電することに起因するため放電態様が一様でなく、ノック周波数帯域の振動が同程度の強度で生じる場合には、ノック信号との峻別が困難であった。 However, according to further research by the present inventor, any method sometimes erroneously determined that knocking occurred due to corona noise despite normal combustion. Here, since the corona noise is caused by the discharge of the electric charge charged on the spark plug surface, the discharge mode is not uniform, and when the vibration in the knock frequency band occurs with the same intensity, Discrimination was difficult.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、コロナノイズの放電態様に関係なく、確実にノック判定ができる燃焼制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a combustion control device that can reliably perform knock determination regardless of the discharge mode of corona noise.
上記の目的を達成するため、本発明は、種々の実験を繰り返した結果、ノック周波数帯域についてノックBPF処理を実行すると共に、ノック周波数帯域を遮断帯域とする一方で、ノック周波数帯域の上側帯域と下側帯域とを通過帯域とするノイズBPF処理を実行し、ノックBPF処理とノイズBPF処理の処理結果を適宜に平滑化して差分値を採ることで、確実にコロナノイズの影響を排除できることを見出して本発明を完成させた。 In order to achieve the above object, as a result of repeating various experiments, the present invention executes the knock BPF process for the knock frequency band and sets the knock frequency band as the cut-off band, It is found that the influence of corona noise can be surely eliminated by executing noise BPF processing with the lower band as the pass band, smoothing the results of knock BPF processing and noise BPF processing appropriately, and taking the difference value. The present invention has been completed.
すなわち、本発明は、一次コイルと二次コイルとを有する点火コイルと、前記一次コイルの通電を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に点火信号を供給してON/OFF動作させる制御装置と、前記二次コイルの誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグと、内燃機関の燃焼状態を示すイオン電流に比例した検出信号を出力するイオン電流検出回路と、を有して構成され、前記制御装置は、前記スイッチング素子がOFF状態である所定のデータ解析区間の検出信号について、ノック周波数帯域を通過帯域とするノックBPF処理を実行するノック抽出手段と、前記データ解析区間の検出信号について、ノック周波数帯域を遮断帯域とする一方でノック周波数帯域の上側帯域と下側帯域とを通過帯域とするノイズBPF処理を実行するノイズ抽出手段と、前記ノックBPF処理後の各信号値を、自己の前後に連続する所定個数の信号値に基づいて平滑化する第一平滑手段と、前記ノイズBPF処理後の各信号値を、自己の前後に連続する所定個数の信号値に基づいて平滑化する第二平滑手段と、前記第一平滑手段と第二平滑手段の演算結果を対比して、その差分値を特定する差分特定手段と、前記差分特定手段が特定する差分値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判定手段と、を設けたことを特徴とする。 That is, the present invention includes an ignition coil having a primary coil and a secondary coil, a switching element that controls energization of the primary coil, a control device that supplies an ignition signal to the switching element to perform an ON / OFF operation, An ignition plug that performs a discharge operation upon receiving an induced voltage of the secondary coil; and an ion current detection circuit that outputs a detection signal proportional to an ion current indicating a combustion state of the internal combustion engine, and the control The apparatus includes a knock extraction unit that performs knock BPF processing using a knock frequency band as a pass band for a detection signal in a predetermined data analysis section in which the switching element is in an OFF state, and a knock signal for the detection signal in the data analysis section. A noise BPF process in which the frequency band is a cut-off band and the upper and lower bands of the knock frequency band are passbands. Noise extraction means for performing the above-described processing, first smoothing means for smoothing each signal value after the knock BPF processing based on a predetermined number of signal values continuous before and after itself, and each signal after the noise BPF processing The second smoothing means for smoothing the value based on a predetermined number of signal values consecutively before and after the self, and the calculation result of the first smoothing means and the second smoothing means are compared and the difference value is specified A difference specifying means and a determining means for determining whether or not knocking has occurred based on a difference value specified by the difference specifying means are provided.
本発明を自動車エンジンに適用する場合に、本発明の制御装置は、必ずしもECU(Engine Control Unit)単独を意味せず、ECUの制御下で動作する専用コンピュータ回路、例えば、DSP(Digital Signal Processor)回路なども含んだ概念である。 When the present invention is applied to an automobile engine, the control device of the present invention does not necessarily mean an ECU (Engine Control Unit) alone, but a dedicated computer circuit that operates under the control of the ECU, such as a DSP (Digital Signal Processor). It is a concept that includes circuits.
本発明では、ノックBPF処理、及び/又は、ノイズBPF処理の通過帯域(設計上の周波数特性における通過帯域)は、便宜上、BPF中心周波数に対する20%フィルタゲイン位置で評価される。そして、通過帯域をこのようにした定義した場合、ノックBPFの通過帯域を4kHz以下の狭帯域に設定するのが好適である。 In the present invention, the pass band of the knock BPF process and / or the noise BPF process (pass band in the designed frequency characteristics) is evaluated at the 20% filter gain position with respect to the BPF center frequency for convenience. When the pass band is defined as described above, it is preferable to set the pass band of the knock BPF to a narrow band of 4 kHz or less.
また、このような狭帯域のノックBPF処理に対応して、ノックBPFの通過帯域の両端に重複する程度に、ノイズBPFの通過帯域を近接させるのが好ましい。そして、3つの通過帯域を互いに近接させることによって、微弱なコロナノイズであっても、その影響も排除することができる。図1(a)は、実施例におけるノックBPF処理及びノイズBPF処理の通過帯域の設計特性を図示したものである。 Further, in response to such a narrow-band knock BPF process, it is preferable that the noise BPF pass band be brought close to each other so as to overlap both ends of the knock BPF pass band. Then, by bringing the three passbands close to each other, even the weak corona noise can be eliminated. FIG. 1A illustrates the pass band design characteristics of the knock BPF process and the noise BPF process in the embodiment.
この実施例の場合には、ノックBPFの中心周波数は8kHzである。また、ノイズBPFの下側と上側の中心周波数は、各々、5.5kHzと10.5kHzに設定されている。そして、ノックBPFの通過帯域は、6.5kHz〜9.5kHz、ノイズBPFの通過帯域は、下側領域で4kHz〜7kHz、上側領域で9kHz〜12kHzとなっている(図1(b)参照)。すなわち、実施例では、ノックBPF及びノイズBPFの通過帯域は、全て3kHzであり、ノックBPFの通過帯域の両端に、ノイズBPFの通過帯域が0.5kHz重複している。 In the case of this embodiment, the center frequency of the knock BPF is 8 kHz. Further, the lower and upper center frequencies of the noise BPF are set to 5.5 kHz and 10.5 kHz, respectively. The pass band of the knock BPF is 6.5 kHz to 9.5 kHz, and the pass band of the noise BPF is 4 kHz to 7 kHz in the lower region and 9 kHz to 12 kHz in the upper region (see FIG. 1B). . That is, in the embodiment, the pass bands of the knock BPF and the noise BPF are all 3 kHz, and the pass band of the noise BPF is overlapped by 0.5 kHz at both ends of the pass band of the knock BPF.
なお、実施例では、単一の処理(ノイズBPF処理)で、図1(a)に示す処理を実現しているが、必ずしも限定されず、2回の処理に分けて、下側領域のBPF処理と上側領域のBPF処理とを繰り返しても良い。 In the embodiment, the process shown in FIG. 1A is realized by a single process (noise BPF process). However, the process is not necessarily limited, and the BPF in the lower region is divided into two processes. The process and the BPF process in the upper area may be repeated.
本発明において、第一平滑手段と第二平滑手段の演算結果を対比して特定される差分値は、好ましくは、第一平滑手段の平滑化処理後の信号値D1(i)と、第二平滑手段の平滑化処理後の信号値D2(i)とのレベル差(差分値)を、時間軸上で累積して算出されるべきである。 In the present invention, the difference value specified by comparing the calculation results of the first smoothing means and the second smoothing means is preferably the signal value D1 (i) after the smoothing processing of the first smoothing means, and the second The level difference (difference value) from the signal value D2 (i) after the smoothing process of the smoothing means should be accumulated and calculated on the time axis.
本発明では、ノイズBPF処理における下側と上側の通過帯域は、ノックBPF処理の通過帯域に近接して設定するのが好適であるが、更に好ましくは、下側の通過帯域の中心周波数FLは、ノック周波数帯域の中心周波数F0[kHz]の0.6*F0〜0.8*F0に設定されるべきである。この場合、ノイズBPF処理における上側の通過帯域の中心周波数FHは、FH=2*F0−FLに設定するのが好ましい。 In the present invention, the lower and upper passbands in the noise BPF processing are preferably set close to the knock BPF processing passband, but more preferably, the center frequency FL of the lower passband is The center frequency F0 [kHz] of the knock frequency band should be set to 0.6 * F0 to 0.8 * F0. In this case, the center frequency FH of the upper passband in the noise BPF processing is preferably set to FH = 2 * F0−FL.
因みに、本実施例では、ノックBPFの中心周波数F0が8kHz、下側ノイズBPFの中心周波数FLが5.5kHzであり、FL=0.69*F0程度に設定されている。また、上側ノイズBPFの中心周波数FHは10.5kHzであり、FH=2*F0−FLの関係式に適合している。 Incidentally, in this embodiment, the center frequency F0 of the knock BPF is 8 kHz, the center frequency FL of the lower noise BPF is 5.5 kHz, and is set to about FL = 0.69 * F0. Further, the center frequency FH of the upper noise BPF is 10.5 kHz, which conforms to the relational expression of FH = 2 * F0−FL.
ところで、3つのBPFの通過帯域を狭帯域として、互いに近接させるには、各々、通過帯域の両端が急峻な周波数特性を採るのが望ましく、このような周波数特性を実現するには、各BPF処理は、30次以上65次以下の次数Mを有するFIRフィルタで構成するのが好適である。 By the way, in order to make the passbands of the three BPFs narrow and close to each other, it is desirable that both ends of the passbands have steep frequency characteristics. To realize such frequency characteristics, each BPF process Is preferably composed of an FIR filter having an order M of 30th to 65th.
前記所定個数の信号値は、FIRフィルタの次数Mに対して、M*(0.75〜1.25)個の信号値であり、自己の前後の個数が同数であるのが更に好適である。 The predetermined number of signal values is M * (0.75 to 1.25) signal values with respect to the order M of the FIR filter, and it is more preferable that the number before and after the same is the same. .
因みに、実施例では、BPFフィルタの次数が53次であるので、第一平滑手段は、時間軸前方の28個のデータと、時間軸後方の28個のデータに、自らを加えた57個のデータを平滑化して自らのデータに置き換えている。また、第二平滑手段では、時間軸前方の24個のデータと、時間軸後方の24個のデータに、自らを加えた49個のデータを平滑化して自らのデータに置き換えている。 Incidentally, in the embodiment, since the order of the BPF filter is the 53rd order, the first smoothing means adds the self to the 28 data ahead of the time axis and 28 data behind the time axis. The data is smoothed and replaced with its own data. In the second smoothing means, 49 data obtained by adding itself to 24 data ahead of the time axis and 24 data behind the time axis are smoothed and replaced with their own data.
この程度の範囲で平滑化することで、微細レベルのランダムノイズの影響を確実に排除することができ、ノック信号の精密な抽出が可能となることは実験的に確認している。 It has been experimentally confirmed that smoothing within such a range can surely eliminate the influence of random noise at a fine level, and enables accurate extraction of knock signals.
また、微弱なノック信号を読み落とすことなく取得してノック検出精度を上げるには、30kHzより高いサンプリング周波数で検出信号を取得するのが好適である。 Further, in order to improve the knock detection accuracy by acquiring a weak knock signal without reading it out, it is preferable to acquire the detection signal at a sampling frequency higher than 30 kHz.
なお、ノイズBPF処理における上側領域と下側領域の通過帯域幅は、設計値として同一幅に設定するのが効果的であり、第一平滑手段及び第二平滑手段による平滑化処理は、各BPF処理後の信号値を、所定時間範囲の中央値(median)で置き換えるメディアン処理とするのが好適である。この場合、中央値は、各BPF処理後の信号値を、その絶対値で評価して抽出するのが好適である。また、本発明のデータ解析区間は、内燃機関の着火動作が終了して熱発生が本格化したことを示す検出信号の第二ピークの位置と、その後方の領域とを含んで、運転状態毎に予め設定されるのが検出性能を上げる意味で好適である。 In addition, it is effective to set the pass bandwidths of the upper region and the lower region in the noise BPF processing to the same width as the design value. The smoothing processing by the first smoothing means and the second smoothing means is performed for each BPF. It is preferable to perform median processing in which the signal value after processing is replaced with a median value in a predetermined time range. In this case, it is preferable that the median value is extracted by evaluating the signal value after each BPF process using its absolute value. In addition, the data analysis section of the present invention includes the position of the second peak of the detection signal indicating that the ignition operation of the internal combustion engine has been completed and the generation of heat has started in earnest, and the region behind the detection signal. Is preferably set in advance to improve detection performance.
上記した本発明によれば、コロナノイズの放電態様に関係なく、確実にノック判定ができる燃焼制御装置を実現することができる。 According to the above-described present invention, it is possible to realize a combustion control device that can reliably perform knock determination regardless of the corona noise discharge mode.
以下、実施例について更に詳細に説明する。図2は、実施例に係る燃焼制御装置DETを示す回路図であり、図3は、燃焼制御装置DET各部の概略波形を示すタイムチャートである。 Hereinafter, examples will be described in more detail. FIG. 2 is a circuit diagram showing the combustion control device DET according to the embodiment, and FIG. 3 is a time chart showing schematic waveforms of each part of the combustion control device DET.
図2に示す通り、この燃焼制御装置DETは、内燃機関の電子制御ユニットたるECU(Engine Control Unit)と、一次コイルL1と二次コイルL2からなる点火コイルCLと、ECUから受ける点火パルスPLSに基づく遷移動作によって一次コイルL1の電流ic1をON/OFF制御するスイッチング素子Qと、二次コイルL2の誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグPGと、イオン信号検出回路IONと、を中心に構成されている。 As shown in FIG. 2, this combustion control device DET is provided with an ECU (Engine Control Unit) that is an electronic control unit of an internal combustion engine, an ignition coil CL composed of a primary coil L1 and a secondary coil L2, and an ignition pulse PLS received from the ECU. The switching element Q that controls ON / OFF of the current ic1 of the primary coil L1 by the transition operation based on the ignition plug PG that receives the induced voltage of the secondary coil L2 and performs the discharge operation, and the ion signal detection circuit ION. It is configured.
イオン信号検出回路IONの出力電圧Voは、ECUのA/Dコンバータ(不図示)に供給され、デジタルレベルのイオン信号としてECUのメモリに記憶される。ここで、イオン信号検出回路IONの出力電圧Voは、点火パルスPLSの立下りタイミングからイオン電流が消滅するまでのデータ取得区間において取得される。そして、全データが取得された後で、運転状態毎に決定されているデータ解析区間WINにおいて、後述するノックBPF処理やノイズBPF処理が実行される。 The output voltage Vo of the ion signal detection circuit ION is supplied to an A / D converter (not shown) of the ECU, and is stored in a memory of the ECU as a digital level ion signal. Here, the output voltage Vo of the ion signal detection circuit ION is acquired in a data acquisition interval from the falling timing of the ignition pulse PLS until the ion current disappears. Then, after all the data is acquired, a knock BPF process and a noise BPF process, which will be described later, are executed in the data analysis section WIN determined for each operation state.
そのため、ECUには、解析開始位置Aから解析終了位置Cに至るデータ解析区間WINを、運転状態毎に特定する参照テーブルTBLが設けられている。なお、運転状態は、例えば、エンジンの吸気管圧力と、エンジンの回転数で特定され、これらを検索パラメータとして参照テーブルTBLを検索することで、データ解析区間WINが特定される。 For this reason, the ECU is provided with a reference table TBL for specifying the data analysis section WIN from the analysis start position A to the analysis end position C for each operating state. The operating state is specified by, for example, the intake pipe pressure of the engine and the engine speed, and the data analysis section WIN is specified by searching the reference table TBL using these as search parameters.
内燃機関が正常に燃焼している場合には、イオン電流は第一ピークを示した後、上死点TDCの手前で減少して再び増加し、燃焼圧が最大となるクランク角の近傍で最大となり、イオン電流の第二ピークを示す。ここで、第一ピーク付近の波形は、燃焼開始時のケミカルイオンの挙動を示し、第二ピーク付近の波形は、燃焼開始後の熱発生により発生するサーマルイオンの挙動を示していると思われる。 When the internal combustion engine is burning normally, the ionic current shows a first peak, then decreases before the top dead center TDC, increases again, and reaches a maximum near the crank angle at which the combustion pressure becomes maximum. And shows the second peak of the ionic current. Here, the waveform near the first peak indicates the behavior of chemical ions at the start of combustion, and the waveform near the second peak seems to indicate the behavior of thermal ions generated by heat generation after the start of combustion. .
そこで、本実施例では、解析開始位置Aが、イオン電流の第二ピーク位置の少し手前の位置となるよう、また、解析終了位置Cが、燃焼反応が完了した位置となるよう実験的に特定されて、ECUの参照テーブルTBLに規定されている。 Therefore, in this embodiment, the analysis start position A is experimentally specified so that it is a position slightly before the second peak position of the ion current, and the analysis end position C is a position where the combustion reaction is completed. Thus, it is defined in the reference table TBL of the ECU.
以下、回路構成について詳述すると、スイッチング素子Qは、ここではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用されている。そして、スイッチング素子Qのコレクタ端子は、一次コイルL1を経由してバッテリ電圧VBを受けており、エミッタ端子は、グランドに接続されている。 Hereinafter, the circuit configuration will be described in detail. As the switching element Q, here, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used. The collector terminal of the switching element Q receives the battery voltage VB via the primary coil L1, and the emitter terminal is connected to the ground.
イオン信号検出回路IONは、電流検出回路として機能するOPアンプAMPを中心に構成され、コンデンサC1、ツェナーダイオードZD、ダイオードD1,D2、抵抗R1〜R3を有して構成されている。コンデンサC1とツェナーダイオードZDの並列回路によって、イオン電流検出時のバイアス電圧が生成される。 The ion signal detection circuit ION is mainly configured by an OP amplifier AMP that functions as a current detection circuit, and includes a capacitor C1, a Zener diode ZD, diodes D1 and D2, and resistors R1 to R3. A bias circuit at the time of ion current detection is generated by a parallel circuit of the capacitor C1 and the Zener diode ZD.
二次コイルL2の高圧端子は、点火プラグPGに接続され、低圧端子は、前記バイアス電圧を生成するコンデンサC1及びツェナーダイオードZDの並列回路に接続されている。そして、コンデンサC1及びツェナーダイオードZDの並列回路は、ダイオードD1を通して、グランドに接続されている。図示の通り、ダイオードD1のカソード端子がグランドに接続されている。 The high voltage terminal of the secondary coil L2 is connected to the spark plug PG, and the low voltage terminal is connected to a parallel circuit of the capacitor C1 and the Zener diode ZD that generate the bias voltage. The parallel circuit of the capacitor C1 and the Zener diode ZD is connected to the ground through the diode D1. As illustrated, the cathode terminal of the diode D1 is connected to the ground.
一方、ダイオードD1のアノード端子は、電流制限抵抗R1を経由してOPアンプの反転入力端子(−)に接続されている。そして、OPアンプAMPの反転入力端子(−)と出力端子の間に、電流検出抵抗R2が接続され、出力端子のグランド間には、負荷抵抗R3が接続されている。また、OPアンプの非反転端子(+)は、グランドに接続され、反転端子(−)には、ダイオードD2のカソード端子が接続されている。なお、ダイオードD2のアノード端子はグランドに接続されている。 On the other hand, the anode terminal of the diode D1 is connected to the inverting input terminal (−) of the OP amplifier via the current limiting resistor R1. A current detection resistor R2 is connected between the inverting input terminal (−) and the output terminal of the OP amplifier AMP, and a load resistor R3 is connected between the grounds of the output terminals. The non-inverting terminal (+) of the OP amplifier is connected to the ground, and the cathode terminal of the diode D2 is connected to the inverting terminal (−). The anode terminal of the diode D2 is connected to the ground.
上記した構成の燃焼制御装置DETでは、タイミングT0において、点火パルスPLSがHレベルからLレベルに変化すると、二次コイルL2に誘起される高電圧によって点火プラグPGが放電する。この放電電流は、点火プラグPG→二次コイルL2→コンデンサC1→ダイオードD1の経路で流れるので、コンデンサC1は、ツェナーダイオードZDの降伏電圧により規定される電圧値に充電される。 In the combustion control apparatus DET configured as described above, when the ignition pulse PLS changes from the H level to the L level at the timing T0, the ignition plug PG is discharged by the high voltage induced in the secondary coil L2. Since this discharge current flows through the path of the spark plug PG → secondary coil L2 → capacitor C1 → diode D1, the capacitor C1 is charged to a voltage value defined by the breakdown voltage of the Zener diode ZD.
点火プラグPGの放電によって燃焼室の混合気が着火されると、その後、急速に燃焼反応が進行するが、イオン電流iは、電流検出抵抗R2→電流制限抵抗R1→コンデンサC1→二次コイルL2→点火プラグPGの経路で流れる。したがって、イオン信号検出回路IONの出力電圧Voは、Vo=R2*iとなり、イオン電流iに比例した値となる。 When the air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited by the discharge of the spark plug PG, thereafter, the combustion reaction proceeds rapidly. → Flows along the path of the spark plug PG. Therefore, the output voltage Vo of the ion signal detection circuit ION is Vo = R2 * i, which is a value proportional to the ion current i.
続いて、燃焼制御装置DETの動作内容について、図4のフローチャートに基づいて説明する。 Next, the operation content of the combustion control device DET will be described based on the flowchart of FIG.
ECUは、各点火サイクル毎に、点火パルスPLSを立下げて(T0)、一次コイルL1の電流を遮断状態にした後、データ取得区間について、イオン信号検出回路IONの出力電圧Voを、デジタル変換してイオン電流の検出信号SG(i)としてメモリに記憶する(ST1)。 The ECU lowers the ignition pulse PLS for each ignition cycle (T0), cuts off the current of the primary coil L1, and then digitally converts the output voltage Vo of the ion signal detection circuit ION for the data acquisition period. Then, it is stored in the memory as an ion current detection signal SG (i) (ST1).
サンプリング周波数は、特に限定されないが、この実施例では、精密なノック判定を実現するべく50kHzに設定されている。なお、データ取得区間は、燃焼反応が確実に完了するタイミングで終了するが、この終期は、運転状態に対応して予め実験的に決定されている。 Although the sampling frequency is not particularly limited, in this embodiment, it is set to 50 kHz in order to realize precise knock determination. The data acquisition section ends at the timing when the combustion reaction is surely completed, but this final period is experimentally determined in advance corresponding to the operating state.
ステップST1の処理で取得される検出信号SG(i)は、ノック信号が重畳されて異常燃焼状態の挙動を示す場合と、ノック信号が重畳されることなく正常燃焼状態の挙動を示す場合とがある。また、ノック信号とは別に、燃焼状態の適否に拘らず、ノック信号と区別困難なコロナノイズなどが重畳されている場合もある。しかし、本実施例の構成によれば、ノック信号だけを特異的に取得して燃焼状態を正しく判定することができる。 The detection signal SG (i) acquired in the process of step ST1 includes a case where the knock signal is superimposed and shows the behavior of the abnormal combustion state, and a case where the detection signal SG (i) shows the behavior of the normal combustion state without the knock signal being superimposed. is there. In addition to the knock signal, corona noise or the like that is difficult to distinguish from the knock signal may be superimposed regardless of whether the combustion state is appropriate. However, according to the configuration of the present embodiment, only the knock signal can be specifically acquired to correctly determine the combustion state.
ステップST1の処理が終われば、次に、参照テーブルTBLを参照して、その時々の運転状態に対応する解析区間WIN=[A,C]について、解析開始位置Aと解析終了位置Cを特定し、解析区間WINについて、ノック周波数を通過帯域とするノックBPF処理を実行する(ST2)。 When the processing of step ST1 is completed, the analysis start position A and the analysis end position C are specified for the analysis section WIN = [A, C] corresponding to the current operation state with reference to the reference table TBL. For the analysis section WIN, a knock BPF process using the knock frequency as a pass band is executed (ST2).
本実施例の場合には、ノック周波数は、予め実験的に8kHzであると特定されており、ノックBPF処理の中心周波数8kHzに対する20%フィルタゲイン位置を、ノックBPF処理の帯域幅と定義すると、帯域幅の設計値は、図1(a)に示す通り、6.5kHz〜9.5kHzの3kHzとなる。なお、実施例では、上記した周波数特性を実現するべく、窓関数法によるフィルタ設計手法をとっており、具体的には、ハミング窓を使用して、53次(=2*X+1)のFIRデジタルフィルタ係数を特定している。このデジタルフィルタは、そのインパルス応答h(n)が、左右対称h{(X+m)}=h{(X−m)}(但し、m=0,1,・・・,X)であり、X=26である。 In the case of this embodiment, the knock frequency is experimentally specified in advance as 8 kHz, and the 20% filter gain position with respect to the center frequency 8 kHz of the knock BPF processing is defined as the bandwidth of the knock BPF processing. The bandwidth design value is 3 kHz from 6.5 kHz to 9.5 kHz as shown in FIG. In the embodiment, in order to realize the above-described frequency characteristics, a filter design method using a window function method is employed. Specifically, a 53rd-order (= 2 * X + 1) FIR digital is used using a Hamming window. The filter coefficient is specified. In this digital filter, the impulse response h (n) is symmetrical h {(X + m)} = h {(X−m)} (where m = 0, 1,..., X), and X = 26.
ステップST2のノックBPF処理が終われば、次に、ノックBPF処理後のデータSG1(i)の絶対値ABS(SG1(i))について、第一平滑化処理としてノック・メディアン処理を実行する(ST3)。本実施例のノック・メディアン処理では、ノックBPF処理後の全てのデータSG1(i)が、所定の時間幅D(自己を含んだ前後57個の時間幅)の絶対値データ列ABS(SG1(i−28))・・・ABS(SG1(i+28))の中央値D1(i)に置き換えられる。 If the knock BPF process of step ST2 is completed, then the knock median process is executed as the first smoothing process on the absolute value ABS (SG1 (i)) of the data SG1 (i) after the knock BPF process (ST3). ). In the knock median processing of the present embodiment, all the data SG1 (i) after the knock BPF processing is an absolute value data string ABS (SG1 (SG1 ( i−28))... is replaced by the median value D1 (i) of ABS (SG1 (i + 28)).
すなわち、本実施例のノック・メディアン処理では、各データSG1(i)に先行する28点と、各データSG1(i)に続く28点と、自己データSG1(i)とを含んだ時間幅Dの57個のデータ(絶対値ABS)の中央値D1(i)が特定され、各データSG1(i)が中央値D1(i)に変換されることで平滑化される。なお、本実施例のサンプリング周期は、20μS(=1/50kHz)であるので、ノック・メディアン処理の時間幅Dは、57×20=1140μSとなる。 That is, in the knock median processing of the present embodiment, the time width D including 28 points preceding each data SG1 (i), 28 points following each data SG1 (i), and the self data SG1 (i). The median value D1 (i) of the 57 pieces of data (absolute value ABS) is specified, and each data SG1 (i) is converted into the median value D1 (i) to be smoothed. Since the sampling period of this embodiment is 20 μS (= 1/50 kHz), the time width D of the knock median processing is 57 × 20 = 1140 μS.
ステップST3の処理が終われば、次に、ノック周波数帯域を減衰帯域とする一方で、ノック周波数帯域の上側領域と下側領域を通過帯域とするノイズBPF処理を実行する(ST4)。図1(a)に示す通り、実施例のノイズBPF処理は、フィルタゲイン=1の中心周波数(5.5kHz、10.5kHz)を2つ設けた双峰特性を有しており、双峰特性の通過帯域の間に、フィルタゲイン20%以下の減衰領域を設けている。 When the process of step ST3 is completed, next, a noise BPF process is performed in which the knock frequency band is set as an attenuation band and the upper and lower regions of the knock frequency band are set as pass bands (ST4). As shown in FIG. 1A, the noise BPF processing of the embodiment has a bimodal characteristic in which two center frequencies (5.5 kHz, 10.5 kHz) with a filter gain = 1 are provided. An attenuation region with a filter gain of 20% or less is provided between the passbands.
実施例の場合、図1(a)に示す双峰特性の通過帯域は、6.5kHz〜9.5kHzを通過帯域とする下側BPFと、9kHz〜12kHzを通過帯域とする上側BPFとを組合せて構成されて、上側及び下側とも通過帯域幅を3kHzとしている。このような構成を採ることで、図1(b)に示すような、低レベルで広帯域になだらかに延びるスペクトル分布を示すコロナノイズについても、その成分を確実に取得できることになる。 In the case of the embodiment, the pass band of the bimodal characteristic shown in FIG. 1A is a combination of a lower BPF having a pass band of 6.5 kHz to 9.5 kHz and an upper BPF having a pass band of 9 kHz to 12 kHz. The upper and lower sides have a pass bandwidth of 3 kHz. By adopting such a configuration, it is possible to reliably acquire the components of corona noise that shows a spectral distribution that gently extends in a wide band at a low level as shown in FIG.
なお、図1(b)に示すスペクトル分布は、多数のコロナノイズの実測データの一例であり、他の実測データは、低レベルで広帯域になだらかに延びる点では共通するものの、具体的なスペクトル形状は全く相違している。したがって、ノック周波数帯域を遮断帯域とすると共にノック周波数帯域の上側帯域と下側帯域とを通過帯域とする本実施例のノイズBPF処理の意義は大きい。 The spectral distribution shown in FIG. 1B is an example of a large number of measured data of corona noise, and the other measured data is common in that it extends smoothly in a wide band at a low level, but a specific spectral shape. Is totally different. Therefore, the significance of the noise BPF processing of the present embodiment in which the knock frequency band is the cut-off band and the upper band and the lower band of the knock frequency band are the pass bands is significant.
そして、実施例では、図1(a)に示すノイズBPFの周波数特性を実現するべく、窓関数法によるフィルタ設計手法をとっており、ハミング窓を使用して、53次(=2*X+1)のFIRデジタルフィルタ係数を特定している。このデジタルフィルタも、そのインパルス応答h(n)が、左右対称h{(X+m)}=h{(X−m)}(但し、m=0,1,・・・,X)であり、X=26である。 In the embodiment, in order to realize the frequency characteristic of the noise BPF shown in FIG. 1A, a filter design method based on the window function method is employed, and a 53rd order (= 2 * X + 1) is used using a Hamming window. The FIR digital filter coefficient is specified. Also in this digital filter, the impulse response h (n) is symmetrical h {(X + m)} = h {(X−m)} (where m = 0, 1,..., X), and X = 26.
以上のノイズBPF処理(ST4)が終われば、続いて、ノイズBPF処理後のデータSG2(i)の絶対値ABS(SG2(i))について、第二平滑化処理としてノイズ・メディアン処理を実行する(ST5)。このノイズ・メディアン処理は、ノック・メディアン処理と類似の手法であり、ノイズBPF処理後の全てのデータSG2(i)が、自己を含んだ前後49個の時間幅Dの絶対値データ列ABS(SG2(i−24))・・・ABS(SG2(i+24))の中央値D2(i)に置き換えられる。 When the noise BPF process (ST4) is finished, the noise / median process is subsequently executed as the second smoothing process on the absolute value ABS (SG2 (i)) of the data SG2 (i) after the noise BPF process. (ST5). This noise median process is a technique similar to the knock median process, and all the data SG2 (i) after the noise BPF process are absolute value data strings ABS of 49 time widths D (including self). SG2 (i-24))... Is replaced with the median value D2 (i) of ABS (SG2 (i + 24)).
次に、ステップST3のノック・メディアン処理の結果データD1(i)と、ステップST5のノイズ・メディアン処理の結果データD2(i)とを、時間軸上に対比して、D1(i)>D2(i)なる場合には、2つのメディアン処理の結果データの差分値D1(i)−D2(i)を累積する(ST6)。この差分累積処理SUM=Σ(D1(i)−D2(i))によって、コロナノイズなどの影響が排除されたノック情報SUMが抽出される。 Next, the result data D1 (i) of the knock median process in step ST3 and the result data D2 (i) of the noise median process in step ST5 are compared on the time axis, and D1 (i)> D2 In the case of (i), the difference value D1 (i) −D2 (i) of the result data of the two median processes is accumulated (ST6). By this difference accumulation process SUM = Σ (D1 (i) −D2 (i)), knock information SUM from which the influence of corona noise and the like is eliminated is extracted.
なお、ノック・メディアン処理及びノイズ・メディアン処理は、何れもBPF処理後のデータの絶対値について実行されているので、累積演算SUM=ΣD(i)−D2(i)において、各結果データD1(i),D2(i)は、必ず正の値を示す。 Note that since the knock median process and the noise median process are both performed on the absolute value of the data after the BPF process, each result data D1 (in cumulative calculation SUM = ΣD (i) −D2 (i) i) and D2 (i) always indicate positive values.
続いて、解析区間[A,C]の検出信号SG(i)について、その評価値Xを特定する(ST7)。評価値Xの具体的な特定手法は、特に限定されないが、例えば、解析区間WINの検出信号SG(i)について、その時間軸上の積分値を算出するか、或いは、イオン電流の第二ピーク位置の検出信号値PK(イオンピーク値)を特定して評価値Xとする。 Subsequently, the evaluation value X is specified for the detection signal SG (i) in the analysis section [A, C] (ST7). The specific method of specifying the evaluation value X is not particularly limited. For example, for the detection signal SG (i) in the analysis section WIN, an integral value on the time axis is calculated, or the second peak of the ion current is calculated. The position detection signal value PK (ion peak value) is specified as an evaluation value X.
そして、ステップST7の処理で特定された評価値Xを、判定式A*X+Bに代入し、この判定式への代入結果と、ステップST6で算出された累積値SUMとを対比する(ST8)。ここで、判定式は、評価値Xがノック発生を意味しているか否かを規定する一次式であり、評価値Xについてのノック判定の判定閾値を意味する。この判定式A*X+Bにおいて、定数A,Bは、予め実験的に特定されおり、差分値D1(i)−D2(i)の累積値SUMが大きく、SUM>A*X+Bとなる場合にはノック発生と判定される。 Then, the evaluation value X specified in the process of step ST7 is substituted into the judgment formula A * X + B, and the substitution result into this judgment formula is compared with the cumulative value SUM calculated in step ST6 (ST8). Here, the judgment formula is a primary formula that defines whether or not the evaluation value X means occurrence of knock, and means a judgment threshold for knock judgment for the evaluation value X. In this determination formula A * X + B, the constants A and B are experimentally specified in advance, and when the cumulative value SUM of the difference values D1 (i) −D2 (i) is large and SUM> A * X + B. It is determined that a knock has occurred.
そして、ノック発生時には、次回の点火サイクルでは点火時期を遅角させるなどの燃焼制御を実行することで内燃機関の破損を防止する(ST10)。 When knocking occurs, the internal combustion engine is prevented from being damaged by performing combustion control such as retarding the ignition timing in the next ignition cycle (ST10).
以上の通り、この実施例では、第一平滑化処理と第二平滑化処理の処理結果D1(i),D2(i)の差分値を累積演算Σ(D1(i)−D2(i))することでコロナノイズなどの影響を排除して特異的にノック発生を判定している。 As described above, in this embodiment, the difference value between the processing results D1 (i) and D2 (i) of the first smoothing process and the second smoothing process is accumulated. Σ (D1 (i) −D2 (i)) By doing so, the influence of corona noise and the like is eliminated, and knock occurrence is specifically determined.
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な記載内容は、特に本発明を限定するものではない。例えば、実施例では、イオン信号検出回路として、最も簡易な回路構成を例示したが、より複雑な回路構成と採っても良いのは勿論である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, the concrete description content does not specifically limit this invention. For example, in the embodiment, the simplest circuit configuration is illustrated as the ion signal detection circuit, but it is needless to say that a more complicated circuit configuration may be adopted.
L1 一次コイル
L2 二次コイル
CL 点火コイル
Q スイッチング素子
ECU 制御装置
PG 点火プラグ
ION イオン信号検出回路
ST2 ノックBPF手段
ST4 ノイズBPF手段
ST3 第一平滑手段
ST5 第二平滑手段
ST6 差分特定手段
ST7〜ST8 判定手段
L1 Primary coil L2 Secondary coil CL Ignition coil Q Switching element ECU Controller PG Ignition plug ION Ion signal detection circuit ST2 Knock BPF means ST4 Noise BPF means ST3 First smoothing means ST5 Second smoothing means ST6 Difference specifying means ST7 to ST8 Determination means
Claims (12)
前記制御装置は、
前記スイッチング素子がOFF状態である所定のデータ解析区間の検出信号について、ノック周波数帯域を通過帯域とするノックBPF処理を実行するノック抽出手段と、
前記データ解析区間の検出信号について、ノック周波数帯域を遮断帯域とする一方でノック周波数帯域の上側帯域と下側帯域とを通過帯域とするノイズBPF処理を実行するノイズ抽出手段と、
前記ノックBPF処理後の各信号値を、自己の前後に連続する所定個数の信号値に基づいて平滑化する第一平滑手段と、
前記ノイズBPF処理後の各信号値を、自己の前後に連続する所定個数の信号値に基づいて平滑化する第二平滑手段と、
前記第一平滑手段と第二平滑手段の演算結果を対比して、その差分値を特定する差分特定手段と、
前記差分特定手段が特定する差分値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判定手段と、
を設けたことを特徴とする燃焼制御装置。 An ignition coil having a primary coil and a secondary coil, a switching element that controls energization of the primary coil, a control device that supplies an ignition signal to the switching element to perform an ON / OFF operation, and induction of the secondary coil An ignition plug that performs a discharge operation upon receiving a voltage, and an ion current detection circuit that outputs a detection signal proportional to the ion current indicating the combustion state of the internal combustion engine,
The controller is
Knock detection means for performing knock BPF processing with a knock frequency band as a pass band for a detection signal in a predetermined data analysis section in which the switching element is in an OFF state;
Noise extraction means for performing noise BPF processing for the detection signal in the data analysis section, with the knock frequency band as a cutoff band while the upper band and lower band of the knock frequency band as pass bands;
First smoothing means for smoothing each signal value after the knock BPF processing based on a predetermined number of signal values continuous before and after itself;
Second smoothing means for smoothing each signal value after the noise BPF processing based on a predetermined number of signal values continuous before and after itself;
A difference specifying means for comparing the calculation results of the first smoothing means and the second smoothing means and specifying the difference value;
Determining means for determining whether or not knocking has occurred based on the difference value specified by the difference specifying means;
A combustion control device characterized by comprising:
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11270451A (en) * | 1998-03-23 | 1999-10-05 | Denso Corp | Knocking sensing device of internal combustion engine |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11270451A (en) * | 1998-03-23 | 1999-10-05 | Denso Corp | Knocking sensing device of internal combustion engine |
JP2000145605A (en) * | 1998-11-13 | 2000-05-26 | Denso Corp | Knocking detection device for internal combustion engine |
JP2009138586A (en) * | 2007-12-05 | 2009-06-25 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Combustion control device of internal combustion engine |
JP2010053840A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Knock detection device of internal combustion engine |
JP2011140881A (en) * | 2010-01-05 | 2011-07-21 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Knocking detection device for internal combustion engine |
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