JP2018159332A - Knocking detector for internal combustion engine - Google Patents

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Hironori Takahashi
宏典 高橋
真也 末弘
Shinya Suehiro
真也 末弘
岡本 拓人
Takuto Okamoto
拓人 岡本
赤城 好彦
Yoshihiko Akagi
好彦 赤城
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve knocking detection accuracy and thus inhibit a wrong determination during transient operation.SOLUTION: A CPU 9 includes: a frequency analysis section for extracting a plurality of frequency components from vibration detected by a vibration sensor 151 via a filter 39; a frequency switching section for switching a frequency band extracted in accordance with an operating state; a background level estimation section for acquiring a background level estimation value of each of the frequency components on the basis of the operating state; a smoothing section for calculating a background level BGLi by adding a background estimation value of each of the frequency components to each of the frequency components obtained by smoothing each of the frequency components obtained by subtracting the background level estimation value from each of the frequency components; a correction section for changing smoothing processing in the smoothing section when the frequency switching section switches the frequency band; a knocking index calculation section for calculating a knocking index on the basis of each of the frequency components and the background level of each of the frequency components; and a determination section for determining knocking by comparing the knocking index with a determination threshold value.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、内燃機関の異常燃焼によって発生する振動からノッキングの発生を判定する内燃機関のノッキング検出装置に関する。   The present invention relates to a knocking detection device for an internal combustion engine that determines the occurrence of knocking from vibrations generated by abnormal combustion of the internal combustion engine.

ノッキングは、内燃機関の燃焼室内の端末部の未燃ガスが自己発火することによって燃焼室内のガスが振動を起こし、その振動が機関本体に伝わる現象である。ノッキングは、例えば、機関の発生エネルギの損失(出力低下)や機関各部への衝撃、さらには燃費の低下を招来するので、可能な限り回避することが望ましい。そのため、ノッキングの発生を正確に検出することが不可欠である。   Knocking is a phenomenon in which the gas in the combustion chamber vibrates due to self-ignition of the unburned gas in the end portion of the combustion chamber of the internal combustion engine, and the vibration is transmitted to the engine body. For example, knocking causes a loss of energy generated by the engine (power reduction), an impact on each part of the engine, and a reduction in fuel consumption. Therefore, it is desirable to avoid knocking as much as possible. Therefore, it is essential to accurately detect the occurrence of knocking.

従来、特許文献1に記載のように、振動センサの出力信号の中から基本振動周波数および高調波成分だけをバンドパスフィルタを用いて分離し、その出力がバックグラウンドレベルより大きくなったか否かによって、ノッキングの発生を検出していた。なお、バックグラウンドレベルとは、振動センサの信号自体の過去の値を加重平均して平均化したものである。   Conventionally, as described in Patent Document 1, only the fundamental vibration frequency and harmonic components are separated from the output signal of the vibration sensor by using a bandpass filter, and depending on whether or not the output is greater than the background level. The occurrence of knocking was detected. Note that the background level is a weighted average of past values of the vibration sensor signal itself.

特許文献1のノッキング検出装置は、基本振動周波数および高調波成分だけに基づいて、ノッキングの発生を検出する。したがって、エンジンの高速回転時にバックグラウンドレベルが大きくなり過ぎると、正確なノッキング発生の検出ができなかったり、機関の諸元が変化すると、ノッキングの共鳴周波数も変化して、正確なノッキング発生の検出ができなかった。   The knocking detection device of Patent Document 1 detects the occurrence of knocking based only on the fundamental vibration frequency and the harmonic component. Therefore, if the background level becomes too high during high-speed rotation of the engine, accurate detection of knocking cannot be detected, or if the engine specifications change, the knocking resonance frequency also changes, so that accurate detection of knocking is detected. I could not.

そこで、特許文献2には、エンジンに発生する振動を検出する振動センサと、当該振動センサに接続され、ノッキング周波数帯において互いに異なる周波数帯域のフィルタ特性を有する複数のフィルタとを備えるノッキング検出装置が開示されている。   Therefore, Patent Document 2 discloses a knocking detection device including a vibration sensor that detects vibration generated in an engine, and a plurality of filters that are connected to the vibration sensor and have filter characteristics in different frequency bands in the knocking frequency band. It is disclosed.

エンジンに発生するノッキングの共鳴周波数は、エンジンの運転状態によって異なる。例えば、エンジンの回転数が高回転または低回転であるかによって、ノッキングの共鳴周波数も異なる。そのため、それらノッキングの共鳴周波数に対して、互いに異なる周波数帯域のフィルタ特性を有する複数のフィルタを有するフィルタ回路を設け、エンジンの運転状態に応じてフィルタ回路からの出力を選択すれば、信頼性の高いノッキング検出を行うことが可能となる。   The resonance frequency of knocking generated in the engine varies depending on the operating state of the engine. For example, the resonance frequency of knocking varies depending on whether the engine speed is high or low. Therefore, by providing a filter circuit having a plurality of filters having filter characteristics in different frequency bands with respect to the resonance frequency of knocking, and selecting the output from the filter circuit according to the operating state of the engine, reliability can be improved. High knocking detection can be performed.

近年、フィルタ回路は、マイクロコンピュータに実装するソフトウェアによるデジタルフィルタで実現することも知られており、さらにはマイクロコンピュータの機能としてデジタルフィルタを構成する方法も知られている。   In recent years, it is also known that a filter circuit is realized by a digital filter by software installed in a microcomputer, and further, a method of configuring a digital filter as a function of the microcomputer is also known.

特許文献3には、バックグラウンドレベルを検出するために用いる遅れフィルタに起因する応答遅れを解決する方法が記載されている。同文献のノッキング検出装置は、エンジンの回転数の変化に基づきエンジンの運転状態を検出し、その運転状態に基づきノッキングを判定する閾値を補正する。   Patent Document 3 describes a method for solving a response delay caused by a delay filter used for detecting a background level. The knocking detection apparatus of the same document detects the operating state of the engine based on a change in the engine speed, and corrects the threshold for determining knocking based on the operating state.

さらに、従来、エンジンの運転状態によって異なるノッキングの特徴周波数に対し、フィルタする周波数帯を切替えた場合に、切替えた後の周波数帯に適したバックグラウンドレベルになるまでは平滑化処理を繰り返す必要があった。   Further, conventionally, when the frequency band to be filtered is switched with respect to the knocking characteristic frequency which varies depending on the operating state of the engine, it is necessary to repeat the smoothing process until the background level suitable for the frequency band after the switching is reached. there were.

その問題に対し、特許文献4には、切替え後の周波数帯に適したバックグラウンドレベルを短時間で算出することのできる手法が記載されている。同文献においては、ノッキングの特徴周波数をフィルタする周波数帯を切替えた場合、切替え前のバックグラウンドレベルを学習し、再度切替え前のフィルタ設定に戻ったタイミングで学習した値をバックグラウンドレベルとして反映している。   In order to solve this problem, Patent Document 4 describes a method capable of calculating a background level suitable for a frequency band after switching in a short time. In this document, when the frequency band for filtering the knocking characteristic frequency is switched, the background level before switching is learned, and the value learned at the timing when the filter setting before switching is restored is reflected as the background level. ing.

特開昭58−45520号公報JP 58-45520 A 特開昭56−000637号公報JP-A-56-000637 特開昭63−295864号公報JP-A 63-295864 特開2003−035194号公報JP 2003-035194 A

例えば、燃費の向上や排気浄化性能の向上等の要求に対して、エンジンの圧縮比を上げる試みがなされている。一方、圧縮比を上げると、ノッキングが発生しやすくなるので、ノッキングの検出精度をさらに向上することが期待されている。   For example, attempts have been made to increase the compression ratio of the engine in response to demands such as improvement in fuel consumption and exhaust purification performance. On the other hand, when the compression ratio is increased, knocking is likely to occur, and it is expected that the detection accuracy of knocking will be further improved.

特許文献2に記載のように、複数の共鳴周波数成分を取り出してノッキングを検出する方法において、さらにノッキングの検出精度を高める場合、以下に述べるような課題を解決する必要がある。すなわち、ノッキングが発生していないときの振動センサへの入力の平均値を正確に算出する必要がある。例えば、遅れフィルタを用いて平均値を算出する場合は、遅れフィルタをより強くかける必要がある。一方、遅れフィルタは、エンジンの運転状態変動時に、応答性が遅れる特性を有している。この応答遅れが大きいと、エンジンの負荷変動時に、ノッキングの発生の誤検出による点火時期の誤差が発生し、特に、動力性能、排気浄化性能、燃料消費性能等に悪影響を及ぼすことがあった。   As described in Patent Document 2, in the method of detecting knocking by extracting a plurality of resonance frequency components, when the detection accuracy of knocking is further increased, it is necessary to solve the following problems. That is, it is necessary to accurately calculate the average value of the input to the vibration sensor when knocking has not occurred. For example, when calculating an average value using a delay filter, it is necessary to apply the delay filter more strongly. On the other hand, the delay filter has a characteristic that the response is delayed when the operating state of the engine changes. When this response delay is large, an error in ignition timing due to erroneous detection of knocking occurs when the engine load fluctuates, and in particular, power performance, exhaust purification performance, fuel consumption performance, etc. may be adversely affected.

特許文献3に記載のように、複数の共鳴周波数の平均値と補正した閾値とを比較して検出精度を向上させた場合、エンジンの回転数の増加に応じて増大する振動センサの出力も、高精度に検出してしまう。そのため、スロットル開度の急変によって上記と同様の誤検出の危険性が増大する可能性がある。   As described in Patent Document 3, when the detection accuracy is improved by comparing the average value of a plurality of resonance frequencies and the corrected threshold value, the output of the vibration sensor that increases as the engine speed increases is also increased. It will be detected with high accuracy. Therefore, the risk of erroneous detection similar to the above may increase due to a sudden change in the throttle opening.

特許文献4に記載のように、エンジンの回転数の変化に応じて変化するノッキングの特徴周波数に対し、フィルタする周波数帯を切替える前後でバックグラウンドレベルを学習する場合、エンジンの負荷状態や水温に依存したノッキングの特徴周波数の変化は考慮されない。したがって、エンジンの回転変動に加え、エンジンの負荷状態や水温に依存してフィルタする周波数帯を切替えると、記憶するバックグラウンドレベルが膨大となり、誤ったバックグラウンドレベルを記憶する可能性がある。そのため、特許文献4の装置では、特許文献2,3と同様の誤検出の可能性がある。   As described in Patent Document 4, when learning the background level before and after switching the frequency band to be filtered with respect to the knocking characteristic frequency that changes according to the change in the engine speed, the engine load state and water temperature Dependent knocking characteristic frequency changes are not considered. Therefore, if the frequency band to be filtered is switched depending on the engine load state and the water temperature in addition to the engine rotation fluctuation, the background level to be stored becomes enormous, and an erroneous background level may be stored. Therefore, in the apparatus of Patent Document 4, there is a possibility of erroneous detection similar to Patent Documents 2 and 3.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過渡運転時におけるノッキングの検出精度を向上させて、誤判定を抑制することができる内燃機関のノッキング検出装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a knocking detection device for an internal combustion engine that can improve detection accuracy of knocking during transient operation and suppress erroneous determination. Is to provide.

本発明に係る内燃機関のノッキング検出装置は、内燃機関の振動センサが検出した振動からフィルタを介して複数の周波数成分を抽出する周波数分析部と、前記内燃機関の運転状態に応じて周波数分析部が抽出する周波数帯を切替える周波数切替え部と、前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関の振動の各周波数成分のバックグラウンドレベル推定値を取得するバックグラウンドレベル推定部と、前記各周波数成分から当該周波数成分の前記バックグラウンドレベル推定値を減算した後にその減算後の各周波数成分を平滑化し、該平滑化した各周波数成分に前記各周波数成分の前記バックグラウンドレベル推定値を合算することによって前記内燃機関の振動の各周波数成分のバックグラウンドレベルを算出する平滑化部と、前記周波数切替え部が前記周波数帯を切替えたときに、前記平滑化部における平滑化処理を変更する補正部と、前記周波数帯が切替えられた各周波数成分、および前記バックグラウンドレベルに基づき前記内燃機関のノッキング判定指標を算出するノッキング指標算出部と、前記ノッキング指標を判定閾値と比較することによって前記内燃機関にノッキングが生じているか否かを判定する判定部とを備える。   An internal combustion engine knocking detection apparatus according to the present invention includes a frequency analysis unit that extracts a plurality of frequency components from a vibration detected by a vibration sensor of the internal combustion engine through a filter, and a frequency analysis unit according to an operating state of the internal combustion engine. A frequency switching unit that switches a frequency band extracted from the background, a background level estimation unit that obtains a background level estimation value of each frequency component of the vibration of the internal combustion engine based on an operating state of the internal combustion engine, and the frequency component Subtracting the background level estimation value of the frequency component, smoothing each frequency component after the subtraction, and adding the background level estimation value of the frequency component to the smoothed frequency component A smoothing unit for calculating a background level of each frequency component of the vibration of the internal combustion engine, and the frequency A correction unit that changes a smoothing process in the smoothing unit when the switching unit switches the frequency band, knocking of the internal combustion engine based on each frequency component in which the frequency band is switched, and the background level A knocking index calculation unit that calculates a determination index; and a determination unit that determines whether knocking has occurred in the internal combustion engine by comparing the knocking index with a determination threshold.

本発明によれば、過渡運転時においてバックグラウンドレベルを算出する際の追従性が高まり、平滑化処理を強くかけることができる。これにより、過渡運転時におけるノッキングの誤判定を抑制するとともに、エンジンの運転状態を問わずにノッキング検出精度を向上させることができる。   According to the present invention, the followability when calculating the background level during transient operation is enhanced, and the smoothing process can be strongly applied. As a result, erroneous determination of knocking during transient operation can be suppressed, and the knocking detection accuracy can be improved regardless of the operating state of the engine.

実施例1に係るノッキング非発生時の周波数成分の解析結果。The analysis result of the frequency component at the time of knocking non-occurrence | production which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係るノッキング発生時の周波数成分の解析結果。The analysis result of the frequency component at the time of the knocking generation which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係るノッキングの発生を判定する一般原理の説明図。Explanatory drawing of the general principle which determines generation | occurrence | production of knocking which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る過渡運転時におけるスロットル開度、エンジンの回転数、周波数のバックグラウンドレベル、ノック指標、およびノック判定信号の経時変化。FIG. 6 shows changes over time in throttle opening, engine speed, frequency background level, knock index, and knock determination signal during transient operation according to the first embodiment. 実施例1に係るフィルタの周波数帯切替前後のバックグラウンドレベルの径時変化。FIG. 6 shows changes in the background level over time before and after switching the frequency band of the filter according to the first embodiment. 実施例1に係るエンジン点火装置のシステム構成図。1 is a system configuration diagram of an engine ignition device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係るコントロールユニットの構成のブロック図。FIG. 2 is a block diagram of a configuration of a control unit according to the first embodiment. 実施例1に係るノッキングの有無を判定する手順を説明する流れ。The flow explaining the procedure which determines the presence or absence of the knocking which concerns on Example 1. FIG. 従来技術のノッキングの有無を判定する手順を説明する演算チャート。The calculation chart explaining the procedure which determines the presence or absence of knocking of a prior art. 実施例1に係るノッキングの有無を判定する手順を説明する演算チャート。3 is a calculation chart for explaining a procedure for determining the presence or absence of knocking according to the first embodiment. 実施例1に係るバックグラウンドレベルの推定値を記述したマップデータ。The map data which described the estimated value of the background level which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係るマップデータのエンジンの回転数と負荷との図。The figure of the engine speed and load of the map data concerning Example 1. FIG. 実施例1に係るフィルタの周波数帯切替後の平滑化処理の補正の流れ。5 is a flow of correction of smoothing processing after switching the frequency band of the filter according to the first embodiment. 実施例1に係るフィルタの周波数帯切替前後のバックグラウンドレベルの径時変化の比較図。The comparison figure of the time change of the background level before and behind frequency band change of the filter concerning Example 1. FIG. 実施例1に係るCPU20が点火時期を演算する手順を説明する流れ。The flow which demonstrates the procedure in which CPU20 which concerns on Example 1 calculates ignition timing. 実施例2に係るフィルタの周波数帯切替後の平滑化処理の補正の流れ。10 is a flow of correction of smoothing processing after switching the frequency band of the filter according to the second embodiment.

以下、幾つかの実施例を、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, some embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

まず、一般的なノッキング検出の原理について説明する。   First, the general principle of knock detection will be described.

<ノッキング検出の一般的原理>
エンジンの振動には、例えば、ピストンの摩擦、クランク軸の回転、弁の作動等によって生じる多くの振動成分が含まれている。しかも、これらの振動成分は、エンジンの運転状態によって変化する。エンジンにノッキングが発生すると、ノッキングに特有な振動が発生する。ノッキングの発生の有無は、振動センサが検出するエンジン全体の振動からノッキングに特有な振動を分離することによって判定される。
<General principles of knock detection>
Engine vibration includes many vibration components generated by, for example, piston friction, crankshaft rotation, valve operation, and the like. Moreover, these vibration components change depending on the operating state of the engine. When knocking occurs in the engine, vibration specific to knocking occurs. The presence or absence of knocking is determined by separating the vibration unique to knocking from the vibration of the entire engine detected by the vibration sensor.

図1は、本実施例に係るノッキングが発生していない時の振動センサからの出力の周波数成分の解析結果を表わした図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating the analysis result of the frequency component of the output from the vibration sensor when knocking does not occur according to the present embodiment.

ここでは、略20KHzまでの範囲内における解析結果を例示した。しかし、本実施例の対象は、これに限らない。以下の図面においても同様である。   Here, the analysis results in the range up to about 20 KHz are illustrated. However, the target of the present embodiment is not limited to this. The same applies to the following drawings.

図2は、ノッキングが発生した時の振動センサからの出力の周波数成分のエンジンの回転数毎の解析結果f,gを示した図である。   FIG. 2 is a diagram showing analysis results f and g for each engine speed of the frequency component of the output from the vibration sensor when knocking occurs.

図1と図2とを比較すれば分かるように、ノッキングが発生している場合は、ノッキングが発生していない場合に比べ、各々の共鳴周波数成分が大きくなっている。図2に示すように、例えば、周波数f10,f01,f11近傍においてノッキングが発生している。   As can be seen from a comparison between FIG. 1 and FIG. 2, when knocking occurs, each resonance frequency component is larger than when knocking does not occur. As shown in FIG. 2, for example, knocking occurs near the frequencies f10, f01, and f11.

さらに、図2の解析結果fと解析結果gとを比較すれば分かるように、エンジンの運転状態(ここでは、エンジンの回転数)の違いに応じて、ノッキングの特徴周波数が変化している。例えば、ノッキングは、解析結果fではf10、f01、f11近傍で発生し、解析結果gではg10,g01,g30,g11近傍で発生している。   Further, as can be seen by comparing the analysis result f and the analysis result g in FIG. 2, the characteristic frequency of knocking changes according to the difference in the engine operating state (here, the engine speed). For example, knocking occurs near f10, f01, and f11 in the analysis result f, and occurs near g10, g01, g30, and g11 in the analysis result g.

ここで、ノッキングの特徴周波数を検出可能なフィルタの周波数の設定を、エンジンの運転状態に応じて切替えることによって、信頼性の高いノッキング判定が可能となる。フィルタは、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、またはバンドパスフィルタの何れでもよい。   Here, by switching the setting of the frequency of the filter capable of detecting the characteristic frequency of knocking according to the operating state of the engine, the knocking determination with high reliability becomes possible. The filter may be a high-pass filter, a low-pass filter, or a band-pass filter.

図3は、ノッキング判定指標Iを用いて、ノッキングの発生の有無を判定する一般的原理について説明する図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining a general principle for determining whether knocking has occurred using the knocking determination index I. In FIG.

以下の原理説明においては、便宜上、図2で示した共鳴周波数f10(6.3KHz)の共鳴周波数成分ω10P(f10)と、共鳴周波数f01(18.0KHz)の共鳴周波数成分ω01P(f01)とを用いて、ノッキング判定指標Iを算出する例を説明する。しかし、これに拘束されるものではなく、任意の2以上の共鳴周波数成分を用いて、ノッキングの発生の有無を判定してもよい。   In the following description of the principle, for the sake of convenience, the resonance frequency component ω10P (f10) of the resonance frequency f10 (6.3 KHz) and the resonance frequency component ω01P (f01) of the resonance frequency f01 (18.0 KHz) shown in FIG. An example in which the knocking determination index I is calculated will be described. However, the present invention is not limited to this, and the presence or absence of knocking may be determined using any two or more resonance frequency components.

振動センサは、ノッキングの発生による振動と、バックグラウンド振動(ノッキング以外の要因によって発生する振動)とを合成して検出する。したがって、ノッキング判定指標Iは、ノッキングが発生していないときは、バックグラウンド振動に対応する指標Ibであり、ノッキングが発生したときは、バックグラウンド振動に対応する指標Ibとノッキングに対応する指標Ikとを合成することによって求められる。   The vibration sensor combines and detects vibration caused by the occurrence of knocking and background vibration (vibration generated by factors other than knocking). Therefore, the knocking determination index I is an index Ib corresponding to background vibration when knocking has not occurred, and an index Ib corresponding to background vibration and an index Ik corresponding to knocking when knocking has occurred. It is calculated | required by combining.

ノッキング判定指標Iは、主要な共鳴周波数成分を用いて、下記式1によって表すことができる。ここで、ωは、エンジンの回転数によって定まる実数値である。さらに、ωは、1か0かの2値をとってもよい。Pは、各共鳴周波数成分の振動強度(パワースペクトル)である。   The knocking determination index I can be expressed by the following formula 1 using main resonance frequency components. Here, ω is a real value determined by the engine speed. Furthermore, ω may take a binary value of 1 or 0. P is the vibration intensity (power spectrum) of each resonance frequency component.

I=ω10P(f10)+ω20P(f20)+ω01P(f01)+ω30P(f30)+ω11P(f11)・・・(式1)   I = ω10P (f10) + ω20P (f20) + ω01P (f01) + ω30P (f30) + ω11P (f11) (Equation 1)

図3に示すように、バックグラウンド振動の共鳴周波数成分によって示されるノッキング判定指標Ibと、ノッキングによる振動の共鳴周波数成分によって示される指標Ikとは、方向と大きさを異にしている。これは人間による聴覚試験でも明らかなように、ノッキングが無しの場合は、エンジン音のみであるのに対し、ノッキングが有りの場合は、例えば、カリカリ等という音である。したがって、ノッキングの有無は、音色によって聴き分けられる。   As shown in FIG. 3, the knocking determination index Ib indicated by the resonance frequency component of the background vibration and the index Ik indicated by the resonance frequency component of the vibration due to knocking are different in direction and magnitude. As is apparent from a human auditory test, when there is no knocking, only the engine sound is produced. When there is knocking, for example, the sound is crisp. Therefore, the presence or absence of knocking can be heard according to the timbre.

バックグラウンド振動に対して、ノッキングの発生による振動が加わると、ノッキング判定指標Iは、閾値I02を超過する。これにより、ノッキングが発生していることを判定することができる。以下、本明細書において、式1の右辺の5つの項に限らず、振動センサからの出力に含まれる複数の共鳴周波数成分を組み合わせることによって算出される指標は、全てノッキング判定指標(以下、ノック指標という)Iと定義する。   When the vibration due to the occurrence of knocking is added to the background vibration, the knocking determination index I exceeds the threshold value I02. Thereby, it can be determined that knocking has occurred. Hereinafter, in this specification, not only the five terms on the right side of Equation 1, but also the indices calculated by combining a plurality of resonance frequency components included in the output from the vibration sensor are all knock determination indices (hereinafter referred to as knocking indexes). Defined as I).

このように、バックグラウンド振動に加えて、ノッキングの発生による特有な周波数成分を考慮してノック指標を算出するので、バックグラウンド振動が大きくなっても、ノッキングの発生の有無を判定することができる。   As described above, since the knock index is calculated in consideration of the specific frequency component due to the occurrence of knocking in addition to the background vibration, it is possible to determine whether knocking has occurred even when the background vibration increases. .

<本実施例におけるノッキング検出の基本的考え方>
本実施例においては、ノック指標Iを算出する際に、従来と同様に、振動センサが検出した振動を周波数成分毎に平均化することによって、バックグラウンドレベルを算出する。ノッキングが発生していない場合でも、例えば、エンジンの振動や燃焼振動の増大によって振動強度が急変すると、バックグラウンドレベルの算出結果が最新状態に追従することができず、以下の図4,5で説明するように、ノッキングを誤検出する可能性がある。
<Basic concept of knock detection in this embodiment>
In the present embodiment, when calculating the knock index I, the background level is calculated by averaging the vibration detected by the vibration sensor for each frequency component, as in the prior art. Even if knocking does not occur, for example, if the vibration intensity suddenly changes due to an increase in engine vibration or combustion vibration, the calculation result of the background level cannot follow the latest state. As explained, knocking may be falsely detected.

図4は、過渡運転時におけるスロットル開度TVO、エンジンの回転数Ne、各周波数fiのバックグラウンドレベルBGLi、ノック指標I、ノック判定信号(ノックの有無を表す信号)の経時変化を示す例である。   FIG. 4 shows an example of changes over time of the throttle opening TVO, the engine speed Ne, the background level BGLi of each frequency fi, the knock index I, and the knock determination signal (signal indicating the presence or absence of knock) during transient operation. is there.

図4において、スロットル開度TVOを全閉から全開にした場合、実際にエンジンの回転数Neが立ち上がるのは、遅れ時間が経過してからである。バックグラウンドレベル(BGLi)は、本来破線で示したような動きである。しかし、平均化処理によってBGLiを算出すると、実線で示したような遅れが生じてしまう。ノック指標Iは、S/N比(BGLiに対する各周波数成分の比)の計算によって求めている。   In FIG. 4, when the throttle opening TVO is changed from fully closed to fully open, the engine speed Ne actually rises after a delay time has elapsed. The background level (BGLi) is essentially a movement as indicated by a broken line. However, when BGLi is calculated by the averaging process, a delay as shown by the solid line occurs. The knock index I is obtained by calculating the S / N ratio (ratio of each frequency component to BGLi).

図4に示す例によれば、BGLiが遅れることによって、ノッキングが発生していないにもかかわらず、実際のノック指標Iは、理論的なノック指標Iを超過し、その結果としてノッキングを誤判定していることが分かる。この理由について、さらに説明する。   According to the example shown in FIG. 4, the actual knock index I exceeds the theoretical knock index I even though knocking does not occur due to the delay of BGLi, and as a result, the knocking is erroneously determined. You can see that The reason for this will be further described.

バックグラウンドレベルBGLiが急増したとき、平均化処理をすることによって求めるバックグラウンドレベルBGLiの算出結果が、実際の値に対して遅れることになる。ノック指標IとしてバックグラウンドレベルBGLiに対するノイズの比を用いる場合、バックグランドレベルBGLiの算出遅れは、ノック指標Iの分母が実際の値よりも小さくなることに繋がる。したがって、ノック指標Iが、本来の値よりも大きく算出されることになる。その場合、過渡運転状態においては、ノック指標Iとノック判定閾値I02との間のクリアランスが小さくなり、ノッキングが発生していないにもかかわらず、ノッキング有りと判定される可能性がある。図4に示す例は、このような状態を示している。   When the background level BGLi increases rapidly, the calculation result of the background level BGLi obtained by averaging is delayed from the actual value. When the ratio of noise to the background level BGLi is used as the knock index I, the calculation delay of the background level BGLi leads to the denominator of the knock index I being smaller than the actual value. Therefore, knock index I is calculated to be larger than the original value. In that case, in the transient operation state, the clearance between the knock index I and the knock determination threshold value I02 becomes small, and there is a possibility that it is determined that knocking is present even though knocking has not occurred. The example shown in FIG. 4 shows such a state.

図5は、フィルタの周波数帯の切替え前後におけるバックグラウンドレベルBGLiの径時変化を示す例である。   FIG. 5 is an example showing a change with time of the background level BGLi before and after switching of the frequency band of the filter.

図5に示す例によれば、エンジンの運転状態に応じてノッキング検出用フィルタの周波数帯を切替えると、平滑化処理をしているため、切替え前の周波数帯のバックグラウンドレベルBGLiを参照する。したがって、切替え後の周波数帯に応じた実際のバックグラウンドレベルBGLiになるまで遅れるため、ノッキングを誤検出する可能性がある。   According to the example shown in FIG. 5, since the smoothing process is performed when the frequency band of the knocking detection filter is switched according to the operating state of the engine, the background level BGLi of the frequency band before the switching is referred to. Therefore, since it is delayed until the actual background level BGLi corresponding to the frequency band after switching, knocking may be erroneously detected.

本実施例は、図4に例示するように、バックグラウンドレベルBGLiの算出結果が、実際のバックグラウンドレベルBGLiに対して追従できずに遅れることに起因する過渡運転時におけるノッキングの誤判定を抑制する。さらに、本実施例は、さらに、図5に例示するように、エンジンの運転状態の違いに応じてフィルタする周波数帯を切替えた直後のバックグラウンドレベルBGLiの精度を向上する。これらによって、過渡運転時におけるノッキングの誤検出を防止する。その結果、過渡および定常問わずに、ノッキングの検出精度が向上する。   In this embodiment, as illustrated in FIG. 4, the calculation result of the background level BGLi suppresses the erroneous determination of knocking during the transient operation due to the fact that the actual background level BGLi cannot be followed and is delayed. To do. Furthermore, the present embodiment further improves the accuracy of the background level BGLi immediately after switching the frequency band to be filtered according to the difference in the operating state of the engine, as illustrated in FIG. As a result, erroneous detection of knocking during transient operation is prevented. As a result, the knocking detection accuracy is improved regardless of whether it is transient or steady.

<装置構成>
図6は、エンジン点火装置のシステム構成図である。
<Device configuration>
FIG. 6 is a system configuration diagram of the engine ignition device.

空気は、エアクリーナ1の入口より流入し、ダクト3、絞弁を有するスロットルボディ5、および吸気管6を通り、「内燃機関」としてのエンジン7のシリンダ内に吸入される。ダクト3には、熱線式空気流量計2が設けられている。熱線式空気流量計2は、吸入空気量を検出し、その検出結果を表す検出信号をコントロールユニット(CPU:Central Control Unit)9に出力する。   Air flows in from the inlet of the air cleaner 1, passes through the duct 3, the throttle body 5 having a throttle valve, and the intake pipe 6 and is sucked into the cylinder of the engine 7 as an “internal combustion engine”. The duct 3 is provided with a hot-wire air flow meter 2. The hot-wire air flow meter 2 detects the amount of intake air and outputs a detection signal representing the detection result to a control unit (CPU: Central Control Unit) 9.

燃料は、図示していない燃料タンクからインジェクタ16を経て噴射され、吸気管6内で吸入空気と混合され、エンジン7のシリンダ内に供給される。混合気は、エンジン7のシリンダ内で圧縮され、点火プラグ15によって着火される。爆発後の混合気は、排気管8から排出される。排気管8には、排気センサ11が設けられており、排気センサ11による検出結果を表す検出信号は、コントロールユニット9に入力される。   The fuel is injected from a fuel tank (not shown) through the injector 16, mixed with intake air in the intake pipe 6, and supplied into the cylinder of the engine 7. The air-fuel mixture is compressed in the cylinder of the engine 7 and ignited by the spark plug 15. The air-fuel mixture after the explosion is discharged from the exhaust pipe 8. An exhaust sensor 11 is provided in the exhaust pipe 8, and a detection signal representing a detection result by the exhaust sensor 11 is input to the control unit 9.

点火コイル13から発生した高電圧は、分配器14によって各気筒に分配され、点火プラグ15に供給される。クランク角センサ12は、エンジン7の回転状態を検出する。クランク角センサ12は、1回転毎の絶対位置を示すRef信号および当該絶対位置から所定角度移動した位置を示すPOS信号を出力する。Ref信号およびPOS信号は、コントロールユニット9に入力される。エンジン7には、振動を検出する振動センサ(燃焼状態センサ)151が取り付けられ、振動センサ151の検出結果を表す検出信号は、コントロールユニット9に入力される。   The high voltage generated from the ignition coil 13 is distributed to each cylinder by the distributor 14 and supplied to the spark plug 15. The crank angle sensor 12 detects the rotational state of the engine 7. The crank angle sensor 12 outputs a Ref signal indicating an absolute position for each rotation and a POS signal indicating a position moved by a predetermined angle from the absolute position. The Ref signal and the POS signal are input to the control unit 9. A vibration sensor (combustion state sensor) 151 that detects vibration is attached to the engine 7, and a detection signal representing a detection result of the vibration sensor 151 is input to the control unit 9.

図7は、コントロールユニット9の構成のブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram of the configuration of the control unit 9.

コントロールユニット9は、各センサからの信号に基づいて燃料供給量および点火時期等を演算し、インジェクタ16と点火コイル13とに制御信号を出力する。コントロールユニット9は、制御ブロック34とノッキング検出ブロック35とに大別される。   The control unit 9 calculates a fuel supply amount, ignition timing, and the like based on signals from the sensors, and outputs control signals to the injector 16 and the ignition coil 13. The control unit 9 is roughly divided into a control block 34 and a knocking detection block 35.

制御ブロック34は、CPU20と、A/D変換器21と、ROM(Read Only Memory)22と、入力I/O23と、RAM(Random Access Memory)24と、DPRAM(Dual Port RAM)25と、出力I/O26と、バス37とを備える。   The control block 34 includes a CPU 20, an A / D converter 21, a ROM (Read Only Memory) 22, an input I / O 23, a RAM (Random Access Memory) 24, a DPRAM (Dual Port RAM) 25, and an output. An I / O 26 and a bus 37 are provided.

ノッキング検出ブロック35は、CPU29と、ポート27と、タイミング回路28と、A/D変換器30と、ROM31と、RAM32と、クロック33と、オペレーショナル回路38と、バス36とを備える。CPU20とCPU29との間のデータの交換は、例えば、DPRAM25を介してなされる。   The knocking detection block 35 includes a CPU 29, a port 27, a timing circuit 28, an A / D converter 30, a ROM 31, a RAM 32, a clock 33, an operational circuit 38, and a bus 36. Data exchange between the CPU 20 and the CPU 29 is performed through the DPRAM 25, for example.

熱線式空気流量計2によって検出された吸入空気量Qaは、A/D変換器21によってデジタル値に変換され、CPU20に取り込まれる。クランク角センサ12によって検出されるRef信号およびPOS信号は、入力I/O23を通じてCPU20に取り込まれる。CPU20は、ROM22が格納しているプログラムにしたがって演算し、演算結果を出力I/O26を介して、燃料噴射量を指示する燃料噴射時間信号Tiと、点火時期を指示する点火時期信号θignとを各アクチュエータに出力する。RAM24は、演算処理中の必要なデータを格納する。   The intake air amount Qa detected by the hot-wire air flow meter 2 is converted into a digital value by the A / D converter 21 and taken into the CPU 20. The Ref signal and the POS signal detected by the crank angle sensor 12 are taken into the CPU 20 through the input I / O 23. The CPU 20 calculates in accordance with the program stored in the ROM 22 and outputs the calculation result via the output I / O 26 as a fuel injection time signal Ti for instructing the fuel injection amount and an ignition timing signal θign for instructing the ignition timing. Output to each actuator. The RAM 24 stores necessary data during the arithmetic processing.

タイミング回路28は、オペレーショナル回路38が上死点(TDC:Top Dead Center)信号を発生すると、CPU20がポート27に入力した内容にしたがって、クロック33が発生する周期信号を分周することによってサンプリング信号を発生する。A/D変換器30は、サンプリング信号が発生すると、振動センサ151の出力信号Pをデジタル値に変換する。   When the operational circuit 38 generates a top dead center (TDC) signal, the timing circuit 28 divides the periodic signal generated by the clock 33 in accordance with the content input to the port 27 by the CPU 20 to thereby obtain a sampling signal. Is generated. When the sampling signal is generated, the A / D converter 30 converts the output signal P of the vibration sensor 151 into a digital value.

CPU29は、ROM31に格納されているプログラムにしたがって、サンプリングされたデジタル値をRAM32に格納するとともに、後述の図8で説明するフローチャートにしたがって、ノッキング発生の有無を判定する。さらに、振動センサ151のデジタル値に変換された出力信号Pは、ノッキング検出用のフィルタ39に入力され、フィルタ39の出力がCPU29に入力される。フィルタ39は、CPU29によって任意の周波数帯を設定でき、CPU29によって設定された周波数帯の周波数成分を抽出することができる。ノッキング発生の有無の判定結果は、DPRAM25を介してCPU20に通知される。   The CPU 29 stores the sampled digital value in the RAM 32 according to the program stored in the ROM 31, and determines whether knocking has occurred or not according to the flowchart described later with reference to FIG. Further, the output signal P converted into the digital value of the vibration sensor 151 is input to the knocking detection filter 39, and the output of the filter 39 is input to the CPU 29. The filter 39 can set an arbitrary frequency band by the CPU 29 and can extract a frequency component of the frequency band set by the CPU 29. The determination result of the presence / absence of knocking is notified to the CPU 20 via the DPRAM 25.

<ノッキング判定手順>
図8は、ノッキングの有無を判定する手順を説明するフローチャートである。
<Knocking determination procedure>
FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure for determining the presence or absence of knocking.

本フローチャートは、CPU29がCPU29に割り込みをかけることによって、エンジン7の爆発サイクル毎に実行される。以下、図8の各ステップについて説明する。   This flowchart is executed for each explosion cycle of the engine 7 when the CPU 29 interrupts the CPU 29. Hereinafter, each step of FIG. 8 will be described.

(図8:ステップS100)
CPU29は、クランク角センサ12から検出するRef信号およびPOS信号に基づいてエンジン7の運転状態を判定し、フィルタ39の周波数帯を設定する。
(FIG. 8: Step S100)
The CPU 29 determines the operating state of the engine 7 based on the Ref signal and the POS signal detected from the crank angle sensor 12 and sets the frequency band of the filter 39.

(図8:ステップS101,S102)
CPU29は、振動センサ151からの検出信号PがA/D変換器30によって変換されたA/D変換値を取り込む(S101)。CPU29は、取り込んだA/D変換値のノッキングの特徴周波数を分析する(S102)。この周波数の分析は、例えば、高速フーリエ変換やウォルシュフーリエ変換等の手法によって実行される。
(FIG. 8: Steps S101 and S102)
The CPU 29 takes in an A / D conversion value obtained by converting the detection signal P from the vibration sensor 151 by the A / D converter 30 (S101). The CPU 29 analyzes the knocking characteristic frequency of the captured A / D conversion value (S102). This frequency analysis is performed by a technique such as fast Fourier transform or Walsh Fourier transform.

(図8:ステップS103)
CPU29は、ステップS102で分析した周波数成分のうち、共鳴周波数を含むものを複数個選択する。例えば、8個の共鳴周波数を選択する。本ステップで選択する周波数成分は、ステップ100のフィルタ39に応じて決定される。しかし、例えば、エンジン7の仕様に応じて予め定めてもよい。
(FIG. 8: Step S103)
The CPU 29 selects a plurality of frequency components analyzed in step S102 including the resonance frequency. For example, eight resonance frequencies are selected. The frequency component selected in this step is determined according to the filter 39 in step 100. However, for example, it may be determined in advance according to the specifications of the engine 7.

(図8:ステップS104)
CPU29は、振動強度を表わすS/N比を、ステップS103で選択した周波数成分毎に求める。具体的には、選択した周波数成分(f,・・・,f)に対応するバックグラウンドレベル(BGL,・・・,BGL)を平滑化処理によって求め、周波数毎のS/N比となるSL=f/BGLを求める。ステップS103で、8個の周波数成分を選択した場合は、SL〜SLを求める。
(FIG. 8: Step S104)
CPU29 calculates | requires S / N ratio showing vibration intensity for every frequency component selected by step S103. Specifically, the background level (BGL 1 ,..., BGL i ) corresponding to the selected frequency component (f 1 ,..., F i ) is obtained by smoothing processing, and the S / N for each frequency is obtained. The ratio SL i = f i / BGL i is obtained. In step S103, if you select the eight frequency components to determine the SL 1 to SL 8.

(図8:ステップS104:補足)
本ステップでのバックグラウンドレベルBGLiの算出は、振動センサ151が検出した信号成分をそのまま用いるのではなく、バックグラウンドレベルBGLiの推定値を予め減算した上で、加重平均を算出後、バックグラウンドレベルBGLiの推定値を加算し直す。その結果に対するfの比率が、本ステップにおけるSLとして算出される。
(FIG. 8: Step S104: Supplement)
The calculation of the background level BGLi in this step does not use the signal component detected by the vibration sensor 151 as it is, but subtracts the estimated value of the background level BGLi in advance, calculates the weighted average, and then calculates the background level. The estimated value of BGLi is added again. The ratio of f i for that result is calculated as the SL i in this step.

また、ステップS100で、フィルタ39の周波数帯を切替えた場合、加重平均の補正を本ステップで実行する。具体的な手順は、後述の図10、図14、図15で説明する。   If the frequency band of the filter 39 is switched in step S100, the weighted average correction is executed in this step. A specific procedure will be described with reference to FIGS. 10, 14, and 15 described later.

(図8:ステップS105)
CPU29は、ステップS103で選択した周波数成分のうち、ステップS104で求めたS/N比が大きい順にm個を抽出し、これらを合算することによってノック指標Iを求める。例えば、上位5個の周波数成分のS/N比を抽出して加算することができる。
(FIG. 8: Step S105)
The CPU 29 extracts m components in the descending order of the S / N ratio obtained in step S104 from the frequency components selected in step S103, and obtains the knock index I by adding them. For example, the S / N ratios of the top five frequency components can be extracted and added.

(図8:ステップS106)
CPU29は、判定閾値I02と、ステップS105で求めたノック指標Iとを比較する(S106)。ノック指標Iが判定閾値I02よりも大きい場合(S106:YES)、ステップS107へ進み、それ以外の場合(S106:NO)、ステップS109へ進む。
(FIG. 8: Step S106)
The CPU 29 compares the determination threshold value I02 with the knock index I obtained in step S105 (S106). When knock index I is larger than determination threshold value I02 (S106: YES), the process proceeds to step S107, and otherwise (S106: NO), the process proceeds to step S109.

(図8:ステップS106:補足)
本ステップで用いる判定閾値I02は、予め定めておいてもよいし、例えば、エンジン7の回転数等の運転状態に基づき算出してもよい。算出手法としては、例えば、運転状態と判定閾値I02との間の対応関係を予め定義したデータマップ等を用いてもよい。
(FIG. 8: Step S106: Supplement)
The determination threshold I02 used in this step may be determined in advance, or may be calculated based on the operating state such as the rotational speed of the engine 7, for example. As a calculation method, for example, a data map in which a correspondence relationship between the driving state and the determination threshold value I02 is defined in advance may be used.

(図8:ステップS107,S108)
CPU29は、ノッキングが発生したと判断し(S107)、ノッキングの発生を示すノックフラグに“1”をセットする(S108)。このノックフラグは、別に起動される点火制御タスクで用いられる。
(FIG. 8: Steps S107 and S108)
The CPU 29 determines that knocking has occurred (S107), and sets “1” to a knock flag indicating the occurrence of knocking (S108). This knock flag is used in a separately started ignition control task.

(図8:ステップS109)
CPU29は、ノックフラグを“0”にセットする。
(FIG. 8: Step S109)
The CPU 29 sets the knock flag to “0”.

以上、本実施例におけるノッキングの有無を判定する手順を説明した。以下では、従来技術におけるノッキングの有無を判定する手順と本実施例とを比較しながら、本実施例における手順の詳細について、図9、図10、図12〜図14を用いて説明する。   The procedure for determining the presence or absence of knocking in the present embodiment has been described above. Hereinafter, details of the procedure in this embodiment will be described with reference to FIGS. 9, 10, and 12 to 14, comparing the procedure for determining the presence or absence of knocking in the prior art with this embodiment.

図9は、従来技術におけるノッキングの有無を判定する手順を説明する演算チャートである。   FIG. 9 is a calculation chart for explaining the procedure for determining the presence or absence of knocking in the prior art.

各ステップは、CPU29が実行する。以下、図9における各演算ブロックの処理について説明する。   Each step is executed by the CPU 29. Hereinafter, processing of each calculation block in FIG. 9 will be described.

振動センサ151は、エンジン7の振動を検出し(S301)、AD変換器30は、その検出結果をデジタル信号に変換する(S302)。CPU29は、エンジン7の回転数や負荷等の運転状態に応じて、ノッキング検出用フィルタ39で検出する周波数帯を設定する(S501)。CPU29は、振動信号に対し、例えば、バンドパスフィルタ(BPF:Band−pass filter)を適用することによって、ノック指標Iを算出するために用いる周波数成分(ここでは、3つの周波数成分を例示した)を抽出する(S303)。   The vibration sensor 151 detects the vibration of the engine 7 (S301), and the AD converter 30 converts the detection result into a digital signal (S302). The CPU 29 sets the frequency band detected by the knocking detection filter 39 according to the operating state such as the rotation speed and load of the engine 7 (S501). The CPU 29 applies, for example, a band-pass filter (BPF: Band-pass filter) to the vibration signal to thereby calculate the frequency components used to calculate the knock index I (here, three frequency components are illustrated). Is extracted (S303).

CPU29は、周波数成分毎に加重平均を算出する(S304)。CPU29は、算出した加重平均を適当な指標(例えば、ステップS104で説明したバックグラウンドレベルBGLiに対する比率)に変換する(S305)。CPU29は、各周波数成分の指標を加算することによってノック指標Iを求める(S306)。ノック判定閾値I02は、ステップS106と同様に求めることができる(S307)。CPU29は、ノック指標Iとノック判定閾値I02とを比較することによって、ノッキングの有無を判定する(S308)。   The CPU 29 calculates a weighted average for each frequency component (S304). The CPU 29 converts the calculated weighted average into an appropriate index (for example, the ratio to the background level BGLi described in step S104) (S305). The CPU 29 obtains the knock index I by adding the indexes of the respective frequency components (S306). The knock determination threshold I02 can be obtained in the same manner as in step S106 (S307). The CPU 29 determines the presence or absence of knocking by comparing the knock index I with the knock determination threshold I02 (S308).

図9の各演算ブロックには、過渡運転時における算出結果を模式的に示す図を併記している。過渡運転時においては、周波数成分が時間とともに増加する。S304で加重平均によってバックグラウンドレベルBGLiを算出すると、バックグラウンドレベルBGLiが実際よりも小さい値として得られるので、結果としてノック指標Iが大きくなり、誤判定が生じる可能性がある。さらに、ノッキング時、或いはノッキングが検出されないような小さなレベルのノイズや小さなノッキングが発生すると、その検出値がバックグラウンドレベルBGLiに反映されてしまう。これにより、バックグラウンドレベルBGLiが増大し、ノック検出精度が低下してしまう可能性がある。   In each calculation block of FIG. 9, a diagram schematically showing a calculation result at the time of transient operation is also shown. During transient operation, the frequency component increases with time. If the background level BGLi is calculated by the weighted average in S304, the background level BGLi is obtained as a smaller value than the actual value, and as a result, the knock index I becomes large, and there is a possibility that erroneous determination occurs. Further, when knocking or when a small level of noise or small knocking that does not detect knocking occurs, the detected value is reflected in the background level BGLi. As a result, the background level BGLi increases and the knock detection accuracy may decrease.

図10は、本実施例におけるノッキングの有無を判定する手順を説明する演算チャートである。   FIG. 10 is a calculation chart illustrating the procedure for determining the presence or absence of knocking in the present embodiment.

各ステップは、CPU29が実行する。以下、図10における各演算ブロックの処理について説明する。   Each step is executed by the CPU 29. Hereinafter, the processing of each calculation block in FIG. 10 will be described.

ステップS301〜S303は、従来技術と同様である。これらは、図8におけるS101〜S103に対応する。   Steps S301 to S303 are the same as in the prior art. These correspond to S101 to S103 in FIG.

ステップS401において、CPU29は、例えば、エンジン7の回転数や負荷等に基づきエンジン7の運転状態を推定する。ROM31は、エンジン7の運転状態とその運転常態における標準的なバックグラウンドレベルBGLiとの間の対応関係を記述したマップデータを予め格納している。CPU29は、推定した運転状態に基づきマップデータを参照することによって、現在の運転状態におけるバックグラウンドレベルBGLiの推定値を算出する。   In step S401, the CPU 29 estimates the operating state of the engine 7 based on, for example, the rotational speed and load of the engine 7. The ROM 31 stores in advance map data describing the correspondence between the operating state of the engine 7 and the standard background level BGLi in the normal operating state. The CPU 29 calculates an estimated value of the background level BGLi in the current driving state by referring to the map data based on the estimated driving state.

図11および図12にステップS401の一実施例を示す。   FIG. 11 and FIG. 12 show an embodiment of step S401.

図11は、バックグラウンドレベルBGLiの推定値を記述したマップデータのイメージ図である。   FIG. 11 is an image diagram of map data describing an estimated value of the background level BGLi.

マップデータは、エンジン7の回転数(または変化率)と、エンジン7の負荷(または変化率)と、バックグラウンドレベルBGLi(または規定レベルに対する補正値)との対応関係を記述している。図11に示す例においては、高回転側および高負荷側においてバックグラウンドレベルBGLiが上がる傾向がある。   The map data describes the correspondence relationship between the rotational speed (or rate of change) of the engine 7, the load (or rate of change) of the engine 7, and the background level BGLi (or a correction value for the specified level). In the example shown in FIG. 11, the background level BGLi tends to increase on the high rotation side and the high load side.

図12は、図11をエンジン7の回転数とエンジン7の負荷との軸で見た図である。   FIG. 12 is a view of FIG. 11 viewed from the axis of the rotational speed of the engine 7 and the load of the engine 7.

エンジン7の運転状態に応じてノッキングの特徴周波数が変化するため、予め運転状態に応じて、異なる周波数帯のバックグラウンドレベル推定値を1つに纏めている。(ここでは、3つの周波数成分を例示した)予め1つのマップにすることによって、ノッキングの特徴周波数毎にバックグラウンドレベル推定値を有する場合に比して、ROM31の容量を抑えることが可能である。算出したバックグラウンドレベル推定値をステップS303のフィルタ39と連動させ、後述するステップS402で同じ周波数成分同士で減算する。   Since the characteristic frequency of knocking changes according to the operating state of the engine 7, background level estimation values in different frequency bands are combined into one according to the operating state in advance. By making one map in advance (three frequency components are illustrated here), it is possible to reduce the capacity of the ROM 31 as compared with the case of having a background level estimation value for each characteristic frequency of knocking. . The calculated background level estimated value is linked with the filter 39 in step S303, and is subtracted between the same frequency components in step S402 described later.

バックグラウンドレベルBGLiを推定するその他手法として、CPU29は、スロットルセンサ信号(スロットル開度を表す信号)、吸入空気量信号(エンジン7に対する吸入空気量を表す信号)、燃料噴射パルス信号(燃料噴射を指示するパルス信号)、および吸気管圧力信号(吸気管6の内部の圧力を表す信号)などの負荷状態を表すセンサ信号を取得し、これら信号に基づき運転状態を推定してもよい。これら信号と運転状態との間の対応関係は、例えば、図11および図12と同様のマップデータによって記述することもできるし、その他適当な手法によって運転状態を算出することもできる。さらに、図11に例示するエンジン7の回転数と負荷とのマップデータを組み合わせてもよい。なお、本ステップは、「S104:補足」で説明した処理に対応する。   As other methods for estimating the background level BGLi, the CPU 29 has a throttle sensor signal (a signal indicating the throttle opening), an intake air amount signal (a signal indicating the intake air amount for the engine 7), a fuel injection pulse signal (a fuel injection signal). A sensor signal indicating a load state such as an instructed pulse signal) and an intake pipe pressure signal (a signal indicating the pressure inside the intake pipe 6) may be acquired, and the operation state may be estimated based on these signals. The correspondence between these signals and the driving state can be described by, for example, the same map data as in FIGS. 11 and 12, or the driving state can be calculated by other appropriate methods. Furthermore, the map data of the rotation speed and load of the engine 7 illustrated in FIG. 11 may be combined. This step corresponds to the processing described in “S104: Supplement”.

ステップS402において、CPU29は、S303で抽出した各周波数成分から、対応する周波数成分のバックグラウンドレベルBGLiの推定値を減算する。これにより、回転数や負荷の変化によるバックグラウンドレベルBGLiの変動が、後続の加重平均に対して入力されないので、加重平均処理に伴う追従遅れを抑制することができる。ただし、本ステップにおいて減算したバックグラウンドレベルBGLiの推定値は、加重平均後のステップS403において周波数成分毎に足し戻す。本ステップは、「ステップS104:補足」で説明した処理に対応する。   In step S402, the CPU 29 subtracts the estimated value of the background level BGLi of the corresponding frequency component from each frequency component extracted in S303. Thereby, since the fluctuation | variation of the background level BGLi by the change of a rotation speed or load is not input with respect to a subsequent weighted average, the tracking delay accompanying a weighted average process can be suppressed. However, the estimated value of the background level BGLi subtracted in this step is added back for each frequency component in step S403 after the weighted average. This step corresponds to the processing described in “Step S104: Supplement”.

ステップS304において、S402で各周波数成分から予めバックグラウンドレベルBGLiの推定値が減算された後に、改めて各周波数成分の加重平均を算出する。ステップS403において、CPU29は、各周波数成分の加重平均の結果に対して、ステップS402で減算したバックグラウンドレベルBGLiの推定値を各周波数成分に足し戻す。これにより、信号レベルは、減算前の水準まで戻される。   In step S304, after the estimated value of the background level BGLi is previously subtracted from each frequency component in S402, a weighted average of each frequency component is calculated again. In step S403, the CPU 29 adds the estimated value of the background level BGLi subtracted in step S402 to each frequency component with respect to the result of the weighted average of each frequency component. As a result, the signal level is returned to the level before the subtraction.

さらに、過渡運転時において、ノッキングの特徴周波数が変化する。ノッキングの特徴周波数成分を加重平均し、バックグラウンドレベルBGLiを算出すると、周波数帯が切替わった後でも前回値を参照するため、バックグラウンドレベルBGLiが実際と異なる値になり、ノック指標Iの誤差で誤判定が生じる可能性がある。そこで、S501において、ノッキング検出用フィルタ39で検出する周波数帯を切替えたときは、S304の加重平均の値を補正する。加重平均の補正処理について、図13を用いて説明する。   Furthermore, the characteristic frequency of knocking changes during transient operation. When the frequency component of knocking is weighted and the background level BGLi is calculated, the previous value is referred to even after the frequency band is switched. There is a possibility that erroneous determination will occur. Therefore, when the frequency band detected by the knocking detection filter 39 is switched in S501, the weighted average value in S304 is corrected. The weighted average correction process will be described with reference to FIG.

図13は、フィルタ39の周波数帯の切替え後の平滑化処理の補正の流れを示した図である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a correction flow of the smoothing process after the frequency band of the filter 39 is switched.

(図13:ステップS600)
CPU29は、S401のバックグラウンドレベル推定値(基本BGL)を予め振動センサ151が検出した信号成分から差し引くことによって、加重平均演算用BGLi(今回値)を算出する。
(FIG. 13: Step S600)
The CPU 29 calculates the weighted average calculation BGLi (current value) by subtracting the background level estimated value (basic BGL) in S401 from the signal component detected by the vibration sensor 151 in advance.

(図13:ステップS601)
CPU29は、エンジン7の運転状態に応じ、S501でバンドパスフィルタで抽出する周波数帯を切替えたかを判定する。
(FIG. 13: Step S601)
The CPU 29 determines whether the frequency band to be extracted by the band pass filter has been switched in S501 according to the operating state of the engine 7.

(図13:ステップS602)
CPU29は、S601で周波数帯が切替わったと判定された場合(S601:YES)、S601で選択した周波数成分に対応するバックグラウンドレベルBGLi(前回値)を、S600で算出したBGLi(今回値)に更新する。さらに、運転状態に応じたフィルタ周波数帯毎のバックグラウンドレベルBGLiを記憶しておき、記憶した値で加重平均の値を更新してもよい。
(FIG. 13: Step S602)
If it is determined that the frequency band has been switched in S601 (S601: YES), the CPU 29 sets the background level BGLi (previous value) corresponding to the frequency component selected in S601 to the BGLi (current value) calculated in S600. Update. Furthermore, the background level BGLi for each filter frequency band corresponding to the operating state may be stored, and the weighted average value may be updated with the stored value.

(図13:ステップS603)
CPU29は、次式で示す加重平均処理を行う。
BGLi=(BGLi(前回値)×Wp+BGLi(今回値)×Wc)
このとき、Wp+Wc=1、Wp>=0、Wc>=0とする。
(FIG. 13: Step S603)
The CPU 29 performs a weighted average process represented by the following equation.
BGLi = (BGLi (previous value) × Wp + BGLi (current value) × Wc)
At this time, Wp + Wc = 1, Wp> = 0, and Wc> = 0.

以下、図14を用いて、図13で説明した加重平均処理の補正の効果について説明する。   Hereinafter, the correction effect of the weighted average process described in FIG. 13 will be described with reference to FIG.

図14は、加重平均処理の補正を表したタイミングチャートである。   FIG. 14 is a timing chart showing correction of the weighted average process.

図14上図は、補正をしていない場合であり、周波数を切替えた後に実際のバックグラウンドレベルBGLiになるまで追従遅れが発生する。   The upper diagram of FIG. 14 shows a case where correction is not performed, and a tracking delay occurs until the actual background level BGLi is reached after the frequency is switched.

図14下図は、加重平均の補正をした場合である。図13記載の加重平均の補正処理を実施した結果、周波数帯を切替えた後のバックグラウンドレベルBGLiに適した値になるため、過渡時にノッキングの特徴周波数帯が切替わった後のノッキング誤検出を防止することができる。なお、これらステップは、「ステップS104:補足」で説明した処理に対応する。   The lower diagram of FIG. 14 shows a case where the weighted average is corrected. As a result of performing the weighted average correction process shown in FIG. 13, a value suitable for the background level BGLi after switching the frequency band is obtained, so that knocking detection error after switching of the characteristic frequency band of knocking during transition is performed. Can be prevented. These steps correspond to the processing described in “Step S104: Supplement”.

図10に戻る。ステップS305は、従来技術と同様であり、ステップS104に対応する。ただし、S/N比であるSLiを算出する際の分母は、ステップS403の結果であり、分子は、ステップS303で抽出した周波数成分である。本ステップに到達する前に、ステップS304とステップS403とを介して、バックグラウンドレベルBGLiの過渡変動が除去されているので、従来技術とは異なり、過渡変動に伴う誤判定を抑制することができる。ステップS306以降は、従来技術と同様であり、ステップS105以降に対応する。   Returning to FIG. Step S305 is similar to the prior art, and corresponds to step S104. However, the denominator in calculating SLi, which is the S / N ratio, is the result of step S403, and the numerator is the frequency component extracted in step S303. Prior to reaching this step, the transient fluctuation of the background level BGLi is removed through steps S304 and S403, so that erroneous determinations associated with the transient fluctuation can be suppressed unlike the conventional technique. . Step S306 and subsequent steps are the same as in the prior art, and correspond to step S105 and subsequent steps.

図15は、CPU20が点火時期を演算する手順を説明するフローチャートである。   FIG. 15 is a flowchart for explaining the procedure by which the CPU 20 calculates the ignition timing.

CPU20は、周期的(例えば10msec毎)に起動される。以下、図15の各ステップについて説明する。   The CPU 20 is activated periodically (for example, every 10 msec). Hereinafter, each step of FIG. 15 will be described.

(図15:ステップS201)
CPU20は、RAM24内に設定された所定のレジスタからエンジン7の回転数Nと吸入空気量Qとを読みこむ。
(FIG. 15: Step S201)
The CPU 20 reads the engine speed N and the intake air amount Q from predetermined registers set in the RAM 24.

(図15:ステップS202)
CPU20は、単位回転数当たりの吸入空気量Q/N(基本燃料噴射量)を演算し、さらに吸入空気量Q/Nから燃料噴射時間幅Tiを求める。CPU20は、ROM22内に格納されている基本点火時期マップに基づいて基本点火時期θbaseを求める。基本点火時期マップは、吸入空気量Q/Nと、回転数Nと、基本点火時期θbaseとの対応関係を記述したデータマップである。
(FIG. 15: Step S202)
The CPU 20 calculates an intake air amount Q / N (basic fuel injection amount) per unit rotational speed, and obtains a fuel injection time width Ti from the intake air amount Q / N. The CPU 20 obtains the basic ignition timing θbase based on the basic ignition timing map stored in the ROM 22. The basic ignition timing map is a data map that describes the correspondence relationship between the intake air amount Q / N, the rotational speed N, and the basic ignition timing θbase.

(図15:ステップS203)
CPU20は、ノックフラグ(CPU29が図8にしたがって求めたもの)の内容にしたがってノッキング発生の有無を判定する。CPU20は、ノッキングが発生していれば(S203:YES)、ステップS213へ進み、発生していなければ(S203:NO)、ステップS204へ進む。
(FIG. 15: Step S203)
The CPU 20 determines whether or not knocking has occurred according to the contents of the knock flag (which the CPU 29 has obtained in accordance with FIG. 8). If knocking has occurred (S203: YES), the CPU 20 proceeds to step S213, and if not (S203: NO), the CPU 20 proceeds to step S204.

(図15:ステップS213)
CPU20は、点火時期θadvから所定の遅角量Δθretを減算する。この減算によって、点火時期が遅角(リタード)される。
(FIG. 15: Step S213)
The CPU 20 subtracts a predetermined retardation amount Δθret from the ignition timing θadv. By this subtraction, the ignition timing is retarded.

(図15:ステップS214)
CPU20は、カウント値Aを初期化して、ステップS208に進む。カウント値Aは、ノッキング発生回数をカウントするための変数である。カウント値Aは、ノッキングの発生によって遅角された点火時期θadvを進角量Δθadvだけリカバーする時間になったかを判定するために用いられる。カウント値Aの用い方については、後述のステップで説明する。
(FIG. 15: Step S214)
The CPU 20 initializes the count value A and proceeds to step S208. The count value A is a variable for counting the number of occurrences of knocking. The count value A is used to determine whether it is time to recover the ignition timing θadv retarded by the occurrence of knocking by the advance amount Δθadv. How to use the count value A will be described in later steps.

(図15:ステップS204,S205)
CPU20は、カウント値Aを1つカウントアップする(S204)。CPU20は、カウント値Aが所定値(例えば、50)に到達したか否かを判断する(S205)。CPU20は、到達している場合(S205:YES)、ステップS206へ進み、到達していない場合(S205:NO)、ステップS208へスキップする。
(FIG. 15: Steps S204 and S205)
The CPU 20 increments the count value A by one (S204). The CPU 20 determines whether or not the count value A has reached a predetermined value (for example, 50) (S205). CPU20 progresses to step S206, when it has reached | attained (S205: YES), and when not having reached (S205: NO), it skips to step S208.

(図15:ステップS206,S207)
CPU20は、進角値θadvに所定の進角量Δθadvを加算する(S206)。この加算によって、ステップS213で遅角された点火時期がリカバーされる。本フローチャートを10msec毎に起動する場合、カウント値Aが50に到達した時点に、カウント値Aが初期化されてから0.5秒が経過している。すなわち、本ステップは、ノッキングの発生によって点火時期を遅角させてから0.5秒が経過する毎に、点火時期をリカバーする。CPU20は、カウント値Aを初期化する(S207)。
(FIG. 15: Steps S206 and S207)
The CPU 20 adds a predetermined advance amount Δθadv to the advance value θadv (S206). By this addition, the ignition timing retarded in step S213 is recovered. When this flowchart is activated every 10 msec, 0.5 seconds have elapsed since the count value A was initialized when the count value A reached 50. That is, this step recovers the ignition timing every time 0.5 seconds elapse after the ignition timing is retarded due to the occurrence of knocking. The CPU 20 initializes the count value A (S207).

(図15:ステップS208)
CPU20は、基本点火時期θbaseに進角値θadvを加えることによって、点火時期θignを演算する。
(FIG. 15: Step S208)
The CPU 20 calculates the ignition timing θign by adding the advance value θadv to the basic ignition timing θbase.

(図15:ステップS209)
CPU20は、ROM22内に格納されている最大進角値マップから最大進角値θresを読み出す。最大進角値マップは、吸入空気量Q/Nと、回転数Nと、基本点火時期θresとの対応関係を記述したデータマップである。
(FIG. 15: Step S209)
The CPU 20 reads the maximum advance value θres from the maximum advance value map stored in the ROM 22. The maximum advance value map is a data map describing a correspondence relationship between the intake air amount Q / N, the rotational speed N, and the basic ignition timing θres.

(図15:ステップS210,S211)
CPU20は、点火時期θignが最大進角値θresを超えたかを判断する(S210)。超えていなければ(S210:NO)、CPU20は、ステップS212へスキップする。超えている場合(S210:YES)、θignは進角し過ぎているので、CPU20は、ステップS211で点火時期θignを最大進角値θresにセットする(S211)。
(FIG. 15: Steps S210 and S211)
The CPU 20 determines whether the ignition timing θign exceeds the maximum advance value θres (S210). If not exceeded (S210: NO), the CPU 20 skips to step S212. If it has exceeded (S210: YES), θign has advanced too much, so the CPU 20 sets the ignition timing θign to the maximum advance value θres in step S211 (S211).

(図15:ステップS212)
CPU20は、エンジン7の状態に応じて、ディレイ時間tdと、分周比tsと、サンプリング点数nsとをポート27に出力する。分周比tsは、振動センサ151からの出力のデジタル値のサンプリング周期を決め、サンプリング点数nsは、サンプリング点数を決める。
(FIG. 15: Step S212)
The CPU 20 outputs the delay time td, the frequency division ratio ts, and the sampling point number ns to the port 27 according to the state of the engine 7. The frequency division ratio ts determines the sampling period of the digital value of the output from the vibration sensor 151, and the sampling point ns determines the sampling point.

<まとめ>
本実施例に係るCPU(ノッキング検出装置)9は、周波数分析器と、周波数切替え部と、バックグラウンドレベル推定部と、平滑化部と、補正部と、ノッキング指標算出部と、判定部とを備える。周波数分析器は、エンジン7の振動センサ151が検出した振動からフィルタ39を介して複数の周波数成分を抽出する。周波数切替え部は、エンジン7の運転状態に応じて周波数分析器が抽出する周波数帯を切替える。バックグラウンドレベル推定部は、エンジン7の運転状態に基づきエンジン7の振動の各周波数成分のバックグラウンドレベル推定値を取得する。平滑化部は、各周波数成分から当該各周波数成分のバックグラウンドレベル推定値を減算した後にその減算後の各周波数成分を平滑化し、該平滑化した各周波数成分に各周波数成分の前記バックグランド推定値を合算することによってエンジン7の振動のバックグラウンドレベルを算出する。補正部は、周波数切替え部が周波数帯を切替えたときに、平滑化部における平滑化処理を変更する。ノッキング指標算出部は、各周波数成分と当該各周波数成分のバックグラウンドレベルとに基づきエンジン7のノッキング判定指標を算出する。判定部は、ノッキング指標を判定閾値と比較することによってエンジン7にノッキングが生じている否かを判定する。
<Summary>
A CPU (knocking detection device) 9 according to the present embodiment includes a frequency analyzer, a frequency switching unit, a background level estimation unit, a smoothing unit, a correction unit, a knocking index calculation unit, and a determination unit. Prepare. The frequency analyzer extracts a plurality of frequency components from the vibration detected by the vibration sensor 151 of the engine 7 through the filter 39. The frequency switching unit switches the frequency band extracted by the frequency analyzer according to the operating state of the engine 7. The background level estimation unit acquires a background level estimation value of each frequency component of vibration of the engine 7 based on the operating state of the engine 7. The smoothing unit subtracts the background level estimation value of each frequency component from each frequency component and then smoothes each frequency component after the subtraction, and the background estimation of each frequency component to each smoothed frequency component The background level of the vibration of the engine 7 is calculated by adding the values. The correction unit changes the smoothing process in the smoothing unit when the frequency switching unit switches the frequency band. The knocking index calculation unit calculates a knocking determination index of the engine 7 based on each frequency component and the background level of each frequency component. The determination unit determines whether knocking has occurred in the engine 7 by comparing the knocking index with a determination threshold value.

これにより、過渡運転時においてバックグラウンドレベルを算出する際の追従性が高まり、平滑化処理を強くかけることができる。これにより、過渡運転時におけるノッキングの誤判定を抑制すると共に、エンジンの定常運転または過渡運転を問わずに正確なバックグラウンドレベルを算出することができ、ノッキングの検出精度を向上させて、誤判定を抑制することができる。   Thereby, the followability at the time of calculating a background level at the time of transient operation increases, and a smoothing process can be applied strongly. As a result, erroneous determination of knocking during transient operation can be suppressed, and an accurate background level can be calculated regardless of whether the engine is in steady operation or transient operation. Can be suppressed.

特に、振動センサ151の周波数成分からバックグラウンドレベル推定値を予め減算した上で加重平均し、その後にバックグラウンドレベル推定値を足し戻す。これにより、加重平均処理では、バックグラウンドレベルBGLiの過渡変動が除外されるので、その過渡変動に伴う算出遅れと、これを原因とするノッキング誤検出とを抑制することができる。周波数帯の切替え後の加重平均の値を更新してバックグラウンドレベルBGLiを算出することによって、バックグラウンドレベルBGLiの精度が向上し、ノック検出の精度を高めることができる。したがって、全ての運転状態で点火時期を最適に制御することが可能となる。   In particular, the background level estimation value is subtracted from the frequency component of the vibration sensor 151 in advance and then subjected to a weighted average, and then the background level estimation value is added back. Thereby, in the weighted average process, the transient fluctuation of the background level BGLi is excluded, so that it is possible to suppress the calculation delay associated with the transient fluctuation and the knocking erroneous detection caused by this. By updating the weighted average value after switching the frequency band and calculating the background level BGLi, the accuracy of the background level BGLi is improved and the accuracy of knock detection can be increased. Therefore, it is possible to optimally control the ignition timing in all operating states.

さらに、補正部は、周波数切替え部が周波数帯を切替える毎に、平滑化部における平滑化処理を変更するので、周波数の変化に対するバックグラウンドレベルBGLiの追従性が高まり、平滑化処理を強くかけることができ、過渡運転時におけるノッキングの誤判定を抑制することができる。   Furthermore, since the correction unit changes the smoothing process in the smoothing unit every time the frequency switching unit switches the frequency band, the followability of the background level BGLi with respect to the change in frequency is increased, and the smoothing process is strongly applied. Thus, erroneous determination of knocking during transient operation can be suppressed.

さらに、補正部は、周波数帯の切替え前に変化塚される各周波数成分を、周波数帯の切替え後に平滑化される各周波数成分に置き換えるので、過渡運転時でもバックグラウンドレベルBGLiを更新することができ、周波数の変化にバックグラウンドレベルBGLiを追従させることができる。   Furthermore, since the correction unit replaces each frequency component that is changed before the frequency band is switched with each frequency component that is smoothed after the frequency band is switched, the background level BGLi can be updated even during transient operation. The background level BGLi can follow the change in frequency.

さらに、バックグラウンドレベル推定値は、複数の周波数成分から成るマップに基づいて算出されるので、マップを参照するだけでバックグラウンドレベルBGLiの推定値を容易に算出することができる。   Furthermore, since the background level estimated value is calculated based on a map made up of a plurality of frequency components, the estimated value of the background level BGLi can be easily calculated simply by referring to the map.

実施例2に係るCPU(ノッキング検出装置)9について、実施例1との相違を中心に説明する。   A CPU (knocking detection device) 9 according to the second embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

図16は、実施例2に係るフィルタ39の周波数帯の切替え後の平滑化処理の補正の流れを示す図である。   FIG. 16 is a diagram illustrating a flow of correction of the smoothing process after switching the frequency band of the filter 39 according to the second embodiment.

(図16:ステップS700)
CPU29は、S401のバックグラウンドレベル推定値(基本BGL)を予め振動センサ151が検出した信号成分から差し引くことによって、加重平均演算用のBGLi(今回値)を算出する。
(FIG. 16: Step S700)
The CPU 29 calculates BGLi (current value) for weighted average calculation by subtracting the background level estimated value (basic BGL) in S401 from the signal component detected by the vibration sensor 151 in advance.

(図16:ステップS701)
CPU29は、エンジン7の運転状態に応じ、S501においてバンドパスフィルタで抽出する周波数帯を切替えたかを判定する。
(FIG. 16: Step S701)
The CPU 29 determines whether the frequency band to be extracted by the band pass filter has been switched in S501 according to the operating state of the engine 7.

(図16:ステップS702)
CPU29は、S701において周波数帯が切替わったと判定された場合(S701:YES)、S701で選択した周波数成分に対応するバックグラウンドレベルBGLi(前回値)を0に更新する。さらに、更新する加重平均の値は、周波数切替え後にバックグラウンドレベルBGLiが収束する収束時間が更新する前の値よりも短い値とする。
(FIG. 16: Step S702)
If it is determined in S701 that the frequency band has been switched (S701: YES), the CPU 29 updates the background level BGLi (previous value) corresponding to the frequency component selected in S701 to 0. Further, the weighted average value to be updated is set to a value shorter than the value before the convergence time at which the background level BGLi converges after frequency switching is updated.

(図16:ステップS703)
CPU29は、周波数の切替え後に所定時間が経過したか否か判定する。所定時間は、エンジン7の運転状態に応じて予め定めておいてもよく、また、加重平均の重みに応じた値でもよい。
(FIG. 16: Step S703)
The CPU 29 determines whether a predetermined time has elapsed after the frequency is switched. The predetermined time may be determined in advance according to the operating state of the engine 7, or may be a value corresponding to a weighted average weight.

(図16:ステップS704)
CPU29は、S703で所定時間が経過していないと判定された場合(S703:NO)、BGLi(前回値)の重みWpをWheavyに、BGLi(今回値)WcをWlightに代入する。このとき、Wheavy>Wlightとし、Wp+Wc=1、Wp>=0、Wc>=0とする。
(FIG. 16: Step S704)
When it is determined in S703 that the predetermined time has not elapsed (S703: NO), the CPU 29 substitutes the weight Wp of BGLi (previous value) into Wheavy and BGLi (current value) Wc into Wlight. At this time, Wheavy> Wlight, Wp + Wc = 1, Wp> = 0, and Wc> = 0.

(図16:ステップS705)
CPU29は、S703で所定時間が経過したと判定された場合(S703:YES)、BGLi(前回値)の重みWpをWlightに、BGLi(今回値)WcをWheavyに更新する。
S704およびS705で加重平均の重みを設定する際は、重みを経時変化させてもよい。
(FIG. 16: Step S705)
When it is determined in S703 that the predetermined time has elapsed (S703: YES), the CPU 29 updates the weight Wp of BGLi (previous value) to Wlight and the BGLi (current value) Wc to Wheavy.
When setting the weighted average weight in S704 and S705, the weight may be changed over time.

(図16:ステップS706)
CPU29は、次式で示す加重平均処理を行う。
BGLi=(BGLi(前回値)×Wp+BGLi(今回値)×Wc)
(FIG. 16: Step S706)
The CPU 29 performs a weighted average process represented by the following equation.
BGLi = (BGLi (previous value) × Wp + BGLi (current value) × Wc)

本実施例によれば、補正部は、周波数帯の切替え前に平滑化される各周波数成分よりも周波数帯の切替え後に平滑化される各周波数成分の重みを所定時間が経過するまで軽くして平滑化部における平滑化処理を実行するので、ノイズを抑制することができ、ノッキングの検出精度を向上させることができる。   According to the present embodiment, the correction unit reduces the weight of each frequency component smoothed after the frequency band is switched from the frequency component smoothed before the frequency band is switched until a predetermined time elapses. Since the smoothing process in the smoothing unit is executed, noise can be suppressed and the knocking detection accuracy can be improved.

<変形例>
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。さらに、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をすることができる。
<Modification>
In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Furthermore, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

以上の実施例において、CPU29(周波数分析部、周波数切替え部、バックグラウンドレベル推定部、平滑化部、ノッキング指標算出部、判定部に相当)がソフトウェアを実行することによってノッキング検出のための各ステップを実施することを説明した。しかし、同等の機能を回路デバイス等のハードウェアに実装してもよい。例えば、周波数分析と、平滑化と、マップデータから推定値を取得する処理と、ノック指標Iの算出と、閾値I02の判定とのうち、いずれか1以上を、回路デバイスに実装してもよい。   In the above embodiment, each step for detecting knocking by the CPU 29 (corresponding to a frequency analysis unit, a frequency switching unit, a background level estimation unit, a smoothing unit, a knocking index calculation unit, and a determination unit) is executed. Explained the implementation. However, an equivalent function may be implemented in hardware such as a circuit device. For example, one or more of frequency analysis, smoothing, processing for obtaining an estimated value from map data, calculation of a knock index I, and determination of a threshold value I02 may be implemented in a circuit device. .

シリンダブロックに取り付けられた振動センサ151からの出力は、例えば、エンジン7の回転数や負荷の上昇によって増大する特性を持っている。これは、エンジン7内でのピストンスラッジ等のメカニカルノイズや燃焼モード変化に起因する。したがって、ステップS103において、シリンダ毎に異なる周波数成分を選択することもできる。   The output from the vibration sensor 151 attached to the cylinder block has a characteristic that increases with an increase in the rotational speed or load of the engine 7, for example. This is due to mechanical noise such as piston sludge in the engine 7 and combustion mode change. Therefore, in step S103, a different frequency component can be selected for each cylinder.

振動センサ151は、インジェクタ16が動作することに起因するインジェクタノイズを取得するため、インジェクタ16を作動させる期間をサンプリングウインドウとしてセットし、そのウインドウ内でインジェクタノイズを取得する。このインジェクタノイズは、ノック指標を算出する際に不要であるので、除去することが望ましい。そこで、想定されるインジェクタノイズを記述したデータを予めROM22等に格納しておき、CPU29は、サンプリングウインドウ内における振動センサ151の検出結果からそのインジェクタノイズを減算してもよい。これにより、CPU29は、インジェクタノイズに影響されることなく、ノック指標を正確に算出することができる。   In order to acquire injector noise resulting from the operation of the injector 16, the vibration sensor 151 sets a period for operating the injector 16 as a sampling window, and acquires the injector noise within the window. Since this injector noise is unnecessary when calculating the knock index, it is desirable to remove it. Therefore, data describing the assumed injector noise may be stored in advance in the ROM 22 or the like, and the CPU 29 may subtract the injector noise from the detection result of the vibration sensor 151 in the sampling window. As a result, the CPU 29 can accurately calculate the knock index without being affected by the injector noise.

バックグラウンドレベルの推定値を記述したマップデータには、標準的なバックグラウンドレベルが記述されているので、バックグラウンドレベルの過渡的な変動については、同マップデータ内に記述しないことが望ましい。例えば、エンジン7の回転数やエンジン負荷が急増したときに、バックグラウンドレベルも急増することが想定される。しかし、そのような急変するバックグラウンドレベルBGLiについては、マップデータ内に記述しないこととする。具体的には、バックグラウンドレベルBGLiの変動率が、ある範囲以内のもののみマップデータ内に記述することが望ましい。   Since the standard background level is described in the map data in which the estimated value of the background level is described, it is desirable not to describe the transient fluctuation of the background level in the map data. For example, when the rotation speed of the engine 7 or the engine load increases rapidly, it is assumed that the background level also increases rapidly. However, such a rapidly changing background level BGLi is not described in the map data. Specifically, it is desirable to describe in the map data only those with a fluctuation rate of the background level BGLi within a certain range.

振動センサ151の検出結果から抽出した周波数成分は、必ずしも全て抽出する必要はなく、例えば、代表的な周波数成分のみ抽出し、他の周波数成分は、補間処理によって補うこともできる。補間処理のための演算式は、例えば、試験結果等に基づき予め定めておくことができる。これにより、周波数成分を抽出するための演算負荷を抑制することができる。   It is not always necessary to extract all the frequency components extracted from the detection result of the vibration sensor 151. For example, only representative frequency components can be extracted, and other frequency components can be supplemented by interpolation processing. An arithmetic expression for the interpolation processing can be determined in advance based on, for example, a test result. Thereby, the calculation load for extracting a frequency component can be suppressed.

以上の実施例においては、バックグラウンドレベルBGLiに対する周波数成分の比率(S/N比)を、その周波数成分のノック指標として算出している。しかし、比率に代えてバックグラウンドレベルに対する差分をノック指標として用いてもよい。   In the above embodiment, the ratio (S / N ratio) of the frequency component to the background level BGLi is calculated as a knock index for the frequency component. However, the difference with respect to the background level may be used as a knock index instead of the ratio.

CPU9は、複数のCPU20,29を備えている必要はなく、一方のCPUが他方のCPUを兼ねた単一のCPUでもよい。   The CPU 9 does not need to include a plurality of CPUs 20 and 29, and may be a single CPU in which one CPU also serves as the other CPU.

7:エンジン、9:コントロールユニット、39:フィルタ、151:振動センサ
7: Engine, 9: Control unit, 39: Filter, 151: Vibration sensor

Claims (5)

内燃機関の振動センサが検出した振動からフィルタを介して複数の周波数成分を抽出する周波数分析部と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記周波数分析部が抽出する周波数帯を切替える周波数切替え部と、
前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関の振動の各周波数成分のバックグラウンドレベル推定値を取得するバックグラウンドレベル推定部と、
前記各周波数成分から当該各周波数成分の前記バックグラウンドレベル推定値を減算した後にその減算後の各周波数成分を平滑化し、該平滑化した各周波数成分に前記各周波数成分の前記バックグラウンド推定値を合算することによって前記内燃機関の振動の各周波数成分のバックグラウンドレベルを算出する平滑化部と、
前記周波数切替え部が前記周波数帯を切替えたときに、前記平滑化部における平滑化処理を変更する補正部と、
前記各周波数成分と当該各周波数成分のバックグラウンドレベルとに基づき前記内燃機関のノッキング指標を算出するノッキング指標算出部と、
前記ノッキング指標を判定閾値と比較することによって前記内燃機関にノッキングが生じているか否かを判定する判定部とを備える内燃機関のノッキング検出装置。
A frequency analysis unit that extracts a plurality of frequency components from a vibration detected by a vibration sensor of the internal combustion engine through a filter;
A frequency switching unit that switches a frequency band extracted by the frequency analysis unit according to an operating state of the internal combustion engine;
A background level estimation unit that obtains a background level estimation value of each frequency component of vibration of the internal combustion engine based on the operating state of the internal combustion engine;
After subtracting the background level estimation value of each frequency component from each frequency component, each frequency component after the subtraction is smoothed, and the background estimation value of each frequency component is added to each smoothed frequency component. A smoothing unit that calculates a background level of each frequency component of the vibration of the internal combustion engine by adding together,
A correction unit that changes a smoothing process in the smoothing unit when the frequency switching unit switches the frequency band; and
A knocking index calculating unit that calculates a knocking index of the internal combustion engine based on each frequency component and a background level of each frequency component;
A knocking detection apparatus for an internal combustion engine, comprising: a determination unit that determines whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine by comparing the knocking index with a determination threshold value.
前記補正部は、前記周波数切替え部が前記周波数帯を切替える毎に、前記平滑化部における平滑化処理を変更する、
請求項1に記載のノッキング検出装置。
The correction unit changes the smoothing process in the smoothing unit each time the frequency switching unit switches the frequency band.
The knock detection device according to claim 1.
前記補正部は、前記周波数帯の切替え前に平滑化される各周波数成分を、前記周波数帯の切替え後に平滑化される各周波数成分に置き換える、
請求項1記載のノッキング検出装置。
The correction unit replaces each frequency component smoothed before switching the frequency band with each frequency component smoothed after switching the frequency band,
The knock detection device according to claim 1.
前記補正部は、前記周波数帯の切替え前に平滑化される各周波数成分よりも前記周波数帯の切替え後に平滑化される各周波数成分の重みを所定時間が経過するまで軽くして、前記平滑化部における前記平滑化処理を実行する、
請求項1記載のノッキング検出装置。
The correction unit reduces the weight of each frequency component that is smoothed after switching of the frequency band to be lower than the frequency component that is smoothed before switching of the frequency band until a predetermined time elapses. Performing the smoothing process in the unit,
The knock detection device according to claim 1.
前記バックグラウンドレベル推定値は、前記複数の周波数成分から成るマップに基づいて算出される、
請求項1記載のノッキング検出装置。
The background level estimate is calculated based on a map composed of the plurality of frequency components.
The knock detection device according to claim 1.
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