JP4335244B2 - 内燃機関用ノック制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用ガソリンエンジンなどの内燃機関のノッキング（以下、「ノック」という）を検出する内燃機関用ノック制御装置に関し、特にノック信号の処理精度を向上させて信頼性を改善した内燃機関用ノック制御装置に関するものである。

従来、この種の内燃機関用ノック制御装置としては、内燃機関に発生する振動を検出するノックセンサと、ノックセンサ信号から異なる周波数帯域の信号を抽出する複数のフィルタ回路と、内燃機関の運転状態に応じて複数のフィルタ回路のいずれか１つの出力を選択し、選択したフィルタ回路の出力信号レベルに基づいて内燃機関のノックの有無を検出する装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

一般に、内燃機関に発生するノック振動は、内燃機関の運転状態の違い（たとえば、高速運転状態または低速運転状態）によって、フィルタ回路で抽出される特定周波数帯域のノック信号のレベルおよびノイズ状態が異なり、ノック検出に適した周波数帯域が異なることが知られている。
たとえば、高速運転状態においては、低速運転状態よりもノック周波数帯域が高くなりかつノック振動レベルが大きくなる。

したがって、上記特許文献１に記載された装置では、各運転状態でノック検出性が最適となるように、異なる周波数帯域のノック信号を抽出する複数のフィルタ回路を設け、その都度の運転状態に見合ったフィルタ回路の出力を選択することにより、内燃機関のノックの有無を高い信頼性で検出するようになっている。

また、他の従来装置として、ノック特有の周波数帯域のノック信号を抽出するスイッチトキャパシタを含むスイッチトキャパシタフィルタ回路を設け、スイッチトキャパシタフィルタ回路へのスイッチング駆動周波数を調整して、信号を通過させる周波数帯域を変更することにより、簡単な回路構成の内燃機関用ノック制御装置も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

さらに、他の従来装置として、信号通過周波数帯域を変更した後に、ノックの有無判定用のバックグランドレベルを演算する内燃機関用ノック制御装置も提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
なお、バックグランドレベルは、ノック信号を平均化したものであり、このバックグランドレベルに基づいて、ノック有無を判定するためのノック判定値が演算される。

しかしながら、特許文献３のようにバックグランドレベルを演算しても、信号通過周波数帯域を変更した場合には、各周波数帯域のノック信号のレベルの違いにより、周波数切換え後にバックグランドレベルが安定するまでに遅延時間を要するので、この遅延時間の間においては、ノックの有無を正常に判定することはできない。

特開昭５６−６３７号公報 特開平５−３０６６４５号公報 特許第３３４１３９１号公報

従来の内燃機関用ノック制御装置では、特許文献１のように内燃機関の運転状態などによって複数のフィルタ回路出力の１つを選択するか、または特許文献２のようにフィルタ回路の周波数帯域を変更する場合に、特許文献３のようにノック有無判定用のバックグランドレベルを演算しても、各周波数帯域のノック信号のレベルの違いにより、バックグランドレベルが安定するまでに遅延時間を要するので、フィルタ周波数の切換え後の遅延時間の間においては、ノックの有無を正常に判定することができないという課題があった。

すなわち、フィルタ回路におけるなまし量を小さく設定するか、またはバックグランドレベルの更新量を大きく設定すると、フィルタ周波数の切換え前後のノック信号のレベルの差が大きい場合に、バックグランドレベルが安定するまでに或る程度の遅延時間を要することから、ノック有無の検出精度が低下する期間が存在することになる。

また、バックグランドレベルの更新量を大きく設定する場合に、バックグランドレベルを即座に適正レベルにするように大きな更新量を設定すると、更新量は絶対電圧で設定されるので、個々のノックセンサの出力レベルのばらつきに起因して、更新量の過不足を生じて、ノック検出精度の低下を招く可能性があるという課題があった。

また、たとえばノックセンサのセンタ特性に対し、ノックセンサの出力レベルが１／２のものに対しては、更新量も１／２に設定する必要があり、ノックセンサの出力レベルが２倍のものに対しては、更新量も２倍にする必要があるので、ノックセンサの出力レベルのばらつきに対する更新量の適正値の設定が困難になるという課題があった。
さらに、ノックセンサ出力に対してバックグランドレベルの変化が敏感になるので、過渡応答による精度悪化を招く可能性があるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、フィルタ周波数切換え後に、バックグランドレベルの演算更新量を大きく（または、なまし量を小さく）して安定までの遅延時間を短縮し、フィルタ周波数の切換え直後のバックグランドレベルと安定後のバックグランドレベルとの差を少なくすることにより、内燃機関の運転状態などに応じてフィルタ回路の周波数が切換えられる場合でも、フィルタ周波数の切換え直後にフィルタ後のノック信号に基づいて迅速に高精度で適正な判定レベルを設定し、常に安定した精度の高いノック検出を維持することのできる内燃機関用ノック制御装置を得ることを目的とする。

この発明による内燃機関用ノック制御装置は、内燃機関に発生する振動をノックセンサ信号として検出するノックセンサと、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、ノックセンサ信号を調整後の増幅率で増幅するゲイン調整回路と、ゲイン調整回路を介したノックセンサ信号から特定のフィルタ周波数の帯域のノック信号を抽出するフィルタ回路と、内燃機関の運転状態に応じてゲイン調整回路の増幅率を切換えるゲイン切換手段と、内燃機関の運転状態に応じてフィルタ回路の抽出帯域となるフィルタ周波数を切換えるフィルタ周波数切換手段と、フィルタ回路により抽出されたノック信号に基づいて内燃機関のノックの有無を検出するノック検出手段とを備えた内燃機関用ノック制御装置において、ゲイン切換手段は、フィルタ周波数切換手段によるフィルタ周波数の切換え前後でフィルタ回路により抽出された各ノック信号のレベルが同一となるように、ゲイン調整回路の増幅率を切換える内燃機関用ノック制御装置において、フィルタ周波数の切換え前後でフィルタ回路により抽出された各ノック信号のレベルを学習するノックレベル学習手段をさらに備え、ゲイン切換手段は、ノックレベル学習手段により学習されたレベルに基づいて、フィルタ周波数の切換え前後でフィルタ回路により抽出された各ノック信号のレベルが同一となるようにゲイン調整回路の増幅率を切換えるものである。

この発明によれば、内燃機関の運転状態などに応じてフィルタ回路の周波数が切換えられる場合でも、フィルタ周波数の切換え直後にフィルタ後のノック信号に基づいて迅速に高精度で適正な判定レベルを設定し、常に安定した精度の高いノック検出を維持することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関用ノック制御装置１０を内燃機関１とともに示すブロック図である。

図１において、内燃機関用ノック制御装置１０は、ノックセンサ２と、ゲイン調整回路３と、スイッチトキャパシタフィルタ回路（以下、単に「フィルタ回路」という）４と、ピークホールド回路５と、各種センサ６と、マイコン１１とを備えている。
各種センサ６は、図示を省略するが、周知のクランク角センサ（回転センサとしても機能する）などを含む。

マイコン１１は、入出力Ｉ／Ｆ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するＣＰＵからなり、Ａ／Ｄポート１２と、バックグランドレベル演算手段１３と、ノック検出手段１４と、ノックレベル学習手段１５と、フィルタ周波数切換手段１６と、ゲイン切換手段１７と、運転状態検出手段１８と、点火制御手段１９とを構成している。

内燃機関（エンジン）１に取り付けられたノックセンサ２は、内燃機関１に発生する振動をノックセンサ信号Ｖｎとして検出し、内燃機関１の振動レベルに応じたノックセンサ信号Ｖｎを出力する。
ノックセンサ２から出力されたノックセンサ信号Ｖｎは、ゲイン調整回路３およびフィルタ回路４を介して、フィルタ後のノック信号Ｖｆに変換され、さらにピークホールド回路５を介して、ノックレベルに対応したピークホールド値Ｖｐに変換された後、マイコン１１内のＡ／Ｄポート１２を介して、ノック検出手段１４およびゲイン切換手段１７に入力される。

各種センサ６は、内燃機関１の運転状態（後述するエンジン回転速度ＮＥなどの情報を含む）を示す検出情報をマイコン１１内の運転状態検出手段１８に入力する。
また、運転状態検出手段１８により検出された運転状態は、ノックレベル学習手段１５、フィルタ周波数切換手段１６、ゲイン切換手段１７および点火制御手段１９に入力される。

マイコン１１内において、バックグランドレベル演算手段１３は、フィルタ回路４により抽出されたノック信号Ｖｆのピークホールド値Ｖｐに基づいて、バックグランドレベルＢＧＬを演算し、バックグランドレベルＢＧＬの演算値をノック検出手段１４およびノックレベル学習手段１５に入力する。
ノック検出手段１４は、ピークホールド値ＶｐとバックグランドレベルＢＧＬとの比較に基づいて内燃機関１のノックの有無を検出する。

フィルタ周波数切換手段１６は、内燃機関１の運転状態に応じて、フィルタ回路４の抽出帯域となるフィルタ周波数Ｆを切換えるためのフィルタ周波数設定信号Ｃｆを出力する。
ゲイン切換手段１７は、内燃機関１の運転状態に応じて、ゲイン調整回路３の増幅率を切換えるためのゲイン設定信号Ｃｇを出力する。
このとき、ゲイン切換手段１７は、フィルタ周波数切換手段１６によるフィルタ周波数Ｆの切換え前後でフィルタ回路４により抽出された各ノック信号Ｖｆのレベル（ピークホールド値Ｖｐ）が同一となるように、ゲイン調整回路３の増幅率を切換える。

ノックレベル学習手段１５は、フィルタ周波数Ｆの切換え前後でフィルタ回路４により抽出された各ノック信号Ｖｆのレベル（ピークホールド値Ｖｐ）に基づくバックグランドレベルＢＧＬを学習する。
また、ノックレベル学習手段１５は、ノック検出手段１４により内燃機関１のノック発生が検出された場合には、各ノック信号Ｖｆのレベルの学習処理を禁止する。

ゲイン切換手段１７は、ノックレベル学習手段１５により学習されたレベルに基づいて、フィルタ周波数Ｆの切換え前後でフィルタ回路４により抽出された各ノック信号Ｖｆのレベルが同一となるようにゲイン調整回路３の増幅率を切換える。
また、ノック検出手段１４は、ノックレベル学習手段１５による各ノック信号Ｖｆのレベルの学習未完了時には、フィルタ周波数切換手段１６による周波数切換え後の第１の所定時間にわたって、内燃機関１のノックの有無の検出処理を禁止する。

点火制御手段１９は、内燃機関１の運転状態に応じたタイミングで、点火信号Ｐを出力して内燃機関１の点火時期を制御する。
このとき、点火制御手段１９は、ノックレベル学習手段１５による各ノック信号Ｖｆのレベルの学習実行時には、内燃機関１の点火時期をリタード側に制御する。
また、点火制御手段１９は、ノックレベル学習手段１５による各ノック信号Ｖｆのレベルの学習未完了時には、フィルタ周波数切換手段１６による周波数切換え後の第２の所定時間にわたって、内燃機関１の点火時期をリタード側に制御する。

ゲイン調整回路３は、ゲイン切換手段１７からのゲイン設定信号Ｃｇに応じて調整された増幅ゲインで、ノックセンサ信号Ｖｎを増幅する。
すなわち、ノックセンサ信号Ｖｎは、ゲイン調整回路３において、マイコン１１の制御下で調整後の増幅率で増幅された後、フィルタ回路４に入力される。

なお、図示を省略するが、ゲイン調整回路３は、ノックセンサ信号Ｖｎを増幅するアンプと、増幅率調整用のスイッチング素子とから構成されており、ゲイン調整回路３の増幅率（ゲインＧ）は、ゲイン設定信号Ｃｇによりスイッチング素子の駆動時間が変更されることによって調整されるようになっている。

フィルタ回路４は、ゲイン調整回路３を介したノックセンサ信号Ｖｎから特定のフィルタ周波数Ｆの帯域のノック信号Ｖｆを抽出する。
このとき、フィルタ回路４は、フィルタ周波数切換手段１６からのフィルタ周波数設定信号Ｃｆに応じたフィルタ周波数帯域のノックセンサ信号Ｖｎをノック信号Ｖｆとして通過させる。

なお、図示を省略するが、フィルタ回路４は、ノックセンサ信号Ｖｎから特定周波数成分を抽出するためのコンデンサと、ＯＮ／ＯＦＦ動作によって抵抗を実現するスイッチング素子とから構成されており、フィルタ回路４のフィルタ周波数Ｆは、フィルタ周波数設定信号Ｃｆによりスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ周期が変更されることによって変更されるようになっている。
また、ピークホールド回路５は、マイコン１１からのリセット信号Ｒｓに応答して、周期的にリセットされる。

次に、図１に示したこの発明の実施の形態１に係る内燃機関用ノック制御装置１０による具体的な処理動作について説明する。
ノックセンサ信号Ｖｎは、まずゲイン調整回路３において信号レベルが調整され、続いてフィルタ回路４において、ノック発生時の振動に対応した特有の周波数信号成分がノック信号Ｖｆとして抽出される。
このとき、ゲイン調整回路３のゲインＧおよびフィルタ回路４で抽出されるフィルタ周波数Ｆは、マイコン１１からのゲイン設定信号Ｃｇおよびフィルタ周波数設定信号Ｃｆにより可変設定される。

さらに、ピークホールド回路５において、ノック信号Ｖｆのレベルがピークホールド値Ｖｐとして生成される。
このとき、ピークホールド回路５には、内燃機関１の回転信号または点火信号Ｐに同期したリセット信号Ｒｓがマイコン１１から入力されており、ピークホールド回路５は、リセット信号Ｒｓに応答して、ピークホールド値Ｖｐを生成またはリセットする。
したがって、マイコン１１は、ピークホールド値Ｖｐがリセットされる直前に、Ａ／Ｄポート１２を介した入力情報を読み込むことにより、所定区間内のピークホールド値Ｖｐをノック信号Ｖｆのレベルとして検出することできる。

マイコン１１内のバックグランドレベル演算手段１３は、所定タイミングごとに読み込んだノック信号Ｖｆのピークホールド値Ｖｐ（レベル）を平均化処理し、バックグランドレベルＢＧＬを演算する。
このとき、バックグランドレベルＢＧＬは、前回バックグランドレベルＢＧＬ［ｉ−１］と、ノック信号Ｖｆのピークホールド値Ｖｐと、バックグランドレベルＢＧＬの反映係数ｋ１とを用いて、たとえば以下の式（１）のように演算される。

ＢＧＬ＝（１−ｋ１）×ＢＧＬ［ｉ−１］＋ｋ１×Ｖｐ ・・・（１）

続いて、ノック検出手段１４は、式（１）で演算されたバックグランドレベルＢＧＬを増幅した後、オフセットを加算してノック判定レベルを演算し、ノック信号Ｖｆのピークホールド値Ｖｐをノック判定レベルと比較することにより、内燃機関１にノックが発生したか否かを判定する。
そして、ノックが発生した（Ｖｐ＞ノック判定レベル）と判定された場合には、ノック判定信号を点火制御手段１９に入力し、ノックを抑制するために、内燃機関１の点火時期（点火信号Ｐの出力タイミング）を所定量だけ遅角制御する。

次に、図２および図３のタイミングチャートを参照しながら、フィルタ周波数設定信号Ｃｆによりフィルタ回路４のフィルタ周波数Ｆを７ｋＨｚから１４ｋＨｚに切換えたときの一般的な挙動について、具体的に説明する。
図２および図３においては、上から順に、内燃機関１の点火信号Ｐ、フィルタ回路４を介して抽出されたノック信号Ｖｆ、ピークホールド回路５から生成されたピークホールド値Ｖｐ、ピークホールド値Ｖｐから演算されたバックグランドレベルＢＧＬが示されている。

また、図２、図３において、ピークホールド値Ｖｐ（ノック信号Ｖｆのレベル）は、点火信号ＰがＯＦＦされるタイミングからピーク値のホールド処理が開始され、点線で示した各タイミングでリセットされる場合が示されている。
また、ノック信号Ｖｆを通過させるフィルタ周波数Ｆは、破線で示した時刻ｔ１で切換えられる場合が示されている。

図２において、ノック信号Ｖｆは、周波数帯域によって出力レベルが異なるので、フィルタ周波数Ｆが７ｋＨｚから１４ｋＨｚに切換えられてから、ノック信号Ｖｆのピークホールド値Ｖｐを平均化して演算されるバックグランドレベルＢＧＬが安定するまでには、遅延時間τが発生する。

遅延時間τの間においては、バックグランドレベルＢＧＬに基づくノック判定レベルの演算精度が悪化するので、ノック誤検出を招く可能性があり、ノック検出手段１４によるノック判定が実質的に困難になる。
このとき、フィルタ周波数Ｆの切換え前後でのノック信号Ｖｆの出力レベルの差が大きい（たとえば図２参照）ほど、フィルタ周波数Ｆの切換え直後のノック判定レベルの演算精度悪化の程度が大きくなる。

一方、図３に示すように、フィルタ周波数Ｆの切換え前後でフィルタ回路４により抽出されたノック信号Ｖｆのレベルがほぼ同一であれば、バックグランドレベルＢＧＬが安定するまでの遅延時間τ（図２参照）をなくすことができる。

したがって、図３のように遅延時間τを解消するため、ゲイン切換手段１７は、フィルタ回路４のフィルタ周波数Ｆの切換えタイミングｔ１と同時に、フィルタ周波数Ｆの切換え前後でのフィルタ回路４により抽出されたノック信号Ｖｆのレベル（ピークホールド値Ｖｐ）が同一となるように、ゲイン設定信号Ｃｇを出力する。
これにより、ゲイン調整回路３内の増幅率調整用のスイッチング素子の駆動時間が切換えられ、ゲイン調整回路３の増幅率は、フィルタ周波数Ｆの切換後もノック信号Ｖｆのレベルが同一となるように調整され、フィルタ周波数Ｆの切換え直後から安定したバックグランドレベルＢＧＬが得られるようになる。

次に、図４のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１によるゲイン設定信号Ｃｇおよびフィルタ周波数設定信号Ｃｆの生成処理について、概略的に説明する。
なお、ここでは、内燃機関１の運転状態を示す情報として、各種センサ６に含まれる回転センサからの回転信号（たとえば、クランク角信号）を用いており、マイコン１１には、エンジン回転速度ＮＥを示す回転信号が入力されるものとする。

また、図４においては、理解しやすいように簡略的に示しているが、フィルタ周波数ＦおよびゲインＧの切換設定は、運転状態に応じて複数段階で実行してもよい。
図４において、まず、運転状態検出手段１８は、回転センサからのパルス信号周期に基づいてエンジン回転速度ＮＥを演算し（ステップ４０１）、エンジン回転速度ＮＥの演算値を、ノックレベル学習手段１５、フィルタ周波数切換手段１６、ゲイン切換手段１７および点火制御手段１９に入力する。

続いて、フィルタ周波数切換手段１６およびゲイン切換手段１７は、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度よりも小さいか否かを判定する（ステップ４０２）。
このとき、所定回転速度は、高速運転状態の判定基準に対応した回転速度（たとえば、４０００ｒｐｍ）に設定されている。
なお、ここでは、フィルタ周波数切換手段１６およびゲイン切換手段１７のみの処理動作に注目しており、ノックレベル学習手段１５の処理動作については後述する。

ステップ４０２において、ＮＥ＜所定回転速度（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、フィルタ周波数切換手段１６およびゲイン切換手段１７は、低速運転状態における設定処理を行う。
すなわち、フィルタ回路４およびゲイン調整回路３にフィルタ周波数設定信号Ｃｆおよびゲイン設定信号Ｃｇを出力し、フィルタ周波数ＦおよびゲインＧとして、それぞれ低速運転状態に対応した第１のフィルタ周波数設定値Ｆａおよび第１のゲイン設定値Ｇａを設定し（ステップ４０３）、図４の処理ルーチンを終了する。

一方、ステップ４０２において、ＮＥ≧所定回転速度（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、フィルタ周波数切換手段１６およびゲイン切換手段１７は、高速運転状態における設定処理を行う。
すなわち、フィルタ回路４およびゲイン調整回路３にフィルタ周波数設定信号Ｃｆおよびゲイン設定信号Ｃｇを出力し、フィルタ周波数ＦおよびゲインＧとして、それぞれ高速運転状態に対応した第２のフィルタ周波数設定値Ｆｂ（＞Ｆａ）および第２のゲイン設定値Ｇｂ（＜Ｇａ）を設定し（ステップ４０４）、図４の処理ルーチンを終了する。

つまり、高速運転時においては、低速運転時の第１のゲイン設定値Ｇａよりも低い第２のゲイン設定値Ｇｂにより、ノック振動レベルの増大を相殺させるとともに、低速運転時の第１のフィルタ周波数設定値Ｆａよりも高い第２のフィルタ周波数設定値Ｆｂにより、高効率にノック信号Ｖｆを取得する。

なお、ステップ４０３、４０４において設定される第１および第２のフィルタ周波数設定値Ｆａ、Ｆｂは、フィルタ周波数切換手段１６から出力されるフィルタ周波数設定信号Ｃｆの信号周期に対応する。
また、ステップ４０３、４０４において設定される第１および第２のゲイン設定値Ｇａ、Ｇｂは、ゲイン切換手段１７から出力されるゲイン設定信号Ｃｇのデューティ値に対応する。

フィルタ回路４およびゲイン調整回路３内の各スイッチング素子は、フィルタ周波数設定信号Ｃｆおよびゲイン設定信号Ｃｇに応じて駆動され、これにより、ゲイン調整回路３の増幅率（ゲインＧ）およびフィルタ回路４のフィルタ周波数Ｆは、ステップ４０３で設定された第１の設定値Ｆａ、Ｇａ、またはステップ４０４で設定された第２の設定値Ｆｂ、Ｇｂに対応した値となる。
第１および第２のゲイン設定値Ｇａ、Ｇｂは、第１および第２のフィルタ周波数設定値Ｆａ、Ｆｂによる切換え前後でフィルタ回路４から抽出されるノック信号Ｖｆのレベルが同一となるように、ゲイン調整回路３の増幅率を設定するようになっている。

以上のように、フィルタ周波数Ｆの切換え前後でのノック信号Ｖｆのレベルが同一となるように、ゲイン調整回路３の増幅率（ゲインＧ）を設定することにより、図３に示したように、バックグランドレベルＢＧＬが安定するまでの遅延時間τ（図２参照）がなくなるので、フィルタ周波数Ｆの切換え直後のバックグランドレベルＢＧＬの精度悪化を防止することができ、ノック検出手段１４において迅速に適正なノック判定レベルを設定することができる。

また、ゲイン調整回路３において、ノックセンサ信号Ｖｎの増幅率（ゲインＧ）を切換えることにより、フィルタ周波数Ｆの切換え前後でフィルタ回路４から抽出された各ノック信号Ｖｆのレベルを一致させているので、ノックセンサ２の個々の出力レベルにばらつきが生じたとしても、フィルタ周波数Ｆの切換え前後でのノック信号Ｖｆのレベルに違いが発生することはない。

なお、図４においては、ゲイン調整回路３のゲインＧ（増幅率）およびフィルタ回路４のフィルタ周波数Ｆの切換え処理を１回のみ実行する場合を示しているが、前述した通り、内燃機関１の運転状態に応じて複数回の切換え処理を実行してもよい。
また、ゲイン調整回路３のゲインＧ（増幅率）の切換え処理と、フィルタ回路４のフィルタ周波数Ｆの切換え処理とを、ステップ４０３、４０４において同期して実行しているが、同一のフィルタ周波数内で適切なノック信号Ｖｆのレベルレンジを確保するために、非同期で切換え処理を実行してもよい。
さらに、内燃機関１の運転状態を示す信号として、エンジン回転速度ＮＥを用いたが、エンジン負荷状態を示す空気充填量やインマニ圧力（吸気管内圧力）などを用いてもよい。

次に、図５のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１によるノックレベル学習手段１５を含めた処理動作について説明する。
ノックレベル学習手段１５は、前述した通り、フィルタ回路４におけるフィルタ周波数Ｆの切換え前後の各ノック信号Ｖｆのレベルを学習する。

第１および第２のゲイン設定値Ｇａ、Ｇｂは、あらかじめエンジン評価に応じて設定された値であり、個々の内燃機関１のばらつきや経年変化などを考慮すると、前述のように内燃機関１の振動レベルの違いに起因して、フィルタ周波数Ｆの切換え前後でのフィルタ回路４により抽出されたノック信号Ｖｆのレベルに違いが発生することが予想される。
また、フィルタ回路４におけるフィルタ周波数Ｆの切換え前後でのノック信号Ｖｆのレベルの違いは、フィルタ周波数Ｆの切換え直後のバックグランドレベルＢＧＬの演算精度が低下する方向に影響を及ぼす。

マイコン１１内のノックレベル学習手段１５は、フィルタ周波数Ｆの切換え運転領域付近での各フィルタ周波数設定値Ｆａ、Ｆｂにおいて、フィルタ回路４により抽出された各ノック信号Ｖｆのピークホールド値Ｖｐ（レベル）を学習する。
具体的には、ノックレベル学習手段１５は、ピークホールド値Ｖｐに基づいて演算されたバックグランドレベルＢＧＬを学習し、各フィルタ周波数設定値Ｆａ、Ｆｂに対応した学習値に基づいて、あらかじめ設定されているゲイン設定値Ｇに対して補正を施すことにより、内燃機関１の個々のばらつきや経年変化などによるノック信号Ｖｆのレベルの違いをなくすようになっている。

ただし、ノック発生状態においては、ノック信号Ｖｆのレベルが上昇しており、正規のノック信号Ｖｆのレベルを学習することができないので、ノック信号Ｖｆのレベル学習処理は、ノックが発生していない安定状態のみで実行する必要がある。
したがって、ノックレベル学習手段１５による学習処理は、ノック周波数の変化に対応したフィルタ周波数Ｆの切換え付近で、ノックが発生していない状態のみにおいて実行される。

図５はノック信号Ｖｆのレベル学習動作を示しており、ステップ５０１は、前述（図４参照）のステップ４０１と同様の処理であり、ステップ５１３〜５１５は、それぞれ、前述（図４参照）のステップ４０２〜４０４の処理に対応している。

図５において、まず、運転状態検出手段１８は、回転センサからのパルス入力信号からエンジン回転速度ＮＥを演算し（ステップ５０１）、エンジン回転速度ＮＥの演算値を、ノックレベル学習手段１５、フィルタ周波数切換手段１６、ゲイン切換手段１７および点火制御手段１９に入力する。

続いて、ノックレベル学習手段１５は、エンジン回転速度ＮＥが、低速運転領域に対応した第１の速度範囲内にあるか否か、すなわち第１の所定回転速度Ｎａから第２の所定回転速度Ｎｂ（＞Ｎａ）までの間にあるか否かを判定する（ステップ５０２）。
ここで、第２の所定回転速度Ｎｂは、前述（図４参照）の所定回転速度（たとえば、４０００ｒｐｍ）に対応する。

ステップ５０２において、エンジン回転速度ＮＥが第１の速度範囲内を示し、Ｎａ≦ＮＥ＜Ｎｂ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、ノック検出手段１４からノック発生状態を示す判定結果が入力されているか否かを判定する（ステップ５０３）。

なお、ノック検出手段１４からは、前述した通り、ノック判定レベルよりもノック信号Ｖｆのレベル（ピークホールド値Ｖｐ）が高い場合に、ノック発生状態を示す判定結果が生成される。
ステップ５０３において、ノックが発生していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、第１の速度範囲内の運転領域にあるバックグランドレベルＢＧＬのフィルタ処理値を、ノック信号Ｖｆのレベルの学習値ＬＡとして演算する（ステップ５０４）。
学習値ＬＡは、前回学習値ＬＡ［ｉ−１］、バックグランドレベルＢＧＬおよび学習反映係数ｋ２を用いて、以下の式（２）のように演算される。

ＬＡ＝（１−ｋ２）×ＬＡ［ｉ−１］＋ｋ２×ＢＧＬ ・・・（２）

また、式（２）の演算実行ごとに、ノック信号Ｖｆのレベルの学習回数ＮＬＡを、前回学習回数ＮＬＡ［ｉ−１］からインクリメントして、ＮＬＡ＝ＮＬＡ［ｉ−１］＋１とし（ステップ５０５）、次の高速運転状態判定処理（ステップ５０６）に進む。

一方、ステップ５０２において、エンジン回転速度ＮＥが第１の速度範囲内にない（すなわち、ＮＯ）と判定された場合、または、ステップ５０３において、ノック発生状態にある（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合には、上記ステップ５０４、５０５の処理を実行せずに、ステップ５０６に進む。

ステップ５０６においては、エンジン回転速度ＮＥが、高速運転領域に対応した第２の速度範囲内にあるか否か、すなわち第２の所定回転速度Ｎｂから第３の所定回転速度Ｎｃ（＞Ｎｂ）までの間にあるか否かを判定する。
ステップ５０６において、エンジン回転速度ＮＥが第２の速度範囲内を示し、Ｎｂ≦ＮＥ＜Ｎｃ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、ノック検出手段１４からノック発生状態を示す判定結果が入力されているか否かを判定する（ステップ５０７）。

ステップ５０７において、ノックが発生していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、第２の速度範囲内の運転領域にあるバックグランドレベルＢＧＬのフィルタ処理値を、ノック信号Ｖｆのレベルの学習値ＬＢとして演算する（ステップ５０８）。
学習値ＬＢは、前回学習値ＬＢ［ｉ−１］、バックグランドレベルＢＧＬおよび学習反映係数ｋ３を用いて、以下の式（３）のように演算される。

ＬＢ＝（１−ｋ３）×ＬＢ［ｉ−１］＋ｋ３×ＢＧＬ ・・・（３）

また、式（３）の演算実行ごとに、ノック信号Ｖｆのレベルの学習回数ＮＬＢを、前回学習回数ＮＬＢ［ｉ−１］からインクリメントして、ＮＬＢ＝ＮＬＢ［ｉ−１］＋１とし（ステップ５０９）、次の学習回数判定処理（ステップ５１０）に進む。
なお、式（３）において、学習反映係数ｋ３は、式（２）内の学習反映係数ｋ２と同一値であってもよい。

一方、ステップ５０６において、エンジン回転速度ＮＥが第２の速度範囲内にない（すなわち、ＮＯ）と判定された場合、または、ステップ５０７において、ノックが発生している（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合には、上記ステップ５０８、ステップ５０９の処理を実行せずに、ステップ５１０に進む。

ステップ５１０においては、ノック信号Ｖｆのレベルの学習回数ＮＬＡが第１の所定回数αよりも大きく、かつ、学習回数ＮＬＢが第２の所定回数βよりも大きいか否かを判定する。なお、第１および第２の所定回数α、βは同一値であってもよい。
ステップ５１０において、ＮＬＡ＞α、かつ、ＮＬＢ＞β（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、以下の式（４）のように、ノック信号Ｖｆのレベルに対する補正係数Ｋを演算する（ステップ５１１）。

Ｋ＝ＬＡ／ＬＢ ・・・（４）

ここで、低速運転状態での学習値ＬＡと高速運転状態での学習値ＬＢとの関係は、一般に、ＬＡ＜ＬＢを満たすので、補正係数Ｋは、０＜Ｋ＜１の範囲内の値となる。
一方、ステップ５１０において、ＮＬＡ≦α、または、ＮＬＢ≦β（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、補正係数Ｋの値を「１」に固定設定する（ステップ５１２）。

次に、フィルタ周波数切換手段１６およびゲイン切換手段１７は、エンジン回転速度ＮＥが第２の所定回転速度Ｎｂよりも小さいか否かを判定する（ステップ５１３）。
ステップ５１３において、ＮＥ＜Ｎｂ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、フィルタ周波数切換手段１６は、フィルタ周波数Ｆとして第１のフィルタ周波数設定値Ｆａを設定し、また、ゲイン切換手段１７は、ゲインＧとして第１のゲインＧａを設定して（ステップ５１４）、図５の処理ルーチンを終了する。

一方、ステップ５１３において、ＮＥ≧Ｎｂ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、フィルタ周波数切換手段１６は、フィルタ周波数Ｆとして第２のフィルタ周波数設定値Ｆｂを設定し、また、ゲイン切換手段１７は、ゲインＧとして、以下の式（２）による演算値を設定して（ステップ５１５）、図５の処理ルーチンを終了する。

Ｇ＝Ｇｂ×Ｋ ・・・（５）

これにより、高速運転状態におけるゲイン調整回路３のゲインＧは、学習値ＬＡ、ＬＢに基づく補正係数Ｋ（＜１）により、さらに抑制される。
以上のように、フィルタ周波数Ｆの切換え前後の各ノック信号Ｖｆのレベルを学習し、各学習値ＬＡ、ＬＢに基づく補正係数Ｋを用いてゲインＧを補正することにより、個々の内燃機関１の差によるばらつきや経年変化などによるノック信号Ｖｆのレベルの違いを補正することができ、フィルタ周波数Ｆの切換え直後のバックグランドレベルＢＧＬの精度を確保することができる。

なお、図５においては、エンジン回転速度ＮＥが第１または第２の速度範囲内にあるときにノック信号Ｖｆのレベルの学習処理を実行したが、他の運転状態を考慮して、たとえば負荷条件、エンジン回転速度ＮＥの変化量、負荷の変化量を用いた運転状態の定常判定、または内燃機関１の冷却水温条件などを、学習処理の実行条件に追加することにより、ノック信号Ｖｆのレベルの学習精度を確保してもよい。

また、ノック信号Ｖｆのレベルの学習値ＬＡ、ＬＢの精度を確保するために、ノック発生時にはノックレベル学習手段１５の学習処理を実行しない構成としたが、ノック信号Ｖｆのレベルの学習時においては、内燃機関１の点火時期をリタード側に制御して、ノックの発生を防止してもよい。
これにより、ノックレベル学習手段１５による学習処理の禁止条件が解除されるので、さらに確実にノック信号Ｖｆのレベルの学習処理を実行することができる。

また、図５において、高速運転状態における補正係数Ｋによる第２のゲイン設定値への反映処理（ステップ５１５）は、各学習値ＬＡ、ＬＢの学習回数ＮＬＡ、ＮＬＢが所定回数α、βよりも大きい場合のみに実行され、学習回数ＮＬＡ、ＮＬＢが所定回数α、β以下の場合には、Ｋ＝１に固定設定している。
これにより、各学習値ＬＡ、ＬＢが安定して正確な値となった時点で補正係数Ｋを反映させることができる。

また、各学習値の学習回数ＮＬＡ、ＮＬＢが所定回数α、βに満たない状態では、内燃機関１の個々のばらつきや経年変化に起因して、フィルタ周波数Ｆの切換え前後のノックセンサ２の信号レベル違いが避けられないので、学習回数ＮＬＡ、ＮＬＢが所定回数α、β以下の状態では、ノック検出手段１４は、フィルタ周波数Ｆの切換え実行後の第１の所定時間にわたって、ノック検出を禁止する。
これにより、ノック誤検出を回避することができる。

さらに、各学習値の学習回数ＮＬＡ、ＮＬＢが所定回数α、β以下の状態において、点火制御手段１９は、フィルタ周波数Ｆの切換え実行後の第２の所定時間にわたって、内燃機関１の点火時期をリタード側に制御する。
これにより、ノックの発生を確実に防止することができる。

以上説明したように、この発明による内燃機関用ノック制御装置１０によれば、ゲイン切換手段１７は、フィルタ周波数切換手段１６によるフィルタ周波数Ｆの切換え前後のノック信号Ｖｆのレベルが同一となるように、ゲイン調整回路３の増幅率（ゲインＧ）を切換えるので、フィルタ周波数Ｆの切換え直後のバックグランドレベルＢＧＬの精度低下を防止することができ、迅速に適正なノック判定レベルを設定して正確なノック検出を実現することができる。

また、ノックレベル学習手段１５は、フィルタ周波数Ｆの切換え前後のノック信号Ｖｆのレベルを学習し、ゲイン切換手段１７は、学習されたレベルに基づき、フィルタ周波数切換手段１６によるフィルタ周波数Ｆの切換え前後のノック信号Ｖｆのレベルが同一となるように、ゲイン調整回路３の増幅率（ゲインＧ）を切換えるので、内燃機関１の個々のばらつきや経年変化によるフィルタ周波数Ｆの切換え前後でのノック信号Ｖｆのレベルの違いを補正することができる。

また、ノック信号Ｖｆのレベルの学習時において、点火制御手段１９は、内燃機関１の点火時期をリタード側に制御するので、確実にノック信号Ｖｆのレベルを学習することできる。
また、ノック信号Ｖｆのレベルの学習処理が完了していない状態において、ノック検出手段１４は、フィルタ周波数Ｆの切換え後の第１の所定時間にわたってノック検出を禁止するので、ノック誤検出を回避することができる。
さらに、フィルタ周波数Ｆの切換え後の第２の所定時間にわたって、点火制御手段１９は、内燃機関１の点火時期をリタード側に制御するので、確実にノック発生を回避することができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関用ノック制御装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１によるフィルタ後のノック信号を示す波形図である。 この発明の実施の形態１によるフィルタ後のノック信号を示す波形図である。 この発明の実施の形態１によるフィルタ周波数およびゲインの設定処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるノック信号のレベルの学習処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関、２ ノックセンサ、３ ゲイン調整回路、４ フィルタ回路（スイッチトキャパシタフィルタ回路）、５ ピークホールド回路、６ 各種センサ、１０ 内燃機関用ノック制御装置、１１ マイコン、１３ バックグランドレベル演算手段、１４ ノック検出手段、１５ ノックレベル学習手段、１６ フィルタ周波数切換手段、１７ ゲイン切換手段、１８ 運転状態検出手段、１９ 点火制御手段、ＢＧＬ バックグランドレベル、Ｃｆ フィルタ周波数設定信号、Ｃｇ ゲイン設定信号、Ｆ フィルタ周波数、Ｆａ 第１のフィルタ周波数設定値、Ｆｂ 第２のフィルタ周波数設定値、Ｇ ゲイン、Ｇａ 第１のゲイン設定値、Ｇｂ 第２のゲイン設定値、Ｋ 補正係数、ＬＡ、ＬＢ 学習値、ＮＥ エンジン回転速度、Ｐ 点火信号、Ｒｓ リセット信号、Ｖｆ ノック信号、Ｖｎ ノックセンサ信号、Ｖｐ ピークホールド値（ノック信号のレベル）。

Claims (5)

1. 内燃機関に発生する振動をノックセンサ信号として検出するノックセンサと、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記ノックセンサ信号を調整後の増幅率で増幅するゲイン調整回路と、
   前記ゲイン調整回路を介したノックセンサ信号から特定のフィルタ周波数の帯域のノック信号を抽出するフィルタ回路と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記ゲイン調整回路の増幅率を切換えるゲイン切換手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記フィルタ回路の抽出帯域となるフィルタ周波数を切換えるフィルタ周波数切換手段と、
   前記フィルタ回路により抽出されたノック信号に基づいて前記内燃機関のノックの有無を検出するノック検出手段とを備え、
   前記ゲイン切換手段は、前記フィルタ周波数切換手段による前記フィルタ周波数の切換え前後で前記フィルタ回路により抽出された各ノック信号のレベルが同一となるように、前記ゲイン調整回路の増幅率を切換える内燃機関用ノック制御装置において、
   前記フィルタ周波数の切換え前後で前記フィルタ回路により抽出された各ノック信号のレベルを学習するノックレベル学習手段をさらに備え、
   前記ゲイン切換手段は、前記ノックレベル学習手段により学習されたレベルに基づいて、前記フィルタ周波数の切換え前後で前記フィルタ回路により抽出された各ノック信号のレベルが同一となるように前記ゲイン調整回路の増幅率を切換えることを特徴とする内燃機関用ノック制御装置。
2. 前記ノックレベル学習手段は、前記ノック検出手段により前記内燃機関のノック発生が検出された場合には、前記各ノック信号のレベルの学習処理を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ノック制御装置。
3. 前記ノック検出手段は、前記ノックレベル学習手段による前記各ノック信号のレベルの学習未完了時には、前記フィルタ周波数切換手段による周波数切換え後の第１の所定時間にわたって、前記内燃機関のノックの有無の検出処理を禁止することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用ノック制御装置。
4. 前記内燃機関の点火時期を制御する点火制御手段を備え、
   前記点火制御手段は、前記ノックレベル学習手段による前記各ノック信号のレベルの学習実行時には、前記点火時期をリタード側に制御することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関用ノック制御装置。
5. 前記内燃機関の点火時期を制御する点火制御手段を備え、
   前記点火制御手段は、前記ノックレベル学習手段による前記各ノック信号のレベルの学習未完了時には、前記フィルタ周波数切換手段による周波数切換え後の第２の所定時間にわたって、前記点火時期をリタード側に制御することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関用ノック制御装置。

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