JP4499330B2 - ノッキング識別のための方法 - Google Patents

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Description

【0001】
本発明は、請求項1の上位概念による、内燃機関におけるノッキング識別のための方法に関する。
【0002】
技術状況
ノッキング制御機能を備えた内燃機関において、ノッキングセンサを用い、このセンサが送出する出力信号によって、ノッキングを引き起こす燃焼が生じているか否かを識別することは公知である。ノッキング識別のために、例えば固体伝播音センサが用いられる。この場合には、ただ1つのノッキングセンサを有する実施形態、エンジンブロックの所定の位置に配置された2つのノッキングセンサを有する実施形態、またはシリンダ毎に1つのノッキングセンサを有する実施形態がある。ノッキングセンサが送出する信号を評価する際の問題は、ノッキングに起因する信号をその他のノイズにより生じた信号から分離することにある。ノッキング信号もバックグラウンド信号も、内燃機関のさまざまな動作条件に依存しているので、ノッキングの評価を内燃機関の回転数に依存して行うことは既に公知である。
【0003】
DE-P 43 32 711から公知のノッキング識別のための装置では、2つのノッキングセンサの出力信号がノッキング識別のためにどのように処理されるかが説明されている。そこでは、マイクロプロセッサにおいて、先行するノッキング信号から基準レベルが形成され、これら基準レベルは、処理されたノッキング信号に相当する現在の出力信号と比較される。この信号が基準レベルを超える場合には、ノッキングが識別され、例えば、点火の相応の制御が行われる。この制御により、後続の燃焼において、ノッキングがもはや生じないことが保証される。バックグラウンド信号とノッキング信号の回転数依存性を考慮し、最適なノッキング識別を行うことができるように、基準レベルが回転数に依存して変更される。回転数の上昇に伴って、基準レベルも引き上げられる。
【0004】
発明の利点
請求項1の特徴を備えた、本発明によるノッキング識別のための方法は、ノイズの強度に関係なく、内燃機関の作動領域全体に亘って、信頼性のあるノッキング識別が可能であるという利点を有している。この利点は、通常の基準レベルの追従に加えて、動特性が存在する場合の基準レベルの追従、とりわけノイズが激しく増大する内燃機関のための基準レベルの追従の改良を実行することにより得られる。平均以上にノイズが広がるエンジンの場合でも、または平均以上にノイズが増大する領域においても、ノッキングが誤って識別されてしまうことはない。というのも、この場合でも、有利には基準レベルの適合が行われるからである。
【0005】
本発明の別の利点は、従属請求項において示された措置により得られる。この場合に、特に有利なのは、動特性が存在する場合の基準レベルの追従の改良によって、基準レベルのより迅速な追従が可能になることである。この迅速な追従は、動特性が存在する場合の対応する係数を通常のケースに比べて低減することで維持される。
【0006】
図面
本発明を図示し、後続の説明においてより詳細に説明する。
【0007】
図1は、本発明によるノッキング識別のための方法を実行する、ノッキング識別のための装置の可能な実施例を詳細に示している。図2および3には、本発明による2つのノッキング識別方法が流れ図として示されており、図4はさまざまな基準レベルの経過を示している。
【0008】
説明
図1に示された、内燃機関におけるノッキング識別のための装置の実施形態では、2つのノッキングセンサ10,11、例えば固体伝播音センサが内燃機関のエンジンブロック12の所定の位置に配置されている。ノッキングセンサ10,11は信号S1,S2を送出し、これらの信号は、エンジンノイズにも、場合により存在する障害ノイズにも、場合により存在するノッキングノイズにも依存する。信頼性のあるノッキング識別のためには、信号成分を分離しなければならない。このために、ノッキングセンサ10,11の信号S1およびS2は、評価装置13で適切な方法でさらに処理され、評価装置13の出力側に、ノッキングの有無を識別する信号S3が発生する。
【0009】
評価装置13は、分離した回路として構成されているか、またはマイクロ計算機の構成要素であってもよい。評価回路13は、例えば内燃機関の制御装置内に集積される。評価装置13の信号S3をさらに処理するマイクロ計算機14は、例えば制御装置のマイクロプロセッサである。ノッキングの有無を識別する信号S3に依存して、マイクロ計算機14は、点火装置15および/または噴射装置16を制御し、これによって内燃機関の個々のシリンダの燃焼の経過を閉ループ制御する。
【0010】
内燃機関の最適な制御のために、マイクロプロセッサ14には、例えばスロットルバルブセンサのようなセンサ17から送出される別の信号が供給される。もちろん任意の個数のセンサが可能である。これらセンサの出力信号は、相応の処理の後、マイクロ計算機に供給され、このマイクロ計算機によって処理される。図1による実施例では、信号供給はそのつどE1およびE2と表示された入力側を介して行われる。出力側としては、出力側A1、A2およびA3が表示されている。
【0011】
評価装置13で本来のノッキング識別が行われる。評価装置13は、選択された実施例では、設定可能な増幅係数を有する少なくとも1つの増幅器18を含んでいる。この増幅器18には、ノッキングセンサ10および11から送出された信号S1およびS2が供給される。その際に、現在燃焼しているシリンダにソフトウェアを介して指定されているシリンダの出力信号が、そのつど供給される。接続されている帯域フィルタ19では、ノッキング特有の周波数を有する信号成分が優先されるように、増幅された信号が濾波される。この帯域フィルタには、復調回路20、例えば整流器が接続されている。復調回路20により送出された信号は、積分器21でランアップ積分され、積分された信号KIはコンパレータ22の第1の入力側に送られる。
【0012】
コンパレータ22の他方の入力側には、基準信号または基準レベルRefが供給される。この基準レベルは、例えば低域フィルタ23を使用して、所定の方法で処理されたノッキングセンサ信号の平均化によって形成される。基準レベルの実際の値がどのように形成されるか、およびこの実際値がどんな値をとるかが、本発明の核心であり、以下の明細書でより詳細に説明される。
【0013】
評価装置13の個々の素子の詳細な構成は、本発明の理解にとって重要ではないので、より詳細には述べない。評価装置13は、デジタル評価装置として、例えばマイクロプロセッサとして一体的に実現することもできる。
【0014】
図1に示された装置を使用して、ノッキング識別は以下のように進行する。ノッキングセンサ10,11は、内燃機関に起因するノイズを記録し、相応の信号S1およびS2を評価装置13に送出する。これらの信号は、適切な方法で濾波および増幅される。積分されたノッキング信号KIを基準レベルRefと比較することにより、ノッキングの有無を識別する信号S3が形成される。
【0015】
固体伝播音センサとして機能するノッキングセンサを有する内燃機関におけるノッキング識別の詳細な方法は、例えば図2に示された経過のダイアグラムを使用して説明される。この実施例では、第1のステップSCH1において、現在の燃焼のノイズikrを求める。このノイズikrから、ステップSCH3において、同じシリンダの複数の燃焼を介して求められたノイズ、いわゆる基準レベルrkrに対する、現在の燃焼のノイズikrの比virkrを形成する。これに先行して、ステップSCH2では、基準レベルrkr(old)を読み込む。
【0016】
ステップSCH4では、ステップSCH3で計算された比virkrがノッキング識別閾値keより大きいか否かを調べる。この比virkr=ikr/rkr(old)がノッキング識別閾値keを超える場合には、ノッキングが識別され、信号KLが送出される。したがってまた、ikrがrkr(old)*keより大きい場合には、ノッキングが識別され、相応の信号KLが送出される、とも言える。
【0017】
ノッキングのない動作における基準レベルrkr(old)の計算は、ステップSCH4でvirkrがkeより大きいことが識別された場合に、ステップSCH5において、式:
rkr(new)=(1−1/KRFTP)*rkr(old)+1/KRFTP*ikr
に従って行われる。
【0018】
量KRFTPはいわゆる追従係数と呼ばれるものである。追従係数は、適切な方法で、内燃機関に特有に適合させることができる。
【0019】
このようにして形成された新しい基準レベルrkr(new)は、ノッキングのない内燃機関の基本ノイズを表している。プログラムの次の流れにおいては、ステップSCH5で計算された基準レベルrkr(new)は、ステップSCH6において基準レベルrkr(old)として用いられ、比virkrの次の計算のために使用される。ステップSCH4において、燃焼がノッキングを起こしていることが検出された場合には、この燃焼に対して測定されたノイズikrは基準レベルrkrに完全には算入されない。ノッキングが生じているケースにおける算入がどのように行われるかは、動特性の有無に依存している。このために、ステップSCH7では、内燃機関が動的な作動状態にあるか否かを調べる。動特性の識別のために、例えば、回転数が著しく変化しているかどうかをチェックする。
【0020】
動特性が存在しない場合には、係数keで割ることにより、測定されたノイズikrの算入を行い、ノッキングノイズによる基準レベルrkrの上昇を回避する。この場合には、基準レベルの新しい値rkr(new)は、ステップSCH8において、式
rkr(new)=(1−1/KRFTP)*rkr(old)+1/KRFTP*(ikr/ke)
に従って計算される。
【0021】
原則的に、ノッキングを引き起こす燃焼の算入を放棄することはできない。というのも、ノッキングを引き起こす燃焼のノイズは、動特性が存在する場合には、内燃機関の自然なノイズの増大を含んでおり、これに応じてともに識別されなければならないからである。
【0022】
動特性が存在する場合の基本ノイズの急速かつ激しい増大が識別ミスにつながらないように、したがって比較的音の大きい燃焼が急に間違ってノッキングとして識別されないように、動特性の持続に対して2つの措置が講じられる。基準レベルの追従を比較的小さな係数KRFTPの選択によって迅速化し、ノッキング識別閾値を上げる。
【0023】
誤ったノッキング識別に対するこれらの対抗措置にも関わらず、内燃機関またはエンジンにおいて、平均以上のノイズの増大、例えば連続的なピストンの振動による識別ミスが起こることがある。しかしながら、間違ってノッキングとして識別された燃焼は、基準レベルrkrへの算入の際に、上で説明した、現在の燃焼のノイズの係数keによる重みづけのゆえに、計算された基本ノイズrkrの追従を不当に遅延させてしまう。実際の基本ノイズと計算された基本ノイズの間のこの食い違いは、引き続きさらなる識別ミスにつながる。どのノッキング識別も最終的には点火角調整を遅延させるので、間違って識別されたノッキングは、相応の出力損失および効率損失につながる。この遅延は、識別ミスの場合には、まったく不要なものである。それゆえ本発明によれば、今までに説明した基準レベルの計算は、ステップSCH7で動特性が識別された場合には、別の方法によって実行される。この方法によって、識別ミスは減少し、同時に依然として本当のノッキングの識別は保証される。
【0024】
動特性のケースであるか否かに依存して、新しい基準レベル値が、ステップSCH8で定められる式に従ってか、またはステップSCH9で定められる式に従って実現される。ステップSCH6では、基準レベルの古い値rkr(old)をそのつど新しい値rkr(new)で置き換え、これをステップSCH3で比の形成に再使用する。
【0025】
説明した方法はそれゆえ、ノッキングが識別された際、すなわち本当のノッキングの識別または識別ミスの際に、動特性のケースにおける基準レベルrkr(new)の計算を変更された式に従って行う。この式は次の通りである。
【0026】
rkr(new)=(1−1/KRFTP)*rkr(old)+1/KRFTP*(rkr(old)*ke)
ここで量rkr(old)*keは、未だノッキングとして識別されないようなノイズレベルに直接的に対応している。それゆえ、動特性と非動特性を区別しない方法とは違って、基準レベルの追従のための比較的大きい値が算入される。この値は、しかしながら、求められたノイズレベルから確定される。基準レベル決定のためのこの方法によって、間違ったノッキング識別およびこれに伴う不必要な出力損失と効率損失を防ぐことができる。
【0027】
図3には、本発明の別の実施例が示されており、この実施例では、動特性が存在する場合の基準レベルの追従が考慮される。この方法と図2に示された方法との違いは、付加的なステップSCH10である。ステップSCH10は、付加的な閾値問合せを内容としている。ステップSCH4でノッキングが識別され、ステップSCH7で動特性が識別されると(本当のノッキングが識別されるか、または識別ミス)、ステップSCH10がこれに続いて実行される。その際に、値virkrは閾値ke*(KRRPN*(ke−1)+1)と比較される。ここで、係数KRRPNは値域(0,1)をとることができ、閾値ke*(KRRPN*(ke−1)+1)はkeとkeの間にある。この閾値が超過されていない場合には、基準レベルは、ステップSCH9で定められた式によって計算される。この式は次の通りである。
【0028】
rkr(new)=(1−1/KRFTP)*rkr(old)+1/KRFTP*(rkr(old)*ke)
これに対してこの閾値が比virkrによってどんなに超過されても、新しい基準値の計算のためには、ステップSCH8で定められた式を使用する。この式は、今までノッキングが識別された場合に使用していた式と一致する。この式は次の通りである。
【0029】
rkr(new)=(1−1/KRFTP)*rkr(old)+1/KRFTP*(ikr/ke)
このさらなる可変閾値の導入によって、KRRPN=0で、基準レベルの追従の従来の特性を実現することができ、これに対してKRRPN=1で、最大限に迅速な基準レベルの追従を達成することができる。この最大限に迅速な基準レベルの追従は、回転数動特性が存在し、急速にノイズが増大する内燃機関またはエンジンにおいて有利である。これによって、比較的長い期間に亘って動特性が存在する場合の識別ミスの蓋然性、ならびに識別ミスと結び付いた出力損失および効率損失が低減される。
【0030】
図4には、シミュレーションによって求められた、以下の量の経過に対する実施例が示されている。
【0031】
virkr_P:現在の燃焼のノイズikrと同じシリンダの直前の燃焼のノイ
ズの平均値との比
kekref:ノッキング識別の閾値
rkrref:基準レベル=直前の燃焼の移動平均値
eingangneu:現在の基準レベルの計算に使用する値
ikrref:現在の燃焼のノイズ
係数KRRPNに対しては、そのつど、値0(図4a)、0.5(図4b)および1.0(図4c)が選択されている。B_k1によって、ノッキングが識別されている(ハイレベル)か否(ローレベル)かが表される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるノッキング識別のための方法を実行する、ノッキング識別のための装置の可能な実施例を詳細に示す。
【図2】 本発明によるノッキング識別方法を流れ図として示す。
【図3】 本発明によるノッキング識別方法を流れ図として示す。
【図4a】 基準レベルの経過を示す。
【図4b】 基準レベルの経過を示す。
【図4c】 基準レベルの経過を示す。

Claims (4)

  1. 少なくとも1つのノッキングセンサおよび該ノッキングセンサに後置接続された評価装置を有する内燃機関におけるノッキング識別のための方法であって、
    前記評価装置は少なくとも1つの比較手段を有し、
    該比較手段は、前記ノッキングセンサの処理された出力信号を、前記ノッキングセンサの先行する出力信号に依存して形成される可変の基準レベルと比較し、
    前記基準レベルは低域フィルタを介して前記比較手段に供給され、
    前記比較手段は、比較の結果に依存してノッキングを識別する形式の方法において、
    基準レベルを少なくとも3つの異なる方法によって形成する、その際、ノッキングが確認されない場合には、第1の方法を使用し、ノッキングが確認され、かつ前記内燃機関の動特性が閾値を超えていない場合には、第2の方法を使用し、ノッキングが確認され、かつ前記内燃機関の動特性が閾値を超えている場合には、第3の方法を使用する、ことを特徴とするノッキング識別のための方法。
  2. 基準値rkr(new)を次の式のうちの1つ、すなわち、
    1:rkr(new)=(1−1/KRFTP)*rkr(old)+1/KRFTP*ikr、第1の方法の場合、
    2:rkr(new)=(1−1/KRFTP)*rkr(old)+1/KRFTP*(ikr/ke)、第2の方法の場合、
    3:rkr(new)=(1−1/KRFTP)*rkr(old)+1/KRFTP*(rkr(old)*ke)、第3の方法の場合
    のうちの1つに従って計算する、ここで、前記rkr(old)は先行する基準値であり、前記KRFTPは追従係数であり、前記ikrは現在の燃焼のノイズであり、前記keは係数である、請求項1記載の方法。
  3. 現在のノッキング値ikrと前記先行する基準レベルrkr(old)との比virkrが所定の値keを超えた場合に、ノッキングが識別される、請求項1または2記載の方法。
  4. 基準レベルrkrの形成の際に、前記比virkrが閾値ke*(KRRPN*(ke−1)+1)より大きいか否かも付加的に考慮し、
    前記keはノッキング識別の閾値であり、前記KRRPNは、0と1の間の値を有する係数である、請求項1からのいずれか1項記載の方法。
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