JP4583477B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関の気筒内のエンドガスの自己着火により発生する圧力波に起因するノックを制御する内燃機関の制御装置に関するものである。
内燃機関（以下、エンジンと称する）にノックが発生すると、特有の共鳴周波数成分を有する振動が発生する。そこで、この振動を検出することによりノックの発生を判定することができる。従来、ノックセンサから出力されるノックセンサ信号に対して、複数の周波数帯に於いてノックセンサ信号のＡ／Ｄ変換後の値を所定個数毎に区切って高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと称す）を実施することでノック検出ウィンドウ内での各周波数帯のスペクトルを演算し、更に、各周波数帯でのスペクトルのピーク値を夫々演算してそれらのピーク値を基にノック制御を実施する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
又、ノックセンサから出力されるノックセンサ信号に対して、複数の周波数帯に於いてノックセンサ信号のＡ／Ｄ変換後の値を所定個数毎に区切ってＦＦＴを実施することでノック検出ウィンドウ内での各周波数帯のスペクトルを演算し、更に、各周波数帯でのスペクトルの積分値をそれぞれ演算し、それらの積分値を基にノック制御を実施する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
図４は、前述の従来の装置を説明する説明図で、（Ａ）は各周波数帯のスペクトルのピーク値を基に演算されるノック検出量の挙動、（Ｂ）は各周波数帯のスペクトルの積分値を基に演算されるノック検出量の挙動、（Ｃ）はノック遅角量の挙動、（Ｄ）はノック遅角量反映後の点火時期の挙動、を夫々示している。図４の（Ａ）に示すノック検出量ＮＰは、ノックセンサ信号のスペクトルのピーク値を所定のスレッショルド値から引いた値（但し、所定のスレッショルド値から引いた値が負の場合はゼロとする）として演算され、図４の（Ｂ）に示すノック検出量ＮＩは、ノックセンサ信号の積分値を所定のスレッショルド値から引いた値（但し、所定のスレッショルド値から引いた値が負の場合はゼロとする）として演算される。
ノック検出量がゼロより大きければ、ノック検出量の大きさに応じてノック遅角量が遅角側（ノック遅角量が増加する側）に更新され、各周波数帯のスペクトルのピーク値を基に演算されるノック検出量ＮＰの場合のノック遅角量の挙動は、図４の（Ｃ）に一点鎖線ＮＰＡで示すようになり、一方、各周波数帯のスペクトルの積分値を基に演算されるノック検出量ＮＩの場合のノック遅角量の挙動は、図４の（Ｃ）に破線ＮＩＡで示すようになる。つまり、ノック検出量ＮＰ、ＮＩがゼロより大きければ、ノックありと判定し、ノック遅角量が増大することになる。
特許文献１及び特許文献２に夫々示される従来の技術を単純に併用した場合、つまり、ノック検出量ＮＰとノック検出量ＮＩを単純に併用した場合、ノック遅角量の挙動は、図４の（Ｃ）に実線ＮＰＩＡで示す通りとなる。
尚、ノック検出量がゼロの場合はノックなしと判定され、ノックなしの期間が所定期間継続するたびにノック遅角量は進角側（ノック遅角量が減少する側）に更新される。そして、図４の区間Ｃに示されるように、ピーク値を基に演算されるノック検出量ＮＰと積分値を基に演算されるノック遅角量ＮＩとでその大きさが異なっている。これは、ピーク値と積分値の値の違いと、夫々の所定の閾値の違いによるものであり、その結果として図４の（Ｃ）に示すようにノック遅角量の大きさが、ＮＰＡ、ＮＩＡのように両者で異なってくる。
ここで、図４の（Ｃ）に於ける区間Ａ、Ｂでのノック遅角量の挙動に注視すると、先ず、区間Ａでは積分値を基に演算されるノック検出量ＮＩがゼロより大きいので、積分値を基に演算されるノック遅角量ＮＩＡは増加していき、ピーク値を基に演算されるノック検出量ＮＰがゼロなのでピーク値を基に演算されるノック遅角量ＮＰＡは減少していく。但し、区間Ａではピーク値を基に演算されるノック遅角量ＮＰＡの方が積分値を基に演算されるノック遅角量ＮＩＡよりも大きくなっている。区間Ａでは、積分値を基にノックありと判定されているので、ノック遅角量を大きくしてノックを回避するようにすべきところである。
しかし、前述の従来技術を単純に併用して両者で演算されるノック遅角量のうちの大きい方を基にノック制御を実施した場合では、ピーク値を基に演算されるノック遅角量ＮＰＡが選択され、区間Ａではノックありと判定されるにも関わらずノック遅角量ＮＰＩＡが減少していき、その結果として図４の（Ｄ）に示すように、従来技術を単純に併用した場合では区間Ａにおいてノックありと判定されるにも関わらず点火時期（ノック遅角量反映後）が進角側に制御されることとなる。
尚、図４の（Ｄ）に於いて、ＴＰは、前述の従来技術を単純に併用した場合のノック遅角量反映後の点火時期の挙動を示し、ＴＩは、後述するこの発明を適用した場合のノック遅角量反映後の点火時期の挙動を示している。
そして、図４の（Ｃ）に於ける区間Ｂでは、ピーク値を基に演算されるノック検出量ＮＰがゼロより大きいのでピーク値を基に演算されるノック遅角量ＮＰＡは増加していき、積分値を基に演算されるノック検出量ＮＩがゼロなので積分値を基に演算されるノック遅角量ＮＩＡは減少していく。但し、区間Ｂでは積分値を基に演算されるノック遅角量ＮＩＡの方がピーク値を基に演算されるノック遅角量ＮＰＡよりも大きくなっている。上記の通り区間Ｂでは、ピーク値を基にノックありと判定されているので、ノック遅角量を大きくしてノックを回避するようにすべきところである。
しかし、従来技術を単純に併用して両者で演算されるノック遅角量のうちの大きい方を基にノック制御を実施した場合では、図４の（Ｃ）に示すように積分値を基に演算されるノック遅角量ＮＩＡが選択され、区間Ｂではノックありと判定されるにも関わらずノック遅角量ＮＰＩＡが減少していき、その結果として図４の（Ｄ）に示すように従来技術を単純に併用した場合では、区間Ａと同様に、区間Ｂに於いてノックありと判定されるにも関わらずノック遅角量反映後の点火時期ＴＰが進角側に制御されることとなる。以上のように前述の従来技術を単純に併用してノック制御を実施した場合には適切なノック制御が実施されない恐れがある。
一般に知られているように、エンジンブロックの形状、シリンダの形状、吸排気バルブの開閉タイミング、燃料噴射システムの違い等によっては、ノックに起因する振動及び各種ノイズに起因する振動は異なり、特許文献１に示されるように各周波数帯のスペクトルのピーク値を基にノック制御を実施するほうがノック検出性が高いエンジンがあったり、一方では特許文献２に示されるように各周波数帯のスペクトルの積分値を基にノック制御を実施するほうがノック検出性が高いエンジンがあったりする。
加えて、同じエンジンでも運転状態によっては、各周波数帯のスペクトルのピーク値を基にノック制御を実施するほうがノック検出性が高かったり、各周波数帯のスペクトルの積分値を基にノック制御を実施するほうがノック検出性が高かったりすることがある。つまり、特許文献１や特許文献２に示されたような従来の技術では、ノック検出性が低くなるエンジンや運転状態がでてくる恐れがある。
又、特許文献１に示されたような従来の技術と特許文献２に示されたような従来の技術とを単純に併用して、両者で演算されるノック遅角量、即ち、ノックを回避するために点火時期を遅角する量、のうちの大きい方を基にノック制御を実施した場合には、ある区間では積分値を基に演算されるノック遅角量が選択され、ノックありと判定されるにも関わらずノック遅角量が減少していき、ノック遅角量反映後の点火時期が進角側に制御されることとなり、適切なノック制御が実施されない恐れがある。
この発明は、従来の装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、エンジンの機差にかかわらずノック検出性を高くし、更には運転状態の違いにかかわらずノック検出性を高くし、適切なノック制御が可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
この発明による内燃機関の制御装置は、エンジンの振動又はシリンダ内圧の振動を検出し前記振動に応じた信号を出力するセンサと、前記センサから出力された信号をＡ／D変換した後のデジタル値を所定個数毎の区間で区切られた第１のデータ群と前記区間の区間開始時期が所定量シフトされて前記所定個数毎の区間で区切られた第２のデータ群を形成し、前記第１のデータ群及び第２のデータ群に対して複数の周波数帯毎の時間・周波数解析処理を行ない前記夫々の処理に基づくスペクトルを夫々出力する信号処理部と、前記信号処理部から出力された前記夫々のスペクトル毎のピーク値に基づいてノック判定を行なうノック判定部と、前記信号処理部から出力された前記夫々のスペクトル毎の積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部とを備え、前記ピーク値に基づいてノック判定を行なうノック判定部と前記積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部とのうち少なくとも一方のノック判定部によりノックを検出したときは、前記エンジンの点火時期を遅角するようにした内燃機関の制御装置であって、前記信号処理部は、前記センサから出力された信号をＡ／D変換した後のデジタル値を所定個数毎の区間で区切られた第１のデータ群と前記区間の区間開始時期が所定量シフトされて前記所定個数毎の区間で区切られた第２のデータ群を形成し、前記第１のデータ群及び第２のデータ群に対して第１の周波数帯での時間・周波数解析処理を行ないその処理に基づくスペクトルを出力する第１の信号処理部と、前記センサから出力された信号をＡ／D変換した後のデジタル値を所定個数毎の区間で区切られた第１のデータ群と前記区間の区間開始時期が所定量シフトされて前記所定個数毎の区間で区切られた第２のデータ群を形成し、前記第１のデータ群及び第２のデータ群に対して第２の周波数帯での時間・周波数解析処理を行ないその処理に基づくスペクトルを出力する第２の信号処理部とを備え、前記ピーク値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記第１の信号処理部から出力された前記スペクトルのピーク値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第１の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第１の遅角量演算部と、前記第２の信号処理部から出力された前記スペクトルのピーク値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第２の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第３の遅角量演算部とを備え、前記積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記第１の信号処理部から出力された前記スペクトルの積分値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第１の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第２の遅角量演算部と、前記第２の信号処理部から出力された前記スペクトルの積分値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第２の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第４の遅角量演算部とを備え、前記夫々のノック判定部により夫々演算された前記１点火毎の遅角量のうちの最大の遅角量に基づいて前記エンジンのノックを抑制するように制御することを特徴とするものである。
この発明に於いて、スペクトルの積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、スペクトルの平均値に基づいてノック判定を行なう場合を含む。
この発明による内燃機関の制御装置は、好適には、前記夫々のスペクトル毎のピーク値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記夫々の周波数帯に於いて前記ピーク値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算すると共に、前記演算されたノック検出量に基づいて前記夫々の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算するように構成され、前記夫々のスペクトル毎の積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記夫々の周波数帯に於いて前記積分値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算すると共に、前記演算されたノック検出量に基づいて前記夫々の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算するように構成され、前記夫々のノック判定部により夫々演算された前記１点火毎の遅角量のうちの最大の遅角量に基づいて前記エンジンのノックを抑制するように制御するように構成される。
又、この発明による内燃機関の制御装置は、好適には、前記信号処理部は、前記センサから出力された信号をＡ／D変換した後のデジタル値を所定個数毎の区間で区切られた第１のデータ群と前記区間の区間開始時期が所定量シフトされて前記所定個数毎の区間で区切られた第２のデータ群を形成し、前記第１のデータ群及び第２のデータ群に対して第１の周波数帯での時間・周波数解析処理を行ないその処理に基づくスペクトルを出力する第１の信号処理部と、前記センサから出力された信号をＡ／D変換した後のデジタル値を所定個数毎の区間で区切られた第１のデータ群と前記区間の区間開始時期が所定量シフトされて前記所定個数毎の区間で区切られた第２のデータ群を形成し、前記第１のデータ群及び第２のデータ群に対して第２の周波数帯での時間・周波数解析処理を行ないその処理に基づくスペクトルを出力する第２の信号処理部とを備え、前記ピーク値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記第１の信号処理部から出力された前記スペクトルのピーク値に基づいてノック判定を行なう第１のノック判定部と、前記第２の信号処理部から出力された前記スペクトルのピーク値に基づいてノック判定を行なう第２のノック判定部とを備え、前記積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記第１の信号処理部から出力された前記スペクトルの積分値に基づいてノック判定を行なう第３のノック判定部と、前記第２の信号処理部から出力された前記スペクトルの積分値に基づいてノック判定を行なう第４のノック判定部とを備える。
更に、この発明による内燃機関の制御装置は、好適には、前記ピーク値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記第１の信号処理部から出力された前記スペクトルのピーク値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第１の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第１の遅角量演算部と、前記第２の信号処理部から出力された前記スペクトルのピーク値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第２の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第３の遅角量演算部とを備え、前記積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記第１の信号処理部から出力された前記スペクトルの積分値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第１の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第２の遅角量演算部と、前記第２の信号処理部から出力された前記スペクトルの積分値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第２の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第４の遅角量演算部とを備える。
更に、この発明による内燃機関の制御装置は、好適には、前記夫々のノック判定部により夫々演算された前記１点火毎の遅角量のうちの最大の遅角量に基づいて前記エンジンのノックを抑制するように制御するように構成される。
又、この発明による内燃機関の制御装置は、好適には、前記Ａ／Ｄ変換は、前記センサから出力された信号のうち所定のノック検出ウインドウ内での信号に対して行なわれる。
又、この発明による内燃機関の制御装置は、好適には、前記周波数帯毎の時間・周波数解析処理は、前記Ａ／Ｄ変換された信号に対して離散フーリエ変換により行なわれる。
更に、この発明による内燃機関の制御装置は、好適には、前記積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記スペクトルの平均値に基づいてノック判定を行なうように構成される。
更に、この発明による内燃機関の制御装置は、好適には、前記ピーク値と比較する前記所定のスレッショルド値と前記積分値と比較する前記所定のスレッショルド値は、夫々前記エンジンの運転状態に応じて変更される係数に基づいて演算され、前記係数は、ノックの誤検出が頻発する周波数帯に対しては最大のスレッショルド値となるように設定される。
この発明による内燃機関の制御装置によれば、各周波数帯のスペクトルのピーク値を基にノック制御を実施するほうがノック検出性が高いエンジンや各周波数帯のスペクトルの積分値を基にノック制御を実施するほうがノック検出性が高いエンジン等といったエンジンの機差にかかわらず、ノック検出性を高くすることができ、更にはエンジンの運転状態の相違にかかわらずノック検出性を高くすることができる。
実施の形態１．
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置ついて詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のノッキング制御部のシステム構成を示すブロック図である。図１に示すノッキング制御部は、ノッキングを検出するためにエンジンに取り付けられた、例えば圧電素子からなる非共振型ノックセンサ１と、非共振型ノックセンサ１からのアナログ信号に各種処理を施して最終的にノック遅角量を演算する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）２９とから構成される。尚、非共振型ノックセンサ１に代えて、エンジンの振動又はシリンダ内圧振動を検出するセンサ、例えば筒内圧センサ等を使用してもよい。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置ついて詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のノッキング制御部のシステム構成を示すブロック図である。図１に示すノッキング制御部は、ノッキングを検出するためにエンジンに取り付けられた、例えば圧電素子からなる非共振型ノックセンサ１と、非共振型ノックセンサ１からのアナログ信号に各種処理を施して最終的にノック遅角量を演算する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）２９とから構成される。尚、非共振型ノックセンサ１に代えて、エンジンの振動又はシリンダ内圧振動を検出するセンサ、例えば筒内圧センサ等を使用してもよい。
次に、ＥＣＵ１内のシステム構成を説明する。非共振型ノックセンサ１から出力されたアナログ信号はバッファ２に送られる。そして、バッファ２から出力されるアナログ信号は、アンチエイリアス用ローパスフィルタ（以下、アンチエイリアス用ＬＰＦと称する）５と故障検出用のローパスフィルタ（以下、故障検出用ＬＰＦと称する）３に送られる。故障検出用ＬＰＦ３では、バッファ２でプルアップ・ダウンされたアナログ信号の交流成分を減衰させ、ノックセンサ４に入力する。ノックセンサ４では、故障検出用ＬＰＦ３から出力される直流電圧をモニタすることで非共振型ノックセンサ１の故障検出を実施する。
一方、アンチエイリアス用ＬＰＦ５では、アナログ信号のアンチエイリアシング処理を実施したあとでスイッチドレジスタによりアナログ信号の増幅を実施する。尚、前述のスイッチドレジスタは、エンジン回転数に応じて生成されるゲイン制御部６からのＰＷＭ制御信号によりＰＷＭ制御される。
前述のバッファ２、故障検出用ＬＰＦ３、アンチエイリアス用ＬＰＦ５は、ノックインターフェイス回路（以下、ノックＩ／Ｆ回路と称する）１００を構成している。
次に、ノックＩ／Ｆ回路１００に接続されたノック制御ロジック２００について説明する。このノック制御ロジック２００は、ＥＣＵ２９のマイコン内に構成されており、以下説明する構成と機能を備えている。
ノック制御ロジック２００に於いて、アンチエイリアス用ＬＰＦ５により処理されたアナログ信号に対して高速Ａ/Ｄ変換回路７により高速Ａ／Ｄ変換を実施する。この高速Ａ/Ｄ変換は、ノック検出ウィンドウ判定部８により生成されるノック検出ウィンドウ信号のローレベル期間中に実施される。そして、高速Ａ／Ｄ変換部７により高速Ａ／Ｄ変換を実施した後に、その高速Ａ／Ｄ変換後のデータに対して時間・周波数解析を実施する。この発明の実施の形態１に於いて、以下の説明では、２つの周波数帯（例えば６．２５［ｋＨｚ］と、１５．６３［ｋＨｚ］）について時間・周波数解析を実施するものとして説明を行うが、解析する周波数の個数および周波数帯に関してはこれに限定するものではない。以下の説明に於いて、２つの周波数帯のうちの一方（例えば、６．２５ｋＨＺ）を第１の周波数帯と称し、他方（例えば、１５．６３ｋＨＺ）を第２の周波数帯と称する。
第１の信号処理部９は、高速Ａ／Ｄ変換部７により高速Ａ／Ｄ変換を実施した後のデータに対して第１の周波数帯での時間・周波数解析を、所定個数毎に離散フーリエ変換（以下、ＤＦＴと称す）により実施する。第２の信号処理部１８は、高速Ａ/Ｄ変換部７により高速Ａ／Ｄ変換を実施した後のデータに対して第２の周波数帯での時間・周波数解析を、所定個数毎に離散フーリエ変換（以下、ＤＦＴと称す）により実施する。尚、この発明の実施の形態１では、第１の信号処理部９、及び第２の信号処理部１８で実施される時間・周波数解析は、後述するように、高速Ａ／Ｄ変換部７による高速Ａ／Ｄ変換後のデータに対して所定個数毎に離散フーリエ変換（以下、ＤＦＴと称す）を実施するが、時間・周波数解析はこれに限定されるものではない。
次に、前述の第１の信号処理部９、及び第２の信号処理部１８により実施される所定個数毎のＤＦＴについて説明する。図２は、この発明の実施の形態１による時間・周波数解析の具体例を示す説明図で、アンチエイリアス用ＬＰＦ５の後の信号を、高速Ａ/Ｄ変換回路７、ノック検出ウィンドウ判定部８により実施される処理を経て、前述の第１の信号処理部９、又は、第２の信号処理部１８により実施される処理によりＤＦＴのスペクトルが出力されるまでの具体例を示している。
図２に於いて、（Ａ）は、アンチエイリアス用ＬＰＦ５による処理後のノックセンサ信号ＮＳを示す。（Ｂ）は、ノック検出ウインドウ信号ＷＳを示し、そのローレベルＬの期間中に、前述の高速Ａ／Ｄ変換部７による高速Ａ／Ｄ変換が実施される。（Ｃ）は、高速Ａ／Ｄ変換部７による高速Ａ／Ｄ変換の結果得られたデ−タのサンプル値ｘｓ（０〜１５９）を示す。
図２の（Ｄ）は、（Ｃ）に示すサンプル値ｘｓ（０〜１５９）を、所定個数である３２個（サンプル数Ｎ＝３２）のサンプル値毎に区切られたデータ群を示す。データ群ｘｓ１（＝ｘｓ(０〜３１)）、ｘｓ３（＝ｘｓ(３２〜６３)）、ｘｓ５（＝ｘｓ(６４〜９５)）、ｘｓ７（＝ｘｓ(９６〜１２７)）、ｘｓ９（＝ｘｓ(１２８〜１５９)）は、サンプル値ｘｓ（０〜１５９）を所定個数である３２個毎に区切ったデータ群である。尚、サンプル数Ｎは３２個に限定されるものではない。
この実施の形態１では、時間・周波数解析の時間精度を上げるために、前述のデータ群ｘｓ１、ｘｓ３、ｘｓ５、ｘｓ７、ｘｓ９だけでなく、所定個数３２毎で区切られる区間の区間開始時期をＮ／２個シフトしてサンプル値を所定個数毎に区切ったデータ群ｘｓ２（＝ｘｓ（１６〜４７））、ｘｓ４（＝ｘｓ（４８〜７９））、ｘｓ６（＝ｘｓ（８０〜１１１））、ｘｓ８（＝ｘｓ（１１２〜１４３））も用意している。
尚、区間開始時期のシフトは、Ｎ／２個シフトに限らず、Ｎ／４個シフトにする等して更に時間精度を上げてもよい。図３は、区間開始時期のシフトを、Ｎ／４個シフトにした場合を示している。即ち、図３に於いて、データ群ｘｓ１（＝ｘｓ(０〜３１)）、ｘｓ５（＝ｘｓ(３２〜６３)）、ｘｓ９（＝ｘｓ(６４〜９５)）、ｘｓ１３（＝ｘｓ(９６〜１２７)）、ｘｓ１７（＝ｘｓ(１２８〜１５９)）は、サンプル値ｘｓ（０〜１５９）を所定個数である３２個毎に区切ったデータ群である。
この図３に示す例では、この所定個数３２個毎で区切られる区間の区間開始時期を、夫々Ｎ／４個づつシフトしてサンプル値を所定個数３２個毎に区切ることにより、データ群ｘｓ２（＝ｘｓ（７〜３８））、ｘｓ６（＝ｘｓ（３９〜７０））、ｘｓ１０（＝ｘｓ（７１〜１０２））、ｘｓ１４（＝ｘｓ（１０３〜１３４））、及びデータ群ｘｓ３（＝ｘｓ（１５〜４６））、ｘｓ７（＝ｘｓ（４７〜７８））、ｘｓ１１（＝ｘｓ（７９〜１１０））、ｘｓ１５（＝ｘｓ（１１１〜１４２））、及びデータ群ｘｓ４（＝ｘｓ（２３〜５４））、ｘｓ８（＝ｘｓ（５５〜８６））、ｘｓ１２（＝ｘｓ（８７〜１１８））、ｘｓ１６（＝ｘｓ（１１９〜１５０））を用意している。このようにすれば、時間精度を向上させることができる。
さて、図２の（Ｄ）に示したように、サンプル値ｘｓ（０〜１５９）を、所定個数である３２個（サンプル数Ｎ＝３２）のサンプル値毎に区切られたデータ群を用意したが、このように所定個数３２毎に区切って周波数解析することにより生じる誤差を軽減するために、図２の（Ｅ）に示すように各データ群ｘｓ１〜ｘｓ９に対して窓関数を掛ける。この実施の形態１では、窓関数として下記の式（１）に示すハニング窓を使用する。尚、窓関数に関してはこれに限定するものではない。
一例として、データ群ｘｓ１に窓関数を掛ける場合の演算は、下記の式（２）により行なう。尚、式（２）に於ける[ ]内は、配列を表す。
図２の（Ｅ）に示す各データ群ｘｓ１〜ｘｓ９に対して窓関数をかける演算を実施した後、図２の（Ｆ）に示すように１データ群毎にＤＦＴを行い、スペクトルを演算する。スペクトルの演算例としてｘｓｗ１（ｎ）の場合を下記の式（３）に示す。
図２の（Ｆ）に示すように、ＤＦＴ結果のスペクトルｘｓＳ１〜ｘｓＳ９の時間（クランク角）は、各データ群ｘｓ１〜ｘｓ９の区間の中間タイミングとする。
図１に戻り、第１の信号処理部９は、前述のようにして、高速Ａ／Ｄ変換部７により高速Ａ／Ｄ変換を実施した後のデータに対して第１の周波数帯での時間・周波数解析を、所定個数毎にＤＦＴ処理することにより実施し、データ群毎のスペクトルを演算して出力する。第１の信号処理部９での信号処理により出力されたＤＦＴのスペクトルは、ピークホールド部１０に入力される。第１のピークホールド部１０は、入力されたスペクトルのピーク値を保持する。第１のノック判別スレッショルド値演算部１１は、第１のピークホールド部１０にて得られたスペクトルのピーク値を基に、第１の周波数帯に於けるピークホールド方式（以下、Ｐ／Ｈ方式と称する）でのノック判別スレッショルド値を演算する。尚、この実施の形態１では、Ｐ／Ｈ方式でのノック判別スレッショルド値を下記の式（４）、（５）（６）により演算するが、ノック判別スレッショルド値の演算に関してはこれに限定するものではない。
ＳＧＴ周期毎（各気筒の圧縮ＴＤＣの７５°ＣＡ前のタイミング毎）に実施する第１フィルタは、下記の式（４）により演算される。
１０［ｍｓｅｃ］毎に実施する第２フィルタは、下記の式（５）により演算される。
前述のＳＧＴ周期毎に実施するノック判定スレッショルド値は、下記の式（６）により演算される。
式（４）、（５）、（６）の各種係数は、例えば、エンジン回転数と負荷をパラメータとしたマップに各種係数を記憶しておき、エンジンの運転状態の応じて変更するものとする。例えば、エンジンの或る運転状態に於いて、第１の周波数帯のノック発生時のスペクトルのピーク値よりもノイズ発生時のスペクトルのピーク値の方が大きくなる状態、つまりノックの誤検出が頻発する場合は、その運転領域での第１の周波数帯のＰ/Ｈ方式でのスレッショルド値フセットを大きく設定してノック判定スレッショルド値を最大値にする。
このようにすることで、その運転領域での第１の周波数帯のＰ/Ｈ方式でのノック判定を実質的に実施しないようにし、ノックの誤検出の頻発を防ぐことができる。これは第１の周波数に限らず、他の周波数帯に於いても、又、Ｐ/Ｈ方式だけでなく後述の積分方式においても同様である。
前述のようにして、第１のノック判別スレッショルド値演算部１１により第１の周波数帯に於けるＰ／Ｈ方式でのノック判別スレッショルド値を演算した後、第１のノック検出量演算部１２により第１の周波数に於けるＰ/Ｈ方式でのノック検出量を演算する。この発明の実施の形態１では、Ｐ／Ｈ方式でのノック検出量を下記の式（７）により演算する。尚、ノック検出量の演算に関してはこれに限定するものではない。
次に、第１のノック遅角量演算部１３により第１の周波数帯に於けるＰ/Ｈ方式での１点火毎のノック遅角量を演算する。この実施の形態１では、Ｐ／Ｈ方式での１点火毎のノック遅角量の演算を下記の式（８）により行なう。尚、１点火毎のノック遅角量の演算に関してはこれに限定するものではない。
一方、第１の信号処理部９から出力されたＤＦＴのスペクトルは、第１の平均値演算部１４に入力され、この第１の平均値演算部１４により入力されたスペクトルの平均値が演算される。以下述べる第２のノック判別スレッショルド値演算部１５、第２のノック検出量演算部１６、第２のノック遅角量演算部１７に至る処理は、積分方式による１点火毎の点火時期補正量の演算であるが、前述の通り第１の平均値演算部１４ではスペクトルの積分値ではなく平均値を演算する。これは、エンジンの運転状態の変化によってはノック検出ウィンドウのローレベル期間中に高速Ａ/Ｄ変換されるデータ数が変化してＤＦＴにより出力されるスペクトルの個数が変化し、単純に積分値を演算した場合にはスペクトルの個数で積分値がばらつくこととなるので、それを防ぐためである。
そこで、この発明の実施の形態１では、第１の平均値演算部１４によりスペクトルの平均値を演算し、その平均値を用いて以下述べる積分方式による点火毎の点火時期補正の演算を行なうものである。第１の平均値演算部１４、第２のノック判別スレッショルド値演算部１５、第２のノック検出量演算部１６、第２のノック遅角量演算部１７での、積分方式による１点火毎点の火時期補正量の演算の実施内容は、前述の第１のピークホールド部１０、第１のノック判別スレッショルド値演算部１１、第２のノック検出量演算部１２、第２のノック遅角量演算部１３での処理と同様である。
即ち、第２のノック判別スレッショルド値演算部１５は、第１の平均値演算部１４にて得られたスペクトルの平均値を基に、第１の周波数帯に於ける積分方式でのノック判別スレッショルド値を下記の式（９）の基づいて演算する。式（９）は、前述の式（４）に対応するが、必要に応じて各種係数、変数は、第１の周波数帯の積分方式用に変更されている。尚、ノック判別スレッショルド値の演算に関してはこれに限定するものではない。
ＳＧＴ周期毎（各気筒の圧縮ＴＤＣの７５°ＣＡ前のタイミング毎）に実施する第１フィルタは、下記の式（９）により演算される。
１０［ｍｓｅｃ］毎に実施する第２フィルタは、下記の式（１０）により演算される。式（１０）は、前述の式（５）に対応するが、必要に応じて各種係数、変数は、第１の周波数帯の積分方式用に変更されている。
前述のＳＧＴ周期毎に実施するノック判定スレッショルド値は、下記の式（１１）により演算される。式（１１）は、前述の式（６）に対応するが、必要に応じて各種係数、変数は、第１の周波数帯の積分方式用に変更されている。
以上のようにして、第２のノック判別スレッショルド値演算部１５により第１の周波数帯に於ける積分方式でのノック判別スレッショルド値を演算した後、第２のノック検出量演算部１６により第１の周波数に於ける積分方式でのノック検出量を演算する。この発明の実施の形態１では、積分方式によるノック検出量を下記の式（１２）により演算する。尚、ノック検出量の演算に関してはこれに限定するものではない。
次に、第２のノック遅角量演算部１７により第１の周波数帯に於ける積分方式での１点火毎のノック遅角量を演算する。この実施の形態１では、積分方式による１点火毎のノック遅角量の演算を下記の式（１３）により行なう。尚、１点火毎のノック遅角量の演算に関してはこれに限定するものではない。
次に、第２の信号処理部１８は、前述の第１の信号処理部９と同様にして、高速Ａ／Ｄ変換部７により高速Ａ／Ｄ変換を実施した後のデータに対して第２の周波数帯での時間・周波数解析を、所定個数毎にＤＦＴ処理することにより実施し、データ群毎のスペクトルを演算して出力する。
第２のピークホールド部１９、第３のノック判別スレッショルド値演算部２０、第３のノック検出量演算部２１、第３のノック遅角量演算部２２では、第２の周波数帯でのＰ／Ｈ方式による１点火毎のノック遅角量の演算を行うが、前述の第１の周波数帯でのＰ／Ｈ方式による１点火毎のノック遅角量の演算と同様なので説明を省略する。
又、第２の平均値演算部２３、第４のノック判別スレッショルド値演算部２４、第４のノック検出量演算部２５、第４のノック遅角量演算部２６では、第２の周波数帯での積分方式による１点火毎のノック遅角量の演算を行うが、前述の第１の周波数帯での積分方式による１点火毎のノック遅角量の演算と同様なので説明を省略する。
次に、ノック遅角量最大値演算部２７により、前述の第１のノック遅角量演算部１３、第２のノック遅角量演算部１７、第３のノック遅角量演算部２２、第４のノック遅角量演算部２６により夫々演算された１点火毎のノック遅角量のうちの最大値を演算する。次に、ノック遅角量最大値演算部２７にて演算された１点火毎のノック遅角量のうちの最大値に基づいて、第５のノック遅角量演算部２８によりノック遅角量を演算する。この実施の形態１では、第５のノック遅角量演算部２８は、下記の式（１４）によりノック遅角量の演算を行なう。尚、このノック遅角量の演算に関してはこれに限定されるものではない。
前述の図４の（Ｄ）に示すように、この発明を適用した場合のノック遅角量反映後の点火時期の挙動ＴＩは、前述の従来技術を単純に併用した場合のノック遅角量反映後の点火時期の挙動ＴＰのようにノックありと判定されるにも関わらずノック遅角量が減少していきノック遅角量反映後の点火時期が進角側に制御されることがなく、適切なノック制御が実施されていることを示している。
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によれば、エンジンの振動又はシリンダ内圧振動を検出するセンサから出力される信号のうちノック検出ウィンドウ内に現れる信号をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換後の値を、所定個数毎に区切ったデータ群と、前記所定個数毎で区切られる区間の区間開始時期をシフトして前記所定個数毎に区切ったデータ群とし、これらのデータ群に対して、複数の周波数帯での時間・周波数解析を実施し、各周波数帯に於いて時間・周波数解析により出力されるノック検出ウィンドウ内でのスペクトルのピーク値と積分値とを演算し、各周波数帯での前記ピーク値を基にノック判定を行なうＰ／Ｈ方式と各周波数帯での前記積分値を基にノック判定を行なう積分方式との双方を実施可能に構成され、前記Ｐ／Ｈ方式と前記積分方式とのうち少なくとも一方のノック判定によりノックを検出したとき、ノックを回避するために点火時期を遅角するようにしたので、各周波数帯のスペクトルのピーク値を基にノック制御を実施するほうがノック検出性が高いエンジンや、各周波数帯のスペクトルの積分値を基にノック制御を実施する方がノック検出性が高いエンジン等といったエンジンの機差にかかわらずノック検出性を高くすることができ、更には運転状態の違いにかかわらずノック検出性を高くすることができる。
又、前述のP／H方式は、各周波数帯に於いて前記ピーク値とそれに対応するノック判定スレッショルド値とを比較してノック検出量を演算するものであり、前述の積分方式は、各周波数帯において前記積分値とそれに対応するノック判定スレッショルド値と比較してノック検出量を演算するものであって、前記P／H方式と前記積分方式からそれぞれノック検出量を演算し、それらのノック検出量を基に、ノック遅角量を１点火毎に補正するための１点火毎のノック遅角量を、各周波数帯での前記P／H方式と前記積分方式とで夫々演算し、この演算した１点火毎のノック遅角量のなかで最大の１点火毎のノック遅角量を基に、ノック制御を実施することにより、各周波数帯における前記P／H方式と前記積分方式のうち少なくとも１つでノックありと判定されたときに、ノック遅角量が大きくなり点火時期を遅角することができる。
又、前述の積分方式に於いて、前記時間・周波数解析により出力されるノック検出ウィンドウ内でのスペクトルの平均値に基づいてノック判定を実施するようにしているので、単純に積分値を演算した場合のように、エンジンの運転状態の変化によってはノック検出ウィンドウのローレベル期間中に高速Ａ／Ｄ変換されるデータ数が変化して出力されるスペクトルの個数が変化してスペクトルの個数で積分値がばらつくことがなく、スペクトルの個数が変化するときの影響を押さえることができる。
又、ノック判定スレッショルド値を演算する際の各種係数は、エンジンの運転状態に応じて変更するものであって、或る運転状態に於いて或る周波数帯での前記Ｐ／Ｈ方式や前記積分方式でノックの誤検出を頻発する場合には、前記或る運転状態における前記或る周波数帯でのノックの誤検出を頻発する方式に対応する前記ノック判定スレッショルド値が最大値となるよう前記各種係数を設定することにより、前記或る運転状態における前記或る周波数帯でのノックの誤検出を頻発する方式に於いて実質的にノック判定を実施しないようにしてノックの誤検出が頻発するのを防ぐことができる。
１ 非共振型ノックセンサ
２ バッファ
３ 呼称検出用ローパスフィルタ
４ ノックセンサ
５ アンチエイリアス用ローパスフィルタ
６ゲイン制御部
７ 高速Ａ/Ｄ変換回路
８ ノック検出ウィンドウ判定部
９ 第１の信号処理部
１０ 第１のピークホールド部
１１ 第１のノック判別スレッショルド値演算部
１２ 第１のノック検出量演算部
１３ 第１のノック遅角量演算部
１４ 第１の平均値演算部
１５ 第２のノック判別スレッショルド値演算部
１６ 第２のノック検出量演算部
１７ 第２のノック遅角量演算部
１８ 第２の信号処理部
１９ 第２のピークホールド部
２０ 第３のノック判別スレッショルド値演算部
２１ 第３のノック検出量演算部
２２ 第３のノック遅角量演算部
２３ 第２の平均値演算部
２４ 第４のノック判別スレッショルド値演算部
２５ 第４のノック検出量演算部
２６ 第４のノック遅角量演算部
２７ ノック遅角量最大値演算部
２８ 第５のノック遅角量演算部
２９ 電子制御ユニット
１００ ノックインターフェイス回路
２００ ノック制御ロジック部
２ バッファ
３ 呼称検出用ローパスフィルタ
４ ノックセンサ
５ アンチエイリアス用ローパスフィルタ
６ゲイン制御部
７ 高速Ａ/Ｄ変換回路
８ ノック検出ウィンドウ判定部
９ 第１の信号処理部
１０ 第１のピークホールド部
１１ 第１のノック判別スレッショルド値演算部
１２ 第１のノック検出量演算部
１３ 第１のノック遅角量演算部
１４ 第１の平均値演算部
１５ 第２のノック判別スレッショルド値演算部
１６ 第２のノック検出量演算部
１７ 第２のノック遅角量演算部
１８ 第２の信号処理部
１９ 第２のピークホールド部
２０ 第３のノック判別スレッショルド値演算部
２１ 第３のノック検出量演算部
２２ 第３のノック遅角量演算部
２３ 第２の平均値演算部
２４ 第４のノック判別スレッショルド値演算部
２５ 第４のノック検出量演算部
２６ 第４のノック遅角量演算部
２７ ノック遅角量最大値演算部
２８ 第５のノック遅角量演算部
２９ 電子制御ユニット
１００ ノックインターフェイス回路
２００ ノック制御ロジック部
Claims (5)
- エンジンの振動又はシリンダ内圧の振動を検出し前記振動に応じた信号を出力するセンサと、
前記センサから出力された信号をＡ／D変換した後のデジタル値を所定個数毎の区間で区切られた第１のデータ群と前記区間の区間開始時期が所定量シフトされて前記所定個数毎の区間で区切られた第２のデータ群を形成し、前記第１のデータ群及び第２のデータ群に対して複数の周波数帯毎の時間・周波数解析処理を行ない前記夫々の処理に基づくスペクトルを夫々出力する信号処理部と、
前記信号処理部から出力された前記夫々のスペクトル毎のピーク値に基づいてノック判定を行なうノック判定部と、
前記信号処理部から出力された前記夫々のスペクトル毎の積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部とを備え、
前記ピーク値に基づいてノック判定を行なうノック判定部と前記積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部とのうち少なくとも一方のノック判定部によりノックを検出したときは、前記エンジンの点火時期を遅角するようにした内燃機関の制御装置であって、
前記信号処理部は、
前記センサから出力された信号をＡ／D変換した後のデジタル値を所定個数毎の区間で区切られた第１のデータ群と前記区間の区間開始時期が所定量シフトされて前記所定個数毎の区間で区切られた第２のデータ群を形成し、前記第１のデータ群及び第２のデータ群に対して第１の周波数帯での時間・周波数解析処理を行ないその処理に基づくスペクトルを出力する第１の信号処理部と、
前記センサから出力された信号をＡ／D変換した後のデジタル値を所定個数毎の区間で区切られた第１のデータ群と前記区間の区間開始時期が所定量シフトされて前記所定個数毎の区間で区切られた第２のデータ群を形成し、前記第１のデータ群及び第２のデータ群に対して第２の周波数帯での時間・周波数解析処理を行ないその処理に基づくスペクトルを出力する第２の信号処理部と
を備え、
前記ピーク値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、
前記第１の信号処理部から出力された前記スペクトルのピーク値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第１の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第１の遅角量演算部と、
前記第２の信号処理部から出力された前記スペクトルのピーク値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第２の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第３の遅角量演算部と
を備え、
前記積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、
前記第１の信号処理部から出力された前記スペクトルの積分値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第１の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第２の遅角量演算部と、
前記第２の信号処理部から出力された前記スペクトルの積分値と所定のスレッショルド値とを比較してノック検出量を演算しその演算されたノック検出量に基づいて前記第２の周波数帯での前記エンジンの１点火毎の遅角量を演算する第４の遅角量演算部と
を備え、
前記夫々のノック判定部により夫々演算された前記１点火毎の遅角量のうちの最大の遅角量に基づいて前記エンジンのノックを抑制するように制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記Ａ／Ｄ変換は、前記センサから出力された信号のうち所定のノック検出ウインドウ内での信号に対して行なうものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記周波数帯毎の時間・周波数解析処理は、前記Ａ／Ｄ変換された信号に対して離散フーリエ変換により行なうものであることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記積分値に基づいてノック判定を行なうノック判定部は、前記スペクトルの平均値に基づいてノック判定を行なうように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ピーク値と比較する前記所定のスレッショルド値と前記積分値と比較する前記所定のスレッショルド値は、夫々前記エンジンの運転状態に応じて変更される係数に基づいて演算され、前記係数は、ノックの誤検出が頻発する周波数帯に対しては最大のスレッショルド値となるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
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