JP4802905B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置、特にノッキングの検出結果を内燃機関の制御に利用する制御装置に関する。

従来技術に係る内燃機関の制御装置の一例として、特許文献１に示されるものがある。特許文献１に示される内燃機関の制御装置では、ノック発生時にシリンダ内に残る未燃燃料量からノック強度を算出し、算出されたノック強度に基づいて点火時期を調節している。

また、従来技術に係る内燃機関の制御装置の他の一例として、特許文献２に示されるものがある。特許文献２に示される内燃機関の制御装置では、ノックセンサを用いてノッキングを検出している。
特開２００５−２３３１１２号公報 特開２００４−３４２６８３号公報

従来からあるノックセンサを用いたノック検出技術では、ノックセンサの出力値にはノイズが含まれているため、そのノイズの影響を受けてノッキングを誤検出してしまう場合がある。すなわち、ノックセンサの出力値には、内燃機関の内部部品の運動に起因するメカニカルノイズや、燃料燃焼時の発火に伴う点火ノイズなどが含まれている。これらのノイズの周波数がノックに伴う振動と似ている場合には、ノックセンサはこれらのノイズもノック信号として検出する。ノックセンサがノイズを誤検出すると、ＥＣＵはノックが発生していないにもかかわらず、ノックが発生したと判断し、所定のノック対応制御を実行してしまう。その結果、内燃機関は最良の制御状態から外れた状態で運転されることとなり、最良の性能を得ることができなくなってしまう。

そこで、本発明は、ノッキングの発生を精度良く検出し、ノッキングの誤検出によってノック対応制御が誤って実行されることを防止できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料燃焼時の筒内圧最大値の各値と、筒内圧最大値が各値となった場合にノッキングが発生するクランクアングルとの対応関係が予め記憶された記憶手段と、ノック周波数の振動を検出するノッキング検出手段と、ノッキング検出手段によりノック周波数の振動が検出されたサイクルにおける筒内圧最大値を検出する筒内圧検出手段と、ノッキング検出手段によりノック周波数の振動が検出されたクランクアングルを検出するクランクアングル検出手段と、筒内圧検出手段により検出された筒内圧最大値およびクランクアングル検出手段により検出されたクランクアングルの組合せが、記憶手段に記憶された筒内圧最大値とクランクアングルとの対応関係に適合している場合に、ノッキング検出手段により検出された振動がノッキングに因るものであることを判定するノッキング判定手段と、を備えることを特徴とする。

上述した内燃機関の制御装置によれば、ノック周波数の振動が検出された場合の筒内圧最大値とクランクアングルとの組合せが、記憶手段に記憶された筒内圧最大値とクランクアングルとの対応関係に適合している場合に、前述したノック周波数の振動がノッキングに因るものであることが判定されるため、ノイズに起因する振動がノッキングに因るものであると誤検出されてしまうことを抑制することができる。特に、上述した内燃機関の制御装置によれば、異常なクランクアングルで発生した振動がノッキングに因るものであると誤検出されてしまうことを抑制することができる。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内圧の各値と、当該筒内圧の各値でノッキングが発生するために必要な未燃燃料量との対応関係が予め記憶された記憶手段と、ノック周波数の振動を検出するノッキング検出手段と、ノッキング検出手段によりノック周波数の振動が検出されたタイミングにおける筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、ノッキング検出手段によりノック周波数の振動が検出されたタイミングにおける未燃燃料量を検出する未燃燃料量検出手段と、筒内圧検出手段により検出された筒内圧および未燃燃料量検出手段により検出された未燃燃料量の組合せが、記憶手段に記憶された筒内圧と未燃燃料量との対応関係に適合している場合に、ノッキング検出手段により検出された振動がノッキングに因るものであることを判定するノッキング判定手段と、を備えることを特徴とする。

さらに、上述した内燃機関の制御装置において、記憶手段に記憶される対応関係は、筒内圧の各値と、当該筒内圧の各値で車室内の乗員に聴こえる大きさのノッキングが発生するために必要な未燃燃料量との対応関係であることが好ましい。

上述した内燃機関の制御装置によれば、ノック周波数の振動が検出された場合の筒内圧と未燃燃料量との組合せが、記憶手段に記憶された筒内圧と未燃燃料量との対応関係に適合している場合に、前述したノック周波数の振動がノッキングに因るものであることが判定されるため、ノイズに起因する振動がノッキングに因るものであると誤検出されてしまうことを抑制することができる。特に、上述した内燃機関の制御装置によれば、車室内の乗員に聴こえない大きさのノッキングが検出されてしまうことを抑制することができる。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、クランクアングルの各値と、当該クランクアングルの各値でノッキングが発生した場合のノック周波数の振動のピーク値との対応関係が予め記憶された記憶手段と、ノック周波数の振動を検出するノッキング検出手段と、ノッキング検出手段によりノック周波数の振動が検出されたタイミングにおけるクランクアングルを検出するクランクアングル検出手段と、クランクアングル検出手段により検出されたクランクアングルおよびノッキング検出手段により検出されたノック周波数の振動のピーク値の組合せが、記憶手段に記憶されたクランクアングルとノック周波数の振動のピーク値との対応関係に適合している場合に、ノッキング検出手段により検出された振動がノッキングに因るものであることを判定するノッキング判定手段と、を備えることを特徴とする。

上述した内燃機関の制御装置によれば、ノック周波数の振動が検出された場合のクランクアングルとノック周波数の振動のピーク値との組合せが、記憶手段に記憶されたクランクアングルとノック周波数の振動のピーク値との対応関係に適合している場合に、実際にノッキングが発生したことが判定されるため、前述したノック周波数の振動がノッキングに因るものであることが判定されるため、ノイズに起因する振動がノッキングに因るものであると誤検出されてしまうことを抑制することができる。特に、上述した内燃機関の制御装置によれば、異常な大きさの振動がノッキングに因るものであると誤検出されてしまうことを抑制することができる。

本発明によれば、ノッキングを精度良く検出し、ノッキングの誤検出によってノック対応制御が誤って実行されることを防止できるようにした内燃機関の制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明のエンジン（内燃機関）の制御装置に係る好適な実施形態について説明する。図１には、第１実施形態に係るエンジンの制御装置の構成の概略が示されている。なお、本実施形態のエンジンは、車両に搭載されて駆動源として用いられる。

第１実施形態で説明するエンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として図１に示されている。エンジン１においては、吸気通路２を通して外気が吸入空気として取り込まれ、この吸入空気がシリンダ３の直前でインジェクタ４から噴射された燃料とを混合されて混合気とされる。混合気は、シリンダ３内に吸入され、ピストン５によって圧縮された後に点火プラグ６で着火されて燃焼する。このとき燃焼によってシリンダ内の圧力は上昇し、これをピストン５及びコネクティングロッドを介して出力として取り出している。

シリンダ３の内部と吸気通路２との間は、吸気バルブ７によって開閉される。シリンダ３の内部と排気通路８との間は、排気バルブ９によって開閉される。吸気バルブ７は、吸気行程のピストン５下降時に開かれ、吸気行程から圧縮工程に移行する時に閉じられる。吸気行程が終了する（圧縮工程に移行する）時におけるピストン５の下死点を吸気下死点（吸気ＢＤＣ：Bottom Dead Center）と言う。圧縮工程時にはピストン５はシリンダ３内を上昇し、上述したようにピストン５が圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ：Top Dead Center）近傍となるときに混合気に点火される。点火による混合気燃焼に伴う膨張行程においてピストン５は下降し、再び上昇するときに排気バルブ９が開かれて排気行程に移行する。燃焼後の排気ガスは排気通路８に排気される。なお、以下の説明では、クランクアングル（°ＣＡ）は、圧縮ＴＤＣを基準とする。

また、上述した点火プラグ６は、イグニッションコイル１８及びイグナイタ１９を介してＥＣＵ１５に接続されている。また、エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクアングルを検出し、さらにはエンジン回転数やピストン位置を検出するためのクランクポジショニングセンサ２０が取り付けられており、吸気側のカムシャフトの近傍には、吸気バルブ７（及び排気バルブ９）の開閉タイミングを検出するカムポジショニングセンサ２１が取り付けられている。電子式コントロールユニット（ＥＣＵ）１５は、ＣＰＵ，ＲＡＭからなる制御手段、ＲＯＭからなる記憶手段などを備えており、クランクポジショニングセンサ２０やカムポジショニングセンサ２１の検出結果などに基づいて点火タイミングを決定する。ＥＣＵ１５からの点火信号に基づいてイグナイタ１９がスイッチの働きをし、イグニッションコイル１８が点火用の高電圧を生成すると、点火プラグ６はこれによって点火される。

また、エンジンの吸気通路２には、上流側から、吸気流量及び吸気温を検出するためのエアフロメータ１１、スロットルバルブ１２の開度（エンジン負荷）を検出するためのスロットルポジショニングセンサ１７、サージタンク内の圧力を検出するための圧力センサ２５などが設けられている。また、エンジンには、アクセルペダル１３の操作量を検出するためのアクセルポジショニングセンサ１４、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２３、エンジンブロックに固定され、エンジン振動を検出することでノッキング時特有のノック周波数（例えば５ｋＨｚ〜７ｋＨｚ）の振動を検出するためのノックセンサ２４などが設けられている。これらのセンサ類の検出値はＥＣＵ１５により取り込まれ、エンジンの各種制御に利用されている。

また、ＥＣＵ１５のＲＯＭには、ノッキングを検出するために必要な各種データが記憶されている。これらのデータは、（Ａ）燃料燃焼時の筒内圧最大値の各値と、筒内圧最大値が前記各値となった場合にノッキングが発生するクランクアングルとの対応関係のデータ（図２参照）、（Ｂ）クランクアングルの各値と、当該クランクアングルの各値でノッキングが発生した場合のノックセンサ２４の検出値のピーク値との対応関係のデータ（図３参照）、（Ｃ）筒内圧の各値と、当該筒内圧の各値でノッキングが発生するために必要な未燃燃料量との対応関係のデータ（図４参照）などである。これらのデータは、内燃機関の設計・製造時に予め実測されて、ＥＣＵ１５のＲＯＭに記憶されている。

（Ａ）燃料燃焼時の筒内圧最大値の各値Ｐｍａｘと、筒内圧最大値が前記各値となった場合にノッキングが発生するクランクアングルＣＡａｔＡＩとの対応関係のデータが、図２にグラフ化して示されている。図２のグラフにおいて、横軸はクランクアングルＣＡａｔＡＩ、縦軸は筒内圧最大値Ｐｍａｘであり、クランクアングルＣＡａｔＡＩは筒内圧最大値Ｐｍａｘの１次式となっている。理解を容易にするために、燃料燃焼時の筒内圧最大値Ｐｍａｘ、およびノッキングが発生するクランクアングルＣＡａｔＡＩを図５に示す。なお、必要であれば、筒内圧最大値ＰｍａｘとクランクアングルＣＡａｔＡＩとの対応関係のデータを、内燃機関の運転状態（例えば、エンジン回転数、エンジン負荷などの様々な状態）ごとにＲＯＭに用意して、上記のセンサ類により検出される内燃機関の運転状態に応じて、筒内圧最大値ＰｍａｘとクランクアングルＣＡａｔＡＩとの対応関係のデータを選択すればよい。

（Ｂ）クランクアングルの各値ＣＡａｔＡＩと、当該クランクアングルの各値でノッキングが発生した場合のノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐとの対応関係のデータが、図３にグラフ化して示されている。図３のグラフにおいて、横軸はクランクアングルＣＡａｔＡＩ、縦軸はノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐであり、ノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐは、クランクアングルＣＡａｔＡＩの１次式となっている。理解を容易にするために、ノッキングが発生するクランクアングルＣＡａｔＡＩ、およびノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐを図６に示す。なお、必要であれば、クランクアングルＣＡａｔＡＩとノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐとの対応関係のデータを、内燃機関の運転状態（例えば、エンジン回転数、エンジン負荷などの様々な状態）ごとにＲＯＭに用意して、上記のセンサ類により検出される内燃機関の運転状態に応じて、クランクアングルＣＡａｔＡＩとノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐとの対応関係のデータを選択すればよい。

（Ｃ）筒内圧の各値ＰａｔＡＩと、当該筒内圧の各値でノッキングが発生するために必要な未燃燃料量ＢＲａｔＡＩとの対応関係のデータが、図４にグラフ化して示されている。図４のグラフにおいて、横軸は未燃燃料量ＢＲａｔＡＩ、縦軸は筒内圧ＰａｔＡＩであり、未燃燃料量ＢＲａｔＡＩは、筒内圧ＰａｔＡＩの１次式となっている。理解を容易にするために、ノッキングが発生する時の筒内圧ＰａｔＡＩを図５に示す。また、未燃燃料量ＢＲａｔＡＩは、Ｗｉｅｂｅ関数などの気筒内の燃焼割合を算出可能な数式モデルを利用して算出される。なお、必要であれば、筒内圧ＰａｔＡＩと未燃燃料量ＢＲａｔＡＩとの対応関係のデータを、内燃機関の運転状態（例えば、エンジン回転数、エンジン負荷などの様々な状態）ごとにＲＯＭに用意して、上記のセンサ類により検出される内燃機関の運転状態に応じて、筒内圧ＰａｔＡＩと未燃燃料量ＢＲａｔＡＩとの対応関係のデータを選択すればよい。

上述した第１実施形態の構成において、ＥＣＵ１５の一部であるＲＯＭは、特許請求の範囲に記載される「記憶手段」に相当する。また、ノックセンサ２４は、特許請求の範囲に記載される「ノッキング検出手段」に相当する。また、上記のセンサ類およびＥＣＵ１５の組合せは、特許請求の範囲に記載される「筒内圧検出手段」に相当する。また、クランクポジショニングセンサ２０は、特許請求の範囲に記載される「クランクアングル検出手段」に相当する。また、ＥＣＵ１５は、特許請求の範囲に記載される「ノッキング判定手段」に相当する。また、上記のセンサ類およびＥＣＵ１５の組合せは、特許請求の範囲に記載される「未燃燃料量検出手段」に相当する。

次に、ＥＣＵ１５により実行されるノッキングを検出する処理について説明する。図７のフローチャートには、ノッキングを検出する処理の概要が示されている。このノッキング検出処理は、エンジンの運転時にＥＣＵ１５により繰り返し実行されている。

ＥＣＵ１５は、上記のセンサ類により検出されたエンジンの運転状態のデータを取り込む（Ｓ７０１）。ここで、ＥＣＵ１５に取り込まれるデータには、ノックセンサ２４の検出値が含まれている。

次に、ＥＣＵ１５は、ノックセンサ２４の検出値にノック周波数の振動があるか否かを判定する（Ｓ７０２）。ここで、ノックセンサ２４の検出値にノック周波数の振動がないことが判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していないことを判定する（Ｓ７０７）。一方、ノックセンサ２４の検出値にノック周波数の振動があることが判定された場合には、ＥＣＵ１５は、さらに詳しくノッキングの有無を判定するためにステップ７０３の処理に進む。

次に、ステップ７０３において、ＥＣＵ１５は、ノック周波数の振動が計測された直前の筒内圧最大値Ｐｍａｘを算出する。そして、ＥＣＵ１５は、図２の特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩが、算出された筒内圧最大値Ｐｍａｘの状況下においてノッキングが通常発生するクランクアングルＣＡａｔＡＩと一致しているか否かを判定する（Ｓ７０３）。ここで、上記の２つのクランクアングルが一致していないと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していないことを判定する（Ｓ７０７）。一方、上記の２つのクランクアングルが一致していると判定された場合には、ＥＣＵ１５は、さらに詳しくノッキングの有無を判定するためにステップ７０４の処理に進む。

次に、ステップ７０４において、ＥＣＵ１５は、図３の特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたタイミングのノックセンサ２４の検出値のピーク値が、ノック周波数の振動が計測されたクランクアングルＣＡにおいてノッキングが発生した場合に表れる通常のピーク値と一致しているか否かを判定する（Ｓ７０４）。ここで、上記の２つのピーク値が一致していないと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していないことを判定する（Ｓ７０７）。一方、上記の２つのピーク値が一致していると判定された場合には、ＥＣＵ１５は、さらに詳しくノッキングの有無を判定するためにステップ７０５の処理に進む。

次に、ステップ７０５において、ＥＣＵ１５は、図４の特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの内燃機関の運転状態から算出（検出）される未燃燃料量が、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの筒内圧ＰａｔＡＩにおいて可聴レベルのノッキングが発生するために必要な通常の未燃燃料量よりも多いか否かを判定する（Ｓ７０５）。ここで、上記の２つの未燃燃料量が一致していないと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していないことを判定する（Ｓ７０７）。一方、上記の２つの未燃燃料量が一致していると判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していることを判定する（Ｓ７０６）。

次に、上記のステップ７０３の処理の詳細を説明する。図８のフローチャートには、図７のステップ７０３の処理が詳細に示されている。図８のフローチャートでは、ＥＣＵ１５は、ノック周波数の振動が計測された直前の筒内圧最大値Ｐｍａｘ、言い換えれば、ノック周波数の振動が検出されたサイクルにおける筒内圧最大値Ｐｍａｘを算出する。そして、ＥＣＵ１５は、図２の特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩが、算出された筒内圧最大値Ｐｍａｘの状況下においてノッキングが通常発生するクランクアングルＣＡａｔＡＩと一致しているか否かを判定している。

先ず、ＥＣＵ１５は、上記のセンサ類により検出された内燃機関の運転状態に基づいて、ノックセンサ２４の検出値にノック周波数の振動が発生した直前の筒内圧最大値Ｐｍａｘを算出（検出）する（Ｓ８０１）。ここで、ＥＣＵ１５は、筒内圧の最大値Ｐｍａｘを簡易に算出するために、例えば、エンジン負荷、エンジン回転数などのパラメータの近似式（例えば一次式）として筒内圧最大値Ｐｍａｘが表された計算式を利用したり、エンジン負荷、エンジン回転数などのパラメータに筒内圧最大値Ｐｍａｘが対応付けられたマップデータを利用すればよい。

次に、ＥＣＵ１５は、図２に示される特性データを参照して、ステップ８０１で算出された筒内圧最大値Ｐｍａｘに対応するクランクアングルＣＡａｔＡＩを求める（Ｓ８０２）。ここで、求められるクランクアングルＣＡａｔＡＩは、ステップ８０１で算出された筒内圧最大値Ｐｍａｘの状況下において、ノッキングが通常発生するクランクアングルＣＡａｔＡＩである。

次に、ＥＣＵ１５は、ノックセンサ２４の検出値にノック周波数の振動が発生したタイミングのクランクアングルＣＡｍａｔＡＩを求める（Ｓ８０３）。すなわち、ＥＣＵ１５は、図６に示されるように、ノックセンサ２４の検出値がノック周波数で振動を開始するタイミングのクランクアングルＣＡｍａｔＡＩを求める。

次に、ＥＣＵ１５は、ステップ８０２で求めたクランクアングルＣＡａｔＡＩと、ステップ８０３で求めたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩとの差分の絶対値が、予め設定された閾値Ｃｃより小さいか否かを判定する（Ｓ８０４）。ここで、閾値Ｃｃは、上記の２つのクランクアングルＣＡａｔＡＩおよびＣＡｍａｔＡＩがほぼ一致していることを判定するための閾値であり、上記の２つのクランクアングルＣＡａｔＡＩおよびＣＡｍａｔＡＩと比較して十分に小さい数値である。

ステップ８０４において２つのクランクアングルＣＡａｔＡＩ，ＣＡｍａｔＡＩの差分の絶対値が予め設定された閾値Ｃｃより小さいと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノック周波数の振動が計測されたタイミングのクランクアングルＣＡｍａｔＡＩが、ステップ８０１で算出された筒内圧最大値Ｐｍａｘの状況下においてノッキングが通常発生するクランクアングルＣＡａｔＡＩと一致していることを判定する（Ｓ８０５）。

一方、ステップ８０４において２つのクランクアングルＣＡａｔＡＩ，ＣＡｍａｔＡＩの差分の絶対値が予め設定された閾値Ｃｃより大きいと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノック周波数の振動が計測されたタイミングのクランクアングルＣＡｍａｔＡＩが、ステップ８０１で算出された筒内圧最大値Ｐｍａｘの状況下においてノッキングが通常発生するクランクアングルＣＡａｔＡＩと一致していないことを判定する（Ｓ８０６）。

既述のとおり、２つのクランクアングルＣＡａｔＡＩ，ＣＡｍａｔＡＩが一致していないと判定された場合には、ステップ７０７においてノッキングが発生していないことが判定される。よって、ノック周波数の振動が異常なクランクアングルで発生している場合に、その異常な振動がノッキングに因るものであると誤検出されることを防止することができる。

なお、上述した処理で、ＥＣＵ１５は、図２の特性データを参照して筒内圧最大値Ｐｍａｘに対応するクランクアングルＣＡａｔＡＩを求め、ノック周波数の振動が発生したタイミングで検出されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩと比較している。これに代えて、ＥＣＵ１５は、図２の特性データを参照してクランクアングルＣＡｍａｔＡＩに対応する筒内圧最大値Ｐｍａｘを求め、ノック周波数の振動が発生した直前に検出された筒内圧最大値Ｐｍａｘと比較してもよい。すなわち、検出された筒内圧最大値ＰｍａｘおよびクランクアングルＣＡｍａｔＡＩの組合せが、ＲＯＭに記憶された筒内圧最大値ＰｍａｘとクランクアングルＣＡａｔＡＩとの対応関係に適合していればよい。

次に、上記のステップ７０４の処理の詳細を説明する。図９のフローチャートには、図７のステップ７０４の処理が詳細に示されている。図９のフローチャートでは、ＥＣＵ１５は、図３の特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたタイミングのノックセンサ２４の検出値のピーク値が、ノック周波数の振動が計測されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩにおいてノッキングが発生した場合に表れる通常のピーク値と一致しているか否かを判定している。

先ず、ＥＣＵ１５は、図３に示される特性データを参照して、ノックセンサ２４の検出値にノック周波数の振動が発生したクランクアングルＣＡｍａｔＡＩに対応するノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐを求める（Ｓ９０１）。ここで、求められるノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐは、ノック周波数の振動が計測されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩにおいてノッキングが発生した状況下において、ノックセンサ２４の検出値に通常表れるピーク値Ｐｐである。

次に、ＥＣＵ１５は、ノックセンサ２４の検出値にノック周波数の振動が発生したタイミングのノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐｍを求める（Ｓ９０２）。ここで求められるノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐｍは、図６に示されるようにノックセンサ２４の検出値の最大値である。ちなみに、ノックセンサ２４が非共振型であれば、ノックセンサ２４の検出値のピーク値は、ノックセンサ２４の検出値からノック周波数成分をフィルタリングした後のピーク値として得られる。また、ノックセンサ２４が共振型であれば、ノックセンサ２４の検出値のピーク値は、ノックセンサ２４の検出値そのもののピーク値として得られる。

次に、ＥＣＵ１５は、ステップ９０１で求めたピーク値Ｐｐと、ステップ９０２で求めたピーク値Ｐｐｍとの差分の絶対値が、予め設定された閾値Ｐｃより小さいか否かを判定する（Ｓ９０３）。ここで、閾値Ｐｃは、上記の２つのピーク値ＰｐおよびＰｐｍがほぼ一致していることを判定するための閾値であり、上記の２つのピーク値ＰｐおよびＰｐｍと比較して十分に小さい数値である。

ステップ９０３において２つのピーク値Ｐｐ，Ｐｐｍの差分の絶対値が予め設定された閾値Ｐｃより小さいと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノック周波数の振動が計測されたタイミングのノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐｍが、ノック周波数の振動が計測されたクランクアングルＣＡにおいてノッキングが発生した場合に表れる通常のピーク値Ｐｐと一致していることを判定する（Ｓ９０４）。

一方、ステップ９０３において２つのピーク値Ｐｐ，Ｐｐｍの差分の絶対値が予め設定された閾値Ｐｃより大きいと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノック周波数の振動が計測されたタイミングのノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐｍが、ノック周波数の振動が計測されたクランクアングルＣＡにおいてノッキングが発生した場合に表れる通常のピーク値Ｐｐと一致していないことを判定する（Ｓ９０５）。

既述のとおり、２つのピーク値Ｐｐ，Ｐｐｍが一致していないと判定された場合には、ステップ７０７においてノッキングが発生していないことが判定される。よって、ノック周波数の振動が異常なピーク値をもつ場合に、その異常な振動がノッキングに因るものであると誤検出されることを防止することができる。

なお、上述した処理で、ＥＣＵ１５は、図３の特性データを参照してクランクアングルＣＡｍａｔＡＩに対応するノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐを求め、ノック周波数の振動が発生したタイミングで検出されたノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐｍと比較している。これに代えて、ＥＣＵ１５は、図３の特性データを参照してノックセンサ２４の検出値のピーク値Ｐｐｍに対応するクランクアングルＣＡａｔＡＩを求め、ノック周波数の振動が発生したタイミングで検出されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩと比較してもよい。すなわち、検出されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩおよびピーク値Ｐｐｍの組合せが、ＲＯＭに記憶されたクランクアングルＣＡａｔＡＩとピーク値Ｐｐとの対応関係に適合していればよい。

次に、上記のステップ７０５の処理の詳細を説明する。図１０のフローチャートには、図７のステップ７０５の処理が詳細に示されている。図１０のフローチャートでは、ＥＣＵ１５は、図４の特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの内燃機関の運転状態から算出される未燃燃料量が、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの筒内圧ＰａｔＡＩにおいてノッキングが発生するために必要な通常の未燃燃料量よりも多いか否かを判定する。

先ず、ＥＣＵ１５は、上記のセンサ類の検出値に基づいて、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの筒内圧ＰａｔＡＩを算出（検出）する（Ｓ１００１）。ここで、ＥＣＵ１５は、エンジンモデル（すなわち、エンジンの諸特性の関係式）に、上記のセンサ類の検出値を適用することで筒内圧ＰａｔＡＩを算出すればよい。また、ＥＣＵ１５は、統計モデル（すなわち、エンジンの諸特性のマップデータ）に、上記のセンサ類の検出値を適用することで筒内圧ＰａｔＡＩを算出してもよい。

次に、ＥＣＵ１５は、図４に示される特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの筒内圧ＰａｔＡＩに対応する未燃燃料量ＢＲａｔＡＩを求める（Ｓ１００２）。ここで求められる未燃燃料量ＢＲａｔＡＩは、ノック周波数の振動が計測されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩにおいて、車室内の乗員に聞こえる大きさのノッキングが発生するために必要な通常の未燃燃料量ＢＲａｔＡＩである。

次に、ＥＣＵ１５は、ノック周波数の振動が計測されたタイミングのクランクアングルＣＡｍａｔＡＩにおいて、実際に気筒内に残っている未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩを算出（検出）する（Ｓ１００３）。ここで、ＥＣＵ１５は、未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩを算出するために、Ｗｉｅｂｅ関数などの気筒内の燃焼割合を算出可能な数式モデルを利用すればよい。

次に、ＥＣＵ１５は、ステップ１００２で求めた未燃燃料量ＢＲａｔＡＩよりも、ステップ１００３で求めた未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩの方が大きいか否かを判定する（Ｓ１００４）。ここで、ステップ１００２で求めた未燃燃料量ＢＲａｔＡＩよりもステップ１００３で求めた未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩの方が大きいということは、実際に発生したノッキング音が可聴レベルにあり、ノッキング音が車室内の乗員に聴こえることを意味している。

ステップ１００４においてステップ１００２で求めた未燃燃料量ＢＲａｔＡＩよりも、ステップ１００３で求めた未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩの方が大きいと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキング音が車室内の乗員に聴こえることを判定する。一方、ステップ１００４においてステップ１００２で求めた未燃燃料量ＢＲａｔＡＩよりも、ステップ１００３で求めた未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩの方が小さいと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキング音が車室内の乗員に聴こえないことを判定する。

既述のとおり、ステップ１００２で求めた未燃燃料量ＢＲａｔＡＩよりも、ステップ１００３で求めた未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩの方が大きいと判定された場合には、ステップ７０６においてノッキングが発生していることが判定される。一方、ステップ１００２で求めた未燃燃料量ＢＲａｔＡＩよりも、ステップ１００３で求めた未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩの方が小さいと判定された場合には、ステップ７０７においてノッキングが発生していないことが判定される。よって、ノック周波数の振動が可聴レベルに至らない場合に、その振動がノッキングに因るものであると検出されることを防止することができる。

上述した第１実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、ノックセンサ２４の検出値にノイズが混じることによりノッキングが誤検出されたり、車室内の乗員には聴こえないノッキングが検出されることが防止されるため、これらに対応して所定のノック対応制御（例えば、点火時期の遅角化など）が実行されることがない。この結果、内燃機関は、最良の制御状態に保たれて運転されることとなり、最良の性能を得ることができる。

なお、上述した第１実施形態では、ステップ７０３、ステップ７０４およびステップ７０５の全ての判定において肯定された場合に、ノッキングが発生したことを検出しているが、ステップ７０３、ステップ７０４またはステップ７０５のいずれか１つの判定のみで肯定された場合に、ノッキングが発生したことを検出してもよい。

なお、上述した処理で、ＥＣＵ１５は、図４の特性データを参照してクランクアングルＣＡｍａｔＡＩに対応する未燃燃料量ＢＲａｔＡＩを求め、ノック周波数の振動が発生したタイミングで検出された未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩと比較している。これに代えて、ＥＣＵ１５は、図４の特性データを参照して未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩに対応するクランクアングルＣＡａｔＡＩを求め、ノック周波数の振動が発生したタイミングで検出されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩと比較してもよい。すなわち、検出されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩおよび未燃燃料量ＢＲｍａｔＡＩの組合せが、ＲＯＭに記憶されたクランクアングルＣＡａｔＡＩと未燃燃料量ＢＲａｔＡＩとの対応関係に適合していればよい。

次に、第２実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第２実施形態に係る内燃機関の制御装置は、第１実施形態と構成がほぼ同じであるが、ノックセンサ２４に代えて、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサが点火プラグ６と一体化されて設けられている点で異なっている。このため、第２実施形態では、ＥＣＵ１５がセンサ類により検出された内燃機関の運転状態から筒内圧を算出する必要がなく、筒内圧センサ６を用いて筒内圧を直接的に検出できるため、筒内圧の検出精度が高く、ＥＣＵ１５の計算負荷が小さい。

また、筒内圧センサ６が設けられたことに対応して、ＥＣＵ１５のＲＯＭに記憶される特性データも第１実施形態と異なっている。すなわち、ＥＣＵ１５のＲＯＭに記憶されるデータは、（Ａ）燃料燃焼時の筒内圧最大値の各値と、筒内圧最大値が前記各値となった場合にノッキングが発生するクランクアングルとの対応関係のデータ（図２参照）、（Ｂ）クランクアングルの各値と、当該クランクアングルの各値でノッキングが発生した場合の筒内圧ノック周波数成分のピーク値との対応関係のデータ（図３と類似）、（Ｃ）筒内圧の各値と、当該筒内圧の各値でノッキングが発生するために必要な未燃燃料量との対応関係のデータ（図４参照）などである。これらのデータは、内燃機関の設計・製造時に予め実測されて、ＥＣＵ１５のＲＯＭに記憶されている。

上述した第２実施形態の構成において、ＥＣＵ１５の一部であるＲＯＭは、特許請求の範囲に記載される「記憶手段」に相当する。また、筒内圧センサ６およびＥＣＵ１５の組合せは、特許請求の範囲に記載される「ノッキング検出手段」に相当する。また、筒内圧センサ６は、特許請求の範囲に記載される「筒内圧検出手段」に相当する。また、クランクポジショニングセンサ２０は、特許請求の範囲に記載される「クランクアングル検出手段」に相当する。また、ＥＣＵ１５は、特許請求の範囲に記載される「ノッキング判定手段」に相当する。また、上記のセンサ類およびＥＣＵ１５の組合せは、特許請求の範囲に記載される「未燃燃料量検出手段」に相当する。

次に、ＥＣＵ１５により実行されるノッキングを検出する処理について説明する。図１１のフローチャートには、ノッキングを検出する処理の概要が示されている。このノッキング検出処理は、エンジンの運転時にＥＣＵ１５により繰り返し実行されている。

ＥＣＵ１５は、上記のセンサ類により検出されたエンジンの運転状態のデータを取り込む（Ｓ１１０１）。ここで、ＥＣＵ１５に取り込まれるデータには、筒内圧センサ６の検出値が含まれている。

次に、ＥＣＵ１５は、筒内圧センサ６の検出値にノック周波数の振動があるか否かを判定する（Ｓ１１０２）。ここで、筒内圧センサ６の検出値にノック周波数の振動がないことが判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していないことを判定する（Ｓ１１０７）。一方、筒内圧センサ６の検出値にノック周波数の振動があることが判定された場合には、ＥＣＵ１５は、さらに詳しくノッキングの有無を判定するためにステップ１１３の処理に進む。

次に、ステップ１１０３において、ＥＣＵ１５は、ノック周波数の振動が計測された直前の筒内圧最大値Ｐｍａｘを検出する。そして、ＥＣＵ１５は、図２の特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたクランクアングルＣＡｍａｔＡＩが、検出された筒内圧最大値Ｐｍａｘの状況下においてノッキングが通常発生するクランクアングルＣＡａｔＡＩと一致しているか否かを判定する（Ｓ１１０３）。ここで、上記の２つのクランクアングルが一致していないと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していないことを判定する（Ｓ１１０７）。一方、上記の２つのクランクアングルが一致していると判定された場合には、ＥＣＵ１５は、さらに詳しくノッキングの有無を判定するためにステップ１１０４の処理に進む。

次に、ステップ１１０４において、ＥＣＵ１５は、図３に類似する特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの筒内圧センサ６の検出値（ノック周波数成分をフィルタリングした後の検出値）のピーク値Ｐｐｍが、ノック周波数の振動が計測されたタイミングのクランクアングルＣＡにおいてノッキングが発生した場合に表れる通常のピーク値Ｐｐと一致しているか否かを判定する（Ｓ１１０４）。ここで、上記の２つのピーク値Ｐｐｍ，Ｐｐが一致していないと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していないことを判定する（Ｓ１１０７）。一方、上記の２つのピーク値Ｐｐｍ，Ｐｐが一致していると判定された場合には、ＥＣＵ１５は、さらに詳しくノッキングの有無を判定するためにステップ１１０５の処理に進む。

次に、ステップ１１０５において、ＥＣＵ１５は、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの筒内圧ＰａｔＡＩを検出する。そして、ＥＣＵ１５は、図４の特性データを参照して、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの筒内圧検出値ＰａｔＡＩを元に燃焼圧解析を行って算出される未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩが、ノック周波数の振動が計測されたタイミングの筒内圧ＰａｔＡＩにおいてノッキングが発生するために必要な通常の未燃燃料量ＢＲａｔＡＩよりも多いか否かを判定する（Ｓ１１０５）。ここで、未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩが未燃燃料量ＢＲａｔＡＩより少ないと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していないことを判定する（Ｓ１１０７）。一方、未燃燃料量ＢＲｃａｔＡＩが未燃燃料量ＢＲａｔＡＩより多いと判定された場合には、ＥＣＵ１５は、ノッキングが発生していることを判定する（Ｓ１１０６）。

上述した第２実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、第１実施形態と同様に、筒内圧センサ６の検出値にノイズが混じることによりノッキングが誤検出されたり、車室内の乗員には聴こえないノッキングが検出されることが防止されるため、これらに対応して所定のノック対応制御（例えば、点火時期の遅角化など）が実行されることがない。この結果、内燃機関は、最良の制御状態に保たれて運転されることとなり、最良の性能を得ることができる。

なお、上述した第２実施形態では、ステップ１１０３、ステップ１１０４およびステップ１１０５の全ての判定において肯定された場合に、ノッキングが発生したことを検出しているが、ステップ１１０３、ステップ１１０４またはステップ１１０５のいずれか１つの判定のみで肯定された場合に、ノッキングが発生したことを検出してもよい。

なお、上述した第１実施形態および第２実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、特開２００４−３４２６８３号公報に示される内燃機関の制御装置に対して、次の点で優れている。すなわち、特開２００４−３４２６８３号公報に示される内燃機関の制御装置では、自着火予測式などの複雑な計算式を利用してノッキングを検出するため、ＥＣＵの計算負荷が大きい。これに対して、上述した第１実施形態および第２実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＲＯＭに予め記憶された対応関係のデータを利用してノッキングを検出するため、ＥＣＵの計算負荷が小さく、ノッキングの判定を高速に行うことができる。

第１実施形態に係る内燃機関の概略を示す構成図である。 燃料燃焼時の筒内圧最大値の各値と、筒内圧最大値が前記各値となった場合にノッキングが発生するクランクアングルとの対応関係のデータを示す図である。 クランクアングルの各値と、当該クランクアングルの各値でノッキングが発生した場合のノックセンサの検出値のピーク値との対応関係のデータを示す図である。 筒内圧の各値と、当該筒内圧の各値でノッキングが発生するために必要な未燃燃料量との対応関係のデータを示す図である。 筒内圧の経時変化を示すグラフである。 ノックセンサの検出値の経時変化を示すグラフである。 第１実施形態に係るノッキング判定処理の概略的に示すフローチャートである。 図７のステップ７０３の処理を詳細に示すフローチャートである。 図７のステップ７０４の処理を詳細に示すフローチャートである。 図７のステップ７０５の処理を詳細に示すフローチャートである。 第２実施形態に係るノッキング判定処理の概略的に示すフローチャートである。

符号の説明

１…内燃機関、２…吸気通路、３…シリンダ、４…インジェクタ、５…ピストン、６…点火プラグまたは筒内圧センサ、７…吸気バルブ、８…排気通路、９…排気バルブ、１１…エアフロメータ、１２…スロットルバルブ、１３…アクセルペダル、１４…アクセルポジショニングセンサ、１５…ＥＣＵ、１７…スロットルポジショニングセンサ、１８…イグニッションコイル、１９…イグナイタ、２０…クランクポジショニングセンサ、２１…カムポジショニングセンサ、２３…水温センサ、２４…ノックセンサ、２５…圧力センサ。

Claims (2)

1. 燃料燃焼時の筒内圧最大値の各値と、筒内圧最大値が前記各値となった場合にノッキングが発生するクランクアングルとの対応関係が予め記憶された記憶手段と、
   ノック周波数の振動を検出するノッキング検出手段と、
   前記ノッキング検出手段によりノック周波数の振動が検出されたサイクルにおける筒内圧最大値を検出する筒内圧検出手段と、
   前記ノッキング検出手段によりノック周波数の振動が検出されたクランクアングルを検出するクランクアングル検出手段と、
   前記筒内圧検出手段により検出された筒内圧最大値および前記クランクアングル検出手段により検出されたクランクアングルの組合せが、前記記憶手段に記憶された筒内圧最大値とクランクアングルとの対応関係に適合している場合に、前記ノッキング検出手段により検出された振動がノッキングに因るものであることを判定するノッキング判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. クランクアングルの各値と、当該クランクアングルの各値でノッキングが発生した場合のノック周波数の振動のピーク値との対応関係が予め記憶された記憶手段と、
   ノック周波数の振動を検出するノッキング検出手段と、
   前記ノッキング検出手段によりノック周波数の振動が検出されたタイミングにおけるクランクアングルを検出するクランクアングル検出手段と、
   前記クランクアングル検出手段により検出されたクランクアングルおよび前記ノッキング検出手段により検出されたノック周波数の振動のピーク値の組合せが、前記記憶手段に記憶されたクランクアングルとノック周波数の振動のピーク値との対応関係に適合している場合に、前記ノッキング検出手段により検出された振動がノッキングに因るものであることを判定するノッキング判定手段と、
   を備え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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