JP4986894B2 - ノック検出系異常診断置 - Google Patents

Description

本発明は、ノック信号出力手段の出力信号から抽出した複数の周波数域の振動強度に基づいてノック信号出力手段の異常の有無を判定するノック検出系異常診断装置に関する発明である。

ノックセンサの異常を検出する場合、例えば特許文献１（特開２００６−２９１５８号公報）に記載されているように、ノックセンサの出力信号をプルアップ及びプルダウンするバイアス手段を設け、このバイアス手段の直流成分に基づいてノックセンサの異常の有無を判定するようにしたものがある。

或は、特許文献２（特開２００４−２７０６２６号公報）に記載されているように、各気筒毎にノックセンサの出力信号が判定値を下回る回数を異常カウンタでカウントし、この異常カウンタのカウント値が所定値を越えたときにノックセンサの異常と判定するようにしたものがある。

また、近年、特許文献３（特開２００５−１８８２９７号公報）に記載されているように、ノック発生時には、ノック特有の振動成分のピーク周波数が徐々に低周波数側に移行する「低周波シフト」という現象が発生する点に着目して、ノックセンサの出力信号から抽出した１つのノック周波数域の振動成分のピーク周波数が徐々に低周波数側に移行しているか否かで、ノックの有無を判定するようにしたものがある。
特開２００６−２９１５８号公報 特開２００４−２７０６２６号公報 特開２００５−１８８２９７号公報

本発明者らは、ノック発生時に実際に発生しているノックをノックセンサにより検出できるか否かでノックセンサの異常の有無を判定する技術を研究開発しているが、その過程で、次のような課題が判明した。

近年の内燃機関は、出力、燃費、環境性能向上等を狙って、可変動弁機構、過給機等の様々なシステムを搭載したり、筒内噴射エンジンのように燃焼モードに応じて燃料噴射時期を変化させるため、ノック判定区間でノックセンサ信号に重畳するノイズの種類やノイズ発生頻度が増える傾向があるが、上記特許文献３のノック検出技術では、１つのノック周波数域の振動成分が時系列的に低周波シフトしているか否かを判定するだけであるため、例えば、図４に示すように、１つのノック判定区間内に複数のノイズが時系列的にノックセンサ信号に重畳した場合に、見掛上、１つの連続した振動成分が低周波シフトしているように誤判定してしまう可能性があり、１つの周波数域の振動成分の低周波シフトの有無のみを判定したのではノイズをノックと誤判定する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、従来のノックセンサの異常検出技術とは異なる手法でノック信号出力手段の異常の有無を精度良く判定できるノック検出系異常診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の運転中に発生するノック振動に応じて出力信号の波形が変化するノック信号出力手段と、前記ノック信号出力手段の出力信号から複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出する複数周波数振動強度抽出手段と、ノックが発生する運転条件で内燃機関を運転している期間又は点火時期を進角させてノックを強制的に発生させている期間に前記複数周波数振動強度抽出手段で抽出した前記複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してその相関性に基づいて前記ノック信号出力手段の異常の有無を判定する異常診断手段とを備えた構成としたものである。

ノックが発生すると、ノックの基本周波数（シリンダのボア径によって決まる１次の共振周波数）のノック振動成分だけでなく、同時に、複数の高次の共振周波数域にもノック振動成分が現れる。複数のノイズが低周波シフトのように連続して発生する現象は、複数の周波数域に同時に発生する現象ではなく、一部の周波数域のみに発生する現象である。

このような事情を考慮して、本発明では、ノックが発生する運転条件で内燃機関を運転している期間又は点火時期を進角させてノックを強制的に発生させている期間に、複数周波数振動強度抽出手段で抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してその相関性に基づいてノック信号出力手段の異常の有無を判定する。つまり、実際にノックが発生している期間に相関性に基づいてノックを正常に検出できれば、ノック信号出力手段が正常であると判定できるが、実際にノックが発生している期間に相関性に基づいてノックを正常に検出できなければ、ノック信号出力手段が異常であると判定することができる。また、ノック信号出力手段の出力信号に重畳したノイズによって、いずれかの周波数域でノックと区別できない低周波シフトが現れたとしても、そのノイズによる低周波シフトをノックと誤判定することを防止することができる。これにより、実際にノックが発生している期間に、ノック信号出力手段の出力信号から抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量と規範モデルとの相関性に基づいてノックを検出できるか否かで、ノック信号出力手段の異常の有無を精度良く判定することができる。

また、請求項２のように、振動ノイズが発生する期間又は振動ノイズを強制的に発生させている期間に複数周波数振動強度抽出手段で抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量と振動ノイズの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してその相関性に基づいてノック信号出力手段の異常の有無を判定するようにしても良い。ここで、振動ノイズは、例えば、バルブ着座ノイズ、直噴インジェクタノイズであり、これらの振動ノイズは、同じタイミングで２つの周波数域で振動が立ち上がる特性がある。従って、実際に振動ノイズが発生している期間に、振動ノイズの特徴を表す規範モデルと相関性のある振動強度変化パターンの特徴量を検出できるか否かを判定すれば、ノック信号出力手段の異常の有無を精度良く判定できる。

この場合、請求項３のように、異常診断期間中に点火時期を遅角補正してノックの発生を抑制するようにしても良い。このようにすれば、ノックが発生しない状態で振動ノイズのみが発生する条件で異常診断を行うことができ、ノック信号出力手段の異常診断精度を向上させることができる。

また、請求項４のように、点火ノイズが発生する期間又は点火ノイズを強制的に発生させている期間に、複数周波数振動強度抽出手段で抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量と点火ノイズの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してその相関性に基づいてノック信号出力手段の異常の有無を判定するようにしても良い。ここで、点火ノイズは、点火時期を遅角し過ぎた時に１つの周波数域で発生するノイズであるため、点火ノイズが発生する時期には、ノックは発生しない。従って、実際に点火ノイズが発生している期間に、点火ノイズの特徴を表す規範モデルと相関性のある振動強度変化パターンの特徴量を検出できるか否かを判定すれば、ノック信号出力手段の異常の有無を精度良く判定できる。

この場合、請求項５のように、複数周波数振動強度抽出手段によってノック信号出力手段の出力信号を時間−周波数解析して複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出するようにしても良い。この場合、時間−周波数解析（Time-Frequency Analysis ）は、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）、ウェーブレット変換、ウィグナー分布等を用いれば良く、この時間−周波数解析によってノック信号出力手段の出力信号から周波数と時間と振動強度のデータを同時に抽出して、複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を作成することができる。

或は、請求項６のように、ノック信号出力手段の出力信号を複数の特定周波数域を抽出する複数のバンドパスフィルタで処理することで複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出するようにしても良い。このようにしても、ノック信号出力手段の出力信号から簡単に複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出することができる。

上述した請求項１〜６に係る発明において、請求項７のように、振動強度変化パターンの特徴量として、振動強度変化パターンの輪郭を抽出しても良いし、振動強度変化パターンの面積、変化方向、輪郭長さ等を抽出しても良い。

本発明は、請求項８のように、ノック信号出力手段の異常が検出されたときに、フェールセーフ手段によって、複数周波数振動強度抽出手段の処理（ノック判定処理）の停止、点火時期の遅角、ノック制御の停止のうちの少なくとも１つを実行するようにすると良い。例えば、ノック信号出力手段の異常発生時に、複数周波数振動強度抽出手段の処理（ノック判定処理）を停止すれば、ノック信号出力手段の異常な信号に基づいて間違ったノック判定を続けることを未然に防止できる。その際、点火時期を遅角すれば、ノックの発生を抑制することができ、また、ノック制御を停止すれば、間違ったノック判定結果に基づいて点火時期を過度に進角させてノック発生状態を更に悪化させてしまう危険性を回避できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した４つの実施例１〜４を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１０によって開度調節されるスロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ燃料を筒内に噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各気筒の点火タイミング毎に点火装置２５によって点火プラグ２１に高電圧が印加されて筒内の混合気に着火される。

また、エンジン１１には、吸気バルブ２９のバルブタイミング（開閉時期）を可変する可変吸気バルブタイミング装置３１と、排気バルブ３０のバルブタイミングを可変する可変排気バルブタイミング装置３２とが設けられている。

一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサ２４が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２６が取り付けられ、このクランク角センサ２６の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

更に、エンジン１１のシリンダブロックには、ノック振動を検出するノックセンサ２８（ノック信号出力手段）が取り付けられ、このノックセンサ２８の出力信号が後述するノック判定回路３３でディジタル処理されてノック判定が行われる。このノック判定回路３３のノック判定結果がエンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３４に入力される。このＥＣＵ３４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、燃料噴射弁２０の燃料噴射量、点火プラグ２１の点火時期、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置３１，３２のバルブタイミング等を制御する。この際、点火時期の制御は、ノック判定回路３３によりノックを検出しないときに点火時期を進角し、ノックを検出したときに点火時期を遅角するという処理を繰り返すことで、点火時期をノック限界付近に制御するノック制御を実行する。

図３に示すように、ノックが発生すると、ノックの基本周波数（シリンダのボア径によって決まる１次の共振周波数）のノック振動成分だけでなく、同時に、複数の高次の共振周波数域にもノック振動成分が現れる。ノック発生時には、これら複数の周波数域の振動成分が徐々に低周波数側に移行する「低周波シフト」という現象が発生する。また、図４に示すように、１つのノック判定区間内に複数のノイズが時系列的にノックセンサ２８の出力信号に重畳した場合に、見掛上、１つの連続した振動成分が低周波シフトしているように誤判定してしまう可能性があり、１つの周波数域の振動成分の低周波シフトの有無のみを判定したのではノックを誤判定する可能性がある。

そこで、本実施例１では、ノックセンサ２８の出力信号から複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出して、複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してその相関性に基づいてノック判定を行うようにしている。

以下、本実施例では、ノックセンサ２８の出力信号から複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出する手法として、時間−周波数解析（Time-Frequency Analysis ）を用いる例を説明する。この場合、時間−周波数解析は、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）、ウェーブレット変換、ウィグナー分布等を用いれば良い。

この時間−周波数解析の処理は、ノック判定回路３３内の時間−周波数解析部４２（複数周波数振動強度抽出手段）で行われる。ノックセンサ２８の出力信号は、Ａ／Ｄ変換部４１でデジタル値に変換され、時間−周波数解析部４２で処理される。これにより、ノック発生時には、図３に示すように、複数の周波数域で振動強度変化パターンの特徴量が抽出される。この振動強度変化パターンの特徴量が抽出される周波数域は、ノック振動の周波数のうちの最も低周波である基本周波数（シリンダのボア径によって決まる１次の共振周波数）と、複数の高次の共振周波数域である。

この時間−周波数解析部４２の解析結果に基づいてノック判定／異常診断部４３により複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してその相関性に基づいてノック判定を行う。

具体的には、まず、図３に示す時間−周波数解析の結果に対して画像処理のエッジ抽出技術を適用して複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量として輪郭（エッジ）を抽出する。例えば、図３において、時間軸（クランク角軸）方向をｘ方向、周波数軸方向をｙ方向、任意の座標（ｘ，ｙ）における画素値をＧ（ｘ，ｙ）とすると、その座標（ｘ，ｙ）における濃度の勾配（Δｘ，Δｙ）は、次式で表される。

Δｘ（ｘ，ｙ）＝Ｇ（ｘ−１，ｙ）−Ｇ（ｘ，ｙ）
Δｙ（ｘ，ｙ）＝Ｇ（ｘ，ｙ−１）−Ｇ（ｘ，ｙ）
任意の座標（ｘ，ｙ）におけるエッジ強度Ｖn(ｘ，ｙ) は次式で算出される。

また、任意の座標（ｘ，ｙ）におけるエッジ方向θn(ｘ，ｙ) は次式で算出される。

エッジ方向θn(ｘ，ｙ) は、濃度変化の暗い方から明るい方に向いたものとなる。
濃度の勾配（Δｘ，Δｙ）が所定値以上変化したところを輪郭としても良いし、近接する領域の濃度変化量が所定値以上変化したところを輪郭としても良い。更に、エンジン回転速度及び／又は負荷に応じて輪郭（エッジ）抽出方法を切り替えるようにしても良い。

複数の周波数域の振動強度変化パターンの輪郭（エッジ）を抽出する処理を終了した後、複数の周波数域の振動強度変化パターンの輪郭とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価する。この相関性の評価は、予め設定された次の相関値演算式により演算した相関値ＣＲＲを用いる。

ここで、Ｖm(ｘ，ｙ) は、任意の座標（ｘ，ｙ）における規範モデルのエッジ強度であり、θm(ｘ，ｙ) は、任意の座標（ｘ，ｙ）における規範モデルのエッジ方向である。尚、エッジ強度側とエッジ方向側の相関を同時にとっても良いし、片方ずつの相関をとっても良い。

規範モデルは、ノックの特徴を表すモデルであり、ノックの特徴は次の４つである。
(1) 急激に振動強度が同時に増加すること
(2) 対数減衰（振動持続）すること
(3) 複数の周波数域に振動強度が現れること
(4) 低周波シフトが現れること
この規範モデルは、実機データに基づいて作成したり、或は、シミュレーション等により理論的に算出しても良い。

ノック発生時には、複数の周波数域の振動強度が同時に急激に大きくなるという特徴があるため、複数の周波数域の振動強度が同時に急激に大きくなった時点から規範モデルとの相関性を評価する区間を開始ようにすれば良い。このようにすれば、ノイズの影響をより一層少なくすることができる。

この場合、相関性を評価する区間内であっても、複数の周波数域の振動強度変化パターンのうち、急激に大きくなるタイミングがずれて遅れた周波数域の振動強度変化パターンについては、規範モデルとの相関性を評価しないようにすれば良い。急激に大きくなるタイミングがずれた周波数域の振動強度変化パターンは、ノイズによるものと考えられるためである。

また、複数の周波数域の振動強度のうち最も遅くまで続く周波数域の振動強度が所定値以下に減衰するまで規範モデルとの相関性を評価する区間を継続するようにすると良い。このようにすれば、各周波数域の振動強度変化パターンの特徴量（輪郭、面積、変化方向、輪郭長さ等）を全ての周波数域で精度良く抽出することができる。

また、代表的な周波数域（例えば基本周波数域）の振動モードを基準にして規範モデルを作成しても良いが、複数の周波数域の振動モードに対応した規範モデルを作成すると良い。このようにすれば、精度の良い規範モデルを用いて相関性を評価することができる。

前記相関値演算式により演算した相関値ＣＲＲは、規範モデルとの相関関係が高くなるほど大きな値となり、最大値「１」に近付いていく。そこで、この相関値ＣＲＲをノック判定しきい値と比較して、相関値ＣＲＲがノック判定しきい値よりも大きければ、ノックと判定し、相関値ＣＲＲがノック判定しきい値以下であれば、ノックでないと判定する。このノック判定／異常診断部４３の判定結果の情報は、ＥＣＵ３４に送信される。これにより、ＥＣＵ３４は、ノックが検出されないときに点火時期を進角し、ノックが検出されたときに点火時期を遅角するという処理を繰り返すことで、点火時期をノック限界付近に制御するノック制御を実行する。

更に、本実施例１では、ノックが発生する運転条件でエンジン１１を運転している期間又は点火時期を進角させてノックを強制的に発生させている期間に、時間−周波数解析部４２の解析結果に基づいてノック判定／異常診断部４３により複数の周波数域の振動強度変化パターンの輪郭とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性（相関値ＣＲＲ）を評価してその相関性に基づいてノックセンサ２８の異常の有無を判定する。

つまり、実際にノックが発生している期間に相関性に基づいてノックを正常に検出できれば、ノックセンサ２８が正常であると判定できるが、実際にノックが発生している期間に相関性に基づいてノックを正常に検出できなければ、ノックセンサ２８が異常であると判定することができる。また、ノックセンサ２８の出力信号に重畳したノイズによって、いずれかの周波数域でノックと区別できない低周波シフトが現れたとしても、そのノイズによる低周波シフトをノックと誤判定することを防止することができる。これにより、実際にノックが発生している期間に、ノックセンサ２８の出力信号から抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンの輪郭とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性に基づいてノックを検出できるか否かで、ノックセンサ２８の異常の有無を精度良く判定することができる。

上述したノックセンサ２８の異常診断処理は、ノック判定／異常診断部４３によって図５の異常診断ルーチンに従って実行される。図５の異常診断ルーチンは、各気筒の１点火毎に実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、異常診断実行条件が成立しているか否かを判定する。この異常診断実行条件としては、例えば、(1) 他の異常診断機能により点火系等の異常が検出されていないこと、(2) 異常診断を実行するのに適した運転状態（例えば定常運転状態）であること等である。この異常診断実行条件が成立していなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、異常診断実行条件が成立していれば、ステップ１０２に進み、点火時期を進角させてノックを強制的に発生させる。或は、ノックが発生する運転条件になるまで待機するようにしても良い。

この後、ステップ１０３に進み、ノックセンサ２８の出力信号をＡ／Ｄ変換部４１でＡ／Ｄ変換して取り込み、次のステップ１０４で、時間−周波数解析（ＳＴＦＴ、ウェーブレット変換、ウィグナー分布等）を実行して、ノックセンサ２８の出力信号から周波数と時間と振動強度のデータを同時に抽出して複数の周波数域の振動強度変化パターンを抽出する。この後、ステップ１０５に進み、エッジ抽出処理（輪郭抽出処理）を実行して、前記［数１］、［数２］によりエッジ方向θn(ｘ，ｙ) とエッジ強度Ｖn(ｘ，ｙ) を算出する。

この後、ステップ１０６に進み、複数の周波数域の振動強度変化パターンの輪郭とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性を表す相関値ＣＲＲを前記［数３］により算出する。この後、ステップ１０７に進み、相関値ＣＲＲが異常判定しきい値よりも小さいか否かを判定する。ここで、異常判定しきい値は、前記実施例１で用いたノック判定しきい値と同じ値であっても良いし、異なる値であっても良い。

このステップ１０７で、相関値ＣＲＲが異常判定しきい値よりも小さいと判定されれば、実際に発生しているノックを正常に検出できない状態になっていることを意味するため、ステップ１０８に進み、ノックセンサ２８が異常であると判定し、次のステップ１０９で、フェールセーフ処理を実行する。このフェールセーフ処理としては、振動強度抽出処理（ノック判定処理）の停止、点火時期の遅角、ノック制御の停止のうちの少なくとも１つを実行すれば良い。例えば、ノックセンサ２８の異常発生時に、振動強度抽出処理（ノック判定処理）を停止すれば、ノックセンサ２８の異常な信号に基づいて間違ったノック判定を継続することを未然に防止できる。その際、点火時期を遅角すれば、ノックの発生を抑制することができ、また、ノック制御を停止すれば、間違ったノック判定結果に基づいて点火時期を過度に進角させてノック発生状態を更に悪化させてしまう危険性を回避できる。このステップ１０９の処理が特許請求の範囲でいうフェールセーフ手段としての役割を果たす。

一方、上記ステップ１０７で、相関値ＣＲＲが異常判定しきい値以上であると判定されれば、実際に発生しているノックを正常に検出できていることを意味するため、ステップ１０９に進み、ノックセンサ２８が正常であると判定する。

以上説明した本実施例１では、点火時期を進角させてノックを強制的に発生させている期間（又はノックが発生する運転条件で運転している期間）に、時間−周波数解析部４２で抽出した複数の振動強度変化パターンの輪郭とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性を表す相関値ＣＲＲが異常判定しきい値よりも小さいか否かを判定することで、ノックセンサ２８の異常の有無を精度良く判定することができる。

上記実施例１では、点火時期を進角させてノックを強制的に発生させている期間（又はノックが発生する運転条件で運転している期間）に、時間−周波数解析部４２で抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性に基づいてノックセンサ２８の異常の有無を判定するようにしたが、本発明の実施例２では、図６の異常診断ルーチンを実行することで、ノイズ（振動ノイズ又は点火ノイズ）が発生する期間又はノイズを強制的に発生させている期間に、時間−周波数解析部４２で抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量とノイズ（振動ノイズ又は点火ノイズ）の特徴を表す規範モデルとの相関性に基づいてノックセンサ２８の異常の有無を判定するようにしている。

ここで、振動ノイズは、例えば、バルブ着座ノイズ、直噴インジェクタノイズであり、これらの振動ノイズは、同じタイミングで２つの周波数域で振動が立ち上がる特性がある。従って、実際に振動ノイズが発生している期間に、振動ノイズの特徴を表す規範モデルと相関性のある振動強度変化パターンを検出できるか否かを判定すれば、ノックセンサ２８の異常の有無を精度良く判定できる。

また、点火ノイズは、点火時期を遅角し過ぎた時に１つの周波数域で発生するノイズであるため、点火ノイズが発生する時期には、ノックは発生しない。従って、実際に点火ノイズが発生している期間に、点火ノイズの特徴を表す規範モデルと相関性のある振動強度変化パターンを検出できるか否かを判定すれば、ノックセンサ２８の異常の有無を精度良く判定できる。

本実施例２で実行する図６の異常診断ルーチンは、図５の異常診断ルーチンのステップ１０２、１０６の処理をステップ１０２ａ、１０６ａの処理に変更しただけであり、その他の各ステップの処理は同じである。

図６の異常診断ルーチンでは、異常診断実行条件が成立しているときに、ステップ１０２ａに進み、ノイズ（振動ノイズ又は点火ノイズ）を強制的に発生させる。或は、ノイズ（振動ノイズ又は点火ノイズ）が発生する条件になるまで待機するようにしても良い。

この後、ステップ１０３〜１０５で、前記実施例１と同様の方法で、ノックセンサ２８の出力信号から抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンのエッジ（輪郭）を抽出する処理を実行して、前記［数１］、［数２］によりエッジ方向θn(ｘ，ｙ) とエッジ強度Ｖn(ｘ，ｙ) を算出する。

この後、ステップ１０６ａに進み、複数の周波数域の振動強度変化パターンの輪郭とノイズ（振動ノイズ又は点火ノイズ）の特徴を表す規範モデルとの相関性を表す相関値ＣＲＲを前記［数３］により算出する。この後、ステップ１０７に進み、相関値ＣＲＲを異常判定しきい値と比較して、相関値ＣＲＲが異常判定しきい値よりも小さければ、実際に発生しているノックを正常に検出できない状態になっていることを意味するため、ステップ１０８に進み、ノックセンサ２８が異常であると判定し、次のステップ１０９で、前記実施例１と同様のフェールセーフ処理を実行する。

一方、上記ステップ１０７で、相関値ＣＲＲが異常判定しきい値以上であると判定されれば、実際に発生しているノックを正常に検出できていることを意味するため、ステップ１０９に進み、ノックセンサ２８が正常であると判定する。

以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
尚、ノックセンサ２８の異常診断期間中に点火時期を遅角補正してノックの発生を抑制するようにしても良い。このようにすれば、ノックが発生しない状態でノイズのみが発生する条件で異常診断を行うことができ、ノックセンサ２８の異常診断精度を向上させることができる。

上記実施例１，２では、時間−周波数解析部４２で抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量と、ノック又は振動ノイズ又は点火ノイズの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してノックセンサ２８の異常の有無を判定するようにしたが、本発明に関連する参考例としての実施例３では、図７の異常診断ルーチンを実行することで、ノック、振動ノイズ、点火ノイズのいずれかが発生する期間又はノック、振動ノイズ、点火ノイズのいずれかを強制的に発生させている期間に、時間−周波数解析部４２で抽出した複数の周波数域のうちの少なくとも１つの周波数域の振動強度に基づいてノックセンサ２８の異常の有無を判定するようにしている。

つまり、ノック、振動ノイズ、点火ノイズによる振動が発生する周波数域は、既知の周波数域であるため、ノック（又は振動ノイズ又は点火ノイズ）による振動が発生する周波数域の振動強度が異常判定しきい値よりも大きければ、実際に発生しているノック（又は振動ノイズ又は点火ノイズ）による振動を正常に検出できたことを意味し、ノックセンサ２８が正常であると判定できるが、当該周波数域の振動強度が異常判定しきい値以下であれば、実際に発生している振動を検出できない状態になっていることを意味するため、ノックセンサ２８が異常であると判定することができる。

本実施例３で実行する図７の異常診断ルーチンは、図５の異常診断ルーチンのステップ１０２、１０６、１０７の処理をステップ１０２ｂ、１０６ｂ、１０７ｂの処理に変更しただけであり、その他の各ステップの処理は同じである。

図７の異常診断ルーチンでは、異常診断実行条件が成立しているときに、ステップ１０２ｂに進み、ノック、振動ノイズ、点火ノイズのいずれかを強制的に発生させる。或は、ノック、振動ノイズ、点火ノイズのいずれかが発生する条件になるまで待機するようにしても良い。

この後、ステップ１０３〜１０５で、前記実施例１と同様の方法で、ノックセンサ２８の出力信号から抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンのエッジ（輪郭）を抽出する処理を実行する。この後、ステップ１０６ｂに進み、現在の振動（ノック、振動ノイズ、点火ノイズ）が発生する周波数域の振動強度（振動強度変化パターンの面積）を算出する。この際、複数の周波数域で振動が発生する場合は、それらの周波数域の振動強度の合計値又は平均値を算出しても良いし、振動が発生する複数の周波数域の中から代表的な１つの周波数域の振動強度を算出しても良い。

この後、ステップ１０７ｂに進み、振動強度を異常判定しきい値と比較して、振動強度が異常判定しきい値よりも小さければ、実際に発生している振動（ノック、振動ノイズ、点火ノイズのいずれか）を正常に検出できない状態になっていることを意味するため、ステップ１０８に進み、ノックセンサ２８が異常であると判定し、次のステップ１０９で、前記実施例１と同様のフェールセーフ処理を実行する。

一方、上記ステップ１０７で、振動強度が異常判定しきい値以上であると判定されれば、実際に発生している振動（ノック、振動ノイズ、点火ノイズのいずれか）を正常に検出できていることを意味するため、ステップ１０９に進み、ノックセンサ２８が正常であると判定する。
以上説明した本実施例３でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

上記実施例１〜３では、ノック判定回路３３の時間−周波数解析部４２でノックセンサ２８の出力信号を時間−周波数解析して複数の周波数域の振動強度変化パターンを抽出するようにしたが、図８に示す本発明の実施例４では、ノック判定回路５０に、Ａ／Ｄ変換部４１でデジタル値に変換したノックセンサ２８の出力信号から複数の周波数域の振動強度変化パターンを抽出する複数のバンドパスフィルタ（第１ＢＰＦ〜第５ＢＰＦ）５１〜５５を設け、ノック判定／異常診断部５６（異常診断手段）で、各ＢＰＦ５１〜５５で抽出した複数の周波数域の振動強度変化パターンを用いて、前記実施例１〜３のいずれかの方法で、ノックセンサ２８の異常の有無を判定する。

この場合、第１〜第５の各ＢＰＦ５１〜５５で抽出する周波数域は、１次の周波数域（ノック振動の基本周波数帯）と複数の高次の周波数域であり、１次の周波数域（第１ＢＰＦ５１の通過帯域）は、ノック振動の周波数のうちの最も低周波である基本周波数（シリンダのボア径によって決まる１次の共振周波数であり、例えば、７ｋＨ付近）を含む周波数域に設定されている。また、複数の高次の周波数域（第２〜第５の各ＢＰＦ５２〜５５の通過帯域）は、それぞれ、例えば、１２ｋＨ付近、１５ｋＨ付近、１７ｋＨ付近、２１ｋＨ付近に設定されている。尚、ＢＰＦ５１〜５５の個数は５個に限定されず、３個又は４個、或は６個以上であっても良い。その他の事項は、前記実施例１〜３のいずれかと同じである。

以上説明した本実施例４でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
尚、上記実施例１〜４では、エンジン運転中に発生するノックに応じて出力信号の波形が変化するノック信号出力手段としてノックセンサ２８を用いたが、筒内圧を検出する筒内圧センサや、筒内の混合気の燃焼に伴って発生するイオンを点火プラグ２１等を介して検出するイオン電流検出手段等をノック信号出力手段として用いるようにしても良い。

その他、本発明は、図１のような筒内噴射エンジンに限定されず、吸気ポート噴射エンジンや、吸気ポートと筒内の両方に燃料噴射弁を搭載したデュアル噴射エンジンにも適用して実施することができ、また、可変バルブタイミング装置等の可変動弁装置が搭載されていないエンジンにも適用して実施できる等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体を示す概略構成図である。 実施例１のノックセンサの出力信号を処理してノック判定／異常診断する回路を示すブロック図である。 実施例１のノックセンサの出力信号から抽出した複数の周波数域の振動強度の時間変化パターンを模式的に示す図である。 １つの周波数域のみで振動強度の時間変化パターンを抽出した場合にノックセンサの出力信号に重畳したノイズによってノックと誤判定する一例を説明する図である。 実施例１の異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例３の異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例４のノックセンサの出力信号を処理してノック判定／異常診断する回路を示すブロック図である。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２５…点火装置、２８…ノックセンサ（ノック信号出力手段）、２９…吸気バルブ、３０…排気バルブ、３１…可変吸気バルブタイミング装置、３２…可変排気バルブタイミング装置、３３…ノック判定回路、３４…ＥＣＵ、４１…Ａ／Ｄ変換部、４２…時間−周波数解析部（複数周波数振動強度抽出手段）、４３…ノック判定／異常診断部（異常診断手段）、５０…ノック判定回路、５１〜５５…バンドパスフィルタ（第１ＢＰＦ〜第５ＢＰＦ）、５６…ノック判定／異常診断部（異常診断手段）

Claims (8)

1. 内燃機関の運転中に発生するノック振動に応じて出力信号の波形が変化するノック信号出力手段と、
   前記ノック信号出力手段の出力信号から複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出する複数周波数振動強度抽出手段と、
   ノックが発生する運転条件で内燃機関を運転している期間又は点火時期を進角させてノックを強制的に発生させている期間に前記複数周波数振動強度抽出手段で抽出した前記複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量とノックの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してその相関性に基づいて前記ノック信号出力手段の異常の有無を判定する異常診断手段と
   を備えていることを特徴とするノック検出系異常診断置。
2. 内燃機関の運転中に発生するノック振動に応じて出力信号の波形が変化するノック信号出力手段と、
   前記ノック信号出力手段の出力信号から複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出する複数周波数振動強度抽出手段と、
   振動ノイズが発生する期間又は振動ノイズを強制的に発生させている期間に前記複数周波数振動強度抽出手段で抽出した前記複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量と振動ノイズの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してその相関性に基づいて前記ノック信号出力手段の異常の有無を判定する異常診断手段と
   を備えていることを特徴とするノック検出系異常診断置。
3. 前記異常診断手段は異常診断期間中に点火時期を遅角補正してノックの発生を抑制することを特徴とする請求項２に記載のノック検出系異常診断置。
4. 内燃機関の運転中に発生するノック振動に応じて出力信号の波形が変化するノック信号出力手段と、
   前記ノック信号出力手段の出力信号から複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出する複数周波数振動強度抽出手段と、
   点火ノイズが発生する期間又は点火ノイズを強制的に発生させている期間に前記複数周波数振動強度抽出手段で抽出した前記複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量と点火ノイズの特徴を表す規範モデルとの相関性を評価してその相関性に基づいて前記ノック信号出力手段の異常の有無を判定する異常診断手段と
   を備えていることを特徴とするノック検出系異常診断置。
5. 前記複数周波数振動強度抽出手段は、前記ノック信号出力手段の出力信号を時間−周波数解析して前記複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出することを特徴とする請求項１乃至４に記載のノック検出系異常診断置。
6. 前記複数周波数振動強度抽出手段は、前記ノック信号出力手段の出力信号を複数の特定周波数域を抽出する複数のバンドパスフィルタで処理することで前記複数の周波数域の振動強度変化パターンの特徴量を抽出することを特徴とする請求項１乃至４に記載のノック検出系異常診断置。
7. 前記複数周波数振動強度抽出手段は、前記振動強度変化パターンの特徴量として、該振動強度変化パターンの輪郭を抽出することを特徴とする請求項１乃至６に記載のノック検出系異常診断置。
8. 前記異常診断手段により前記ノック信号出力手段の異常が検出されたときに前記複数周波数振動強度抽出手段の処理の停止、点火時期の遅角、ノック制御の停止のうちの少なくとも１つを実行するフェールセーフ手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のノック検出系異常診断置。

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