JP6350196B2 - 制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の制御装置に関する。
自動車に搭載される内燃機関の制御装置として、ノックコントロールシステムの一部として機能するものがある。このノックコントロールシステムでは、ノックセンサ(例えば振動センサ)の出力信号に基づいて制御装置がノック(ノッキング)の有無を判定し、ノックを検出していないときにはトルク向上のために点火時期を進角させ、ノックを検出したときには点火時期を遅角させてノックの発生を抑制するようにしている。
近年、内燃機関の燃焼効率の向上を目的として、より微小なノックを精度良く検出することが求められている。そこで、予め記憶された理想ノック波形とノックセンサから出力されるセンサ信号の波形とを比較した結果に基づいてノック判定を行うことで、ノイズ振動(ノックに起因しない振動)よりも小さいノックに対しても正確にノック判定できるようにしたものがある。
このようにノック波形を用いてノック判定を行う手法では、より正確にノック判定を行うために、より精密にアナログ信号であるセンサ信号をデジタル化することが求められる。その方法の一つとして、より高分解能なA/D変換器を用いることが挙げられる(下記特許文献1参照)。
特開2013−122229号公報
上記従来の技術では、1つのA/D変換器で、複数の気筒におけるセンサ信号のA/D変換を行っている。そのため、第1気筒の点火タイミングの少し前(以下、予備時間とも称する)からA/D変換器にデータを取り込んでA/D変換を行い、第2気筒の点火タイミングの少し前(予備時間)で且つ切替時間を考慮に入れたタイミングで第1気筒のデータ取り込みを終了させ、第2気筒のデータ取り込みに移行する。このように、点火タイミングを追いかけるようにデータの取り込み元となる気筒を切り替えながらA/D変換すると、切替時間及び取込開始の予備時間分が侵食され、センサ信号の取り込みが十分にはなされない。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ信号をA/D変換することでノック判定を行う制御装置であって、内燃機関が有する複数の気筒ごとに十分な時間にわたってセンサ信号取り込みを可能とする制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、複数の気筒の振動を検知するように配置された複数の振動センサ(SC1,SC2,SC3,SC4)が出力するアナログ振動信号をデジタル振動信号に変換処理するA/D変換部(121)と、デジタル振動信号を情報処理可能な処理済み信号にフィルタ処理するフィルタ部(122)と、処理済み信号に基づいて複数の気筒にノッキングが発生しているか否かを判定する判定部(124a)と、A/D変換部へのアナログ振動信号の入力及びフィルタ部へのデジタル振動信号の入力を切り替える調整部(124b)と、を備える。A/D変換部は、互いに独立して変換処理可能な第1変換部(121a)及び第2変換部(121b)を有し、フィルタ部は、互いに独立してフィルタ処理可能な第1フィルタ部(122a)及び第2フィルタ部(122b)を有する。調整部は、アナログ振動信号を、複数の気筒ごとに定められる処理タイミングに応じて、第1変換部及び第2変換部のいずれかが変換処理を開始するように切り替える振分処理を実行すると共に、デジタル振動信号を、複数の気筒ごとに定められる処理タイミングに応じて、第1フィルタ部及び第2フィルタ部のいずれかがフィルタ処理を開始するように切り替える振分処理を実行する。
本発明では、互いに独立してアナログ振動信号をデジタル振動信号に変換処理可能な第1変換部及び第2変換部を設け、複数の気筒ごとに定められる処理タイミングに応じてそれらが変換処理を行うので、一方の変換部が変換処理中であれば他方の変換部を用いることができ、十分な時間にわたって変換処理を行うことができる。また、互いに独立してフィルタ処理可能な第1フィルタ部及び第2フィルタ部を設け、複数の気筒ごとに定められる処理タイミングに応じてそれらが変換処理を行うので、第1変換部及び第2変換部が変換処理したデジタル振動信号をフィルタ処理することができ、十分な時間にわたって変換処理されたデジタル振動信号をその長さにわたって処理済み信号とすることができる。従って、判定部は、各気筒ごとに十分な時間にわたって処理済み信号を受け取ることができ、正確なノック判定をすることができる。
本発明によれば、センサ信号をA/D変換することでノック判定を行う制御装置であって、内燃機関が有する複数の気筒ごとに十分な時間にわたってセンサ信号取り込みを可能とする制御装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係るECUの概略構成を示すブロック図である。 図1に示すECUの信号処理タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 図1に示すECUの処理フローを示すフローチャートである。 図1に示すECUに格納される情報テーブルの一例である。 従来の制御装置における信号処理タイミングを説明するためのタイミングチャートである。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
本発明の実施形態に係る制御装置の構成について、図1を参照しながら説明する。図1に示されるECU10(制御装置)は、複数の気筒を有する内燃機関(不図示)の制御装置であって、特にノック判定を行うとともに、ノック判定の結果に応じて点火時期を調整するものである。本実施形態の説明では、ECU10の多岐にわたる機能の内、ノック判定に関連する部分について説明する。
尚、本実施形態では、ECU10が制御対象とする内燃機関として、V型8気筒エンジンを例示して説明する。V型8気筒エンジンは、#1気筒(以下の文中及び図中において、単に「#1」とも称する)、#2気筒(以下の文中及び図中において、単に「#2」とも称する)、#3気筒(以下の文中及び図中において、単に「#3」とも称する)、#4気筒(以下の文中及び図中において、単に「#4」とも称する)、#5気筒(以下の文中及び図中において、単に「#5」とも称する)、#6気筒(以下の文中及び図中において、単に「#6」とも称する)、#7気筒(以下の文中及び図中において、単に「#7」とも称する)、#8気筒(以下の文中及び図中において、単に「#8」とも称する)を有する。以下の説明において、このV型8気筒エンジンの点火順序は、#1、#8、#7、#3、#6、#5、#4、#2として説明している。
ECU10は、振動センサSC1、振動センサSC2、振動センサSC3、及び振動センサSC4から、アナログ振動信号を受信するように構成されている。アナログ振動信号は、振動センサSC1からSC4のそれぞれが検出する振動波形を示す信号である。振動センサSC1からSC4は、内燃機関のシリンダブロックに設けられている。
より具体的には、V型8気筒エンジンの#1気筒及び#3気筒の振動を検知できるように振動センサSC1が配置されている。同様に、#2気筒及び#4気筒の振動を検知できるように振動センサSC2が配置され、#5気筒及び#7気筒の振動を検知できるように振動センサSC3が配置され、#6気筒及び#8気筒の振動を検知できるように振動センサSC4が配置されている。
ECU10は、クランク角センサSC5から、クランク角信号を受信するように構成されている。クランク角信号は、内燃機関におけるクランク軸の回転角度を示す信号である。ECU10は、イグナイタ30に対しては点火指示信号を出力し、インジェクタ31に対しては燃料噴射信号を出力する。
ECU10は、機能的な構成要素として、入力回路11と、演算部12と、出力回路13とを備えている。入力回路11は、振動センサSC1からSC4が出力するアナログ振動信号及びクランク角センサSC5が出力するクランク角信号を受信し、演算部12のA/D変換部121及びタイマー123に出力する回路である。出力回路13は、演算部12が出力する点火指示信号をイグナイタ30に送信し、演算部12が出力する燃料噴射信号をインジェクタ31に送信する回路である。
演算部12は、A/D変換部121と、フィルタ部122と、タイマー123と、CPU124と、メモリ125と、を備えている。A/D変換部121は、ΔΣADC121a(第1変換部)と、ΔΣADC121b(第2変換部)とを有している。フィルタ部122は、デジタルフィルタ122a(第1フィルタ部)と、デジタルフィルタ122b(第2フィルタ部)とを有している。
A/D変換部121は、振動センサSC1からSC4が出力し入力回路11が受け取るアナログ振動信号を受け入れて、デジタル振動信号に変換処理をする部分である。A/D変換部121が有するΔΣADC121a及びΔΣADC121bは、互いに独立して変換処理可能なように構成されている。A/D変換部121が変換処理したデジタル振動信号は、フィルタ部122に出力される。
フィルタ部122は、A/D変換部121から出力されるデジタル振動信号を受け入れて、情報処理可能な処理済み信号に変換する部分である。より具体的には、フィルタ部122はいわゆるバンドパスフィルタとして機能し、デジタル振動信号からノイズ成分を除去して処理済み信号とする。フィルタ部122が有するデジタルフィルタ122a及びデジタルフィルタ122bは、互いに独立してフィルタ処理可能なように構成されている。フィルタ部122がフィルタ処理した処理済み信号は、CPU124に出力される。
タイマー123は、CPU124に対して割り込み処理をする割込信号を出力する部分である。タイマー123は、クランク角センサから出力されるクランク角信号に基づいて、割り込みタイミングであるか否かを判断し、割り込みタイミングであればCPU124に割り込み信号を出力する。
CPU124は、メモリ125に格納されているプログラムを実行し、フィルタ部122から出力される処理済み信号に基づいてノック判定を行い、イグナイタ30に対しては点火指示信号を出力し、インジェクタ31に対しては燃料噴射信号を出力する。
本実施形態のCPU124は、機能的な構成要素として、判定部124aと、調整部124bとを有している。判定部124aは、フィルタ部122から出力される処理済み信号に基づいてノック判定を実行する部分である。判定部124aは、処理済み信号が示す波形と、メモリ125に格納されているノッキング波形との同一性を判断し、処理済み信号が示す波形がノッキング波形と実質的に同一であればノッキングが発生していると判断する。
調整部124bは、A/D変換部121へのアナログ振動信号の入力及びフィルタ部122へのデジタル振動信号の入力を調整する部分である。より具体的に調整部124bは、アナログ振動信号を、複数の気筒ごとに定められる処理タイミングに応じて、第1変換部であるΔΣADC121a及び第2変換部であるΔΣADC121bのいずれかが変換処理するように振分処理する。
更に、調整部124bは、デジタル振動信号を、複数の気筒ごとに定められる処理タイミングに応じて、第1フィルタ部であるデジタルフィルタ122a及び第2フィルタ部であるデジタルフィルタ122bのいずれかがフィルタ処理するように振分処理する。
続いて、判定部124a及び調整部124bの動作並びにそれに応じたA/D変換部121及びフィルタ部122の挙動について、図2から図4を参照しながら説明する。
最初に、図2を参照しながら、信号処理のタイミングについて説明する。図2は、ECU10の信号処理タイミングを説明するためのタイミングチャートであって、(A)は各気筒のピストンが上死点(Top Dead Center:TDCとも称する)に至るタイミングを示すTDC信号の波形であり、(Ba)は#2,#8,#3,#5のゲート信号の波形であり、(Bb)は#1,#7,#6,#4のゲート信号の波形であり、(C)はΔΣADC121aがA/D変換を行う期間を示すバーであり、(D)はデジタルフィルタ122aがフィルタ処理を行う期間を示す波形であり、(E)はΔΣADC121bがA/D変換を行う期間を示すバーであり、(F)はデジタルフィルタ122bがフィルタ処理を行う期間を示す波形であり、(G)は判定部124aがノック判定を行う期間を示すバーである。
#2気筒は、時刻t32でTDCに至るので、時刻t32の少し前にイグナイタ30に点火され、時刻t32以降に最大燃焼圧力が発生するように制御されている。従って、ノック判定制御としては、時刻t32の少し前(例えば、30CA前)の時刻t31から、次の燃焼気筒である#1気筒のTDCタイミングである時刻t34までの振動データを読み込むのが理想的である。
そこで、時刻t31から時刻t34までの間、ΔΣADC121aがA/D変換を行うとともに、デジタルフィルタ122aがフィルタ処理を行うように、調整部124bはΔΣADC121a及びデジタルフィルタ122aのレジスタを設定する。判定部124aはこれらの信号処理に合わせて、時刻t32から時刻t34にかけて、ノック判定を実行する。
#2気筒に続いて点火する#1気筒は、時刻t34でTDCに至るので、時刻t34の少し前にイグナイタ30に点火され、時刻t34以降に最大燃焼圧力が発生するように制御されている。従って、ノック判定制御としては、時刻t34の少し前の時刻t33から、次の燃焼気筒である#8気筒のTDCタイミングである時刻t36までの振動データを読み込むのが理想的である。
しかしながら、ΔΣADC121a及びデジタルフィルタ122aは、#2気筒のデータを処理中なので#1気筒のデータを処理することができない。そこで、時刻t33から時刻t36までの間、ΔΣADC121bがA/D変換を行うとともに、デジタルフィルタ122bがフィルタ処理を行うように、調整部124bはΔΣADC121b及びデジタルフィルタ122bのレジスタを設定する。判定部124aはこれらの信号処理に合わせて、時刻t34から時刻t36にかけて、ノック判定を実行する。
#1気筒に続いて点火する#8気筒は、時刻t36でTDCに至るので、時刻t36の少し前にイグナイタ30に点火され、時刻t36以降に最大燃焼圧力が発生するように制御されている。従って、ノック判定制御としては、時刻t36の少し前の時刻t35から、次の燃焼気筒である#7気筒のTDCタイミングである時刻t38までの振動データを読み込むのが理想的である。
しかしながら、ΔΣADC121b及びデジタルフィルタ122bは、#1気筒のデータを処理中なので#8気筒のデータを処理することができない。一方、ΔΣADC121a及びデジタルフィルタ122aは、#2気筒のデータ処理が時刻t34で終了しているので、#8気筒のデータ処理を実行することが可能である。
そこで、時刻t35から時刻t38までの間、ΔΣADC121aがA/D変換を行うとともに、デジタルフィルタ122aがフィルタ処理を行うように、調整部124bはΔΣADC121a及びデジタルフィルタ122aのレジスタを設定する。判定部124aはこれらの信号処理に合わせて、時刻t36から時刻t38にかけて、ノック判定を実行する。
本実施形態ではこのように、ΔΣADC121a及びデジタルフィルタ122aを使用してデータ処理を行う気筒と、ΔΣADC121b及びデジタルフィルタ122bを使用してデータ処理を行う気筒とを点火順に交互に設定することで、ゲート信号の区間に対応したデータ処理を行うことができる。
比較のため、従来のデータ処理方法について、図5を参照しながら説明する。従来は、A/D変換を行うユニットもデジタルフィルタも単一の構成となっており、本実施形態のような並行処理は行っていなかった。特に外付けASICでA/D変換する場合には、気筒ごとに振動センサの切替やゲイン変更を外付けASICに通信で指示をする必要があり、ソフトウェアの処理遅れ、通信時間、ASIC内での切替処理といった切替動作に時間がかかってしまっていた。このような切替動作を要することによる影響について説明する。
図5は、従来の制御装置における信号処理タイミングを説明するためのタイミングチャートであって、(A)は各気筒のピストンがTDCに至るタイミングを示すTDC信号の波形であり、(B)はゲート信号の波形であり、(C)はA/D変換を行う期間を示すバーであり、(D)はフィルタ処理を行う期間を示す波形であり、(E)はノック判定を行う期間を示すバーである。
#2気筒は、時刻t02でTDCに至るので、時刻t02の少し前にイグナイタ30に点火され、時刻t02以降に最大燃焼圧力が発生するように制御されている。従って、ノック判定制御としては、時刻t02の少し前の時刻t01から、次の燃焼気筒である#1気筒のTDCタイミングである時刻t05までの振動データを読み込むのが理想的である。
そこで、まず時刻t01からA/D変換が実行できるように、データ取り込み元の切替を行う。この切替動作は、#2気筒から#1気筒へと読み取り対象を変更する際にも必要となるので、A/D変換ができるのは、時刻t05から切替所要時間を見込んで前倒しされた時刻t03までとなる。
このため、ノック判定ができる期間は、時刻t02から時刻03までとなる。本来、8気筒の場合であれば90CA分(時刻t02から時刻t05までに相当する)のデータが取りたいところ、それに対して短い期間のデータに基づいてしかノック判定ができなくなる。ノック判定で取得する振動信号は、各気筒毎に点火したときの振動であるため、点火タイミングから一定期間振動を検知する必要がある。特に多気筒で高回転になった場合、振動センサの検知時間が短くなることは、ノック判定の低下に大きな影響を及ぼしてしまう。一方、本実施形態のノック判定は、90CA分(図2の時刻t32から時刻t34に相当する)のデータを取ることができるので、より正確なノック判定をすることができる。
続いて、図3及び図4を参照しながら、判定部124a及び調整部124bの動作並びにそれに応じたA/D変換部121及びフィルタ部122の挙動についてより詳細に説明する。
起動処理タイミングが到来すると、#1から#8の気筒ごとに、それぞれの気筒が信号処理設定タイミングであるか否かを調整部124bが判断する(ステップS01)。起動処理タイミングは、クランク角に同期したタイミング(例えば、30CAごと)に設定されており、当該タイミングが到来するとタイマー123からCPU124に割り込み信号が出力され、調整部124bが起動する。信号処理設定タイミングは、気筒ごとに今のクランク角が信号処理設定タイミングであるか否かによって判断される。より具体的には、クランクカウンタの値によって、各気筒の信号処理設定タイミングかどうかを判断する。信号処理設定タイミングでなければ処理を終了し、信号処理設定タイミングであればステップS02の処理に進む。
ステップS02では、信号処理設定タイミングであった#n気筒(nは、1から8のいずれか)に対応するDSADC_IDを取得する。DSADC_IDは、A/D変換部121のΔΣADC121a及びΔΣADC121bを特定するためのIDである。
ステップS03では、信号処理設定タイミングであった#n気筒(nは、1から8のいずれか)に対応するDFE_IDを取得する。DFE_IDは、フィルタ部122のデジタルフィルタ122a及びデジタルフィルタ122bを特定するためのIDである。
DSADC_ID及びDFE_IDは、各気筒ごとに起動されるIDが紐付けられて、テーブルとしてメモリ125に格納されている。そのテーブルの例を図4に示す。図4に示すテーブルにおいて、DSADC_IDの「1」はΔΣADC121aを特定し、「2」はΔΣADC121bを特定する。同様に、DFE_IDの「1」はデジタルフィルタ122aを特定し、「2」はデジタルフィルタ122bを特定する。
図3に戻り説明を続ける。ステップS04では、調整部124bが、取得したDSADC_IDに対応するΔΣADCを起動する。取得したDSADC_IDが「1」であれば、ΔΣADC121aを起動し、取得したDSADC_IDが「2」であれば、ΔΣADC121bを起動する。
ステップS05では、調整部124bが、取得したDFE_IDに対応するデジタルフィルタを起動する。取得したDFE_IDが「1」であれば、デジタルフィルタ122aを起動し、取得したDFE_IDが「2」であれば、デジタルフィルタ122bを起動する。デジタルフィルタ122a,122bでは、入力データに対して出力データの遅延時間(安定するまでの時間)が必要なため、ステップS05の動作はステップS04の動作と同期させ、早めにデジタルフィルタ122a,122bを起動させる。
ステップS06において判定部124aは、デジタルフィルタ122a及びデジタルフィルタ122bが出力する処理済み信号に基づいてノック判定を実行する。判定部124aは、デジタルフィルタ122a,122bが出力する処理済み信号から最も高い値であるピークホールド値を計算したり、処理済み信号の値を積算してノック判定を実行したりする。
ステップS07では、判定部124aがノック判定でノッキングが検知されたか否かを判断し、ノッキングが検知されていればステップS08の処理に進み、ノッキングが検知されていなければ処理を終了する。
ステップS08では、判定部124aが遅角処理を実行し、所定の制御信号を出力回路13に向けて出力する。
本実施形態では、A/D変換部121としてΔΣADCを一対用いたが、SARADを一対用いてもよい。A/D変換部121としては変換処理ができるモジュールが一対あればいいので、マイコン外に設けても一定の効果を奏することができる。また、フィルタ部122としてデジタルフィルタを用いたが、ソフトウェアでフィルタ処理を行ってもよい。また、振動センサSC1,SC2,SC3,SC4から入力される信号を、マルチプレクサを用いて切り替えてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜好適な実施形態を採用することができる。
10:制御装置
121:A/D変換部
121a:ΔΣADC(第1変換部)
121b:ΔΣADC(第2変換部)
122:フィルタ部
122a:デジタルフィルタ(第1フィルタ部)
122b:デジタルフィルタ(第2フィルタ部)
124a:判定部
124b:調整部

Claims (5)

  1. 複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
    前記複数の気筒の振動を検知するように配置された複数の振動センサ(SC1,SC2,SC3,SC4)が出力するアナログ振動信号をデジタル振動信号に変換処理するA/D変換部(121)と、
    前記デジタル振動信号を情報処理可能な処理済み信号にフィルタ処理するフィルタ部(122)と、
    前記処理済み信号に基づいて前記複数の気筒にノッキングが発生しているか否かを判定する判定部(124a)と、
    前記A/D変換部への前記アナログ振動信号の入力及び前記フィルタ部への前記デジタル振動信号の入力を切り替える調整部(124b)と、を備え、
    前記A/D変換部は、互いに独立して前記変換処理可能な第1変換部(121a)及び第2変換部(121b)を有し、
    前記フィルタ部は、互いに独立して前記フィルタ処理可能な第1フィルタ部(122a)及び第2フィルタ部(122b)を有し、
    前記調整部は、
    前記アナログ振動信号を、前記複数の気筒ごとに定められる処理タイミングに応じて、前記第1変換部及び前記第2変換部のいずれかが前記変換処理を開始するように切り替える振分処理を実行すると共に、
    前記デジタル振動信号を、前記複数の気筒ごとに定められる処理タイミングに応じて、前記第1フィルタ部及び前記第2フィルタ部のいずれかが前記フィルタ処理を開始するように切り替える振分処理を実行する、ことを特徴とする制御装置。
  2. 前記調整部は、
    前記複数の気筒に含まれる第1気筒の振動を示す第1アナログ信号が前記第1変換部において前記変換処理され、
    前記第1気筒に続いて点火される第2気筒の振動を示す第2アナログ信号が前記第2変換部において前記変換処理されるように、前記振分処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記調整部は、前記第1アナログ信号の前記第1変換部への入力期間の一部と、前記第2アナログ信号の前記第2変換部への入力期間の一部とが時間的に重なるように前記振分処理を実行することを特徴とする請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記調整部は、
    前記第1気筒の第1ピストンが上死点に至る時点で、前記第1アナログ信号が前記第1変換部において前記変換処理が開始済であると共に、前記第2気筒の第2ピストンが上死点に至る時点まで継続され、
    前記第2ピストンが上死点に至る時点で、前記第2アナログ信号が前記第2変換部において前記変換処理が開始済であるように前記振分処理を実行することを特徴とする請求項3に記載の制御装置。
  5. 前記内燃機関のクランク角を検知するクランク角センサ(SC5)を備え、
    前記クランク角に基づいて、前記調整部が前記振分処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
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