JP6580167B2 - ノッキング検出装置、内燃機関制御装置 - Google Patents
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Description
エンジンの振動には、例えば、ピストンの摩擦、クランク軸の回転、弁の作動等による多くの振動成分が含まれている。しかも、これらの振動成分はエンジン状態によって変化する。エンジンにノッキングが発生すると、ノッキングに特有な振動が発生する。ノッキングの発生有無の判定は、振動センサが検出するエンジン全体の振動からノッキングに特有な振動を分離することによってなされる。
本発明においては、ノック指標を算出する際に、従来と同様に、振動センサが検出した振動を周波数成分ごとに平均化することによりバックグラウンドレベルを算出する。この場合、ノッキングが発生していないとしても、例えばエンジンや燃焼振動の増大により振動強度が急変すると、バックグラウンドレベルの算出結果が最新状態に追従することができず、以下の図4で説明するようにノッキングを誤検出する可能性がある。
図5は、エンジン点火装置のシステム構成図である。空気はエアクリーナ1の入口部より入り、ダクト3、絞弁を有するスロットルボディ5、吸気管6を通り、エンジン7のシリンダ内に吸入される。ダクト3には熱線式空気流量計2が設けられている。熱線式空気流量計2は、吸入空気量を検出してその結果を表す検出信号をコントロールユニット9に対して出力する。
図7は、ノッキング有無を判定する手順を説明するフローチャートである。本フローチャートは、エンジンの爆発サイクル毎に実行されるものであり、CPU29に対して割り込みをかけることにより、CPU29が実施するものである。以下図7の各ステップについて説明する。
CPU29は、振動センサ151からの検出信号がA/D変換器30によって変換されたA/D変換値を取り込む(S101)。CPU29は、振動センサ151の検出信号を周波数分析する(S102)。この周波数分析は、例えば高速フーリエ変換やウォルシュフーリエ変換などによって実施することができる。
CPU29は、ステップS102において分析した周波数成分のうち、共鳴周波数を含むものを複数個選択する。例えば8個の共鳴周波数を選択する。本ステップにおいて選択する周波数成分は、例えばエンジンの仕様などに応じてあらかじめ定めておくことができる。
CPU29は、振動強度を表わすS/N比を、ステップS103において選択した周波数成分毎に求める。具体的には、選択した周波数成分(f1、・・・、fi)に対応するバックグラウンドレベル(BGL1、・・・、BGLi)を平滑化処理により求め、周波数毎のS/N比SLi=fi/BGLiを求める。ステップS103において8個の周波数成分を選択した場合は、SL1〜SL8を求めることになる。
本ステップにおいてバックグラウンドレベルを算出する際には、振動センサ151が検出した信号成分をそのまま用いるのではなく、バックグラウンドレベルの推定値をあらかじめ減算した上で加重平均を算出し、その後にバックグラウンドレベルの推定値を加算し直す。その結果に対するfiの比率を、本ステップにおけるSLiとして算出する。具体的な手順は後述の図8〜図9で説明する。
CPU29は、ステップS103において選択した周波数成分のうち、ステップS104において求めたS/N比が大きい順にm個を抽出し、これらを合算することによりノック指標Iを求める。例えば上位5個の周波数成分のS/N比を抽出して加算することができる。
CPU29は、判定閾値とステップS105において求めたノック指標Iを比較する(S106)。ノック指標Iのほうが大きい場合はステップS107へ進み、それ以外であればステップS111へ進む。
本ステップにおいて用いる判定閾値は、あらかじめ定めておくこともできるし、例えばエンジン回転数などの運転状態に基づき算出することもできる。算出手法としては、例えば運転状態と判定閾値との間の対応関係をあらかじめ定義したデータマップなどを用いることができるが、これに限られるものではない。
CPU29は、ノッキングが発生したと判断し(S107)、ノッキング発生を示すノックフラグに“1”をセットする(S108)。このノックフラグは、別に起動される点火制御タスクにおいて用いられる。
CPU29は、ノッキングが発生していないと判断する。CPU29は、バックグラウンドレベルBGLiを更新する。BGLiは、ステップS103において選択した周波数成分の振動強度を遅れフィルタ処理することにより求める。具体的には、周波数成分毎にBGLi=BGLi×(1−α)+fi×αを求める。
CPU29は、ノックフラグを“0”にセットする。
CPU20は、RAM24内に設定された所定のレジスタからエンジン回転数Nと吸入空気量Qを読みこむ。
CPU20は、単位回転数当たりの吸入空気量Q/N(基本燃料噴射量)を演算し、さらに吸入空気量Q/Nから燃料噴射時間幅Tiを求める。CPU20は、ROM22内に格納されている基本点火時期マップから基本点火時期θbaseを求める。基本点火時期マップは、吸入空気量Q/N、回転数N、および基本点火時期θbaseの対応関係を記述したデータマップである。
CPU20は、ノックフラグ(CPU29が図7にしたがって求めたもの)にしたがってノッキング発生の有無を判定する。ノッキングが発生していればステップS213へ進み、発生していなければステップS204へ進む。
CPU20は、点火時期θadvから所定の遅角量Δθretを減算する。この減算によって点火時期が遅角(リタード)される。
CPU20は、カウント値Aを初期化してステップS208に進む。カウント値Aは、ノッキング発生回数をカウントするための変数である。カウント値Aの用い方については後述のステップで説明する。
CPU20は、カウント値Aを1つカウントアップする(S204)。CPU20は、カウント値Aが所定値(例えば50)に到達したか否かを判断する。到達している場合はステップS206へ進み、到達していない場合はステップS208へスキップする。
CPU20は、進角値θadvに対して所定の進角量Δθadvを加算する。この加算により、ステップS213において遅角された点火時期がリカバーされることになる。本フローチャートを10msec毎に起動する場合、カウント値Aが50に到達した時点において、カウント値Aが初期化されてから0. 5秒が経過したことになる。すなわち本ステップは、ノッキング発生により点火時期を遅角させてから0. 5秒が経過する毎に、点火時期をリカバーするものである。CPU20は、Aを初期化する。
CPU20は、基本点火時期θbaseに対して進角値θadvを加えることにより、点火時期θignを演算する。
CPU20は、ROM22内に格納されている最大進角値マップから最大進角値θresを読み出す。最大進角値マップは、吸入空気量Q/N、回転数N、および基本点火時期θresの対応関係を記述したデータマップである。
CPU20は、点火時期θignが最大進角値θresを超えたかを判断する。超えていなければステップS212へスキップする。超えている場合、θignは進角しすぎているので、ステップS211において点火時期θignを最大進角値θresにセットする。
CPU20は、エンジン状態に応じて、ディレイ時間td、サンプリング点数ns、分周比tsをポート27に対して出力する。分周比tsによって振動センサ151の出力のデジタル値のサンプリング周期が決まり、サンプリング点数nsによってサンプリング点数が決まる。
本実施形態1に係るコントロールユニット(ノッキング検出装置)9は、振動センサ151の周波数成分からバックグラウンドレベルの推定値をあらかじめ減算した上で加重平均し、その後にバックグラウンドレベルの推定値を足し戻す。これにより、加重平均処理においてはバックグラウンドレベルの過渡変動が除外されるので、その過渡変動にともなう算出遅れとこれを原因とするノッキング誤検出を抑制することができる。したがって、全ての運転状態において化点火時期を最適に制御することが可能となる。
図11は、バックグラウンドレベルの推定値を記述したマップデータのイメージ図である。マップデータは、エンジン回転数(または変化率)、エンジン負荷(または変化率)、バックグラウンドレベル(または規定レベルに対する補正値)の対応関係を記述している。図11に示す例においては、高回転側/高負荷側でバックグラウンドレベルが上がる傾向がある。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をすることができる。
Claims (8)
- 内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出装置であって、
前記内燃機関の振動を検出する振動センサ、
前記振動センサが検出した振動から2以上の周波数成分を抽出する周波数分析器、
前記周波数成分を平滑化することにより前記内燃機関の振動のバックグラウンドレベルを算出する平滑化器、
前記内燃機関の運転状態に基づき前記内燃機関の振動のバックグラウンドレベルの推定値を取得するバックグラウンドレベル推定器、
前記周波数成分、前記バックグラウンドレベル、および前記推定値を用いて、前記内燃機関のノッキング有無を表すノッキング指標を算出する指標算出器、
前記ノッキング指標を判定閾値と比較することにより前記内燃機関のノッキングが生じているか否かを判定する判定器、
を備え、
前記指標算出器は、前記周波数成分から前記推定値を減算した後にその減算後の前記周波数成分を平滑化し、前記平滑化した周波数成分を合算することにより前記ノッキング指標を算出する
ことを特徴とするノッキング検出装置。 - 前記バックグラウンドレベル推定器は、前記周波数成分に対応する周波数ごとに前記推定値を取得し、
前記指標算出器は、前記平滑化した周波数成分に対して前記周波数ごとの推定値を合算することにより前記ノッキング指標を算出する
ことを特徴とする請求項1記載のノッキング検出装置。 - 前記指標算出器は、前記周波数ごとの推定値を合算した結果に対する、前記周波数成分の比または差分を、前記周波数ごとに算出し、その算出結果を合算することにより、前記ノッキング指標を算出する
ことを特徴とする請求項2記載のノッキング検出装置。 - 前記ノッキング検出装置は、前記内燃機関の負荷、前記内燃機関の回転数、および前記推定値の対応関係を記述したマップデータを格納する記憶装置を備え、
前記バックグラウンドレベル推定器は、前記内燃機関の負荷と前記内燃機関の回転数を用いて前記マップデータを参照することにより、前記推定値を取得する
ことを特徴とする請求項1記載のノッキング検出装置。 - 前記バックグラウンドレベル推定器は、
前記内燃機関が備えるスロットルの開閉状態を表すスロットルセンサ信号、
前記内燃機関に対する吸入空気量を表す吸入空気量信号、
前記内燃機関の内部における燃料噴射を指示する燃料噴射パルス信号、
前記内燃機関に接続された吸気管の内部の圧力を示す吸気管圧力信号、
のうち少なくともいずれかを取得し、
前記バックグラウンドレベル推定器は、前記取得したスロットルセンサ信号、前記取得した吸入空気量信号、前記取得した燃料噴射パルス信号、前記取得した吸気管圧力信号のうち少なくともいずれかを用いて、前記推定値を取得する
ことを特徴とする請求項1記載のノッキング検出装置。 - 前記ノッキング検出装置は、前記内燃機関が備えるインジェクタが発生させるインジェクタノイズの想定値を記述したデータを格納する記憶装置を備え、
前記平滑化器は、前記周波数成分から前記想定値を減算することにより、前記インジェクタノイズに対応する成分を除去する
ことを特徴とする請求項1記載のノッキング検出装置。 - 前記平滑化器は、前記周波数分析器が抽出していない周波数成分を、前記周波数分析器が抽出した周波数成分を用いて補間することにより補う
ことを特徴とする請求項1記載のノッキング検出装置。 - 請求項1記載のノッキング検出装置、
前記ノッキング指標を用いて前記内燃機関の点火時期を制御する制御装置、
を備え、
前記制御装置は、前記ノッキング指標にしたがって、前記内燃機関のノッキングが生じているか否かを判定し、
前記制御装置は、前記内燃機関のノッキングが生じていると判定した場合は、前記点火時期を遅角させる
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
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