JP6591389B2 - 内燃機関のノッキング検出装置 - Google Patents
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Description
図3に示すように、バックグラウンド振動の共鳴周波数成分によって示される指標Ibと、ノッキングの発生による振動の共鳴周波数成分によって示される指標Ikとは、方向と大きさを異にしている。これは人間による聴覚試験でも明らかなように、「ノック無し」の場合の内燃機関の発生音に対し、「ノック有り」の場合の発生音は、例えばカリカリ等という音で聴き分けられることに対応している。
ステップS101においては、振動センサ43からの検出信号KpがA/D変換器58によってA/D変換されたA/D変換値を取り込む。この検出信号KpのA/D変換値の取り込みが完了すると次のステップS102に移行する。
ステップS102においては、振動センサ43の検出信号Kpを周波数分析する。この周波数分析は、例えば高速フーリエ変換(FFT)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。周波数分析が完了すると次のステップS103に移行する。
ステップS103においては、先のステップ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だけ選択する。本実施形態では例えば8個の共鳴周波数を選択している。本ステップにおいて選択する周波数成分は、例えば内燃機関の仕様などに応じて予め定めておくことができる。周波数帯域の選択が完了すると次のステップS104に移行する。
ステップS104においては、振動強度SL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)を平均化処理(例えば、加重平均)により求め、周波数毎の振動強度SLをSLi=fi/BGLiの計算よって求める。尚、本実施形態では、ステップS103において8個の周波数成分を選択しているので、振動強度SL1〜SL8を求めることになる。
ステップS105においては、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において求めた振動強度SL(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最終的な振動強度Sを求めることができる。この最終的な振動強度Sは最終ノック指標Iに対応するものである。本実施形態では、例えば上位5個の周波数成分の振動強度SLを抽出して加算している。最終的な振動強度S(=最終ノック指標I)の演算が完了すると次のステップS106に移行する。
ステップS106においては、ノック判定閾値とステップS105において求めた振動強度S(=最終ノック指標I)を比較する。振動強度Sのほうが大きい場合はステップS107へ移行し、それ以外であればステップS109へ移行する。
ステップS106で振動強度Sがノック判定閾値を超えていると判断されているので、ステップS107においては、ノッキングが発生したと判断し、ステップS108においては、ノッキング発生を示すノックフラグに「1」をセットする。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。つまり、このノックフラグによって、ノッキングが発生したとして点火時期が遅角されるものである。
ステップS106で振動強度Sがノック判定閾値を超えていないと判断されているので、ステップS109においては、ノックフラグを「0」にセットする。
ステップS201においては、図6に示すRAM51内に設定された所定のレジスタから内燃機関の回転数Nと吸入空気量Qを読みこむ。これらの回転数Nや空気量Qは、CPU47によって実行されるプログラムによって演算されており、演算が終了するたびに、RAM51に記憶されていくものである。内燃機関の回転数Nと吸入空気量Qの読み込みが完了するとステップS202に移行する。
ステップS202においては、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、更に吸入空気量Q/Nから燃料噴射時間幅Tiを求める。また、ROM49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と回転数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。基本点火時期が求まるとステップS203に移行する。
ステップS203においては、ノックフラグ(CPU55が図7のステップS108、S109で求めたもの)にしたがってノッキングの発生の有無を判定する。ノックフラグが「1」であれば、ノッキングが発生しているのでステップS204へ進み、ノックフラグが「0」であれば、ノッキングが発生していないのでステップS206へ進む。
ステップS203においてノッキングが発生したと判断されているので、ステップS204においては、進角補正値θadvから所定の遅角値Δθretを減算する。この減算によって後述する最終点火時期が遅角(リタード)される。進角補正値θadvは内燃機関の状態(機関温度、バッテリ電圧、負荷変動等)に基づいて演算されている。進角補正値θadvが求まるとステップS205に移行する。
ステップS205においては、カウント値Aを初期化してステップS210に進む。このカウント値Aは、ノッキングの発生を抑制するために遅角した点火時期を、進角側にリカバーする時期を決め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。カウント値AがリセットされるとステップS210に移行する。
ステップS203でノッキングが発生していないと判断されているので、ステップS206においては、カウント値Aを1つカウントアップする。カウント値Aが「+1」だけインクリメントされるとステップS207に移行する。
ステップS207においては、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S208へ進み、到達していない場合はステップS210へスキップする。
ステップS208においては、ステップS204で求めた進角補正値θadvに対して所定の補正値Δθadv(一定値)を加算して進角補正を行なう。この加算により、ステップS204において遅角された進角補正値θadvが所定の補正値Δθadvだけ進角側に補正されることになる。本実施形態のように10msec毎に起動されている場合、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、ステップS208は、ノッキングの発生により点火時期を遅角値Δθretだけ遅角させてから0. 5秒が経過する毎に、点火時期を補正値Δθadvだけ進角側にリカバーするものである。点火時期のリカバーが完了するとステップS209に移行する。
ステップS208においては、カウント値Aを「0」に初期化する。したがって、以下に示す制御ステップを実行して次の起動タイミングが到来してノッキングが検出されないと、ステップS206〜S209を繰り返すことになる。これによって、ノッキングが発生するまで点火時期は段階的に進角されていくことになる。カウント値AがリセットされるとステップS210に移行する。
ステップS210においては、ステップS202で求めた基本点火時期θbaseに対して、進角補正値θadvを加えることにより、最終点火時期θignを演算する。最終点火時期θignが求まると、ステップS211に移行する。
ステップS211においては、ROM49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、および最大進角値θresの対応関係を記述したデータマップである。最大進角値θresが求まるとステップS212に移行する。
ステップS212においては、最終点火時期θignが最大進角値θresを超えたかをどうかを判断する。最終点火時期θignが最大進角値θresを超えていなければステップS214へスキップする。最終点火時期θignが最大進角値θresを超えている場合はステップS213に移行する。
ステップS212で最終点火時期θignが最大進角値θresを超えていると判断されているので、ステップS213においては、最終点火時期θignが進角しすぎているとして最終点火時期θignを最大進角値θresに置き換えてセットする。最終点火時期θignを最大進角値θresに置き換えるとステップS214に移行する。これまでの処理で最終点火時期θignが求まり、これに基づいて点火コイルへの通電が制御されることになる。ステップS212,S213が完了するとステップS214に移行する。
ステップS214においては、振動センサ43の振動信号の取り込みの設定をおこなうもので、内燃機関の運転状態に応じて、ディレイ時間、サンプリング点数、分周比をI/Oポート56に対して出力する。尚、分周比によって振動センサ43の出力のデジタル値のサンプリング周期が決まり、サンプリング点数によってサンプリング点数が決まるようになっている。
Claims (5)
- 内燃機関の振動を検出する振動センサの検出信号に基づきノッキングの発生の有無を判定するコントロールユニットを備える内燃機関のノッキング検出装置であって、
前記コントロールユニットは、
前記振動センサが検出した振動から2つ以上の周波数成分を抽出する周波数分析手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて予め定めたバックグラウンドレベルの推定基準値(以下、基準バックグランドレベルと表記する)を、前記周波数成分の夫々について求める基準バックグラウンドレベル推定手段と、
夫々の前記周波数成分から対応する周波数の前記基準バックグランドレベルを減算して夫々の差分値を求める差分演算手段と、
夫々の前記差分値に平均化処理の演算を行って補正差分値を求める平均化処理手段と、
平均化処理された夫々の前記補正差分値と、夫々の前記補正差分値に対応した前記基準バックグランドレベルを加算して修正バックグランドレベルを求める修正バックグランドレベル演算手段と、
夫々の前記修正バックグランドレベルと、前記振動センサが検出した夫々の前記周波数成分とから夫々のノック指標を求め、夫々の前記ノック指標を合算して最終ノック指標を求めるノック指標演算手段と、
前記最終ノック指標とノック判定閾値とを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ノック判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。 - 内燃機関の振動を検出する振動センサの検出信号に基づきノッキングの発生の有無を判定するコントロールユニットを備える内燃機関のノッキング検出装置であって、
前記コントロールユニットは、
前記振動センサが検出した振動から2つ以上の周波数成分を抽出する周波数分析手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて予め定めたバックグラウンドレベルの推定基準値(以下、基準バックグランドレベルと表記する)を、前記周波数成分の夫々について求める基準バックグラウンドレベル推定手段と、
夫々の前記周波数成分から対応する周波数の前記基準バックグランドレベルを減算して夫々の差分値を求める差分演算手段と、
夫々の前記差分値の少なくとも1つ以上に振動ノイズが有るかどうかを判定する振動ノイズ判定手段と、
前記振動ノイズ判定手段によって振動ノイズがある場合は、夫々の前記差分値に第1の平均化処理の演算を行なって第1の補正差分値を求め、前記第1の平均化処理された前記第1の補正差分値に、更に第2の平均化処理の演算を行って第2の補正差分値を求め、一方、振動ノイズが無い場合は、夫々の前記差分値に前記第2の平均化処理の演算を行って前記第2の補正差分値を求める平均化処理手段と、
前記第2の平均化処理の演算を行なわれた夫々の前記第2の補正差分値と、夫々の前記差分値に対応した前記基準バックグランドレベルを加算して修正バックグランドレベルを求める修正バックグランドレベル演算手段と、
夫々の前記修正バックグランドレベルと、前記振動センサが検出した夫々の前記周波数成分とから夫々のノック指標を求め、夫々の前記ノック指標を合算して最終ノック指標を求めるノック指標演算手段と、
前記最終ノック指標とノック判定閾値とを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ノッキング検出装置。 - 請求項2記載の内燃機関のノッキング検出装置において、
前記平均化処理手段によって実行される、前記第1の平均化処理と前記第2の平均化処理は加重平均の演算であり、
前記第1の平均化処理の加重平均で使用される重み係数は、前記第2の平均化処理の加重平均で使用される重み係数より大きく設定されている
ことを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。 - 請求項2記載の内燃機関のノッキング検出装置において、
前記振動ノイズ判定手段は、前記差分演算手段で求められた前記差分値と所定の振動ノイズ判定用閾値とを比較して判定されるものであり、前記差分値が前記振動ノイズ判定用閾値より大きいと振動ノイズがあるものと判定する
ことを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。 - 請求項2記載の内燃機関のノッキング検出装置において、
前記振動ノイズ判定手段は、前記ノッキング判定手段による判定結果に基づき振動ノイズの有無を判定する
ことを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
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