JP7204864B1 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズによる点火時期の遅角を抑制しつつ、ノックを精度良く検出することができる内燃機関制御装置を得ることを目的とする。【解決手段】ノイズ回避部４８は、ノイズ回避処理において、処理前ノック強度Ｖｋ１がノイズ判定閾値Ｖｎｔｈよりも小さい場合、ノイズが発生したと判定する。また、ノイズ回避部４８は、ノイズ回避処理において、設定期間内にノイズが再び発生したと判定した場合に、点火時期の遅角を禁止する。また、ノイズ回避部４８は、少なくとも１つのノック固有周波数成分の処理前ノック強度Ｖｋ１が設定期間内にノイズ判定閾値Ｖｎｔｈ以上となった場合、及び２つ以上のノック固有周波数成分のノック強度Ｖｋ１が基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂ以上となった場合に、点火時期を遅角することを許容する。【選択図】図３

Description

本開示は、内燃機関制御装置に関するものである。

従来の内燃機関用ノック制御装置では、予め設定されたノイズレベル領域内の振動が連続的に検出された場合に、ノイズによる振動であると判定され、点火時期の遅角処理がキャンセルされる（例えば、特許文献１参照）。

特許第２５０５６３８号公報

上記のような従来の内燃機関用ノック制御装置では、低温時に振動のレベルが大きくなるノイズによる点火時期の遅角処理をキャンセルするには、ノイズを判定するためのノイズレベル領域を広く設定する必要がある。しかし、ノイズレベル領域が広いと、低温時にノックが発生した場合にも遅角処理がキャンセルされる恐れがある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ノイズによる点火時期の遅角を抑制しつつ、ノックを精度良く検出することができる内燃機関制御装置を得ることを目的とする。

本開示に係る内燃機関制御装置は、内燃機関の振動を検出するノックセンサからの振動検出信号と、内燃機関のクランク角度を検出するクランク角センサからの角度検出信号とが入力される電子制御装置を備え、電子制御装置は、振動検出信号と角度検出信号とからノック固有周波数成分の振動波形を検出する振動波形検出部と、振動波形のピーク値に基づいて、ノック判定閾値を算出するノック判定閾値算出部と、ピーク値とノック判定閾値とに基づいて、ノイズ回避処理を実行する前のノック強度である処理前ノック強度を算出するノック強度算出部と、内燃機関の暖機状況を示す温度である暖機状況温度に基づいてノイズ判定閾値を算出するとともに、暖機状況温度が設定温度範囲内である場合のノイズ判定閾値として、基準ノイズ判定閾値を算出するノイズ判定閾値算出部と、処理前ノック強度とノイズ判定閾値と基準ノイズ判定閾値とに基づいてノイズ回避処理を実行し、ノイズ回避処理を実行した後のノック強度である処理後ノック強度を算出するノイズ回避部とを有しており、ノイズ回避処理は、ノイズによる点火時期の遅角を回避する処理であり、振動波形検出部、ノック判定閾値算出部、ノック強度算出部、ノイズ判定閾値算出部、及びノイズ回避部のそれぞれは、２つ以上のノック固有周波数成分のそれぞれについて、処理を実行し、ノイズ回避部は、ノイズ回避処理において、処理前ノック強度がノイズ判定閾値よりも小さい場合にノイズが発生したと判定し、設定期間内にノイズが再び発生したと判定した場合に、点火時期の遅角を禁止し、ノイズ回避部は、ノイズ回避処理において、少なくとも１つのノック固有周波数成分の処理前ノック強度が設定期間内にノイズ判定閾値以上となった場合、及び２つ以上のノック固有周波数成分の処理前ノック強度が基準ノイズ判定閾値以上となった場合に、ノックが発生したと判定して点火時期を遅角することを許容する。

本開示の内燃機関制御装置によれば、ノイズによる点火時期の遅角を抑制しつつ、ノックを精度良く検出することができる。

実施の形態１による内燃機関、吸気系、及び排気系を示す概略の構成図である。 図１の内燃機関の制御系を示すブロック図である。 図２の電子制御装置の要部を示すブロック図である。 比較例によるノイズ回避部の動作を示すフローチャートである。 完暖状態における比較例のノイズ回避部によるノック及びノイズの判定領域を示す説明図である。 冷機状態における比較例のノイズ回避部によるノック及びノイズの判定領域を示す説明図である。 実施の形態１のノイズ回避部によるノイズ回避処理を示すフローチャートである。 実施の形態１のノイズ回避部によるノック及びノイズの判定領域を示す説明図である。 実施の形態１の電子制御装置の各機能を実現する処理回路の第１例を示す構成図である。 実施の形態１の電子制御装置の各機能を実現する処理回路の第２例を示す構成図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による内燃機関、吸気系、及び排気系を示す概略の構成図である。実施の形態１の内燃機関１は、車両に搭載されているガソリン機関である。

内燃機関１は、シリンダ２、ピストン３、点火プラグ４、点火コイル５、可変吸気バルブ機構６、インジェクタ７、クランクシャフト８、検出板９、クランク角センサ１０、ノックセンサ１１、及び水温センサ１２を有している。

ピストン３は、シリンダ２内に設けられている。点火プラグ４は、シリンダ２に設けられている。また、点火プラグ４は、シリンダ２内の混合気に点火する。点火コイル５は、点火プラグ４に接続されている。また、点火コイル５は、点火プラグ４が放電するための高電圧を生成する。

可変吸気バルブ機構６は、吸気バルブを有している。吸気バルブは、シリンダ２の吸気ポートを開閉する。また、可変吸気バルブ機構６においては、吸気バルブの開閉タイミング又は吸気バルブのリフト量が制御可能になっている。

インジェクタ７は、シリンダ２の吸気ポートに設けられている。また、インジェクタ７は、吸気ポートに燃料を噴射する。なお、インジェクタ７は、シリンダ２内に燃料を直接噴射できるように配置されてもよい。

クランクシャフト８には、クランクを介してピストン３が連結されている。クランクシャフト８は、ピストン３の往復運動によって回転する。検出板９は、クランクシャフト８に固定されている。これにより、検出板９は、クランクシャフト８と一体に回転する。

クランク角センサ１０は、検出板９のエッジを検出する。ノックセンサ１１は、内燃機関１の振動を検出する。水温センサ１２は、暖機状況温度として、冷却水温を検出する。暖機状況温度は、内燃機関１の暖機状況を示す温度である。冷却水温は、内燃機関１の冷却水の温度である。

吸気系２１は、吸気管２２、エアフローセンサ２３、電子制御式スロットルバルブ２４、開度センサ２５、サージタンク２６、及び吸気圧センサ２７を有している。

吸気管２２の下流端は、シリンダ２の吸気ポートに接続されている。エアフローセンサ２３は、吸気管２２に設けられている。また、エアフローセンサ２３は、吸入空気流量を検出する。

電子制御式スロットルバルブ２４は、エアフローセンサ２３よりも内燃機関１側において、吸気管２２に設けられている。電子制御式スロットルバルブ２４の開度は、吸入空気流量を調整するために電子的に制御される。開度センサ２５は、電子制御式スロットルバルブ２４の開度を検出する。

サージタンク２６は、電子制御式スロットルバルブ２４よりも内燃機関１側において、吸気管２２に設けられている。また、サージタンク２６は、空気の流量の増減を平準化する。吸気圧センサ２７は、サージタンク２６内の圧力を検出する。

なお、エアフローセンサ２３及び吸気圧センサ２７のいずれか一方が省略されてもよい。また、電子制御式スロットルバルブ２４を通過する吸入空気の温度は、図示しない吸気温センサによって検出される。

排気系３１は、排気管３２、及び空燃比センサ３３を有している。排気管３２の上流端は、シリンダ２の排気ポートに接続されている。

空燃比センサ３３は、排気管３２に設けられている。また、空燃比センサ３３は、排気ガスの空燃比を検出する。

排気管３２における空燃比センサ３３の下流には、図示しない触媒が設けられている。触媒は、排気ガスを浄化する。

図２は、図１の内燃機関１の制御系を示すブロック図である。内燃機関１及び吸気系２１を制御する内燃機関制御装置は、電子制御装置４１を備えている。

電子制御装置４１には、クランク角センサ１０からの角度検出信号、ノックセンサ１１からの振動検出信号、及び水温センサ１２からの水温検出信号が入力される。また、電子制御装置４１には、エアフローセンサ２３からの流量検出信号、開度センサ２５からの開度検出信号、及び吸気圧センサ２７からの吸気圧検出信号も入力される。

また、電子制御装置４１には、空燃比センサ３３からの空燃比検出信号も入力される。また、電子制御装置４１には、図示しないバッテリの出力電圧に関する信号、図示しないスタータスイッチのオンオフ信号、図示しない大気圧センサにより測定された大気圧の信号等も入力される。

電子制御装置４１は、可変吸気バルブ機構６、インジェクタ７、コイル駆動回路１３、及び電子制御式スロットルバルブ２４を制御する。コイル駆動回路１３は、点火コイル５を駆動する回路である。電子制御装置４１は、コイル駆動回路１３を制御することによって、点火時期を進遅角制御する。また、電子制御装置４１は、図示しない複数のアクチュエータも制御する。

内燃機関１の運転中にノックが発生すると、内燃機関１のボア径、及びノックの振動モードに応じて、ノック固有周波数成分の振動が発生する。このため、電子制御装置４１は、ノック固有周波数成分の振動強度を測定することにより、ノックを検出する。また、電子制御装置４１は、ノックを検出した場合に、振動強度に応じて点火時期を遅角し、ノックを抑制する。

図３は、図２の電子制御装置４１の要部を示すブロック図である。図３では、ノックによる点火時期の遅角制御に関連する部分のみが示されている。

電子制御装置４１は、機能ブロックとして、ローパスフィルタ４２、Ａ／Ｄ変換部４３、振動波形検出部４４、ノック判定閾値算出部４５、ノック強度算出部４６、ノイズ判定閾値算出部４７、ノイズ回避部４８、及びノック補正量算出部４９を有している。

ノックセンサ１１からの振動検出信号は、ローパスフィルタ４２に入力される。クランク角センサ１０からの角度検出信号は、振動波形検出部４４とノイズ判定閾値算出部４７とに入力される。水温センサ１２からの水温検出信号は、ノイズ判定閾値算出部４７に入力される。

ローパスフィルタ４２は、振動検出信号から高周波成分を除去する。そして、ローパスフィルタ４２は、振動検出信号の低周波成分のみをＡ／Ｄ変換部４３に入力する。振動検出信号の低周波成分は、ノック成分に対応している。

Ａ／Ｄ変換部４３は、アナログ信号である振動検出信号を、デジタル信号に変換し、振動波形検出部４４に入力する。

振動波形検出部４４は、振動検出信号の低周波成分と、角度検出信号とから、設定クランク角度領域におけるノック固有周波数成分の振動波形を検出する。即ち、振動波形検出部４４は、クランク角度に対応させて、振動波形を検出する。また、振動波形検出部４４は、検出した振動波形のピーク値Ｖｐを算出する。設定クランク角度領域は、ノック発生領域に対応するクランク角度の領域である。

ノック判定閾値算出部４５は、ピーク値Ｖｐに基づいてノック判定閾値Ｖｔｈを算出し、算出したノック判定閾値Ｖｔｈをノック強度算出部４６に入力する。

ノック強度算出部４６は、ピーク値Ｖｐとノック判定閾値Ｖｔｈとに基づいて、処理前ノック強度Ｖｋ１を算出する。処理前ノック強度Ｖｋ１は、ノイズ回避部４８におけるノイズ回避処理を実行する前のノック強度である。ノイズ回避処理は、ノイズによる点火時期の遅角を回避する処理である。ノック強度算出部４６は、処理前ノック強度Ｖｋ１をノイズ回避部４８に入力する。

ノイズ判定閾値算出部４７は、角度検出信号と水温検出信号とを用いて、ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈと基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂとを算出する。そして、ノイズ判定閾値算出部４７は、ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈと基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂとをノイズ回避部４８に入力する。

ノイズ回避部４８は、処理前ノック強度Ｖｋ１とノイズ判定閾値Ｖｎｔｈと基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂとに基づいて、ノイズ回避処理を実行し、処理後ノック強度Ｖｋ２を算出する。処理後ノック強度Ｖｋ２は、ノイズ回避処理を実行した後のノック強度である。ノイズ回避処理の詳細については、後述する。ノイズ回避部４８は、処理後ノック強度Ｖｋ２をノック補正量算出部４９に入力する。

ノック補正量算出部４９は、処理後ノック強度Ｖｋ２に基づいて、点火時期を遅角補正するためのノック補正量θｋを算出する。そして、ノック補正量算出部４９は、ノック補正量θｋをコイル駆動回路１３に入力する。

以下、図３の各機能ブロックにおける詳細な処理内容について説明する。Ａ／Ｄ変換部４３は、一定の時間間隔ごとにＡ／Ｄ変換を実行する。一方、ローパスフィルタ４２は、Ａ／Ｄ変換部４３において全てのレベルの低周波成分を取り込めるように、ゲイン変換機能も有している。

例えば、ローパスフィルタ４２は、低周波成分の中心を２．５Ｖに設定するために、２．５Ｖにバイアスされている。そして、低周波成分が２．５Ｖを中心として０Ｖ～５Ｖの範囲内に収まるように、低周波成分のレベルが小さい場合には、ローパスフィルタ４２は、２．５Ｖを中心に低周波成分を増幅する。逆に振動成分が大きい場合には、ローパスフィルタ４２は、２．５Ｖを中心に低周波成分を減衰させる。これにより、ローパスフィルタ４２は、全てのレベルの低周波成分をＡ／Ｄ変換部４３に入力する。

なお、Ａ／Ｄ変換部４３における処理は、一定の時間間隔ではなく、常時実行してもよい。この場合、以降の処理において、必要なクランク角度区間のデータのみが振動波形検出部４４に入力されてもよい。又は、以降の処理において、必要なクランク角度区間のみについてＡ／Ｄ変換処理が実行され、Ａ／Ｄ変換処理後の信号が振動波形検出部４４に入力されてもよい。

振動波形検出部４４は、デジタル信号処理による周波数解析を行い、ノック固有周波数成分の振動波形を算出する。振動波形検出部４４におけるデジタル信号処理としては、公知の演算処理、例えば離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）、又は短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ：Short-Time Fourier Transform）が用いられる。

これにより、設定時間ごと又は設定クランク角度ごとに、ノック固有周波数成分のスペクトルが振動波形として算出され、そのスペクトルの最大値が振動波形のピーク値Ｖｐとして算出される。

ノック判定閾値算出部４５は、以下の式（１）と式（２）とを用いてノック判定閾値Ｖｔｈを算出する。

具体的には、ノック判定閾値算出部４５は、まず内燃機関１の行程ごとに、ピーク値Ｖｐ[ｎ]に対して、フィルタ係数Ｋｂｇｌを用いたフィルタ処理を行う。即ち、ノック判定閾値算出部４５は、以下の式（１）により、ピーク値Ｖｐの平均値に相当するバックグランドレベルＶｂｇｌ[ｎ]を算出する。

Ｖｂｇｌ[ｎ]＝Ｋｂｇｌ×Ｖｂｇｌ[ｎ－１]＋(１－Ｋｂｇｌ)×Ｖｐ[ｎ]・・・（１）

続いて、ノック判定閾値算出部４５は、式（１）で求めたバックグランドレベルＶｂｇｌ[ｎ]とノック判定閾値係数Ｋｔｈとノック判定閾値オフセットＶｏｆｓとを用いて、以下の式（２）により、ノック判定閾値Ｖｔｈ[ｎ]を算出する。

Ｖｔｈ[ｎ]＝Ｖｂｇｌ[ｎ]×Ｋｔｈ＋Ｖｏｆｓ ・・・（２）

ここで、ノック判定閾値係数Ｋｔｈとノック判定閾値オフセットＶｏｆｓとは、充填効率マップとして予め設定されている。充填効率マップは、回転数と吸入空気流量とから求められる充填効率のマップである。

ノック強度算出部４６は、ピーク値Ｖｐ[ｎ]とノック判定閾値Ｖｔｈ[ｎ]とを用いて、以下の式（３）により、処理前ノック強度Ｖｋ１[ｎ]を算出する。

Ｖｋ１[ｎ]＝（Ｖｐ[ｎ]－Ｖｔｈ[ｎ]）／Ｖｔｈ[ｎ] ・・・（３）

処理前ノック強度Ｖｋ１[ｎ]は、ノック判定閾値Ｖｔｈ[ｎ]により正規化されている。このため、ピーク値Ｖｐとノック判定閾値Ｖｔｈとの偏差の大きさ、及びピーク値Ｖｐの大きさが変動しても、常に適切な処理前ノック強度Ｖｋ１を算出することができる。また、Ｖｋ１[ｎ]≦０である場合は、ノックによる振動もノイズによる振動も発生していないことがわかる。また、Ｖｋ１[ｎ]＞０である場合は、ノック又はノイズによる振動が発生していることがわかる。

内燃機関１には、ノックに起因したノック振動だけでなく、内燃機関１の運動部分に起因したノイズ振動が発生する。そして、ノイズ振動は、ノック固有周波数の振動に重畳される場合がある。

また、ノイズ振動には、インジェクタ７、吸気バルブ、排気バルブ等の構成部品が作動することに起因して発生する振動と、内燃機関１に固有の振動と、シリンダ２内の混合気の燃焼に起因して発生する振動とがある。内燃機関１に固有の振動には、ピストン３の作動に起因して発生する振動が含まれている。

これらのノイズ振動がノック振動に重畳されることにより、ノック強度算出部４６においてノック振動とノイズ振動とを区別できないことがある。

そこで、ノイズ回避部４８は、ノイズ回避処理により、ノック振動とノイズ振動とを区別し、処理後ノック強度Ｖｋ２[ｎ]を算出する。ノイズ回避処理の詳細については、図４～図８を参照しながら後述する。

ノイズ判定閾値算出部４７は、ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈと基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂを算出する。ノイズ判定閾値算出部４７には、回転数－水温マップが予め設定されている。回転数－水温マップは、クランク角センサ１０により検出される回転数と、水温センサ１２により検出される冷却水温とのマップである。ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈは、回転数－水温マップを用いて算出される。

また、ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈは、ノイズ振動が発生した場合における振動強度よりも大きな値であり、かつ、ノック振動の振動強度よりも小さな値に設定されている。これにより、ノック振動とノイズ振動とを区別することができる。

基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂは、冷却水温が設定温度範囲内である場合のノイズ判定閾値として算出される。設定温度範囲としては、暖機判定温度以上の温度範囲が設定される。暖機判定温度は、内燃機関１が完全に暖機された状態であると判定される最低温度である。即ち、設定温度範囲は、内燃機関１が完全に暖機された状態であると判定される温度範囲である。

以下では、内燃機関１が完全に暖機された状態を「完暖状態」と称する。また、内燃機関１が完全には暖機されておらず、冷却水温が低い状態を「冷機状態」と称する。

ノイズ判定閾値算出部４７は、回転数－水温マップを用いて、基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂを読み取ってもよい。また、ノイズ判定閾値算出部４７には、回転数と基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂとの関係を示すテーブルが設定されていてもよい。

シリンダ２の内壁とピストン３との間で発生するピストンスラップによるノイズ振動は、冷機状態において大きくなる。このため、冷機状態におけるノイズ判定閾値Ｖｎｔｈは、完暖状態におけるノイズ判定閾値Ｖｎｔｈよりも大きな値に設定される。つまり、完暖状態におけるノイズ判定閾値を基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂとすると、冷機状態ではＶｎｔｈ＞Ｖｎｔｈｂの関係が成立する。即ち、冷却水温が設定温度範囲内にない場合におけるノイズ判定閾値Ｖｎｔｈは、基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂよりも大きな値に設定されている。

ここで、振動波形検出部４４、ノック判定閾値算出部４５、ノック強度算出部４６、ノイズ判定閾値算出部４７、及びノイズ回避部４８のそれぞれは、２つ以上のノック固有周波数成分のそれぞれについて、処理を実行する。

ノイズ回避部４８は、ノイズ回避処理において、処理前ノック強度Ｖｋ１がノイズ判定閾値Ｖｎｔｈよりも小さい場合、ノイズが発生したと判定する。また、ノイズ回避部４８は、ノイズ回避処理において、設定期間内にノイズが再び発生したと判定した場合に、点火時期の遅角を禁止する。

また、ノイズ回避部４８は、ノイズ回避処理において、少なくとも１つのノック固有周波数成分の処理前ノック強度Ｖｋ１が設定期間内にノイズ判定閾値Ｖｎｔｈ以上となった場合、ノックが発生したと判定して点火時期を遅角することを許容する。また、ノイズ回避部４８は、２つ以上のノック固有周波数成分の処理前ノック強度Ｖｋ１が基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂ以上となった場合に、ノックが発生したと判定して点火時期を遅角することを許容する。

ノック補正量算出部４９は、以下の式（４）、式（５）、及び式（６）により、処理後ノック強度Ｖｋ２[ｎ]に応じたノック補正量θｋ[ｎ]を算出する。ノック補正量算出部４９は、まず遅角量反映係数Ｋｒ及び最大遅角量θｍｉｎを用いて、式（４）により、ノック強度に応じた１点火ごとの遅角量Δθｋ[ｎ]を算出する。１点火ごとの遅角量Δθｋにおいて、負値が遅角側を表す。

Δθｋ[ｎ]＝ｍａｘ（－Ｖｋ２[ｎ]×Ｋｒ，θｍｉｎ） ・・・（４）

処理後ノック強度Ｖｋ２は、２つ以上のノック固有周波数成分に対してそれぞれ算出されている。以下では、２つのノック周波数成分を用いた場合の例を示す。２つのノック固有周波数成分のうち、低い方のノック固有周波数成分に対応する処理後ノック強度をＶｋ２Ｌとし、高い方のノック固有周波数成分に対応する処理後ノック強度をＶｋ２Ｈとする。

１点火ごとの遅角量Δθｋは、式（５）の通り、Ｖｋ２Ｌ及びＶｋ２Ｈのうち、大きい方の処理後ノック強度が用いて算出される。

Ｖｋ２＝ｍａｘ（Ｖｋ２Ｌ，Ｖｋ２Ｈ） ・・・（５）

次に、ノック補正量算出部４９は、進角復帰係数Ｋａ[ｎ]及び最大進角量θｍａｘを用いて、式（６）により、１点火ごとの遅角量Δθｋ[ｎ]を積算する。これにより、点火時期のノック補正量θｋ[ｎ]が算出される。ノック補正量θｋにおいて、負値が遅角側を表し、正値が進角側を表す。

θｋ[ｎ]＝ｍｉｎ（θｋ[ｎ－１]＋Δθｋ[ｎ]＋Ｋａ[ｎ]，θｍａｘ） ・・・（６）

ノック補正量算出部４９は、最大進角量θｍａｘにより、ノック振動が発生していないと判定された場合、運転状態に応じて予め設定された最適点火時期、所謂ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）まで、進角復帰させることができる。

以上に述べた処理により、内燃機関１の運転部分に起因したノイズ振動のうち、高い頻度で発生するノイズ振動によって点火時期の遅角が積算されることが回避される。また、ノック振動が発生したときには、適切に遅角することができる。

なお、上記の各式は、実施の形態１の動作を説明するための一例に過ぎず、これらの式に限定されるものではない。例えば、式（５）では、Ｖｋ２Ｌ及びＶｋ２Ｈのうち、大きい方の処理後ノック強度がＶｋ２として用いられるが、以下の式（７）の通り、二乗和平方根により算出したノック強度がＶｋ２として用いられてもよい。

Ｖｋ２＝（Ｖｋ２Ｌ^２＋Ｖｋ２Ｈ^２）^１／２ ・・・（７）

次に、図４～図８を参照しながら、ノイズ回避部４８の機能について詳細に説明する。但し、ノイズ回避部４８の機能について、まずは比較例を用いて説明する。

図４は、比較例によるノイズ回避部の動作を示すフローチャートである。比較例によるノイズ回避部は、実施の形態１のノイズ回避処理を行わないノイズ回避部である。比較例によるノイズ回避部は、図４の処理を周期的に繰り返し実行する。

比較例によるノイズ回避部は、ステップＳ１０１において、処理前ノック強度Ｖｋ１に基づいて、振動が発生しているか否かを判定する。

振動が発生していない場合、ノイズ回避部は、ステップＳ１０２において、処理後ノック強度Ｖｋ２を０とする。また、ノイズ回避カウンタＣｎを、以下の式（８）の通り、前回値から１減算して、処理を終了する。

Ｃｎ[ｎ]＝Ｃｎ[ｎ－１]－１ ・・・（８）

ノイズ回避カウンタＣｎの初期値は、予め設定される正の整数である。また、ノイズ回避カウンタＣｎは、リセットされることにより初期値に戻される。

一方、振動が発生している場合、即ちＶｋ１＞０だった場合、ノイズ回避部は、ステップＳ１０３において、処理前ノック強度Ｖｋ１がノイズ判定閾値Ｖｎｔｈよりも小さいか否かを判定する。

処理前ノック強度Ｖｋ１がノイズ判定閾値Ｖｎｔｈ以上である場合、ノイズ回避部は、ノックによる振動が発生していると判定し、ステップＳ１０４において、処理後ノック強度Ｖｋ２をＶｋ１とする。また、ノイズ回避カウンタＣｎを前述の式（８）と同様に、前回値から１減算して、処理を終了する。

一方、処理前ノック強度Ｖｋ１がノイズ判定閾値Ｖｎｔｈよりも小さい場合、ノイズ回避部は、ステップＳ１０５において、ノイズ回避カウンタＣｎに基づいて、高い頻度でノイズによる振動が発生しているか否かを判定する。つまり、過去の処理においてノイズによる振動が発生していた可能性があると判定してから、設定回数以上の処理が実行されたか否かを判定する。

ノイズ回避カウンタＣｎの値が０である場合、ノイズ回避部は、ステップＳ１０６において、処理後ノック強度Ｖｋ２をＶｋ１に設定し、ノイズ回避カウンタＣｎをリセットして、処理を終了する。処理後ノック強度Ｖｋ２をＶｋ１に設定する理由は、ノイズ回避部が、ノックによる振動か高い頻度で発生するノイズによる振動かの判別を行えず、安全側の選択として、ノックによる振動であるとみなすためである。

一方、ノイズ回避カウンタＣｎの値が０でない場合、ノイズ回避部は、ステップＳ１０８において、高い頻度でノイズによる振動が発生している場合の処置として、処理後ノック強度Ｖｋ２を０とし、ノイズ回避カウンタＣｎをリセットして、処理を終了する。

このように、ノイズ回避カウンタＣｎは、設定期間内に同一気筒でノイズ振動が立て続けに発生しているか否かを判定するためのタイマーである。また、ノイズ回避カウンタＣｎの初期値は、高い頻度か否かを判別するための閾値である。

比較例のノイズ回避部では、ノイズ判定閾値よりも小さいノック強度の振動がノイズと判定され、処理後ノック強度Ｖｋ２が０にされる。これにより、同一気筒において高い頻度で発生するノイズに対して、点火時期の遅角処理がキャンセルされ、高い頻度で発生するノイズによって点火時期の遅角が積算されることが回避される。

但し、比較例のノイズ回避部では、冷機状態に大きくなるピストンスラップによるノイズに対して、点火時期の誤遅角を防止するためには、ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈを大きな値に設定する必要がある。しかし、ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈを大きな値に設定すると、実際に冷機状態においてノックによる振動が発生した場合にも、遅角処理がキャンセルされてしまうという課題がある。

この課題について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、完暖状態における比較例のノイズ回避部によるノック及びノイズの判定領域を示す説明図である。図６は、冷機状態における比較例のノイズ回避部によるノック及びノイズの判定領域を示す説明図である。

図５及び図６では、２つのノック固有周波数成分のうち、低周波数側の処理前ノック強度Ｖｋ１Ｌがｘ軸とされ、高周波数側の処理前ノック強度Ｖｋ１Ｈがｙ軸とされている。

図５に示すように、低い方のノック固有周波数成分に対応するノイズ判定閾値ＶｎｔｈＬと、高い方のノック固有周波数成分に対応するノイズ判定閾値ＶｎｔｈＨとは、完暖状態において発生するノイズによるノック強度よりも大きな値に設定される。これにより、Ｓ領域とＳ／Ｎ領域とが区別される。Ｓ領域は、ノック発生時のノック強度領域である。Ｓ／Ｎ領域は、ノック又はノイズ発生時のノック強度領域である。

なお、Ｖｋ１Ｌ＜０かつＶｋ１Ｈ＜０の領域であるＮ領域は、どちらの周波数でも振動が発生していない領域である。

一方、図６に示すように、冷機状態においては、ピストンスラップによるノイズが大きくなる。一般的に、ピストンスラップによるノイズは、内燃機関１又は構成部品の個体差、ノックセンサ１１と構成部品との設置距離、内燃機関１の運転状態などにより、ノイズ固有周波数成分が変化する場合がある。

そして、様々なケースにおいて、ノイズによる遅角処理のキャンセルを確実に実施しようとすると、ノイズ判定閾値ＶｎｔｈＬとノイズ判定閾値ＶｎｔｈＨとを完暖状態時よりも高く設定する必要がある。そうした場合には、Ｓ領域とＳ／Ｎ領域との境界が高いレベルになり、実際に冷機状態においてノックによる振動が発生した場合にも遅角処理をキャンセルしてしまう。

これに対して、図７は、実施の形態１のノイズ回避部４８によるノイズ回避処理を示すフローチャートである。実施の形態１のノイズ回避部４８は、図７の処理を周期的に繰り返し実行する。

以下では、図４と異なる点について説明する。ノイズ回避部４８は、ステップＳ１０５において、ノイズ回避カウンタＣｎの値が０でない場合、ステップＳ１０７において、ノック固有周波数成分ごとに処理前ノック強度Ｖｋ１と基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂとを比較する。そして、ノイズ回避部４８は、２つ以上のノック固有周波数成分においてＶｋ１＞Ｖｎｔｈｂが成立するか否かを判定する。

２つ以上のノック固有周波数成分においてＶｋ１＞Ｖｎｔｈｂが成立する場合、ノイズ回避部４８は、ノックによる振動が発生していると判定する。そして、ノイズ回避部４８は、ステップＳ１０４において、処理後ノック強度Ｖｋ２をＶｋ１し、ノイズ回避カウンタＣｎを前回値から１減算して、処理を終了する。

一方、２つ以上のノック固有周波数成分においてＶｋ１＞Ｖｎｔｈｂが成立するという条件が満たされない場合、ノイズ回避部４８は、ノイズによる振動が発生していると判定する。そして、ノイズ回避部４８は、ステップＳ１０８において、処理後ノック強度Ｖｋ２を０とし、ノイズ回避カウンタＣｎをリセットして、処理を終了する。

ここで、ピストンスラップによるノイズの固有周波数成分は、変化する場合がある。しかし、ピストンスラップによるノイズは、ノックと比較すると、固有周波数成分の周波数帯の幅が狭く、ノックのように振動モード毎に複数の固有周波数成分は持たない特性がある。

このため、複数のノック固有周波数成分において高いレベルのノイズが同時に重畳する可能性は極めて低い。実施の形態１のノイズ回避部４８は、このような特性を利用しており、冷機状態においてノイズが大きくなる場合でも、ノイズとノックとを適切に区別して点火時期の遅角処理を実施することができる。

図８は、実施の形態１のノイズ回避部４８によるノック及びノイズの判定領域を示す説明図である。図８では、図５及び図６と同様に、２つのノック固有周波数成分のうち、低周波数側の処理前ノック強度Ｖｋ１Ｌがｘ軸とされ、高周波数側の処理前ノック強度Ｖｋ１Ｈがｙ軸とされている。

ノイズ判定閾値ＶｎｔｈＬとノイズ判定閾値ＶｎｔｈＨとは、回転数と冷却水温とのマップとして予め設定されている。そして、冷機状態におけるノイズ判定閾値ＶｎｔｈＬとノイズ判定閾値ＶｎｔｈＨとは、冷機状態において発生するノイズによるノック強度よりも大きな値に設定されている。

図５及び図６に示した、比較例の場合、ノイズ判定閾値ＶｎｔｈＬとノイズ判定閾値ＶｎｔｈＨとにより、Ｓ領域とＳ／Ｎ領域とが区別されている。これに対して、実施の形態１の場合、基準ノイズ判定閾値ＶｎｔｈｂＬと基準ノイズ判定閾値ＶｎｔｈｂＨとが、完暖状態時に発生するノイズによるノック強度よりも大きな値に設定されている。そして、Ｖｋ１Ｌ＞ＶｎｔｈｂＬと、Ｖｋ１Ｈ＞ＶｎｔｈｂＨとが同時に成立する場合は、ノックによる振動が発生しているＳ領域として、点火時期の遅角処理が実施される。

このような内燃機関制御装置では、ノイズ回避部４８は、処理前ノック強度Ｖｋ１がノイズ判定閾値Ｖｎｔｈよりも小さい場合、ノイズが発生したと判定する。また、ノイズ回避部４８は、ノイズ回避処理において、設定期間内にノイズが再び発生したと判定した場合に、点火時期の遅角を禁止する。また、ノイズ回避部４８は、ノイズ回避処理において、少なくとも１つのノック固有周波数成分の処理前ノック強度Ｖｋ１が設定期間内にノイズ判定閾値Ｖｎｔｈ以上となった場合、ノックが発生したと判定して点火時期を遅角することを許容する。また、ノイズ回避部４８は、２つ以上のノック固有周波数成分の処理前ノック強度Ｖｋ１が基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂ以上となった場合に、ノックが発生したと判定して点火時期を遅角することを許容する。

このため、低温時に高い頻度で発生するノイズによって点火時期の遅角が積算されることを回避することができる。また、暖機状況によらずにノック発生時には適切に遅角することができる。即ち、ノイズによる点火時期の遅角を抑制しつつ、ノックを精度良く検出することができる。

また、冷却水温が設定温度範囲内にない場合におけるノイズ判定閾値Ｖｎｔｈは、基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂよりも大きな値に設定されている。これにより、冷機状態におけるノイズによる点火時期の遅角をより確実に抑制することができる。

また、ノイズ判定閾値算出部４７は、回転数－水温マップを用いて、ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈを算出する。このため、ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈをより容易に算出することができる。

なお、暖機状況温度は、冷却水温に限らず、例えば、潤滑油温であってもよい。

また、基準ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈｂとして、使用環境において起こり得る最も高い冷却水温又は潤滑油温でのノイズ判定閾値が設定されてもよい。

また、実施の形態１では、ノイズ回避カウンタＣｎの初期値として行程数が設定され、行程毎にノイズ回避カウンタＣｎが１ずつ減算される。しかし、ノイズ回避カウンタＣｎの初期値として初期時間が設定され、行程毎に経過時間が減算されてもよい。この場合、ノイズの頻度の判定基準が、回転数に依存せず、時間を基準として設定される。

また、ノイズ判定閾値Ｖｎｔｈは、回転数により参照するテーブルにおいて予め設定された値と、冷却水温により参照するテーブルにおいて予め設定された係数との積として算出されてもよい。

また、実施の形態１の電子制御装置４１の各機能は、処理回路によって実現される。図９は、実施の形態１の電子制御装置４１の各機能を実現する処理回路の第１例を示す構成図である。第１例の処理回路１００は、専用のハードウェアである。

また、処理回路１００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。また、電子制御装置４１の各機能それぞれを個別の処理回路１００で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路１００で実現してもよい。

また、図１０は、実施の形態１の電子制御装置４１の各機能を実現する処理回路の第２例を示す構成図である。第２例の処理回路２００は、プロセッサ２０１及びメモリ２０２を備えている。

処理回路２００では、電子制御装置４１の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ２０２に格納される。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。

メモリ２０２に格納されたプログラムは、上述した各部の手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。ここで、メモリ２０２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリ２０２に該当する。

なお、上述した各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述した各部の機能を実現することができる。

１ 内燃機関、１０ クランク角センサ、１１ ノックセンサ、４１ 電子制御装置、４４ 振動波形検出部、４５ ノック判定閾値算出部、４６ ノック強度算出部、４７ ノイズ判定閾値算出部、４８ ノイズ回避部、４９ ノック補正量算出部。

Claims (2)

1. 内燃機関の振動を検出するノックセンサからの振動検出信号と、前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角センサからの角度検出信号とが入力される電子制御装置
   を備え、
   前記電子制御装置は、
   前記振動検出信号と前記角度検出信号とからノック固有周波数成分の振動波形を検出する振動波形検出部と、
   前記振動波形のピーク値に基づいて、ノック判定閾値を算出するノック判定閾値算出部と、
   前記ピーク値と前記ノック判定閾値とに基づいて、ノイズ回避処理を実行する前のノック強度である処理前ノック強度を算出するノック強度算出部と、
   前記内燃機関の暖機状況を示す温度である暖機状況温度に基づいてノイズ判定閾値を算出するとともに、前記暖機状況温度が設定温度範囲内である場合の前記ノイズ判定閾値として、基準ノイズ判定閾値を算出するノイズ判定閾値算出部と、
   前記処理前ノック強度と前記ノイズ判定閾値と前記基準ノイズ判定閾値とに基づいて前記ノイズ回避処理を実行し、前記ノイズ回避処理を実行した後のノック強度である処理後ノック強度を算出するノイズ回避部と
   を有しており、
   前記設定温度範囲は、完暖状態における温度範囲であり、
   前記暖機状況温度が前記設定温度範囲内にない場合における前記ノイズ判定閾値は、前記基準ノイズ判定閾値よりも大きな値に設定されており、
   前記ノイズ回避処理は、ノイズによる点火時期の遅角を回避する処理であり、
   前記振動波形検出部、前記ノック判定閾値算出部、前記ノック強度算出部、前記ノイズ判定閾値算出部、及び前記ノイズ回避部のそれぞれは、２つ以上の前記ノック固有周波数成分のそれぞれについて、処理を実行し、
   前記ノイズ回避部は、前記ノイズ回避処理において、前記処理前ノック強度が前記ノイズ判定閾値よりも小さい場合にノイズが発生したと判定し、設定期間内にノイズが再び発生したと判定した場合に、点火時期の遅角を禁止し、
   前記ノイズ回避部は、前記ノイズ回避処理において、少なくとも１つの前記ノック固有周波数成分の前記処理前ノック強度が前記設定期間内に前記ノイズ判定閾値以上となった場合、及び２つ以上の前記ノック固有周波数成分の前記処理前ノック強度が前記基準ノイズ判定閾値以上となった場合に、ノックが発生したと判定して点火時期を遅角することを許容する
   内燃機関制御装置。
2. 前記ノイズ判定閾値算出部には、前記クランク角センサにより検出される回転数と、前記暖機状況温度とのマップが設定されており、
   前記ノイズ判定閾値算出部は、前記マップを用いて、前記ノイズ判定閾値を算出する請求項１記載の内燃機関制御装置。

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