WO2016147932A1 - 内燃機関の制御装置及び異常燃焼検出方法 - Google Patents

内燃機関の制御装置及び異常燃焼検出方法 Download PDF

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ignition
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昌一郎 上園
弘二 松藤
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine control device and an abnormal combustion detection method, and more particularly to a technique for detecting knocking and abnormal combustion from a detection signal of a vibration sensor that detects pressure vibration in a combustion chamber of a spark ignition internal combustion engine.
  • Patent Document 1 even if the magnitudes of the amplitudes of the different types of abnormal combustion signals output from the vibration sensor are the same, the type of abnormal combustion can be determined in the Plague detection section.
  • the plague determination threshold is set to a value that exceeds the noise level in a section earlier than TDC, and is set to a value that exceeds a level that can be normally knocked in a section that is slower than TDC, so that even if the peak value is small.
  • An abnormal combustion detection device is disclosed in which abnormal combustion with an early peak angle is determined to be preg.
  • Preignition self-ignition in the compression stroke
  • Preignition is a mixture of the compression stroke that self-ignites before spark ignition by the spark plug, using an overheated spark plug, carbon sludge accumulated in the combustion chamber, dripped oil, etc. as a heat source Abnormal combustion.
  • self-ignition abnormal combustion
  • the internal combustion engine will not be immediately damaged, but the damage will accumulate in the internal combustion engine due to repeated occurrences, so self-ignition during the expansion stroke is not possible. It is desirable to detect it separately from knocking and to implement self-ignition countermeasures accurately.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine control device and an abnormal combustion detection method capable of detecting the occurrence of abnormal combustion in an expansion stroke separately from knocking.
  • the control apparatus for an internal combustion engine inputs a detection signal of a vibration sensor that detects pressure vibration in a combustion chamber of a spark ignition internal combustion engine, and a knocking-specific frequency component of the detection signal in the knock determination region
  • the occurrence of knocking is detected based on the above, and the occurrence of abnormal combustion is detected based on the characteristic value of the detection signal different from the frequency component specific to knocking in the abnormal combustion determination region including the knocking determination region.
  • the abnormal combustion detection method inputs a detection signal of a vibration sensor that detects pressure vibration in a combustion chamber of a spark ignition internal combustion engine, and a frequency unique to knocking from the detection signal in a knocking determination region in an expansion stroke.
  • the component is extracted, the occurrence of knocking is detected based on the frequency component specific to knocking, and is different from the frequency component specific to knocking in the abnormal combustion region including the knocking determination region from the compression stroke to the expansion stroke before the ignition timing.
  • the characteristic value of the detection signal is detected, and self-ignition in the compression stroke before the ignition timing and self-ignition in the expansion stroke are detected as abnormal combustion based on the characteristic value.
  • occurrence of abnormal combustion in the expansion stroke can be detected separately from knocking, and it becomes possible to take an appropriate measure when abnormal combustion occurs in the expansion stroke, so that the abnormal combustion can be resolved early.
  • FIG. 1 is a system diagram of an internal combustion engine in an embodiment of the present invention. It is a diagram which shows the difference of the frequency characteristic of knocking and self-ignition in embodiment of this invention. It is a functional block diagram for detecting self-ignition and knocking by frequency analysis in an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the detection window which performs a frequency analysis in embodiment of this invention. It is a figure which shows the countermeasure process of the self-ignition and knocking in embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the overlap of the detection window at the time of high rotation in embodiment of this invention. It is a figure which shows the area
  • FIG. 4 is a functional block diagram for detecting knocking by frequency analysis and detecting self-ignition based on a voltage level in the embodiment of the present invention. It is a figure for demonstrating the learning which shortens a detection window in embodiment of
  • FIG. 1 is a system schematic diagram illustrating an example of an internal combustion engine to which a control device and an abnormal combustion detection method according to an embodiment of the present invention are applied.
  • An internal combustion engine 1 in FIG. 1 is a spark ignition type multi-cylinder four-cycle engine mounted on a vehicle and used as a power source. Air is sucked into the combustion chamber 2 of each cylinder of the internal combustion engine 1 from the air cleaner 3 through the intake compressor 5, the intercooler 6, the electric throttle valve 7, and the intake manifold 8 of the supercharger 4.
  • a fuel injection valve 9 is provided for each cylinder in the branch portion of the intake manifold 8, and the fuel injection valve 9 is opened based on an injection pulse signal, and fuel adjusted to a predetermined pressure is supplied to the intake port of each cylinder. Spray. The fuel sucked into the combustion chamber 2 is ignited by the spark plug 10 and burned. Note that an in-cylinder internal combustion engine having a fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber 2 can be provided.
  • the exhaust gas after combustion is discharged through an exhaust manifold 11, an exhaust turbine 12 of the supercharger 4, and an exhaust purification catalyst 13.
  • the operations of the electric throttle valve 7, the fuel injection valve 9, and the spark plug 10 are controlled by an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 that incorporates a microcomputer.
  • ECU engine control unit
  • the ECU 20 inputs detection signals output from various sensors.
  • a crank angle sensor 21 that generates a crank angle signal POS synchronized with engine rotation
  • an accelerator opening sensor 22 that detects an accelerator opening (depressing amount of an accelerator pedal) APO
  • Throttle opening sensor 23 for detecting TVO
  • airflow sensor 24 for detecting intake air flow rate QA
  • water temperature sensor 25 for detecting cooling water temperature TW of internal combustion engine 1
  • intake air temperature sensor 26 for detecting intake air temperature TA
  • pressure in the combustion chamber
  • a vibration sensor 27 that indirectly detects vibration as cylinder block vibration, a wide-range air-fuel ratio sensor 28 that linearly detects the air-fuel ratio of the combustion mixture according to the oxygen concentration in the exhaust, and the like are provided.
  • the vibration sensor 27 is, for example, a non-resonant sensor that detects vibration with piezoelectric ceramics.
  • the ECU 20 sets the target throttle opening degree TGTVO based on the accelerator opening degree APO, and controls the opening degree of the electric throttle valve 7 so as to obtain this target throttle opening degree TGTVO. Further, the ECU 20 calculates a basic fuel injection pulse width TP from the intake air flow rate QA and the engine speed NE, and various correction coefficients COEF calculated based on the cooling water temperature TW, the air-fuel ratio, etc. The final fuel injection pulse width TI is calculated, and a fuel injection pulse signal having this pulse width TI is output to the fuel injection valve 9 at a predetermined timing for each cylinder to perform fuel injection.
  • the ECU 20 sets the basic ignition timing MADV mainly based on the engine speed NE and the engine load TE (for example, the intake air amount QA, the basic fuel injection pulse width TP, the accelerator opening APO, the throttle opening TVO, etc.).
  • the final ignition timing ADV is set by setting and correcting the basic ignition timing MADV according to the combustion state and the like, and the ignition operation of the spark plug 10 is performed at the ignition timing ADV.
  • the internal combustion engine 1 further includes a variable compression ratio mechanism 100.
  • the variable compression ratio mechanism 100 is configured to be able to change the mechanical compression ratio, for example, by changing the top dead center position of the piston.
  • the ECU 20 sets a target compression ratio mainly based on the engine rotational speed NE and the engine load TE, and operates the actuator (such as a motor) of the compression ratio variable mechanism 100 so that the actual compression ratio becomes the target compression ratio. Control is performed based on the output of the sensor 29.
  • the ECU 20 detects knocking based on the detection signal of the vibration sensor 27 and detects self-ignition (pre-ignition) in the compression stroke and self-ignition in the expansion stroke based on the detection signal of the vibration sensor 27. That is, the ECU 20 has a software function as a detection unit that detects knocking and self-ignition (abnormal combustion) based on the detection signal of the vibration sensor 27.
  • the ECU 20 further corrects the ignition timing by correcting the ignition timing when the occurrence of knocking is detected.
  • the ECU 20 increases the fuel injection amount or cuts the fuel (fuel consumption).
  • the software has a function as an abnormality countermeasure part that eliminates self-ignition by stopping injection).
  • the self-ignition (pre-ignition) in the compression stroke is a spark generated by the spark plug 10 by using an ignition plug 10 in which the mixture in the compression stroke is overheated, carbon sludge accumulated in the combustion chamber 2, dripped oil, and the like as a heat source. Abnormal combustion that self-ignites before ignition.
  • Self-ignition in the expansion stroke is also abnormal combustion in which self-ignition is performed using carbon sludge, dripped oil, or the like as a heat source.
  • knocking is a phenomenon in which the internal combustion engine 1 emits metallic sounds and vibrations.
  • the self-ignition in the compression stroke and the self-ignition in the expansion stroke are different from knocking that is not included in knocking. It is.
  • the ECU 20 periodically reads the detection signal (analog voltage signal) of the vibration sensor 27 by performing A / D conversion, and frequency-analyzes the read voltage data by Fast Fourier Transform (FFT), etc. Is detected, and the occurrence of knocking is detected when the magnitude of the frequency component unique to knocking exceeds the first threshold.
  • self-ignition in the expansion stroke may occur in a region where knocking may occur, but as shown in FIG. 2, the frequency component specific to knocking and the frequency component specific to self-ignition (abnormal combustion specific) Since the frequency ranges are different, in the configuration in which the magnitude of the frequency component unique to knocking is determined, it is possible to avoid erroneously detecting the occurrence of self-ignition in the expansion stroke as knocking.
  • the frequency component specific to knocking is, for example, a frequency component in the vicinity of 7 kHz
  • the frequency component specific to self-ignition (specific to abnormal combustion) is, for example, a frequency component in the vicinity of 2 kHz.
  • the ECU 20 detects self-ignition in the compression stroke and self-ignition in the expansion stroke by frequency analysis of the detection signal of the vibration sensor 27, similarly to the detection of knocking.
  • the ECU 20 performs A / D conversion on the detection signal (voltage signal) of the vibration sensor 27 and periodically reads the frequency, and frequency analysis is performed on the read voltage data by fast Fourier transform (FFT).
  • FFT fast Fourier transform
  • the ECU 20 detects the occurrence of self-ignition (pre-ignition) in the compression stroke if the detection timing of self-ignition is before the ignition timing, and if the detection timing of self-ignition is after the ignition timing, Detects the occurrence of self-ignition. In this manner, the ECU 20 detects the presence or absence of knocking based on the frequency component specific to knocking, while the self in the compression stroke based on the frequency component specific to self-ignition that is a characteristic value of the detection signal different from the frequency component specific to knocking. Detects self-ignition during ignition and expansion strokes.
  • the occurrence of knocking is determined to be self-ignition in the expansion stroke. Misdetection as is avoided.
  • the ECU 20 distinguishes and detects self-ignition in the compression stroke, self-ignition in the expansion stroke, and knocking based on the result of frequency analysis of the detection signal of the vibration sensor 27.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the ECU 20 that detects self-ignition and knocking by frequency analysis.
  • a detection signal (voltage signal) from the vibration sensor 27 is converted into digital data by an A / D converter 20a built in the ECU 20, and read into a microcomputer (CPU) 20b built in the ECU 20.
  • CPU microcomputer
  • the microcomputer 20b is a frequency analysis unit that performs frequency analysis on the output data of the A / D converter 20a, and an expansion stroke frequency analysis unit 201 that performs frequency analysis in the expansion stroke detection window, and a frequency in the compression stroke detection window.
  • the expansion stroke frequency analysis unit 201 extracts and outputs a frequency component specific to knocking (7 kHz component) and a frequency component specific to self-ignition (2 kHz component).
  • the frequency component specific to knocking is output by the first comparison unit 204.
  • the first comparison unit (knocking detection unit) 204 By comparing with the first threshold value, the first comparison unit (knocking detection unit) 204 outputs a signal indicating the presence or absence of knocking, and the frequency component specific to self-ignition is compared with the second threshold value by the second comparison unit 205.
  • the second comparison unit (expansion stroke self-ignition detection unit) 205 outputs a signal indicating the presence or absence of self-ignition in the expansion stroke.
  • the compression stroke frequency analysis unit 202 extracts and outputs a frequency component specific to self-ignition
  • the third comparison unit 206 compares the frequency component specific to self-ignition (2 kHz component) with the second threshold value.
  • the third comparison unit (compression stroke self-ignition detection unit, pre-ignition detection unit) 206 outputs a signal indicating the presence or absence of self-ignition (pre-ignition) in the compression stroke.
  • the outputs of the comparison units 204, 205, and 206 are input to the countermeasure unit 207.
  • the countermeasure unit 207 determines whether to prevent knocking (retard the ignition timing) and / or self depending on whether knocking occurs or not and self ignition occurs. Implement ignition measures (increase fuel injection, cut fuel).
  • FIG. 4 shows, as an example, a detection window in a configuration in which self-ignition in the compression stroke, self-ignition in the expansion stroke, and knocking are detected by frequency analysis when the internal combustion engine 1 is a four-cylinder engine.
  • a region within 90 deg (BTDC 90 deg to TDC) in the crank angle immediately before the compression top dead center TDC is set as a detection window for pre-ignition (self-ignition in the compression stroke) in the compression stroke.
  • a region within 90 deg (TDC to ATDC 90 deg) of the crank angle immediately after the compression top dead center TDC is set as a detection window for self-ignition and knocking in the expansion stroke.
  • the detection window opening and closing unit 203 controls the opening and closing of the detection window so that the frequency analysis of the frequency analysis units 201 and 202 is performed in the detection window shown in FIG. That is, the determination region of self-ignition (abnormal combustion) includes a compression stroke detection window and an expansion stroke detection window, and is set from the compression stroke to the expansion stroke before the ignition timing and includes a knock determination region. Thus, in addition to self-ignition (pre-ignition) in the compression stroke, self-ignition in the knock determination region is detected separately from knocking.
  • the detection window opening / closing unit 203 opens and closes the detection window for each cylinder.
  • FIG. 5 shows an example of countermeasure processing (processing contents of the countermeasure unit 207) performed by the ECU 20 when at least one of self-ignition in the compression stroke, self-ignition in the expansion stroke, and knocking occurs.
  • the ECU 20 selects a countermeasure pattern in accordance with a combination of occurrence states of self-ignition in the compression stroke, self-ignition in the expansion stroke, and knocking.
  • the ECU 20 When the self-ignition (pre-ignition) occurs in the compression stroke and the self-ignition does not occur in the knocking and expansion strokes, the ECU 20 performs a setting for implementing the self-ignition countermeasure when the next pre-ignition occurs. As a countermeasure against self-ignition, the ECU 20 increases the fuel injection amount, cuts the fuel, or decreases the compression ratio. By these measures, the temperature rise of the combustion chamber is suppressed, and the occurrence of self-ignition is suppressed.
  • the ECU 20 when the self-ignition occurs in the expansion stroke and the self-ignition does not occur in the knocking and compression strokes, the ECU 20 performs self-ignition measures. When self-ignition occurs during the expansion stroke and knocking occurs, and when self-ignition does not occur during the compression stroke, the ECU 20 implements self-ignition measures and further implements knocking measures. As a countermeasure against knocking, the ECU 20 performs ignition timing retardation correction, compression ratio reduction, boost reduction, and the like.
  • the ECU 20 distinguishes and detects self-ignition and knocking in the expansion stroke. Therefore, when self-ignition and knocking occur in the expansion stroke, the self-ignition countermeasure and the knocking countermeasure can be performed in parallel. Delays in implementing self-ignition countermeasures or knocking countermeasures in the process can be suppressed. In addition, when self-ignition occurs in the compression stroke, knocking occurs in the expansion stroke, and no self-ignition occurs in the expansion stroke, the ECU 20 implements a countermeasure against knocking and further self-ignitions when the next pre-ignition occurs. Make settings to implement countermeasures.
  • the ECU 20 implements self-ignition measures. Further, when self-ignition occurs during the compression stroke and self-ignition and knocking occur during the expansion stroke, the ECU 20 implements self-ignition countermeasures and knocking countermeasures.
  • the ECU 20 can perform different countermeasure processes depending on the scale of self-ignition (the magnitude of the frequency component unique to self-ignition). For example, if the self-ignition is small (the vibration signal level is equal to or less than the predetermined value OS1), the ECU 20 increases the fuel injection amount, and the self-ignition is medium (the vibration signal level exceeds the predetermined value OS1 and exceeds the predetermined value). If it is OS2 (less than OS1 ⁇ OS2), the fuel cut is performed. If self-ignition is large (the vibration signal level is equal to or greater than the predetermined value OS2), the fuel cut is performed without waiting for the next pre-ignition to occur. Can be implemented.
  • the scale of self-ignition the magnitude of the frequency component unique to self-ignition. For example, if the self-ignition is small (the vibration signal level is equal to or less than the predetermined value OS1), the ECU 20 increases the fuel injection amount, and the self-ignition is medium (the vibration signal level exceeds the predetermined value OS1 and exceed
  • the ECU 20 performs frequency analysis twice in a region where both detection windows overlap, and the calculation load on the ECU 20 increases. Therefore, when the internal combustion engine 1 rotates at a higher speed than a predetermined value and the detection window on the compression stroke side and the detection window on the expansion stroke side overlap, the ECU 20 is an area where the two detection windows overlap (overlap area), For example, the result of frequency analysis in the compression stroke is used for detection of self-ignition and knocking detection in the expansion stroke, or in the region where both detection windows overlap, frequency analysis in the detection stroke of the compression stroke is stopped and expansion is performed. Only the knocking by the frequency analysis in the stroke detection window and the detection of self-ignition in the expansion stroke can be performed.
  • the ECU 20 detects self-ignition in the compression stroke and self-ignition in the expansion stroke using a frequency component specific to self-ignition obtained by frequency analysis of the detection signal of the vibration sensor 27.
  • the ECU 20 can detect self-ignition in the compression stroke and self-ignition in the expansion stroke based on the level (voltage level) of the voltage data read by A / D converting the detection signal of the vibration sensor 27. That is, the ECU 20 can detect self-ignition in the compression stroke and self-ignition in the expansion stroke based on the output level of the vibration sensor 27 that is a characteristic value different from the frequency component unique to knocking used for detection of knocking. .
  • the ECU 20 When detecting the self-ignition based on the level of the voltage data, as shown in FIG. 7, the ECU 20 has a knock detection window in the expansion stroke within an area within 90 deg at the crank angle immediately after the compression top dead center TDC (TDC to ATDC 90 deg). And knocking is detected by frequency analysis in this detection window. Further, as shown in FIG. 7, the ECU 20 sets a region including a knocking detection window from the compression stroke before the ignition timing to the expansion stroke as a voltage determination region (abnormal combustion determination region). The voltage data read by A / D converting the detection signal of the vibration sensor 27 is compared with the voltage threshold value to detect the presence or absence of self-ignition.
  • the ECU 20 detects the occurrence of preignition, and the voltage data exceeds the voltage threshold in the expansion stroke, and knocking is detected at substantially the same time by frequency analysis. If not, the occurrence of self-ignition is detected on the assumption that the pressure vibration exceeding the predetermined level is due to self-ignition. In this case as well, self-ignition in the compression stroke, self-ignition in the expansion stroke, and knocking can be detected separately, and when self-ignition and knocking occur in the expansion stroke, each occurrence is detected individually. Thus, self-ignition countermeasures and knocking countermeasures can be implemented in parallel.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the ECU 20 that performs detection of knocking by frequency analysis and detection of self-ignition by the sensor output level.
  • the microcomputer 20b built in the ECU 20 includes a knocking frequency analysis unit 210 that performs frequency analysis on the output data of the A / D converter 20a and extracts a frequency component specific to knocking (7 kHz component), and a knocking frequency analysis unit 210.
  • a detection window opening / closing unit 211 that opens and closes an expansion stroke detection window for performing frequency analysis and a knocking-specific frequency component output by the knocking frequency analysis unit 210 are compared with a first threshold value to output a signal indicating the presence or absence of knocking.
  • a signal indicating the presence or absence of self-ignition by comparing the output data (voltage value) of the first comparison unit (knocking detection unit) 212 and the A / D converter 20a with the voltage threshold and referring to the output of the first comparison unit 212
  • the ECU 20 detects the self-ignition and knocking in the expansion stroke based on the frequency component specific to self-ignition and the frequency component specific to knocking obtained by frequency analysis in the detection window set in the expansion stroke.
  • Self-ignition is detected by comparing the voltage data read by A / D converting the detection signal of the vibration sensor 27 in the voltage determination region (abnormal combustion determination region) set in the compression stroke and the voltage threshold value. be able to.
  • the detection of knocking and self-ignition based on the frequency component by the ECU 20 and further detection of self-ignition based on the sensor output level, if detection sensitivity is increased, the occurrence of knocking or self-ignition is erroneously detected due to background noise such as fuel injection. there's a possibility that.
  • the ECU 20 determines the self-ignition obtained by frequency analysis when the operation condition is estimated to prevent knocking or self-ignition, for example, when the internal combustion engine 1 is operated in a low-load low-rotation region including idle operation.
  • the ECU 20 corrects the threshold value and / or the detection value (frequency component, sensor output) in such a direction that knocking or self-ignition becomes difficult to detect as the background noise increases.
  • the ECU 20 can learn a correction value for correcting the corrected threshold value and detection value (frequency component, sensor output) for each operating condition of the internal combustion engine 1.
  • the detection window for performing the frequency analysis is wide, the calculation load of the ECU 20 increases. Therefore, the initial detection window set widely with the allowance is subdivided into a plurality of parts, and knocking and self-ignition for each subdivided window are performed. From the detection history, a subdivision window that can be excluded from the detection window is learned, and the detection window can be shortened.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining shortening learning of a detection window for performing frequency analysis.
  • the detection window is set in an initial setting state, for example, in a crank angle 90 deg region that does not overlap with the detection windows of other cylinders. In the example shown in FIG. To overlap each other. Then, among the plurality of subdivided windows, a subdivided window in which the peak value of the frequency component specific to self-ignition and the frequency component specific to knocking is not detected is identified, and the period of the subdivided window is excluded from the detection window. , Shorten the detection window.
  • the above-described shortened learning of the detection window is performed in a state where the calculation load of the microcomputer (CPU) 20b is small, so that the calculation load of the ECU 20 can be suppressed from being excessive with learning.
  • the state in which the calculation load of the microcomputer (CPU) 20b is small is, for example, after the rotational speed of the internal combustion engine 1 is equal to or lower than a predetermined speed and other learning processes (learning of the throttle position of the electric throttle, etc.) are completed.
  • the internal combustion engine 1 is an engine including the variable compression ratio mechanism 100, it is obvious that the present invention can be applied to an engine that does not include the variable compression ratio mechanism 100.
  • the fuel (octane number) to be injected into the internal combustion engine 1 can be switched.
  • the vibration sensor 27 is not limited to a non-resonant sensor, and a resonant sensor can be used.
  • the internal combustion engine 1 is not limited to a four-cylinder engine, and can be applied to various spark ignition engines.
  • a detection signal of a vibration sensor that detects pressure vibration in a combustion chamber of a spark ignition internal combustion engine is input, and in a knock determination region, a frequency component specific to knocking is included in the detection signal.
  • the occurrence of knocking is detected based on this, and the occurrence of abnormal combustion is detected based on the characteristic value of the detection signal that is different from the frequency component specific to knocking in the abnormal combustion determination region including the knocking determination region.
  • the abnormal combustion determination region is set from a compression stroke before an ignition timing to an expansion stroke.
  • the characteristic value of the detection signal used for detecting the abnormal combustion is such that the frequency of the output level of the detection signal of the vibration sensor and the frequency component specific to knocking of the detection signal of the vibration sensor are At least one of the different frequency components inherent in abnormal combustion.
  • occurrence of abnormal combustion is detected based on a frequency component specific to abnormal combustion in at least a region overlapping the knocking determination region in the abnormal combustion determination region.
  • a detection signal of a vibration sensor that detects pressure vibration in a combustion chamber of a spark ignition internal combustion engine is input, and the detection signal is detected from the detection signal in a knock determination region within an expansion stroke.
  • a frequency component specific to knocking is extracted, occurrence of knocking is detected based on the frequency component specific to knocking, and a frequency specific to knocking is detected in the abnormal combustion region including the knocking determination region from the compression stroke to the expansion stroke before the ignition timing.
  • a characteristic value of the detection signal different from the component is detected, and self-ignition in the compression stroke before the ignition timing and self-ignition in the expansion stroke are detected based on the characteristic value as abnormal combustion.

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Abstract

　本願発明は、内燃機関の膨張行程での異常燃焼の発生を検出する、制御装置及び異常燃焼検出方法に関する。本願の制御装置は、燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、膨張行程内のノッキング判定領域において前記検出信号から抽出したノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出する。また、前記制御装置は、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘りかつ前記ノッキング判定領域を含む異常燃焼領域において、ノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値を検出し、前記特性値に基づき、点火時期前の圧縮行程での自己着火と膨張行程での自己着火とを検出する。

Description

内燃機関の制御装置及び異常燃焼検出方法
　本発明は、内燃機関の制御装置及び異常燃焼検出方法に関し、詳しくは、火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号から、ノッキング及び異常燃焼を検出する技術に関する。
　特許文献１には、振動センサから出力される異なる種別の異常燃焼信号の振幅の大きさが同じような場合であっても、異常燃焼の種別を判定することができるように、プレイグ検出区間におけるプレイグ判定閾値を、ＴＤＣよりも早い区間ではノイズレベルを上回った値に設定し、ＴＤＣよりも遅い区間では通常ノックとして有り得るレベルを上回った値に設定し、これにより、ピーク値が小さくても、ピーク角度が早い異常燃焼はプレイグと判定する、異常燃焼検出装置が開示されている。
特開２０１３－１６０２００号公報
　近年、火花点火内燃機関が高圧縮比化される傾向にあり、プレイグニッションが発生し易い条件になっている。
　プレイグニッション（圧縮行程での自己着火）は、圧縮行程の混合気が、過熱した点火プラグ、燃焼室内に蓄積したカーボンスラッジ、滴下したオイルなどを熱源として、点火プラグによる火花点火前に自己着火する異常燃焼である。更に、プレイグニッションと同様のメカニズムで膨張行程においても自己着火（異常燃焼）が発生することがあった。
　自己着火は、比較的小さいレベルのものであれば、直ちに内燃機関にダメージを与えることはないが、発生回数を重ねることでダメージが内燃機関に蓄積されてしまうため、膨張行程での自己着火をノッキングと区別して検出し、自己着火対策を的確に実施することが望まれる。
　本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、膨張行程での異常燃焼の発生をノッキングと区別して検出できる、内燃機関の制御装置及び異常燃焼検出方法を提供することを目的とする。
　そのため、本願発明に係る内燃機関の制御装置は、火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、ノッキング判定領域において前記検出信号のうちのノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出するとともに、前記ノッキング判定領域を内包する異常燃焼判定領域においてノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値に基づいて異常燃焼の発生を検出するようにした。
　また、本願発明に係る異常燃焼検出方法は、火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、膨張行程内のノッキング判定領域において前記検出信号からノッキング固有の周波数成分を抽出し、前記ノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出し、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘り前記ノッキング判定領域を含む異常燃焼領域において、ノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値を検出し、異常燃焼として点火時期前の圧縮行程での自己着火と膨張行程での自己着火とを前記特性値に基づき検出するようにした。
　上記発明によると、膨張行程での異常燃焼の発生をノッキングと区別して検出でき、膨張行程で異常燃焼が発生したときに的確な対策を実施することが可能となり、異常燃焼の早期解消を図れる。
本発明の実施形態における内燃機関のシステム図である。 本発明の実施形態におけるノッキングと自己着火との周波数特性の違いを示す線図である。 本発明の実施形態における周波数解析により自己着火、ノッキングを検出するための機能ブロック図である。 本発明の実施形態において周波数解析を行う検知ウィンドウを示す図である。 本発明の実施形態における自己着火、ノッキングの対策処理を示す図である。 本発明の実施形態における高回転時の検知ウィンドウのオーバーラップを説明するための図である。 本発明の実施形態において周波数解析によりノッキングを検出する検知ウィンドウ及び電圧レベルにより自己着火検出を行う領域を示す図である。 本発明の実施形態において周波数解析によりノッキングを検出し電圧レベルにより自己着火検出を行うための機能ブロック図である。 本発明の実施形態において検知ウィンドウを短縮する学習を説明するための図である。
　以下に本発明の実施の形態を説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る制御装置及び異常燃焼検出方法を適用する内燃機関の一例を示すシステム概略図である。
　図１の内燃機関１は、車両に搭載され動力源として用いられる火花点火式の多気筒４サイクル機関である。
　内燃機関１の各気筒の燃焼室２には、エアクリーナ３から、過給機４の吸気コンプレッサ５、インタークーラ６、電制スロットル弁７、及び吸気マニホールド８を経て空気が吸入される。
　吸気マニホールド８のブランチ部には気筒毎に燃料噴射弁９が配設され、燃料噴射弁９は噴射パルス信号に基づき開弁し、各気筒の吸気ポート内に所定の圧力に調整された燃料を噴射する。
　燃焼室２内に吸入された燃料は、点火プラグ１０により火花点火されて燃焼する。なお、燃焼室２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式の内燃機関とすることができる。
　燃焼後の排気は、排気マニホールド１１、過給機４の排気タービン１２、排気浄化触媒１３を経て排出される。
　上記の電制スロットル弁７、燃料噴射弁９、及び、点火プラグ１０の作動は、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）２０により制御される。
　上記制御のために、ＥＣＵ２０は、各種センサが出力する検出信号を入力する。
　各種センサとしては、機関回転に同期したクランク角信号ＰＯＳを発生するクランク角センサ２１、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ２２、電制スロットル弁７の開度ＴＶＯを検出するスロットル開度センサ２３、吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローセンサ２４、内燃機関１の冷却水温ＴＷを検出する水温センサ２５、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２６、燃焼室における圧力振動をシリンダブロックの振動として間接的に検出する振動センサ２７、排気中の酸素濃度に応じて燃焼混合気の空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比センサ２８などを設けてある。
　振動センサ２７は、例えば、振動を圧電セラミックスで検出する非共振型のセンサである。
　ＥＣＵ２０は、アクセル開度ＡＰＯに基づいて目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを設定し、この目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを得るように、電制スロットル弁７の開度を制御する。
　また、ＥＣＵ２０は、吸入空気流量ＱＡと機関回転速度ＮＥとから基本燃料噴射パルス幅ＴＰを算出し、この基本燃料噴射パルス幅ＴＰを、冷却水温ＴＷや空燃比などに基づき算出した各種補正係数ＣＯＥＦにより補正して、最終的な燃料噴射パルス幅ＴＩを算出し、このパルス幅ＴＩの燃料噴射パルス信号を気筒毎に所定のタイミングで燃料噴射弁９に出力して燃料噴射を行わせる。
　また、ＥＣＵ２０は、主に機関回転速度ＮＥと機関負荷ＴＥ（例えば、吸入空気量ＱＡ、基本燃料噴射パルス幅ＴＰ、アクセル開度ＡＰＯ、スロットル開度ＴＶＯなど）とに基づいて基本点火時期ＭＡＤＶを設定し、この基本点火時期ＭＡＤＶを燃焼状態などに応じて補正するなどして最終的な点火時期ＡＤＶを設定し、当該点火時期ＡＤＶにて点火プラグ１０の点火動作を行わせる。
　更に、内燃機関１は、圧縮比可変機構１００を備えており、この圧縮比可変機構１００は、例えばピストンの上死点位置を変えることにより機械的圧縮比を変更可能に構成されている。
　ＥＣＵ２０は、主に機関回転速度ＮＥと機関負荷ＴＥとに基づいて目標圧縮比を設定し、実圧縮比が目標圧縮比となるように圧縮比可変機構１００のアクチュエータ（モータなど）を、操作量センサ２９の出力に基づいて制御する。
　また、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号に基づいてノッキングを検出するとともに、振動センサ２７の検出信号に基づいて圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）及び膨張行程での自己着火を検出する。つまり、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号に基づいてノッキング及び自己着火（異常燃焼）を検出する検出部としての機能をソフトウエア的に備えている。
　更に、ＥＣＵ２０は、ノッキングの発生を検出した場合に点火時期の遅角補正などを実施することでノッキングの解消を図り、自己着火の発生を検出した場合に燃料噴射量の増量や燃料カット（燃料噴射の停止）などによって自己着火の解消を図る、異常対策部としての機能をソフトウエア的に備えている。
　なお、圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）は、圧縮行程の混合気が、過熱した点火プラグ１０、燃焼室２内に蓄積したカーボンスラッジ、滴下したオイルなどを熱源として、点火プラグ１０による火花点火前に自己着火する異常燃焼である。また、膨張行程での自己着火も、カーボンスラッジや滴下したオイルなどを熱源として自己着火する異常燃焼である。
　これに対し、ノッキングは、内燃機関１が金属性の音や振動を発する現象であり、前述の圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火は、ノッキングに含まれないノッキングとは異なる現象である。
　ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号（アナログ電圧信号）をＡ／Ｄ変換して周期的に読み込み、読み込んだ電圧データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などによって周波数解析することで、電圧データからノッキング固有の周波数成分を抽出し、ノッキング固有の周波数成分の大きさが第１閾値を上回るときにノッキングの発生を検出する。
　ここで、膨張行程での自己着火はノッキングが発生し得る領域で発生する場合があるが、図２に示すように、ノッキング固有の周波数成分と自己着火固有（異常燃焼固有）の周波数成分とは周波数域が異なるため、ノッキング固有の周波数成分の大きさを判定する構成では、膨張行程での自己着火の発生をノッキングとして誤検出することは避けられる。
　なお、ノッキング固有の周波数成分は例えば７kHz近傍の周波数成分であり、自己着火固有（異常燃焼固有）の周波数成分は例えば２kHz近傍の周波数成分である。
　一方、ＥＣＵ２０は、圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を、ノッキングの検出と同様に、振動センサ２７の検出信号の周波数解析によって検出する。
　つまり、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号（電圧信号）をＡ／Ｄ変換して周期的に読み込み、読み込んだ電圧データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などによって周波数解析することで、電圧データから自己着火固有の周波数成分を抽出し、自己着火固有の周波数成分の大きさが第２閾値を上回るときに自己着火の発生を検出する。
　そして、ＥＣＵ２０は、自己着火の検出タイミングが点火時期前であれば、圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）の発生を検出し、自己着火の検出タイミングが点火時期後であれば膨張行程での自己着火の発生を検出する。
　このように、ＥＣＵ２０は、ノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの有無を検出する一方、ノッキング固有の周波数成分とは異なる検出信号の特性値である自己着火固有の周波数成分に基づき圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を検出する。
　前述のように、ノッキング固有の周波数成分と自己着火固有の周波数成分とは周波数域が異なるから、自己着火固有の周波数成分の大きさを判定する構成では、ノッキングの発生を膨張行程での自己着火として誤検出することは避けられる。
　このように、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号を周波数解析した結果に基づき、圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、更に、ノッキングをそれぞれ区別して検出する。
　図３は、周波数解析によって自己着火及びノッキングを検出するＥＣＵ２０の機能ブロック図である。
　振動センサ２７の検出信号（電圧信号）は、ＥＣＵ２０に内蔵されるＡ／Ｄ変換器２０ａでデジタルデータに変換され、ＥＣＵ２０が内蔵するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２０ｂに読み込まれる。
　マイクロコンピュータ２０ｂは、Ａ／Ｄ変換器２０ａの出力データについて周波数解析を行う周波数解析部として、膨張行程の検知ウィンドウで周波数解析を行う膨張行程用周波数解析部２０１と、圧縮行程の検知ウィンドウで周波数解析を行う圧縮行程用周波数解析部２０２とを備え、更に、両周波数解析部２０１，２０２の検知ウィンドウを、クランク角センサ２１の出力に基づいて開閉する検知ウィンドウ開閉部２０３を備える。
　膨張行程用周波数解析部２０１は、ノッキング固有の周波数成分（７kHz成分）及び自己着火固有の周波数成分（２kHz成分）を抽出して出力し、ノッキング固有の周波数成分は第１比較部２０４にて第１閾値と比較されることで、第１比較部（ノッキング検出部）２０４はノッキングの有無を示す信号を出力し、自己着火固有の周波数成分は第２比較部２０５にて第２閾値と比較されることで、第２比較部（膨張行程自己着火検出部）２０５は膨張行程での自己着火の有無を示す信号を出力する。
　一方、圧縮行程用周波数解析部２０２は、自己着火固有の周波数成分を抽出して出力し、自己着火固有の周波数成分（２kHz成分）は第３比較部２０６にて第２閾値と比較されることで、第３比較部（圧縮行程自己着火検出部、プレイグニッション検出部）２０６は圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）の有無を示す信号を出力する。
　比較部２０４，２０５，２０６の各出力は対策部２０７に入力され、対策部２０７は、ノッキングの有無、自己着火の有無に応じて、ノッキング対策（点火時期の遅角）、及び／又は、自己着火対策（燃料噴射量の増量、燃料カット）を実施する。
　図４は、周波数解析によって圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、及び、ノッキングを検出する構成における検知ウィンドウを、内燃機関１が４気筒機関である場合を例として示す。
　図４に示すように、ＥＣＵ２０において、圧縮上死点ＴＤＣ直前のクランク角で９０deg以内の領域（ＢＴＤＣ９０deg～ＴＤＣ）が圧縮行程でのプレイグニッション（圧縮行程での自己着火）の検知ウィンドウとして設定され、また、圧縮上死点ＴＤＣ直後のクランク角で９０deg以内の領域（ＴＤＣ～ＡＴＤＣ９０deg）が膨張行程での自己着火及びノッキングの検知ウィンドウとして設定される。
　検知ウィンドウ開閉部２０３は、図４に示す検知ウィンドウにて周波数解析部２０１，２０２の周波数解析が行われるように、検知ウィンドウの開閉を制御する。
　つまり、自己着火（異常燃焼）の判定領域は、圧縮行程の検知ウィンドウ及び膨張行程の検知ウィンドウからなり、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘って設定されかつノッキングの判定領域を含むことになり、圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）に加え、ノッキング判定領域内での自己着火をノッキングと区別して検出する。
　また、図４に示した検知ウィンドウによると、点火間隔がクランク角で１８０degである４気筒機関において、気筒間で検知ウィンドウが重なることがないように、換言すれば、膨張行程の検知ウィンドウに他の気筒の圧縮行程の検知ウィンドウが重ならず、圧縮行程の検知ウィンドウに他の気筒の膨張行程の検知ウィンドウが重なることがないように、気筒毎の検知ウィンドウが設定されることになる。従って、検知ウィンドウ開閉部２０３は、各気筒別に検知ウィンドウの開閉を行うことになる。
　図５は、圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、ノッキングのうちの少なくとも１つが発生したときに、ＥＣＵ２０が実施する対策処理（対策部２０７の処理内容）の一例を示す。
　図５に示すように、ＥＣＵ２０は、圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、ノッキングそれぞれの発生状況の組み合わせに応じて対策パターンを選定する。
　圧縮行程で自己着火（プレイグニッション）が発生し、ノッキング及び膨張行程での自己着火が発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、次回のプレイグニッション発生時に自己着火対策を実施する設定を行う。
　自己着火対策として、ＥＣＵ２０は、燃料噴射量の増量、燃料カット、又は圧縮比の低下などを実施する。これらの対策によって燃焼室の温度上昇が抑制され、自己着火の発生が抑制される。
　また、膨張行程で自己着火が発生し、ノッキング及び圧縮行程での自己着火が発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、自己着火対策を実施する。
　また、膨張行程で自己着火が発生するとともにノッキングが発生し、圧縮行程で自己着火が発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、自己着火対策を実施し、更に、ノッキング対策を実施する。ノッキング対策として、ＥＣＵ２０は、点火時期の遅角補正、圧縮比の低下、ブーストの低下などを実施する。
　ＥＣＵ２０は、膨張行程での自己着火とノッキングとを区別して検出するので、膨張行程で自己着火及びノッキングが発生した場合に、自己着火対策とノッキング対策とを並行して実施することができ、膨張行程での自己着火の対策又はノッキング対策の実施が遅れることを抑制できる。
　また、圧縮行程で自己着火が発生し更に膨張行程でノッキングが発生し、膨張行程で自己着火が発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、ノッキング対策を実施し、更に、次回のプレイグニッション発生時に自己着火対策を実施する設定を行う。
　また、圧縮行程で自己着火が発生するとともに膨張行程でも自己着火が発生し、ノッキングは発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、自己着火対策を実施する。
　更に、圧縮行程で自己着火が発生し、膨張行程で自己着火及びノッキングが発生した場合、ＥＣＵ２０は、自己着火対策及びノッキング対策を実施する。
　ここで、ＥＣＵ２０は、自己着火対策を実施する場合に、自己着火の規模（自己着火固有の周波数成分の大きさ）に応じて異なる対策処理を実施することができる。
　ＥＣＵ２０は、例えば、自己着火が小規模（振動信号レベルが所定値ＯＳ１以下）であれば、燃料噴射量の増量を実施し、自己着火が中規模（振動信号レベルが所定値ＯＳ１を超え所定値ＯＳ２（ＯＳ１＜ＯＳ２）未満）であれば、燃料カットを実施し、自己着火が大規模（振動信号レベルが所定値ＯＳ２以上）であれば、次回のプレイグニッションの発生を待たずに燃料カットを実施することができる。
　ところで、一定のＡ／Ｄ変換周期の下で、周波数解析による所定周波数成分の抽出を所定回数だけ実施する場合、一定の時間を要することになるが、内燃機関１の回転速度が速くなると、前記一定時間に相当するクランク角がより大きくなり、検知ウィンドウをクランク角９０degから拡大する必要が生じる場合がある。
　その場合は、図６に示すように、他気筒の検知ウィンドウと重複することがないように、圧縮行程側の検知ウィンドウが上死点を超えて膨張行程側に拡大され、膨張行程側の検知ウィンドウが上死点を超えて圧縮行程側に拡大されることで、各気筒の圧縮行程から膨張行程までの間に両検知ウィンドウが収まるようにする。
　但し、図６に示すように各検知ウィンドウを拡大させると、ＥＣＵ２０は、両検知ウィンドウが重なる領域で周波数解析を２重に実施することになって、ＥＣＵ２０の演算負荷が大きくなる。
　そこで、内燃機関１の所定以上の高回転になって圧縮行程側の検知ウィンドウと膨張行程側の検知ウィンドウとが重なるようになると、ＥＣＵ２０は、両検知ウィンドウが重なる領域（オーバーラップ領域）で、例えば、圧縮行程での周波数解析の結果を膨張行程での自己着火の検出、ノッキング検出に用いるようにしたり、両検知ウィンドウが重なる領域では、圧縮行程の検知ウィンドウでの周波数解析を停止し、膨張行程の検知ウィンドウでの周波数解析によるノッキング及び膨張行程での自己着火の検出のみを行わせるように構成することができる。
　なお、内燃機関１の回転が速くなったときにＡ／Ｄ変換周期（電圧データのサンプリング周期）を短くして、検知ウィンドウの角度領域の拡大を抑制することもできる。
　また、上記の実施形態において、ＥＣＵ２０は、圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を、振動センサ２７の検出信号の周波数解析により得た自己着火固有の周波数成分を用いて検出するが、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込んだ電圧データのレベル（電圧レベル）に基づき、圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を検出することができる。
　つまり、ノッキングの検出に用いるノッキング固有の周波数成分とは異なる特性値である振動センサ２７の出力レベルに基づき、ＥＣＵ２０は、圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を検出することができる。
　自己着火を電圧データのレベルに基づき検出する場合、ＥＣＵ２０は、図７に示すように、膨張行程におけるノッキングの検知ウィンドウを圧縮上死点ＴＤＣ直後のクランク角で９０deg以内の領域（ＴＤＣ～ＡＴＤＣ９０deg）に設定し、この検知ウィンドウにおける周波数解析によってノッキングを検出する。
　また、ＥＣＵ２０は、図７に示すように、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘りノッキングの検知ウィンドウを内包する領域を電圧判定領域（異常燃焼判定領域）として設定し、係る電圧判定領域において振動センサ２７の検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込んだ電圧データと電圧閾値とを比較して自己着火の有無を検出する。
　ここで、ＥＣＵ２０は、圧縮行程において電圧データが電圧閾値を超えた場合は、プレイグニッションの発生を検出し、膨張行程において電圧データが電圧閾値を超えかつ周波数解析によってノッキングが略同時期に検出されていない場合に、所定レベルを超える圧力振動は自己着火によるものであるとして、自己着火の発生を検出する。
　この場合も、圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、ノッキングをそれぞれ区別して検出することができ、膨張行程で自己着火及びノッキングが発生したときに、それぞれの発生を個別に検知して自己着火対策とノッキング対策とを並行して実施することができる。
　図８は、周波数解析によるノッキングの検出と、センサ出力レベルによる自己着火の検出とを行うＥＣＵ２０の機能ブロック図である。
　ＥＣＵ２０が内蔵するマイクロコンピュータ２０ｂは、Ａ／Ｄ変換器２０ａの出力データについて周波数解析を行ってノッキング固有の周波数成分（７kHz成分）を抽出するノッキング用周波数解析部２１０、ノッキング用周波数解析部２１０が周波数解析を行う膨張行程の検知ウィンドウを開閉する検知ウィンドウ開閉部２１１、ノッキング用周波数解析部２１０が出力するノッキング固有の周波数成分と第１閾値とを比較してノッキングの有無を示す信号を出力する第１比較部（ノッキング検出部）２１２、Ａ／Ｄ変換器２０ａの出力データ（電圧値）と電圧閾値とを比較するとともに第１比較部２１２の出力を参照して自己着火の有無を示す信号を出力する第２比較部（自己着火検出部）２１３、第１比較部２１２の出力及び第３比較部２１３の出力に基づきノッキング対策、自己着火対策を実施する対策部２１４の機能を有する。
　また、ＥＣＵ２０は、膨張行程での自己着火、ノッキングについては、膨張行程に設定した検知ウィンドウにおける周波数解析によって求めた自己着火固有の周波数成分、ノッキング固有の周波数成分に基づき検出し、圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）は、圧縮行程に設定した電圧判定領域（異常燃焼判定領域）において振動センサ２７の検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込んだ電圧データと電圧閾値とを比較して検出することができる。
　また、ＥＣＵ２０による周波数成分に基づくノッキング、自己着火の検出、更に、センサ出力レベルに基づく自己着火の検出においては、検出感度を上げると燃料噴射などの背景雑音によってノッキングや自己着火の発生を誤検出する可能性がある。
　そこで、ＥＣＵ２０は、ノッキングや自己着火が発生しないと推定される運転条件、例えば、内燃機関１がアイドル運転を含む低負荷低回転領域で運転されていているときに、周波数解析によって求めた自己着火固有の周波数成分、ノッキング固有の周波数成分、更に、センサ出力レベルを背景雑音として学習し、学習した背景雑音に基づき閾値を補正したり、抽出した周波数成分や読み込んだセンサ出力を背景雑音の学習値に基づく補正値により補正したりすることができる。
　つまり、ＥＣＵ２０は、背景雑音が大きくなるほどノッキングや自己着火が検出され難くなる方向に、閾値及び／又は検出値（周波数成分、センサ出力）を補正する。
　ここで、ＥＣＵ２０は、補正後の閾値や検出値（周波数成分、センサ出力）を補正するための補正値を、内燃機関１の運転条件毎に学習することができる。
　また、周波数解析を実施する検知ウィンドウが広いと、ＥＣＵ２０の演算負荷が大きくなるので、余裕分を見込んで広く設定した初期の検知ウィンドウを複数に細分化し、細分化したウィンドウ毎のノッキング、自己着火の検出履歴から、検知ウィンドウから除外できる細分化ウィンドウを学習し、検知ウィンドウを短縮することができる。
　図９は、周波数解析を行う検知ウィンドウの短縮学習を説明するための図である。
　検知ウィンドウは初期設定状態で、例えば他の気筒の検知ウィンドウと重ならないクランク角９０deg領域に設定され、図９に示す例では、検知ウィンドウを細分化する細分化ウィンドウを前後の細分化ウィンドウと部分的に重なるように設定する。
　そして、複数の細分化ウィンドウのうちで、自己着火固有の周波数成分及びノッキング固有の周波数成分のピーク値が検知されない細分化ウィンドウを特定し、当該細分化ウィンドウの期間を検知ウィンドウから除外することで、検知ウィンドウを短縮する。
　上記の検知ウィンドウの短縮学習は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２０ｂの演算負荷が小さい状態で行うことで、学習に伴ってＥＣＵ２０の演算負荷が過大になることを抑制できる。マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２０ｂの演算負荷が小さい状態とは、例えば、内燃機関１の回転速度が所定速度以下で、他の学習処理（電制スロットルのストッパ位置学習など）が終了した後である。
　以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
　上記内燃機関１は、圧縮比可変機構１００を備える機関であるが、圧縮比可変機構１００を備えない機関についても本願発明を適用できることは明らかである。
　また、自己着火及びノッキングの対策として、内燃機関１に噴射させる燃料（オクタン価）の切替えを実施する構成とすることができる。
　また、振動センサ２７は、非共振型のセンサに限定されず、共振型のセンサを用いることができる。
　また、ノッキング対策と自己着火対策とを個別に設定せず、ノッキングと自己着火との少なくとも一方が発生したときに圧縮比を下げる構成とすることができる。
　また、内燃機関１は４気筒機関に限定されず、種々の火花点火機関に適用することが可能である。
　ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
　内燃機関の制御装置は、その一態様として、火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、ノッキング判定領域において前記検出信号のうちのノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出し、前記ノッキング判定領域を内包する異常燃焼判定領域においてノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値に基づいて異常燃焼の発生を検出する。
　前記冷却装置の好ましい態様において、前記異常燃焼判定領域は、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘って設定される。
　別の好ましい態様では、前記異常燃焼の検出に用いる前記検出信号の特性値は、前記振動センサの検出信号の出力レベルと、前記振動センサの検出信号のうちのノッキング固有の周波数成分とは周波数が異なる異常燃焼固有の周波数成分との少なくとも一方である。
　さらに別の好ましい態様では、前記異常燃焼判定領域のうち少なくともノッキング判定領域に重なる領域では、異常燃焼固有の周波数成分に基づいて異常燃焼の発生を検出する。
　また、内燃機関の異常燃焼検出方法は、その一態様として、火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、膨張行程内のノッキング判定領域において前記検出信号からノッキング固有の周波数成分を抽出し、前記ノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出し、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘り前記ノッキング判定領域を含む異常燃焼領域において、ノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値を検出し、異常燃焼として点火時期前の圧縮行程での自己着火と膨張行程での自己着火とを前記特性値に基づき検出する。
　１…内燃機関、２…燃焼室、９…燃料噴射弁、１０…点火プラグ、２０…ＥＣＵ、２１…クランク角センサ、２７…振動センサ

Claims (5)

  1. 　火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、ノッキング判定領域において前記検出信号のうちのノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出し、前記ノッキング判定領域を内包する異常燃焼判定領域においてノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値に基づいて異常燃焼の発生を検出する、内燃機関の制御装置。
  2. 　前記異常燃焼判定領域は、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘って設定される、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
  3. 　前記異常燃焼の検出に用いる前記検出信号の特性値は、前記振動センサの検出信号の出力レベルと、前記振動センサの検出信号のうちのノッキング固有の周波数成分とは周波数が異なる異常燃焼固有の周波数成分との少なくとも一方である、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
  4. 　前記異常燃焼判定領域のうち少なくともノッキング判定領域に重なる領域では、異常燃焼固有の周波数成分に基づいて異常燃焼の発生を検出する、請求項３記載の内燃機関の制御装置。
  5. 　火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、
    　膨張行程内のノッキング判定領域において前記検出信号からノッキング固有の周波数成分を抽出し、
    　前記ノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出し、
    　点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘り前記ノッキング判定領域を含む異常燃焼領域において、ノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値を検出し、
    　異常燃焼として点火時期前の圧縮行程での自己着火と膨張行程での自己着火とを前記特性値に基づき検出する、
    　内燃機関の異常燃焼検出方法。
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