JP4297734B2 - 内燃機関のノック制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転状態をノック判定に基づき制御する内燃機関のノック制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のノック制御装置に関連する先行技術文献としては、特公平６−６０６２１号公報、特開２００１−２２７４００号公報にて開示されたものが知られている。
【０００３】
前者のものでは、内燃機関のノック発生時に生じる周波数成分のうち最も顕著に振動している成分のみを検出し、そのピーク値または所定区間の積算値を統計処理し所定レベルと比較することでノック発生の有無を判定する技術が示されている。
【０００４】
また、後者のものでは、内燃機関で発生する振動波形信号におけるノック周波数成分の発生期間とピーク値との関係からノック判定する技術が示されている。
【特許文献１】
特公平６−６０６２１号公報（第１頁〜第４頁）
【特許文献２】
特開２００１−２２７４００号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関のノック発生により顕著に振動している周波数成分は常に同じではなく、ノック発生毎に振動強度が大きくなる周波数成分は異なっている。したがって、特公平６−６０６２１号公報のように、１つの周波数成分のみを抽出した場合、他の振動モード（１次振動波形に対する２次振動波形等）が大きく、抽出した周波数成分が小さいと、ノックを検出することができないこととなる。更に、ピーク値または所定区間の積算値のみからノック発生の有無を判定する場合、電気的・機械的なノイズがノック周波数成分付近の周波数帯域で発生したときには、ノイズによる周波数強度の増大をノック発生による周波数強度の増大と区別することができずノック発生がないにもかかわらずノックが起こったと誤判定するという不具合があった。
【０００６】
また、特開２００１−２２７４００号公報のように、ノック周波数成分の発生期間とピーク値との関係のみに基づきノック発生の有無を判定すると、複数のノイズが重畳した場合にノックとの区別がつかなくなるという不具合があった。
【０００７】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、ノック発生の有無を正確に判定し内燃機関の運転状態を適切に制御可能な内燃機関のノック制御装置の提供を課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関のノック制御装置によれば、信号検出手段で検出された内燃機関で発生する振動波形信号が、周波数分離手段にて複数の周波数成分に分離され、これら分離された周波数成分を所定クランク角からなる所定区間毎に強度積算した値により波形形状設定手段でノック波形形状が設定され、このノック波形形状に基づきノック判定手段で内燃機関におけるノック発生の有無が判定され、この判定結果に応じてノック制御手段により内燃機関の運転状態が制御される。このように、内燃機関で発生する振動波形信号が複数の周波数成分に分離され、この分離された複数の周波数成分を所定クランク角からなる所定区間毎に強度積算した値により設定されたノック波形形状によれば、各振動モードの総和としてのノック波形形状を表わすことができ、このノック波形形状によれば内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定されることで、内燃機関の運転状態が適切に制御される。
【０００９】
請求項２の内燃機関のノック制御装置における波形形状設定手段では、周波数分離手段にて分離された複数の周波数成分を所定クランク角からなる所定区間毎に強度積算した値と、この値を同一区間毎に加算した値とからなる少なくとも２つ以上の周波数成分によりノック波形形状が設定される。このように、内燃機関で発生する振動波形信号が複数の周波数成分に分離され、この分離された複数の周波数成分を所定クランク角からなる所定区間毎に強度積算した値と、この値を同一区間毎に加算した値とからなる少なくとも２つ以上の周波数成分により設定されたノック波形形状によれば、各振動モードの総和としてのノック波形形状を表わすことができ、このノック波形形状によれば内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定されることで、内燃機関の運転状態が適切に制御される。
【００１０】
請求項３の内燃機関のノック制御装置によれば、理想波形設定手段で内燃機関で発生する振動波形信号の理想ノック波形が予め設定されており、波形形状設定手段によってノック波形形状に対し、理想ノック波形からのはずれ度合いに応じてノック強度が小さくなる方向に補正される。これにより、強度は大きいがノックとは波形形状が異なるノイズ波形をノックと誤判定することが防止される。
【００１１】
請求項４の内燃機関のノック制御装置における波形形状設定手段では、ノック波形形状のピークまでの強度上昇部分が理想ノック波形の強度上昇率よりも緩やかであると、ノック波形と疑わしいため強度が小さくなる方向に補正される。つまり、ノック波形形状のピークまでの強度上昇部分の強度上昇率はばらつきが大きいため、強度上昇率が理想ノック波形の強度上昇率と比較して急峻であるときには強度がそのままとされ、緩やかであるときには強度が小さくなる方向に補正される。これにより、ノック波形形状のピークまでの強度上昇率のばらつきによるノック検出精度の悪化が防止される。
【００１２】
請求項５の内燃機関のノック制御装置における波形形状設定手段では、ノック波形形状が理想ノック波形との比較によりその理想ノック波形に近いほどノック強度が大きくなるよう補正される。このように補正されたノック強度によれば、ノック周波数成分であるときのみノック特有の波形形状を呈するため、区別が困難なノイズ波形形状とノック波形形状との分離性が向上される。
【００１３】
請求項６の内燃機関のノック制御装置におけるノック判定手段では、ノック周波数成分を含まない信号域の周波数成分の強度に基づき作成されたバックグランドレベルがノック判定の基準とされることで、内燃機関の運転状態によらず、１燃焼サイクル毎のノック判定が可能となる。
【００１４】
請求項７の内燃機関のノック制御装置におけるノック判定手段では、ノック周波数成分を含まない信号域の周波数成分の強度の平均値または総和に基づき作成されたバックグランドレベルがノック判定の基準とされることで、内燃機関の運転状態によらず、ノック以外の周波数成分とノック周波数成分との強度を比較することでノック判定が可能となる。
【００１５】
請求項８の内燃機関のノック制御装置におけるノック判定手段では、理想ノック波形との比較によって補正されたノック波形形状の各周波数成分におけるノック強度がノック判定値に用いられることで、ノック発生毎の振動モードが異なることに起因するノック検出精度の悪化が防止される。
【００１６】
請求項９の内燃機関のノック制御装置における理想波形設定手段では、理想ノック波形の減衰形状が内燃機関の膨張行程における筒内圧の減衰形状を基準として設定される。つまり、ノックの圧力振動の減衰形状は、内燃機関の膨張行程における圧力減少の影響が大きいため、このときの筒内圧の減衰形状を基準とすることで、理想ノック波形が容易に設定される。
【００１７】
請求項１０の内燃機関のノック制御装置における理想波形設定手段では、筒内圧の減衰形状が、内燃機関で検出された実際の筒内圧、または内燃機関の運転状態から推定された筒内圧、または予め設定された１つまたは複数の運転領域毎の筒内圧に基づき設定される。つまり、理想ノック形状を設定する際に基準とされる筒内圧の減衰形状は、実際の検出値や内燃機関の運転状態からの推定値や予め設定された１つまたは複数の運転領域毎の所定値に基づき容易に設定される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のノック制御装置における全体構成を示すブロック図である。
【００２０】
図１において、１０はノックセンサであり、ノックセンサ１０は図示しない内燃機関のエンジンブロック壁面に設置され、振動を検出する振動センサ、またはシリンダ内に設置され筒内圧を検出する筒内圧センサ等がある。このノックセンサ１０からのセンサ信号は入力回路１１に入力され、後段のノック検出回路２０に取込むため、入力回路１１によってセンサ信号が所定の電圧範囲の大きさに収まるよう調整される。更に、センサ信号はノック検出回路２０に取込まれる前にフィルタ１２を通過される。このフィルタ１２としては、エイリアシング対策のため高周波成分をカットするＬＰＦ（Low Pass Filter:ローパスフィルタ）、または特定の周波数成分のみを抽出するＢＰＦ(Band Pass Filter:バンドパスフィルタ)が設定される。
【００２１】
次に、フィルタ１２を通過したセンサ信号が、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器２１を介してノック検出回路２０に取込まれる。なお、ノック検出回路２０のＡ／Ｄ変換器２１を介したセンサ信号に対するサンプリング周期は、ノック特有のノック周波数成分の波形を十分抽出できる程度に高速である。Ａ／Ｄ変換器２１でＡ／Ｄ変換された周波数成分が、本実施例では、通過帯域の異なる５つのＢＰＦ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅに入力され、これらＢＰＦ２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって３つのノック周波数成分とＢＰＦ２２ｄ，２２ｅによって２つのノック周波数成分を含まない信号域の周波数成分（以下、単に『ノイズ周波数成分』と記す）にそれぞれ分離される。
【００２２】
ＢＰＦ２２ａ〜２２ｅによる分離後の各周波数成分は、それぞれ区間積算部２３ａ〜２３ｅに入力され、各周波数成分の強度が所定区間毎に積算される。この積算区間はクランク角〔°ＣＡ(Crank Angle）〕期間で定義される。つまり、実時間でなくクランク角で定義されることにより、機関回転速度によらずノック発生の際の特徴的波形を抽出することができる。また、区間演算部２３ａ，２３ｂ，２３ｃで積算された各ノック周波数成分の総和が加算部２４にて求められることで、複数の振動モードが同時に現われるようなノックが発生してもノック波形が抽出できることとなる。
【００２３】
比較演算部２５ａ〜２５ｄでは、区間演算部２３ａ〜２３ｃ及び加算部２４による各ノック周波数成分が、理想ノック波形記憶部２６に予め記憶されている理想的なノック波形形状である理想ノック波形と比較され、この理想ノック波形に近いほどノック強度が大きくなるようにノック強度の補正が行われる。この補正方法としては、例えば、理想ノック波形からのはずれ度合いに応じた係数（エラー係数）Ｅを算出し、ノック強度に対して（１−Ｅ）を補正係数として乗じるようにされる。ここで、理想ノック波形は、燃焼モデル式等の理論計算によって定めたり、または内燃機関毎の各運転条件毎に予めノック形状を適合により設定してもよい。また、筒内圧センサを用いる場合には、ノック特有の共鳴振動の減衰形状と、燃焼とピストン運動に伴う筒内の平均圧力の減衰形状とに高い相関があるため、筒内平均圧を基に理想ノック波形の減衰形状を定義してもよい。
【００２４】
次に、ノック強度選択部２７では、比較演算部２５ａ〜２５ｄで各周波数成分毎に理想ノック波形との比較によって補正された各ノック強度のうち、ノック判定に用いる周波数成分が選択される。ここで、選択される周波数成分は、ノック毎に顕著に現われる振動モードがばらつくことから、補正ノック強度が最大のものまたは各周波数成分の総和が用いられる。
【００２５】
一方、ＢＧＬ（Back Ground Level:バックグランドレベル）作成部２８では、内燃機関の運転状態によらずノック判定を行うため、区間積算部２３ｄ，２３ｅからのノイズ周波数成分に基づきＢＧＬが作成される。このＢＧＬ作成方法としては、各ノイズ周波数成分についてノック周波数成分と同様に、理想ノック波形と比較・補正した補正ノイズ強度を求めたり、各ノイズ周波数成分の総和または平均値を算出するようにされる。
【００２６】
そして、比較演算・ノック判定部２９では、ノック強度選択部２７で選択されたノック強度とＢＧＬ作成部２８で作成されたＢＧＬとを用いて比較演算され、所定値以上ならノックと判定される。この比較方法としては、ノック強度とＢＧＬとの比から判定してもよく、また、ノック強度とＢＧＬとの差から判定するようにしてもよい。
【００２７】
更に、内燃機関制御用ＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０から内燃機関のクランクシャフト（図示略）の基準位置信号、気筒判別信号がノック検出回路２０のＡ／Ｄ変換器２１に入力され、後述のノック検出回路２０の比較演算・ノック判定部２９からのノック判定結果に応じたノック判定信号が内燃機関制御用ＥＣＵ３０に入力される。この他、内燃機関制御用ＥＣＵ３０には内燃機関の例えば、クランク角センサ、吸入空気量センサ、水温センサ等からの各種センサ信号が入力されている。これらの入力信号に基づき内燃機関制御用ＥＣＵ３０にて点火時期、燃料噴射量等が演算され、ノック判定結果に応じた補正が実行され、イグナイタ４０やインジェクタ（燃料噴射弁）５０等が適切に制御されることとなる。
【００２８】
ここで、内燃機関制御用ＥＣＵ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ、各種データ等を格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。
【００２９】
次に、ノックセンサ１０からの振動波形信号に対するノック検出回路２０によるノック検出・判定の概略動作について、図１及び図２のタイムチャートを参照して説明する。
【００３０】
内燃機関制御用ＥＣＵ３０からの基準位置信号の立下がり（図２に示す時刻ｔ0 ）に基づき波形サンプル区間信号が発生され、この波形サンプル区間信号が「ＯＮ（オン）」で所定区間毎となる積算区間（図２に示す時刻ｔ0 〜時刻ｔ1 ）において、区間演算部２３ａ〜２３ｅによりＢＰＦ２２ａ〜２２ｅを介した周波数成分Ｆａ（Ｓ1,1 ，Ｓ1,2 ，Ｓ1,3 ，…，Ｓ1,n ）〜Ｆｅ（Ｓ5,1 ，Ｓ5,2 ，Ｓ5,3 ，…，Ｓ5,n ）がそれぞれ積算される。そして、今回の波形サンプル区間信号が「ＯＦＦ（オフ）」となる積算区間終了から次回の波形サンプル区間信号が「ＯＮ」となる積算区間開始までの期間（図２に示す時刻ｔ1 〜時刻ｔ2 ）に、ノック周波数成分Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃに基づく検出波形としてノック１，２，３が得られ、これらノック１，２，３の強度と理想ノック波形記憶部２６に記憶されている理想ノック波形の強度とが比較演算部２５ａ〜２５ｄにて比較演算されそれぞれ補正ノック強度が算出される。
【００３１】
これら補正ノック強度のうち、ノック強度選択部２７にて最大補正ノック強度が選択される。そして、比較演算・ノック判定部２９にて、ノック強度選択部２７からの最大補正ノック強度と、ノイズ周波数成分Ｆｄ，Ｆｅに基づくＢＧＬ作成部２８からのＢＧＬとを用いて、後述のように、ノック判定パラメータが算出される。このノック判定パラメータが予め設定されている判定閾値と比較されノック発生の有無が判定される。そして、次回の基準位置信号の立下がり、即ち、波形サンプル区間信号が「ＯＮ」となる次回の積算区間開始時点（図２に示す時刻ｔ2 ）にて今回の積算値がリセットされる。このとき、ノック判定結果に応じたノック判定信号が内燃機関制御用ＥＣＵ３０に出力され、以下、同様の動作が繰返し実行される。
【００３２】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のノック制御装置で使用されているノック検出回路２０におけるノック判定の処理手順を示す図３のフローチャートに基づいて説明する。なお、このノック判定ルーチンは内燃機関制御用ＥＣＵ３０からの基準位置信号及び気筒判別信号に基づく内燃機関の１燃焼サイクル毎にノック検出回路２０にて繰返し実行される。
【００３３】
図３において、まず、ステップＳ１０１で、積算区間が開始されるまで待って、ステップＳ１０２に移行し、振動波形信号が複数の周波数成分に分離され、各周波数成分に対するディジタルフィルタ処理が実行される。ステップＳ１０３に移行して、ディジタルフィルタ処理された周波数成分に対する強度積算が実行される。ステップＳ１０４に移行して、所定クランク角が経過したかが判定される。ステップＳ１０４の判定条件が成立せず、即ち、所定クランク角が経過していないときにはステップＳ１０２に戻って、同様の処理が繰返し実行される。
【００３４】
一方、ステップＳ１０４の判定条件が成立、即ち、所定クランク角が経過したときにはステップＳ１０５に移行し、ステップＳ１０３による強度積算値がノック検出回路２０のＲＡＭ（図示略）内へ格納される。ステップＳ１０６に移行して、ステップＳ１０３による強度積算値がリセットされる。ステップＳ１０７に移行して、積算区間が終了しているかが判定される。ステップＳ１０７の判定条件が成立せず、即ち、積算区間が終了していないときにはステップＳ１０２に戻って、同様の処理が繰返し実行される。
【００３５】
一方、ステップＳ１０７の判定条件が成立、即ち、積算区間が終了しているときにはステップＳ１０８に移行し、ノック周波数成分に対する後述の理想ノック波形との比較演算処理による補正ノック強度算出が実行される。ステップＳ１０９に移行して、ステップＳ１０８で算出された補正ノック強度のうちの最大補正ノック強度が選択される。ステップＳ１１０に移行して、ノイズ周波数成分に対する後述のＢＧＬ（バックグランドレベル）作成処理が実行される。
【００３６】
ステップＳ１１１に移行して、ステップＳ１０９で選択された最大補正ノック強度がステップＳ１１０で作成されたＢＧＬ（バックグランドレベル）にて除算されノック判定パラメータが算出される。ステップＳ１１２に移行して、ステップＳ１１１で算出されたノック判定パラメータが予め設定された判定閾値を越えているかが判定される。ステップＳ１１２の判定条件が成立、即ち、ノック判定パラメータが判定閾値を越え大きいときにはステップＳ１１３に移行し、ノックと判定され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１１２の判定条件が成立せず、即ち、ノック判定パラメータが判定閾値以下と小さいときにはステップＳ１１４に移行し、ノックなしと判定され、本ルーチンを終了する。
【００３７】
次に、図３のノック判定におけるステップＳ１０８の理想ノック波形との比較演算の処理手順を示す図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００３８】
図４において、ステップＳ２０１では、各ノック周波数成分のピーク値ｐが検索される。ステップＳ２０２に移行して、後述の理想ノック波形ａ（θ）演算処理が実行される。ステップＳ２０３に移行して、ステップＳ２０２で算出された理想ノック波形ａ（θ）にステップＳ２０１で検索されたピーク値ｐが乗算されスケール調整が実行される。ステップＳ２０４に移行して、後述のピーク値前波形の相関演算処理が実行される。ステップＳ２０５に移行して、後述のピーク値後波形の相関演算処理が実行される。ステップＳ２０６に移行して、ピーク値前補正強度とピーク値後補正強度とが加算され補正ノック強度が算出され、本ルーチンを終了する。
【００３９】
次に、図４の理想ノック波形との比較演算におけるステップＳ２０２の理想ノック波形演算の処理手順を示す図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００４０】
図５において、ステップＳ３０１では、筒内圧が検出される。ステップＳ３０２に移行して、ローパスフィルタ処理が実行される。ステップＳ３０３に移行して、所定クランク角当たりの対数減衰率が算出される。ステップＳ３０４に移行して、減衰率算出処理が実行され、本ルーチンを終了する。このようにして、図６に示すように、筒内圧の減衰形状に基づく理想ノック波形ａ（θ）が作成される。
【００４１】
次に、図４の理想ノック波形との比較演算におけるステップＳ２０４のピーク値前波形の相関演算の処理手順を示す図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
図７において、ステップＳ４０１では、理想ノック波形ａ（θ）が検出波形ｓ（θ）より小さいかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立、即ち、理想ノック波形ａ（θ）が検出波形ｓ（θ）より小さいときにはステップＳ４０２に移行し、ピーク値前補正ノック強度が次式（１）にて算出され、本ルーチンを終了する。
【００４３】
【数１】
ピーク値前補正ノック強度←ａ（θ）×〔１−｛ｓ（θ）−ａ（θ）｝／ａ（θ）〕 ・・・（１）
【００４４】
一方、ステップＳ４０１の判定条件が成立せず、即ち、理想ノック波形ａ（θ）が検出波形ｓ（θ）以上と大きいときにはステップＳ４０３に移行し、ピーク値前補正ノック強度が理想ノック波形ａ（θ）とされ、本ルーチンを終了する。
【００４５】
次に、図４の理想ノック波形との比較演算におけるステップＳ２０５のピーク値後波形の相関演算の処理手順を示す図８のフローチャートに基づいて説明する。
【００４６】
図８において、ステップＳ５０１では、理想ノック波形ａ（θ）と検出波形ｓ（θ）との差ｄ（θ）が次式（２）にて算出される。
【００４７】
【数２】
ｄ（θ）←｜ｓ（θ）−ａ（θ）｜ ・・・（２）
【００４８】
次に、ステップＳ５０２に移行して、ピーク値後補正ノック強度が次式（３）にて算出され、本ルーチンを終了する。
【００４９】
【数３】
ピーク値後補正ノック強度←ａ（θ）×｛１−ｄ（θ）／ａ（θ）｝・・・（３）
【００５０】
次に、図３のノック判定におけるステップＳ１１０のＢＧＬ（バックグランドレベル）作成の処理手順を示す図９のフローチャートに基づいて説明する。
【００５１】
図９において、ステップＳ６０１で、ノイズ周波数成分の平均強度が算出され、本ルーチンを終了する。
【００５２】
このように、本実施例の内燃機関のノック制御装置は、内燃機関（図示略）で発生する振動波形信号を検出するノックセンサ１０、入力回路１１、フィルタ１２からなる信号検出手段と、前記信号検出手段で検出された振動波形信号を複数の周波数成分に分離するノック検出回路２０のＡ／Ｄ変換器２１、ＢＰＦ２２ａ〜２２ｅからなる周波数分離手段と、前記周波数分離手段で分離された複数の周波数成分Ｆａ〜Ｆｃを所定クランク角からなる所定区間毎に強度積算した値によりノック波形形状を設定するノック検出回路２０の区間積算部２３ａ〜２３ｃ、加算部２４、比較演算部２５ａ〜２５ｄ、ノック強度選択部２７にて達成される波形形状設定手段と、前記波形形状設定手段によるノック波形形状に基づき内燃機関におけるノック発生の有無を判定するノック検出回路２０の比較演算・ノック判定部２９にて達成されるノック判定手段と、前記ノック判定手段による判定結果に応じて内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御用ＥＣＵ３０にて達成されるノック制御手段とを具備するものである。
【００５３】
ここで、１つの振動モードが支配的なノック波形の場合、その振動成分波形を抽出することでノック判定ができる。しかし、１つのノック波形に複数の振動モードが含まれる場合、ノック期間中により支配的な振動モードが変わる等の原因で、センサの生波形は理想的なノック波形をしているにもかかわらず、個々のノック周波数成分の波形形状だけを見ると理想的なノック波形から大きくはずれ、ノックと判定できないことがある。
【００５４】
これに対して、内燃機関で発生する振動波形信号が複数の周波数成分に分離され、この分離された複数の周波数成分を所定クランク角からなる所定区間毎に強度積算した値により設定されたノック波形形状によれば、各振動モードの総和としてのノック波形形状を表わすことができ、このノック波形形状を用いることで内燃機関におけるノック発生の有無を正確に判定でき、内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
【００５５】
また、本実施例の内燃機関のノック制御装置のノック検出回路２０の区間積算部２３ａ〜２３ｃ、加算部２４、比較演算部２５ａ〜２５ｄ、ノック強度選択部２７にて達成される波形形状設定手段は、ノック検出回路２０のＡ／Ｄ変換器２１、ＢＰＦ２２ａ〜２２ｅからなる周波数分離手段で分離された複数の周波数成分Ｆａ〜Ｆｃを所定クランク角からなる所定区間毎に強度積算した値と、この値を同一区間毎に加算した値とからなる周波数成分によりノック波形形状を設定するものである。
【００５６】
このように、内燃機関で発生する振動波形信号が複数の周波数成分に分離され、この分離された複数の周波数成分を所定クランク角からなる所定区間毎に強度積算した値、この値を同一区間毎に加算した値とからなる少なくとも２つ以上の周波数成分により設定されたノック波形形状によれば、各振動モードの総和としてのノック波形形状を表わすことができ、このノック波形形状を用いることで内燃機関におけるノック発生の有無を正確に判定でき、内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
【００５７】
そして、本実施例の内燃機関のノック制御装置は、内燃機関で発生する振動波形信号の理想的なノック波形形状を理想ノック波形として予め設定するノック検出回路２０の理想ノック波形記憶部２６にて達成される理想波形設定手段を具備し、前記波形形状設定手段は、ノック波形形状に対し、理想ノック波形からのはずれ度合いに応じてノック強度を補正するものである。つまり、ノック波形形状に対し、理想ノック波形からはずれるほどノック強度が小さくなる方向に補正することで、大きな強度を有するがノックとは波形形状が異なるノイズ波形をノックと誤判定することを防止することができる。
【００５８】
更に、本実施例の内燃機関のノック制御装置のノック検出回路２０の区間積算部２３ａ〜２３ｃ、加算部２４、比較演算部２５ａ〜２５ｄ、ノック強度選択部２７にて達成される波形形状設定手段は、ノック波形形状のピークまでの強度上昇部分が、理想ノック波形の強度上昇率よりも緩やかな場合には、ノック強度が小さくなるよう補正するものである。つまり、ノック波形形状のピークまでの強度上昇部分の強度上昇率はばらつきが大きいため、強度上昇率が理想ノック波形の強度上昇率と比較して急峻であるときには強度がそのままとされ、緩やかであるときには強度が小さくなる方向に補正される。これにより、ノック波形形状のピークまでの強度上昇率のばらつきによるノック検出精度の悪化を防止することができる。
【００５９】
更にまた、本実施例の内燃機関のノック制御装置のノック検出回路２０の区間積算部２３ａ〜２３ｃ、加算部２４、比較演算部２５ａ〜２５ｄ、ノック強度選択部２７にて達成される波形形状設定手段は、ノック波形形状が理想ノック波形に近いほどノック強度が大きくなるよう補正するものである。このように補正されたノック強度によれば、ノック周波数成分であるときのみノック特有の波形形状を呈するため、区別が困難なノイズ波形形状とノック波形形状との分離性を向上することができる。
【００６０】
加えて、本実施例の内燃機関のノック制御装置のノック検出回路２０の比較演算・ノック判定部２９にて達成されるノック判定手段は、ノイズ周波数成分（ノック周波数成分を含まない信号域の周波数成分）の強度に基づき作成されたＢＧＬ（バックグランドレベル）をノック判定の基準とするものである。これにより、内燃機関の運転状態によらず、１燃焼サイクル毎にノック判定することができる。
【００６１】
また、本実施例の内燃機関のノック制御装置のノック検出回路２０の比較演算・ノック判定部２９にて達成されるノック判定手段は、ノイズ周波数成分（ノック周波数成分を含まない信号域の周波数成分）の強度の平均値または総和に基づき作成されたＢＧＬをノック判定の基準とするものである。これにより、内燃機関の運転状態によらず、ノック以外の周波数成分とノック周波数成分との強度を比較することでノック判定することができる。
【００６２】
そして、本実施例の内燃機関のノック制御装置のノック検出回路２０の比較演算・ノック判定部２９にて達成されるノック判定手段は、理想ノック波形との比較により補正されたノック波形形状の各周波数成分におけるノック強度に基づきノック判定値を設定するものである。これにより、ノック発生毎の振動モードが異なることに起因するノック検出精度の悪化を防止することができる。
【００６３】
更に、本実施例の内燃機関のノック制御装置のノック検出回路２０の理想ノック波形記憶部２６にて達成される理想波形設定手段は、理想ノック波形の減衰形状を内燃機関の膨張行程における筒内圧の減衰形状を基準として設定するものである。つまり、ノックの圧力振動の減衰形状は、内燃機関の膨張行程における圧力減少の影響が大きいため、このときの筒内圧の減衰形状を基準とすることで、理想ノック波形を容易に設定することができる。
【００６４】
また、本実施例の内燃機関のノック制御装置のノック検出回路２０の理想ノック波形記憶部２６にて達成される理想波形設定手段は、筒内圧の減衰形状を内燃機関で検出された実際の筒内圧に基づき設定するものである。つまり、理想ノック形状を設定する際に基準とされる筒内圧の減衰形状を、実際の検出値に基づき容易に設定することができる。
【００６５】
ところで、上記実施例に示すように、筒内圧を直接、検出可能な筒内圧センサ等のセンサ機器を用いて理想ノック波形を設定することが理想ではあるが、筒内圧の推定値や予め設定された運転領域毎の所定値によれば、センサ機器を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のノック制御装置における全体構成を示すブロック図である。
【図２】 図２は図１のノック検出回路によるノック検出・判定の概略動作を示すタイムチャートである。
【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のノック制御装置で使用されているノック検出回路におけるノック判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】 図４は図３のノック判定における理想ノック波形との比較演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】 図５は図４の理想ノック波形との比較演算における理想ノック波形演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】 図６は図５の筒内圧の減衰形状に基づく理想ノック波形の作成を示す説明図である。
【図７】 図７は図４の理想ノック波形との比較演算におけるピーク値前波形の相関演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】 図８は図４の理想ノック波形との比較演算におけるピーク値後波形の相関演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】 図９は図３のノック判定におけるＢＧＬ作成の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ノックセンサ
２０ ノック検出回路

Claims (10)

1. 内燃機関で発生する振動波形信号を検出する信号検出手段と、
   前記信号検出手段で検出された振動波形信号を複数の周波数成分に分離する周波数分離手段と、
   前記周波数分離手段で分離された複数の周波数成分毎に、当該周波数成分の強度を所定クランク角からなる所定区間毎に積算した値により、前記各周波数成分の振動波形を表すノック波形形状を設定する波形形状設定手段と、
   前記波形形状設定手段による前記各周波数成分毎のノック波形形状に基づき前記内燃機関におけるノック発生の有無を判定するノック判定手段と、
   前記周波数分離手段で分離された複数の周波数成分を所定クランク角からなる所定区間毎に強度積算した値によりノック波形形状を設定する波形形状設定手段と、
   前記波形形状設定手段によるノック波形形状に基づき前記内燃機関におけるノック発生の有無を判定するノック判定手段と、
   前記ノック判定手段による判定結果に応じて前記内燃機関の運転状態を制御するノック制御手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関のノック制御装置。
2. 前記波形形状設定手段は、前記周波数分離手段で分離された複数の周波数成分毎に、当該周波数成分の強度を所定クランク角からなる所定区間毎に積算した値と、これらの値を同一区間毎に加算した値とからなる少なくとも２つ以上の周波数成分によりノック波形形状を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノック制御装置。
3. 前記内燃機関で発生する振動波形信号の理想的なノック波形形状を理想ノック波形として予め設定する理想波形設定手段を具備し、
   前記波形形状設定手段は、前記ノック波形形状に対し、前記理想ノック波形からのはずれ度合いに応じてノック強度を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のノック制御装置。
4. 前記波形形状設定手段は、前記ノック波形形状のピークまでの強度上昇部分が、前記理想ノック波形の強度上昇率よりも緩やかな場合には、ノック強度が小さくなるよう補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のノック制御装置。
5. 前記波形形状設定手段は、前記ノック波形形状が前記理想ノック波形に近いほどノック強度が大きくなるよう補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のノック制御装置。
6. 前記ノック判定手段は、ノック周波数成分を含まない信号域の周波数成分の強度に基づき作成されたバックグランドレベルをノック判定の基準とすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のノック制御装置。
7. 前記ノック判定手段は、ノック周波数成分を含まない信号域の周波数成分の強度の平均値または総和に基づき作成されたバックグランドレベルをノック判定の基準とすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のノック制御装置。
8. 前記ノック判定手段は、前記理想ノック波形との比較により補正された前記ノック波形形状の各周波数成分におけるノック強度に基づきノック判定値を設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のノック制御装置。
9. 前記理想波形設定手段は、前記理想ノック波形の減衰形状を前記内燃機関の膨張行程における筒内圧の減衰形状を基準として設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のノック制御装置。
10. 前記理想波形設定手段は、前記筒内圧の減衰形状を前記内燃機関で検出された実際の筒内圧、または前記内燃機関の運転状態から推定された筒内圧、または予め設定された１つまたは複数の運転領域毎の筒内圧に基づき設定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関のノック制御装置。

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