JP4410719B2 - Internal combustion engine knock determination device - Google Patents
Internal combustion engine knock determination device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4410719B2 JP4410719B2 JP2005127880A JP2005127880A JP4410719B2 JP 4410719 B2 JP4410719 B2 JP 4410719B2 JP 2005127880 A JP2005127880 A JP 2005127880A JP 2005127880 A JP2005127880 A JP 2005127880A JP 4410719 B2 JP4410719 B2 JP 4410719B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveform
- vibration
- angle
- knock
- detected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 63
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 19
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 description 22
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 9
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 6
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
本発明は、ノッキング判定装置に関し、特に、内燃機関の振動の波形に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する内燃機関のノッキング判定装置に関する。 The present invention relates to a knock determination device, and more particularly to a knock determination device for an internal combustion engine that determines whether or not knocking has occurred based on a vibration waveform of the internal combustion engine.
従来より、内燃機関のノッキングを検出する技術が知られている。特開2001−227400号公報(特許文献1)は、ノッキングの発生の有無を正確に判定することができる内燃機関用ノック制御装置を開示する。特許文献1に記載の内燃機関用ノック制御装置は、内燃機関で発生する振動波形信号を検出する信号検出部と、信号検出部で検出された振動波形信号が予め定められた値以上となる期間を発生期間として検出する発生期間検出部と、発生期間検出部で検出された発生期間におけるピーク位置を検出するピーク位置検出部と、発生期間とピーク位置との関係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判定部と、ノック判定部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ノック制御部とを含む。ノック判定部は、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲内にあるときにはノック(ノッキング)発生有りと判定する。
Conventionally, a technique for detecting knocking of an internal combustion engine is known. Japanese Patent Laying-Open No. 2001-227400 (Patent Document 1) discloses a knock control device for an internal combustion engine that can accurately determine whether or not knocking has occurred. A knock control device for an internal combustion engine described in
この公報に記載の内燃機関用ノック制御装置によれば、内燃機関で発生する振動波形信号が信号検出部で検出され、その振動波形信号が予め定められた値以上となる発生期間とそのピーク位置とが発生期間検出部およびピーク位置検出部でそれぞれ検出される。このように、振動波形信号の発生期間のどの位置でピークが発生しているかが分かることで内燃機関におけるノック発生の有無がノック判定部にて判定され、このノック判定結果に応じて内燃機関の運転状態が制御される。ノック判定部では、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲内にあるとき、即ち、振動波形信号の予め定められた長さの発生期間に対してピーク位置が早めに現われるような波形形状であるときには、ノック発生時に特有のものであると認識される。これにより、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のON/OFF時においても、内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定され、内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
しかしながら、ノッキングが発生した場合であっても、ノッキングに起因した振動よりも大きい強度の振動がノイズとして検出される場合がある。すなわち、ノックセンサの異常や内燃機関自体の振動に起因した振動の強度が、ノッキングに起因した振動の強度よりも大きい場合がある。このような場合、特開2001−227400号公報に記載の内燃機関用ノック制御装置では、ノッキングが発生しているにも関わらず、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲外にあるため、ノッキングが発生していないと誤判定されるおそれがあるという問題点があった。 However, even when knocking occurs, vibration having a magnitude greater than that caused by knocking may be detected as noise. That is, there is a case where the magnitude of vibration caused by knock sensor abnormality or the vibration of the internal combustion engine itself is greater than the magnitude of vibration caused by knocking. In such a case, in the knock control device for an internal combustion engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-227400, since knocking occurs, the peak position with respect to the generation period is outside the predetermined range. There has been a problem that it may be erroneously determined that knocking has not occurred.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる内燃機関のノッキング判定装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a knock determination device for an internal combustion engine that can accurately determine whether knock has occurred or not. .
第1の発明に係るノッキング判定装置は、内燃機関のノッキングを判定する。このノッキング判定装置は、内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を検出するための波形検出手段と、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、検出された波形が、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形であるか否かに基づいて、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳しているか否かを判定するためのノイズ判定手段と、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していないと判定されると、検出された波形と記憶手段に記憶された波形とを比較した結果に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するためのノッキング判定手段とを含む。 A knocking determination device according to a first aspect of the present invention determines knocking of an internal combustion engine. The knock determination device includes a crank angle detection unit for detecting a crank angle of the internal combustion engine, a waveform detection unit for detecting a vibration waveform of the internal combustion engine between the predetermined crank angles, Storage means for storing in advance the vibration waveform of the internal combustion engine between the crank angles, and whether the detected waveform is a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from the angle corresponding to the peak of the waveform Based on whether or not, a noise determination means for determining whether or not vibration corresponding to noise is superimposed on the detected waveform, and determination that vibration corresponding to noise is not superimposed on the detected waveform Then, the knocking determination means for determining whether knocking has occurred in the internal combustion engine based on the result of comparing the detected waveform with the waveform stored in the storage means Including the.
第1の発明によると、クランク角検出手段が内燃機関のクランク角を検出し、波形検出手段が、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を検出する。記憶手段が、予め定められたクランク角の間において、内燃機関の振動の波形を記憶し、検出された波形が、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないと、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されないと、検出された波形と記憶手段に記憶された波形とを比較した結果に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定する。これにより、たとえば、実験などにより、ノッキングが発生した場合の振動の波形であるノック波形モデルを予め作成しておき、このノック波形モデルと検出された波形とを比較して、ノッキングが発生したか否かを判定することができる。特に、検出された波形が、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないと、すなわち、ピークに対応する部分が複数個有する波形であると、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定することができる。したがって、ノイズに対応する振動が重畳していないと判定されると、検出された波形とノック波形モデルとを比較することにより、ノイズに起因した相関係数の悪化を抑制して、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定することができる。そのため、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができるノッキング判定装置を提供することができる。 According to the first invention, the crank angle detecting means detects the crank angle of the internal combustion engine, and the waveform detecting means detects the waveform of the vibration of the internal combustion engine between the predetermined crank angles. The storage means stores a vibration waveform of the internal combustion engine during a predetermined crank angle, and the detected waveform is not a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from an angle corresponding to the peak of the waveform. Then, it is determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform. If it is not determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform, whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on the result of comparing the detected waveform with the waveform stored in the storage means Determine whether. In this way, for example, whether a knock waveform model that is a vibration waveform when knocking has occurred is created in advance by comparing the knock waveform model with the detected waveform, for example, whether knocking has occurred. It can be determined whether or not. In particular, if the detected waveform is not a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from an angle corresponding to the peak of the waveform, that is, a waveform having a plurality of portions corresponding to the peak. It can be determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on. Therefore, if it is determined that the vibration corresponding to the noise is not superimposed, the detected waveform and the knock waveform model are compared to suppress the deterioration of the correlation coefficient due to the noise, and to the internal combustion engine. It can be determined whether or not knocking has occurred. Therefore, it is possible to provide a knock determination device that can accurately determine whether knock has occurred in the internal combustion engine.
第2の発明に係るノッキング判定装置においては、第1の発明の構成に加えて、記憶手段に記憶された波形は、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形である。ノイズ判定手段は、検出された波形と記憶手段に記憶された波形とが交差する部分を有すると、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定するための手段を含む。 In the knock determination device according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the waveform stored in the storage means is a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from an angle corresponding to the peak of the waveform. It is. The noise determination means includes means for determining that vibration corresponding to noise is superimposed on the detected waveform when the detected waveform and the waveform stored in the storage means have a portion that intersects.
第2の発明によると、ノイズ判定手段は、検出された波形と記憶手段に記憶された波形とが交差する部分を有すると、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。記憶された波形は、ノッキングに対応する振動を表わしており、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形である。したがって、たとえば、検出された波形と記憶された波形のピークを合致させたときに、検出された波形が記憶された波形を下回った後に上回る区間を有する場合、検出された波形にはピークに対応する部分が複数個有する波形であると判定することができる。すなわち、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定することができる。 According to the second invention, when the noise determining means has a portion where the detected waveform and the waveform stored in the storage means intersect, it is determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform. To do. The stored waveform represents vibration corresponding to knocking, and is a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from an angle corresponding to the peak of the waveform. So, for example, if the detected waveform matches the peak of the stored waveform and the detected waveform has a section that exceeds the stored waveform after it falls below, the detected waveform corresponds to the peak. It can be determined that the waveform has a plurality of portions. That is, it can be determined that vibration corresponding to noise is superimposed on the detected waveform.
第3の発明に係るノッキング判定装置においては、第1の発明の構成に加えて、ノイズ判定手段は、検出された波形の最も大きい振動強度から降順に抽出された振動強度に対応する角度が連続しないと、ノイズに対応する振動が重畳していると判定するための手段を含む。 In the knocking determination device according to the third aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the noise determination means has a continuous angle corresponding to the vibration intensity extracted in descending order from the largest vibration intensity of the detected waveform. Otherwise, a means for determining that vibration corresponding to noise is superimposed is included.
第3の発明によると、検出された波形の最も大きい振動強度から降順に抽出された振動強度に対応する角度が連続しない場合、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形にはならないため、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定することができる。 According to the third invention, when the angle corresponding to the vibration intensity extracted in descending order from the largest vibration intensity of the detected waveform is not continuous, the waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from the angle corresponding to the peak Therefore, it can be determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform.
第4の発明に係るノッキング判定装置は、第1〜3のいずれかの発明の構成に加えて、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正するための補正手段をさらに含む。ノッキング判定手段は、補正された波形と記憶手段に記憶された波形とを比較した結果に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための手段を含む。 In addition to the configuration of any one of the first to third aspects, the knocking determination device according to the fourth aspect of the present invention is configured such that when it is determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform, the peak of the waveform Further included is a correcting means for correcting the vibration intensity to have a waveform that continuously decreases starting from the angle corresponding to. The knocking determination means includes means for determining whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on a result of comparing the corrected waveform and the waveform stored in the storage means.
第4の発明によると、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正する。ノッキング判定手段は、補正された波形と記憶手段に記憶された波形とを比較した結果に基づいて、内燃機関のノッキングが発生したか否かを判定する。検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると、検出された波形と記憶手段に記憶された波形とを比較したときに、ノッキングに対応する振動を含む波形が検出されていても、記憶された波形との相関係数が悪化する。そのため、ノッキングの判定の精度が悪化する場合がある。そこで、ノイズに対応する振動が重畳していると判定される場合に、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正することにより、ノッキングに対応する振動を含む波形が検出されている場合において、記憶された波形との相関係数の悪化を抑制することができる。そのため、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 According to the fourth aspect of the invention, when it is determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform, the vibration intensity continuously decreases from the angle corresponding to the peak of the waveform. To correct. The knocking determination means determines whether knocking of the internal combustion engine has occurred based on the result of comparing the corrected waveform and the waveform stored in the storage means. When vibration corresponding to noise is superimposed on the detected waveform, even if a waveform including vibration corresponding to knocking is detected when comparing the detected waveform and the waveform stored in the storage means, The correlation coefficient with the stored waveform deteriorates. For this reason, the accuracy of knocking determination may deteriorate. Therefore, when it is determined that vibration corresponding to noise is superimposed, it is possible to cope with knocking by correcting the waveform so that the vibration intensity continuously decreases starting from the angle corresponding to the peak of the waveform. In the case where a waveform including vibration to be detected is detected, the deterioration of the correlation coefficient with the stored waveform can be suppressed. Therefore, it can be accurately determined whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine.
第5の発明に係るノッキング判定装置においては、第4の発明の構成に加えて、補正手段は、検出された波形において基準となる基準角度と、基準角度と異なる複数の角度の各々とにおける振動強度に基づいて形成される複数の波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正するための手段を含む。 In the knock determination device according to the fifth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fourth aspect of the invention, the correcting means includes vibrations at a reference angle that is a reference in the detected waveform and at each of a plurality of angles different from the reference angle. Means for correcting the detected waveform by the average value of the rate of change of the plurality of waveforms formed based on the intensity is included.
第5の発明によると、補正手段は、検出された波形において基準となる基準角度と、基準角度と異なる複数の角度の各々とにおける振動強度に基づいて形成される複数の波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正する。これにより、検出された波形にノイズの振動が重畳している場合においても、検出された波形を、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形に補正することができるため、記憶手段に記憶された波形と補正された波形とにおいて、重畳したノイズの振動に起因して大きくずれが生じることを抑制できる。そのため、ノイズを含むノッキングに対応する振動が発生しても、補正された波形と記憶された波形との相関係数の悪化を抑制することができる。したがって、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 According to the fifth invention, the correction means is an average of the change rates of the plurality of waveforms formed based on the vibration intensity at the reference angle serving as a reference in the detected waveform and each of the plurality of angles different from the reference angle. The detected waveform is corrected by the value. As a result, even when noise vibration is superimposed on the detected waveform, the detected waveform can be corrected to a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from the angle corresponding to the peak. Thus, it is possible to suppress the occurrence of a large deviation between the waveform stored in the storage means and the corrected waveform due to the vibration of the superimposed noise. Therefore, even if vibration corresponding to knocking including noise occurs, it is possible to suppress the deterioration of the correlation coefficient between the corrected waveform and the stored waveform. Therefore, it can be accurately determined whether knocking has occurred in the internal combustion engine.
第6の発明に係るノッキング判定装置においては、第5の発明の構成に加えて、基準角度は、検出された波形における振動強度のピークに対応する角度である。補正手段は、基準角度における振動強度と、基準角度と異なる第1の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率、および、基準角度における振動強度と、基準角度と異なる第2の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正するための手段を含む。第1の角度および第2の角度は異なる。第1の角度および第2の角度は、基準角度よりも大きい角度である。 In the knock determination device according to the sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fifth aspect, the reference angle is an angle corresponding to the peak of the vibration intensity in the detected waveform. The correction means includes a rate of change of a waveform formed based on the vibration intensity at the reference angle and the vibration intensity at the first angle different from the reference angle, and the vibration intensity at the reference angle and the second different from the reference angle. Means for correcting the detected waveform with an average value of the rate of change of the waveform formed based on the vibration intensity at the angle is included. The first angle and the second angle are different. The first angle and the second angle are larger than the reference angle.
第6の発明によると、振動強度のピークに対応する基準角度における振動強度と第1の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率、および、基準角度における振動強度と第2の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正する。基準角度以降の波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正することにより、検出された波形にノイズの振動が重畳している場合においても、検出された波形を、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形に補正することができるため、記憶手段に記憶された波形と補正された波形とにおいて、重畳したノイズの振動に起因して大きくずれが生じることを抑制できる。そのため、ノイズを含むノッキングに対応する振動が発生しても、補正された波形と記憶された波形との相関係数の悪化を抑制することができる。したがって、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 According to the sixth invention, the rate of change of the waveform formed based on the vibration intensity at the reference angle corresponding to the peak of the vibration intensity and the vibration intensity at the first angle, and the vibration intensity at the reference angle and the second The detected waveform is corrected by the average value of the rate of change of the waveform formed based on the vibration intensity at the angle. By correcting the detected waveform based on the average value of the change rate of the waveform after the reference angle, the detected waveform corresponds to the peak even when the vibration of noise is superimposed on the detected waveform. Since it can be corrected to a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from the angle, a large deviation occurs between the waveform stored in the storage means and the corrected waveform due to the vibration of the superimposed noise. Can be suppressed. Therefore, even if vibration corresponding to knocking including noise occurs, it is possible to suppress the deterioration of the correlation coefficient between the corrected waveform and the stored waveform. Therefore, it can be accurately determined whether knocking has occurred in the internal combustion engine.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
<第1の実施の形態>
図1を参照して、本発明の実施の形態に係るノッキング判定装置を搭載した車両のエンジン100について説明する。本実施の形態に係るノッキング判定装置は、たとえばエンジンECU(Electronic Control Unit)200が実行するプログラムにより実現される。
<First Embodiment>
With reference to FIG. 1, a
エンジン100は、エアクリーナ102から吸入された空気とインジェクタ104から噴射される燃料との混合気を、燃焼室内で点火プラグ106により点火して燃焼させる内燃機関である。
混合気が燃焼すると、燃焼圧によりピストン108が押し下げられ、クランクシャフト110が回転する。燃焼後の混合気(排気ガス)は、三元触媒112により浄化された後、車外に排出される。エンジン100に吸入される空気の量は、スロットルバルブ114により調整される。
When the air-fuel mixture burns, the
エンジン100は、エンジンECU200により制御される。エンジンECU200には、ノックセンサ300と、水温センサ302と、タイミングロータ304に対向して設けられたクランクポジションセンサ306と、スロットル開度センサ308と、車速センサ310と、イグニッションスイッチ312とが接続されている。
ノックセンサ300は、圧電素子により構成されている。ノックセンサ300は、エンジン100の振動により電圧を発生する。電圧の大きさは、振動の大きさと対応した大きさとなる。ノックセンサ300は、電圧を表す信号をエンジンECU200に送信する。水温センサ302は、エンジン100のウォータージャケット内の冷却水の温度を検出し、検出結果を表す信号を、エンジンECU200に送信する。
タイミングロータ304は、クランクシャフト110に設けられており、クランクシャフト110と共に回転する。タイミングロータ304の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ306は、タイミングロータ304の突起に対向して設けられている。タイミングロータ304が回転すると、タイミングロータ304の突起と、クランクポジションセンサ306とのエアギャップが変化するため、クランプポジションセンサ306のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ306は、起電力を表す信号を、エンジンECU200に送信する。エンジンECU200は、クランクポジションセンサ306から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。
The
スロットル開度センサ308は、スロットル開度を検出し、検出結果を表す信号をエンジンECU200に送信する。車速センサ310は、車輪(図示せず)の回転数を検出し、検出結果を表す信号をエンジンECU200に送信する。エンジンECU200は、車輪の回転数から、車速を算出する。イグニッションスイッチ312は、エンジン100を始動させる際に、運転者によりオン操作される。
エンジンECU200は、各センサおよびイグニッションスイッチ312から送信された信号、メモリ202に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン100が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。
本実施の形態において、エンジンECU200は、ノックセンサ300から送信された信号およびクランク角に基づいて、予め定められたノック検出ゲート(予め定められた第1クランク角から予め定められた第2クランク角までの区間)におけるエンジン100の振動の波形(以下、振動波形と記載する)を検出し、検出された振動波形に基づいて、エンジン100にノッキングが発生したか否かを判定する。本実施の形態におけるノック検出ゲートは、燃焼行程において上死点(0度)から90度までである。なお、ノック検出ゲートはこれに限らない。
In the present embodiment,
ノッキングが発生した場合、エンジン100には、図2において実線で示す周波数付近の周波数の振動が発生する。すなわち、ノッキングが発生した場合、エンジン100には、第1の周波数帯A、第2の周波数帯B、第3の周波数帯Cおよび第4の周波数帯Dに含まれる周波数の振動が発生する。なお、図2におけるCAは、クランク角(Crank Angle)を示す。また、ノッキングに起因する振動の周波数を含む周波数帯は4つに限らない。
When knocking occurs, vibration of a frequency near the frequency indicated by the solid line in FIG. That is, when knocking occurs, vibrations of frequencies included in first frequency band A, second frequency band B, third frequency band C, and fourth frequency band D are generated in
これらの周波数帯のうち、第4の周波数帯Dには、図2において一点鎖線で示すエンジン100自体の共振周波数が含まれる。共振周波数の振動は、ノッキングの有無に関わらず発生する。
Among these frequency bands, the fourth frequency band D includes the resonance frequency of the
そのため、本実施の形態においては、共振周波数を含まない第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの振動の強度(大きさ)に基づいて、振動波形を検出する。なお、振動波形の検出に用いられる周波数帯の数は3つに限らない。検出された振動波形は、後述するノック波形モデルと比較される。 Therefore, in the present embodiment, the vibration waveform is detected based on the intensity (magnitude) of vibration in the first frequency band A to the third frequency band C that does not include the resonance frequency. The number of frequency bands used for detecting the vibration waveform is not limited to three. The detected vibration waveform is compared with a knock waveform model described later.
ノッキングが発生したか否かを判定するため、エンジンECU200のメモリ202には、図3に示すように、エンジン100にノッキングが発生した場合の振動波形のモデルであるノック波形モデルが記憶されている。
In order to determine whether or not knocking has occurred, the
ノック波形モデルにおいて、振動の強度は0〜1の無次元数として表され、振動の強度はクランク角と一義的には対応していない。すなわち、本実施の形態のノック波形モデルにおいては、振動の強度のピーク値以降、クランク角が大きくなるにつれ振動の強度が低減することが定められているが、振動の強度がピーク値となるクランク角は定められていない。本実施の形態においては、たとえば、振動強度がピーク値となるクランク角をゼロとしてノック波形モデルがメモリ202に記憶されている。このとき、たとえば、予め定められた角度β(1)までのノック波形モデルがメモリ202に記憶されている。予め定められた角度β(1)は、ノックセンサ300により検出された波形と比較する際に、検出された波形のピークに対応する角度からノック検出ゲートの区間の終端までの角度に対応する角度であれば特に限定されるものではない。また、ノック波形モデルは、第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの振動の合成波である。
In the knock waveform model, the vibration intensity is expressed as a dimensionless number from 0 to 1, and the vibration intensity does not uniquely correspond to the crank angle. That is, in the knock waveform model of the present embodiment, it is determined that the vibration intensity decreases as the crank angle increases after the peak value of the vibration intensity. The corner is not fixed. In the present embodiment, for example, the knock waveform model is stored in the
本実施の形態におけるノック波形モデルは、ノッキングにより発生した振動の強度のピーク値以降の振動に対応している。なお、ノッキングに起因した振動の立ち上がり以降の振動に対応したノック波形モデルを記憶してもよい。 The knock waveform model in the present embodiment corresponds to vibrations after the peak value of the vibration intensity generated by knocking. Note that a knock waveform model corresponding to the vibration after the rise of vibration caused by knocking may be stored.
ノック波形モデルは、実験などにより、強制的にノッキングを発生させた場合におけるエンジン100の振動波形を検出し、この振動波形に基づいて予め作成されて記憶される。なお、ノック波形モデルを作成する方法は、これに限られない。
The knock waveform model detects the vibration waveform of
エンジンECU200は、検出された波形と記憶されたノック波形モデルとを比較して、エンジン100にノッキングが発生したか否かを判定する。
本発明において、エンジンECU200は、ノックセンサ300により検出された振動波形が、振動波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないと、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する点に特徴を有する。また、本発明において、エンジンECU200は、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定される場合、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように、検出された波形を補正する点に特徴を有する。
In the present invention,
図4に示すように、検出された振動波形(実線)と、ノック波形モデル(細線)とを比較する場合においては、ノッキング以外の振動が重畳すると、クランク角α(3)における振動波形は、ノック波形モデルとずれが生じるため、検出された振動波形とノック波形モデルとの相関係数が悪化する場合がある。ノッキング以外の振動とは、たとえば、吸気バルブ116または排気バルブ118の着座ノイズやインジェクタ104の作動に起因した振動である。
As shown in FIG. 4, when comparing the detected vibration waveform (solid line) and the knock waveform model (thin line), if vibrations other than knocking are superimposed, the vibration waveform at the crank angle α (3) is Since there is a deviation from the knock waveform model, the correlation coefficient between the detected vibration waveform and the knock waveform model may deteriorate. The vibration other than knocking is, for example, vibration caused by seating noise of the
たとえば、図5(A)、図5(B)および図5(C)のように、検出された波形のピークに対応する角度α(1)以降の振動強度の変化(実線)と、検出された波形のピークに対応する角度と合致させたノック波形モデル(細線)とを比較する。 For example, as shown in FIGS. 5 (A), 5 (B), and 5 (C), the vibration intensity change (solid line) after the angle α (1) corresponding to the detected waveform peak is detected. The knock waveform model (thin line) matched with the angle corresponding to the peak of the waveform is compared.
図5(A)に示す波形(実線)においては、検出された波形のピークに対応する角度α(1)以降の振動強度は、ノック波形モデル(細線)に対して連続して下回る。図5(B)に示す波形(実線)においては、検出された波形のピークに対応する角度α(1)以降の振動強度は、ノック波形モデル(細線)に対して連続して上回る。一方、図5(C)に示す波形(実線)においては、検出された波形のピークに対応する角度α(1)以降の振動強度は、角度α(2)においては、ノック波形モデル(細線)を下回った後、角度α(3)において、ノック波形モデルを上回る。 In the waveform (solid line) shown in FIG. 5A, the vibration intensity after the angle α (1) corresponding to the peak of the detected waveform is continuously lower than the knock waveform model (thin line). In the waveform (solid line) shown in FIG. 5B, the vibration intensity after the angle α (1) corresponding to the peak of the detected waveform continuously exceeds the knock waveform model (thin line). On the other hand, in the waveform (solid line) shown in FIG. 5C, the vibration intensity after the angle α (1) corresponding to the peak of the detected waveform is a knock waveform model (thin line) at the angle α (2). Below the knock waveform model at angle α (3).
上述したような3つの波形は、それぞれ異なる形状を有しているにも関わらず、ノック波形モデルに対する相関係数には、ほとんど差が生じない。これは、相関係数が形状の差異を詳細に表現するものではないためである。また、ノック波形モデルは、ノッキングに対応する振動を表わしており、振動強度が連続して減少する波形を有している。したがって、図5(C)のような波形においては、角度α(2)においてノック波形モデルを下回った後、角度α(3)において上回る場合、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると考えられる。そのため、図5(C)に示すように、検出された波形にノイズが重畳している場合に、検出された波形とノック波形モデルとの相関係数に基づいて、ノッキングが発生しているか否かを判定すると、精度が悪化する場合がある。 Although the three waveforms as described above have different shapes, there is almost no difference in the correlation coefficient for the knock waveform model. This is because the correlation coefficient does not express the difference in shape in detail. The knock waveform model represents vibration corresponding to knocking, and has a waveform in which the vibration intensity continuously decreases. Therefore, in the waveform as shown in FIG. 5C, when the angle α (2) is below the knock waveform model and then exceeds the angle α (3), the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform. It is thought that. Therefore, as shown in FIG. 5C, when noise is superimposed on the detected waveform, whether or not knocking has occurred based on the correlation coefficient between the detected waveform and the knock waveform model. If it is determined, the accuracy may deteriorate.
そこで、エンジンECU200は、図5(C)に示すように、検出された波形とノック波形モデルのピークに対応する角度とを合致させたときに、検出された波形のピークに対応する角度α(1)以降に、検出された波形とノック波形モデルとが交差する部分を有するか否かを判定する。すなわち、エンジンECU200は、本実施の形態において、検出された波形の振動強度がノック波形モデルの振動強度を下回った後に上回る区間を有するか否かを判定する。エンジンECU200は、検出された波形に上述した区間を有すると、ノイズが重畳していると判定する。
Therefore, as shown in FIG. 5C, when the detected waveform matches the angle corresponding to the peak of the knock waveform model, the
また、エンジンECU200は、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定すると、ノックセンサ300により検出された振動波形において、上死点〜90度までのクランク角の間の基準となる基準角度と、基準角度と異なる複数の角度の各々とにおける振動強度に基づいて形成される複数の波形の変化率の平均値に基づいて、検出された波形を補正して、補正された振動波形とノック波形モデルとを比較した結果に基づいて、エンジン100にノッキングが発生したか否かを判定する。なお、基準角度は、本実施の形態において、検出された振動波形のピークに対応する角度であるが、特に限定されるものではない。
When
本実施の形態において、ノックセンサ300により検出された振動波形において、角度α(1)における振動波形のピークに対応する振動強度A(1)と、角度α(1)と異なる角度α(2)における振動強度A(2)とに基づいて形成される振動波形の変化率と、角度α(1)における振動強度A(1)と、角度α(1)および角度α(2)と異なる角度α(3)における振動強度A(3)とに基づいて形成される振動波形の変化率との平均値により、検出された振動波形を補正する。なお、本実施の形態において、変化率は特に振動強度のピーク以降の減衰時の変化率について言及するため、減衰率ともいう。
In the present embodiment, in the vibration waveform detected by
また、本実施の形態において、角度α(2)および角度α(3)のいずれも、角度α(1)に対して大きい角度である。たとえば、角度α(2)は、検出された振動波形のピークに対応する角度α(1)から10度進めた角度であり、α(3)は、角度α(1)から5度進めた角度であるとする。 In the present embodiment, both the angle α (2) and the angle α (3) are larger than the angle α (1). For example, the angle α (2) is an angle advanced 10 degrees from the angle α (1) corresponding to the peak of the detected vibration waveform, and α (3) is an angle advanced 5 degrees from the angle α (1). Suppose that
さらに、変化率の平均値は、角度α(2)および角度(3)の2つの角度に対応する変化率の平均値に限定されるものではない。たとえば、角度α(1)と3以上の角度の各々とにおいて形成される振動波形の変化率の平均値に基づいて、検出された振動波形を補正するようにしてもよい。 Furthermore, the average value of the change rates is not limited to the average value of the change rates corresponding to the two angles of the angle α (2) and the angle (3). For example, the detected vibration waveform may be corrected based on the average value of the change rate of the vibration waveform formed at the angle α (1) and each of the three or more angles.
そして、本実施の形態において、振動強度のピーク以降の減衰波形を表わす式を後述する指数関数の式により表わすこととするが、特にこれに限定されるものではない。 In the present embodiment, an expression representing an attenuation waveform after the peak of the vibration intensity is represented by an exponential function expression to be described later, but is not particularly limited thereto.
図6に示すように、角度α(1)における振動強度A(1)および角度α(2)における振動強度A(2)により、減衰率λ(1)のラインが形成される。一方、角度α(1)における振動強度A(1)および角度α(3)における振動強度A(3)により、減衰率λ(2)のラインが形成される。そして、各ラインにおける減衰率の平均値λ(3)を、(平均値λ(3))=(λ(1)+λ(2))/2の式より算出する。算出された平均値λ(3)を用いて、ピークに対応する角度α(1)以降の波形が補正される。 As shown in FIG. 6, a line having an attenuation factor λ (1) is formed by the vibration intensity A (1) at the angle α (1) and the vibration intensity A (2) at the angle α (2). On the other hand, a line having an attenuation factor λ (2) is formed by the vibration intensity A (1) at the angle α (1) and the vibration intensity A (3) at the angle α (3). Then, the average value λ (3) of the attenuation rate in each line is calculated from the equation (average value λ (3)) = (λ (1) + λ (2)) / 2. The waveform after the angle α (1) corresponding to the peak is corrected using the calculated average value λ (3).
一方、ノック波形モデルについては、検出された振動波形のピークにノック波形モデルのピークを合致させたときに、角度α(1)における振動波形のピークに対応する振動強度と、検出された振動波形と比較する区間の終端に対応する角度、すなわち、角度α(2)における振動強度とに基づいて、ノック波形モデルを予め形成しておき、メモリ202に記憶しておく。本実施の形態において、ノック波形モデルは、少なくともピークに対応する角度から10度進めた角度までの振動強度を予め記憶しておけばよい。また、本実施の形態において、ノック波形モデルは、後述する指数関数の式で表わすこととするが、特にこれに限定されるものではなく、検出された振動波形と比較する区間の、実験による実測値を予めメモリ202に記憶しておくようにしてもよい。
On the other hand, for the knock waveform model, when the peak of the knock waveform model is matched with the peak of the detected vibration waveform, the vibration intensity corresponding to the peak of the vibration waveform at the angle α (1) and the detected vibration waveform A knock waveform model is formed in advance and stored in the
本実施の形態において、上死点から90度までのノック検出ゲートにおいて、特に、検出された波形のピークに対応する角度α(1)から予め定められた角度だけ進めた角度α(2)までを判定区間として、検出された波形とノック波形モデルとを比較する。なお、判定区間を規定する2つの判定角度は、角度α(1)および角度α(2)に特に限定されるものではなく、たとえば、ノック検出ゲートよりも短い区間を規定する判定角度であればよい。 In the present embodiment, in the knock detection gate from the top dead center to 90 degrees, in particular, from the angle α (1) corresponding to the peak of the detected waveform to the angle α (2) advanced by a predetermined angle. And the detected waveform and the knock waveform model are compared. The two determination angles that define the determination section are not particularly limited to the angle α (1) and the angle α (2). For example, as long as the determination angle defines a section shorter than the knock detection gate. Good.
エンジンECU200は、上述したように補正された振動波形と、形成されたノック波形モデルとを比較することにより、ノッキングが発生したか否かを判定する。
図7を参照して、本実施の形態に係るノッキング判定装置において、エンジンECU200が実行するプログラムの制御構造について説明する。
With reference to FIG. 7, a control structure of a program executed by
ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、エンジンECU200は、ノックセンサ300から送信された信号に基づいて、エンジン100の振動の強度を検出する。振動の強度は、ノックセンサ300の出力電圧値で表される。なお、ノックセンサ300の出力電圧値と対応した値で振動の強度を表してもよい。強度の検出は、燃焼行程において上死点から90度(クランク角で90度)までの間で行なわれる。
In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100,
S102にて、エンジンECU200は、ノックセンサ300の出力電圧値(振動の強度を表す値)を、クランク角で5度ごとに(5度分だけ)積算した値(以下、積算値と記載する)を算出する。積算値の算出は、第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの振動ごとに行なわれる。
In S102,
S104にて、エンジンECU200は、各周波数帯の振動波形を合成する。すなわち、算出された積算値のうち、第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの振動の積算値が合成される。これにより、エンジン100の振動波形が検出される。
In S104,
S106にて、エンジンECU200は、合成された振動波形における積算値のうち、最大の積算値を用いて波形の正規化を行なう。ここで、波形の正規化とは、たとえば、検出された振動波形における積算値の最大値で、各積算値を除算することにより、図7に示すように、振動の強度を0〜1の無次元数で表わすことをいう。なお、各積算値を除算する値は、積算値の最大値に限らない。
In S106,
S108にて、エンジンECU200は、予め定められた区間において、積算された波形にノイズに対応する振動が重畳しているか否かを判定する。具体的には、エンジンECU200は、図8(A)に示すように、角度α(1)から角度α(2)の予め定められた区間において、角度α(3)における積算された波形の振動強度A(3)がノック波形モデルの対応する振動強度C(3)よりも小さく、かつ、角度α(2)における積算された波形の振動強度A(2)がノック波形モデルの対応する振動強度C(3)よりも小さいと、積算された波形には、ノイズに対応する振動が重畳していないと判定される。
In S108,
同様に、角度α(3)における積算された波形の振動強度A(3)がノック波形モデルの対応する振動強度C(3)よりも大きく、かつ、角度α(2)における積算された波形の振動強度A(2)がノック波形モデルの対応する振動強度C(2)よりも大きいと、積算された波形には、ノイズに対応する振動が重畳していないと判定される。 Similarly, the vibration intensity A (3) of the accumulated waveform at the angle α (3) is larger than the corresponding vibration intensity C (3) of the knock waveform model, and the accumulated waveform at the angle α (2). If the vibration intensity A (2) is larger than the corresponding vibration intensity C (2) of the knock waveform model, it is determined that the vibration corresponding to the noise is not superimposed on the integrated waveform.
一方、図8(B)に示すように、エンジンECU200は、角度α(1)から角度α(2)の予め定められた区間において、角度α(3)における積算された波形の振動強度A(3)がノック波形モデルの対応する振動強度C(3)よりも小さく、かつ、角度α(2)における積算された波形の振動強度A(2)がノック波形モデルの対応する振動強度C(2)よりも大きいと、積算された波形の振動強度がノック波形モデルの振動強度を下回った後上回る区間を有するとして、積算された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。図7に戻って、積算された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると(S108にてYES)、処理はS110に移される。もしそうでないと(S108にてNO)、処理はS112に移される。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, the
S110にて、エンジンECU200は、検出された振動波形を補正する。具体的には、エンジンECU200は、検出された振動波形のピークに対応する角度α(1)における振動強度A(1)と、角度α(2)における振動強度A(2)とに基づく振動波形の減衰率λ(1)を算出する。エンジンECU200は、角度α(1)における振動強度A(1)と、角度α(3)における振動強度A(2)とに基づく振動波形の減衰率λ(2)を算出する。
In S110,
ノッキングに対応する振動波形は、振動波形のピークに対応する角度α(1)から角度α(2)までについて、減衰率をλ(1)とすると、図9に示す太線のように、(振動強度)=exp(−λ(1)×クランク角)の指数関数の式で表わすことができる。なお、図9における角度ゼロは、検出された振動波形のピークに対応する角度α(1)に対応する。また、振動波形のピークに対応する振動強度A(1)は、正規化されているため、「1」である。したがって、図9における角度α(2)−α(1)に対応する振動強度B(1)に基づいて、上述した指数関数の式より減衰率λ(1)を算出することができる。ここで、B(1)は、角度α(2)に対応する振動強度A(2)を正規化した値(すなわち、A(2)をA(1)で除算した値)である。 The vibration waveform corresponding to knocking is expressed as (vibration) as shown by a thick line in FIG. 9, assuming that the attenuation rate is λ (1) for angles α (1) to α (2) corresponding to the peak of the vibration waveform. (Strength) = exp (−λ (1) × crank angle). Note that the angle zero in FIG. 9 corresponds to the angle α (1) corresponding to the peak of the detected vibration waveform. Also, the vibration intensity A (1) corresponding to the peak of the vibration waveform is “1” because it is normalized. Therefore, based on the vibration intensity B (1) corresponding to the angle α (2) −α (1) in FIG. 9, the attenuation rate λ (1) can be calculated from the above-described exponential function equation. Here, B (1) is a value obtained by normalizing the vibration intensity A (2) corresponding to the angle α (2) (that is, a value obtained by dividing A (2) by A (1)).
また、ノッキングに対応する振動波形は、振動波形のピークに対応する角度α(1)から角度α(3)までについて、減衰率をλ(2)とすると、図9に示す細線のように、(振動強度)=exp(−λ(2)×クランク角)の指数関数の式で表わすことができる。なお、図9における角度ゼロは、検出された振動波形のピークに対応する角度α(1)に対応する。また、振動波形のピークに対応する振動強度A(1)は正規化されているため、「1」である。したがって、図9における角度α(3)−α(1)に対応する振動強度B(2)に基づいて、上述した指数関数の式より減衰率λ(2)を算出することができる。ここで、B(2)は、角度α(3)に対応する振動強度A(3)を正規化した値(A(3)をA(1)で除算した値)である。 Further, the vibration waveform corresponding to knocking has an attenuation rate of λ (2) for the angle α (1) to the angle α (3) corresponding to the peak of the vibration waveform, as shown by a thin line in FIG. (Vibration intensity) = exp (−λ (2) × crank angle). Note that the angle zero in FIG. 9 corresponds to the angle α (1) corresponding to the peak of the detected vibration waveform. Further, the vibration intensity A (1) corresponding to the peak of the vibration waveform is normalized, and is “1”. Therefore, based on the vibration intensity B (2) corresponding to the angle α (3) −α (1) in FIG. 9, the attenuation factor λ (2) can be calculated from the exponential function equation described above. Here, B (2) is a value obtained by normalizing the vibration intensity A (3) corresponding to the angle α (3) (a value obtained by dividing A (3) by A (1)).
算出されたλ(1)およびλ(2)の平均値λ(3)を減衰率として、補正された振動波形(一点鎖線)は、(振動強度)=exp(−λ(3)×クランク角)の指数関数の式で表わすことができる。 With the calculated average value λ (3) of λ (1) and λ (2) as the damping factor, the corrected vibration waveform (dashed line) is (vibration intensity) = exp (−λ (3) × crank angle ) Of the exponential function.
S112にて、エンジンECU200は、ノック波形モデルと補正された振動波形との偏差に関する値である相関係数Kを算出する。正規化後の振動波形において振動の強度が最大になるタイミングとノック波形モデルにおいて振動の強度が最大になるタイミングとを一致させた状態で、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差の絶対値(ズレ量)をに算出することにより、相関係数Kが算出される。
In S112,
補正された振動波形と比較する区間に対応するノック波形モデルは、図9の破線に示すように、減衰率をλ(4)とすると、(振動強度)=exp(−λ(4)×クランク角)の指数関数の式で表わすことができる。また、ノック波形モデルのピークに対応する振動強度は、「1」である。したがって、ノック波形モデルは、ピークに対応する振動強度を1として、振動強度のピークに対応する角度から角度α(2)−α(1)だけ進めた角度に対応する振動強度B(3)を実験等により計測して、減衰率λ(4)を算出しておき、上述の指数関数の式をノック波形モデルとして予めメモリ202に記憶しておく。
As shown by the broken line in FIG. 9, the knock waveform model corresponding to the section to be compared with the corrected vibration waveform has (vibration intensity) = exp (−λ (4) × crank when the attenuation factor is λ (4). It can be expressed by an expression of an exponential function of (angle). The vibration intensity corresponding to the peak of the knock waveform model is “1”. Therefore, the knock waveform model sets the vibration intensity corresponding to the peak to 1, and sets the vibration intensity B (3) corresponding to the angle advanced by the angle α (2) −α (1) from the angle corresponding to the peak of the vibration intensity. The attenuation rate λ (4) is calculated by measurement through experiments or the like, and the above exponential function formula is stored in the
正規化後の振動波形を表わす式とノック波形モデルを表わす式との上死点から90度までにおける偏差の絶対値の総和をS’とし、ノック波形モデルにおける振動の強度をクランク角で積分した値(ノック波形モデルの面積)をSとおくと、相関係数Kは、K=(S−S’)/Sという方程式により算出される。ここで、S’は、正規化後の振動波形を表わす式とノック波形モデルを表わす式との偏差を上死点から90度までの間で積分して、図10に示すように、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差により、上述した式を示すラインにより囲まれる図形(斜線)の面積の総和である。なお、相関係数Kの算出方法はこれに限らない。 The sum of the absolute values of deviations from the top dead center to 90 degrees between the expression representing the normalized vibration waveform and the expression representing the knock waveform model is S ′, and the vibration intensity in the knock waveform model is integrated by the crank angle. When the value (area of the knock waveform model) is S, the correlation coefficient K is calculated by the equation K = (S−S ′) / S. Here, S ′ is normalized as shown in FIG. 10 by integrating the deviation between the expression representing the normalized vibration waveform and the expression representing the knock waveform model from the top dead center to 90 degrees. This is the sum of the areas of the figure (hatched line) surrounded by the lines indicating the above-mentioned formulas due to the deviation between the subsequent vibration waveform and the knock waveform model. Note that the method of calculating the correlation coefficient K is not limited to this.
なお、S108にて、検出された波形にノイズが重畳していないと判定された場合には、S112にて、エンジンECU200は、検出された波形の正規化後の実測値と、図3に示したノック波形モデルとにおいて、振動強度が最大になるタイミングを一致させた状態で相関係数Kを算出するようにしてもよい。あるいは、エンジンECU200は、検出された波形において、判定区間の始点である角度α(1)に対応する振動強度A(1)および判定区間の終点であるα(2)に対応する振動強度A(2)に基づいて、上述したような指数関数の式で表わす波形を算出し、また、ノック波形モデルにおいても同様に判定区間の始点に対応する振動強度と終点に対応する振動強度と基づいて、上述したような指数関数の式で表わす波形を算出し、両式で表わされる波形の形状の相関係数Kを算出するようにしてもよい。
If it is determined in S108 that noise is not superimposed on the detected waveform,
図7に戻って、S114にて、エンジンECU200は、ノック強度Nを算出する。算出された積算値の最大値をPとし、エンジン100にノッキングが発生していない状態におけるエンジン100の振動の強度を表す値をBGL(Back Ground Level)とおくと、ノック強度Nは、N=P×K/BGLという方程式で算出される。BGLはメモリ202に記憶されている。なお、ノック強度Nの算出方法はこれに限らない。
Returning to FIG. 7, in S114,
S116にて、エンジンECU200は、ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きいか否かを判別する。ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きい場合(S116にてYES)、処理はS118に移される。そうでない場合(S116にてNO)、処理はS122に移される。
In S116,
S118にて、エンジンECU200は、エンジン100にノッキングが発生したと判定する。S120にて、エンジンECU200は、点火時期を遅角する。S122にて、エンジンECU200は、エンジン100にノッキングが発生していないと判定する。S124にて、エンジンECU200は、点火時期を進角する。
In S118,
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るノッキング判定装置におけるエンジンECU200の動作について説明する。
An operation of
運転者がイグニッションスイッチ312をオン操作し、エンジン100が始動すると、ノックセンサ300から送信された信号に基づいて、エンジン100の振動の強度が検出される(S100)。
When the driver turns on the
燃焼行程における上死点から90度までの間において、5度ごとの積算値が第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの周波数の振動ごとに算出され(S102)。算出された積算値のうち、第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cまでの振動の積算値が合成される(S104)。これにより、エンジン100の振動波形が第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cにおける振動の合成波として検出される。
Between the top dead center and 90 degrees in the combustion stroke, an integrated value every 5 degrees is calculated for each vibration of the frequency in the first frequency band A to the third frequency band C (S102). Of the calculated integrated values, the integrated values of vibrations from the first frequency band A to the third frequency band C are synthesized (S104). As a result, the vibration waveform of
5度ごとの積算値により振動波形を検出することにより、振動の強度が細かく変化する複雑な形状の振動波形が検出されることを抑制することができる。このようにして検出された振動波形における積算値のうち、最大の積算値を用いて波形の正規化が行なわれる(S106)。 By detecting the vibration waveform by the integrated value every 5 degrees, it is possible to suppress detection of a vibration waveform having a complicated shape in which the vibration intensity changes finely. Of the integrated values in the vibration waveform detected in this way, the waveform is normalized using the maximum integrated value (S106).
ここでは、角度α(1)から5度までの積算値により各積算値が除算されて、振動波形が正規化されたと想定する。正規化により、振動波形における振動の強度が0〜1の無次元数で表される。これにより、振動の強度に関係なく検出された振動波形とノック波形モデルとの比較を行なうことができる。そのため、振動の強度に対応した多数のノック波形モデルを記憶しておく必要がなく、ノック波形モデルの作成を容易にすることができる。 Here, it is assumed that each integrated value is divided by the integrated value from the angle α (1) to 5 degrees, and the vibration waveform is normalized. By normalization, the intensity of vibration in the vibration waveform is represented by a dimensionless number from 0 to 1. Thereby, it is possible to compare the detected vibration waveform with the knock waveform model regardless of the intensity of vibration. Therefore, it is not necessary to store a large number of knock waveform models corresponding to the vibration intensity, and the creation of the knock waveform model can be facilitated.
そして、検出された波形において、角度α(1)以降の角度α(3)における振動強度が対応する角度のノック波形モデルの振動強度を下回った後、角度α(2)における振動強度が対応する角度のノック波形モデルの振動強度を上回る区間を有すると、検出された波形にノイズが重畳していると判定される(S108にてYES)。そして、検出された波形にノイズが重畳していると判定されると、角度α(1)における振動強度A(1)と角度α(2)における振動強度A(2)とに基づいて減衰率λ(1)が算出される。さらに、角度α(1)における振動強度A(1)と角度α(2)における振動強度A(3)とに基づいて減衰率λ(2)が算出される。算出されたλ(1)およびλ(2)の減衰率の平均値λ(3)により、検出された振動波形が補正される(S110)。 In the detected waveform, after the vibration intensity at the angle α (3) after the angle α (1) falls below the vibration intensity of the knock waveform model of the corresponding angle, the vibration intensity at the angle α (2) corresponds. If there is a section exceeding the vibration intensity of the knock waveform model of the angle, it is determined that noise is superimposed on the detected waveform (YES in S108). When it is determined that noise is superimposed on the detected waveform, the attenuation rate is based on the vibration intensity A (1) at the angle α (1) and the vibration intensity A (2) at the angle α (2). λ (1) is calculated. Further, the attenuation rate λ (2) is calculated based on the vibration intensity A (1) at the angle α (1) and the vibration intensity A (3) at the angle α (2). The detected vibration waveform is corrected by the calculated average value λ (3) of the attenuation rates of λ (1) and λ (2) (S110).
図10に示すように、補正された振動波形(太線)において振動の強度が最大になるタイミングと算出されたノック波形モデル(細線)において振動の強度が最大になるタイミングとを一致させ、この状態で、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差の絶対値の総和であるS’(斜線部の面積)が算出される。 As shown in FIG. 10, the timing at which the vibration intensity is maximized in the corrected vibration waveform (thick line) matches the timing at which the vibration intensity is maximized in the calculated knock waveform model (thin line). Thus, S ′ (area of hatched portion) which is the sum of absolute values of deviation between the normalized vibration waveform and knock waveform model is calculated.
算出されたS’と、ノック波形モデルにおいて振動の強度をクランク角で積分した値Sとに基づいて、K=(S−S’)/Sにより相関係数Kが算出される(S112)。これにより、検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合を数値化して客観的に判定することができる。 Based on the calculated S ′ and the value S obtained by integrating the vibration intensity with the crank angle in the knock waveform model, the correlation coefficient K is calculated by K = (S−S ′) / S (S112). Thereby, the degree of coincidence between the detected vibration waveform and the knock waveform model can be expressed numerically and objectively determined.
一方、検出された波形にノイズが重畳していないと判定されると(S108にてNO)、実測値に基づく振動波形の振動強度が最大になるタイミングと、ノック波形モデルの振動が最大になるタイミングとを一致させ、この状態で、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差の絶対値の総和であるS’が算出される。算出されたS’に基づいて、相関係数Kが算出される(S112)。 On the other hand, when it is determined that noise is not superimposed on the detected waveform (NO in S108), the timing at which the vibration intensity of the vibration waveform based on the actual measurement value is maximized and the vibration of the knock waveform model are maximized. In this state, S ′ that is the sum of absolute values of deviations between the normalized vibration waveform and the knock waveform model is calculated. A correlation coefficient K is calculated based on the calculated S ′ (S112).
このようにして算出された相関係数Kと積算値の最大値Pとの積をBGLで除算することにより、ノック強度Nが算出される(S114)。これにより、検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合に加えて、振動の強度に基づいて、エンジン100の振動がノッキングに起因した振動であるか否かをより詳細に分析することができる。ここでは、相関係数Kと角度α(1)から5度進めた角度までの積算値との積をBGLで除算することによりノック強度Kが算出されたと想定する。
Knock strength N is calculated by dividing the product of correlation coefficient K calculated in this way and maximum value P of integrated values by BGL (S114). Thus, in addition to the degree of coincidence between the detected vibration waveform and the knock waveform model, it is possible to analyze in more detail whether or not the vibration of the
ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きい場合(S116にてYES)、ノッキングが発生したと判定され(S118)、点火時期が遅角される(S120)。これにより、ノッキングの発生が抑制される。 If knock magnitude N is greater than a predetermined determination value (YES in S116), it is determined that knocking has occurred (S118), and the ignition timing is retarded (S120). Thereby, occurrence of knocking is suppressed.
一方、ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きくない場合(S116にてNO)、ノッキングが発生していないと判定され(S122)、点火時期が進角される(S124)。 On the other hand, when knock intensity N is not greater than a predetermined determination value (NO in S116), it is determined that knocking has not occurred (S122), and the ignition timing is advanced (S124).
以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置によると、エンジンECUは、ノックセンサから送信された信号に基づいてエンジンの振動波形を検出し、振動波形とノック波形モデルとを比較して、相関係数Kを算出する。たとえば実験などにより、ノッキングが発生した場合の振動の波形であるノック波形モデルを予め作成して記憶しておき、このノック波形モデルと検出された波形とを比較して、ノッキングが発生したか否かを判定することができる。特に、検出された波形において、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないと、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定することができる。検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると、エンジンECUは、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正する。エンジンECUは、補正された波形とノック波形モデルとを比較した結果に基づいて、エンジンのノッキングが発生したか否かを判定する。ノイズに対応する振動が重畳していると判定される場合に、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正することにより、ノッキングに対応する振動を含む波形が検出されている場合に、ノック波形モデルとの形状の相関係数の悪化を抑制することができる。そのため、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができるノッキング判定装置を提供することができる。 As described above, according to the knock determination device for an internal combustion engine according to the present embodiment, the engine ECU detects the vibration waveform of the engine based on the signal transmitted from the knock sensor, and the vibration waveform and the knock waveform model And a correlation coefficient K is calculated. For example, a knock waveform model, which is a vibration waveform when knocking occurs, is created and stored in advance through experiments or the like, and whether or not knocking has occurred by comparing this knock waveform model with the detected waveform. Can be determined. In particular, if the detected waveform is not a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from an angle corresponding to the peak of the waveform, it can be determined that vibration corresponding to noise is superimposed on the detected waveform. it can. If it is determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform, the engine ECU corrects the vibration intensity so that the vibration intensity continuously decreases starting from the angle corresponding to the peak of the waveform. . The engine ECU determines whether or not engine knocking has occurred based on the result of comparing the corrected waveform and the knock waveform model. When it is determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed, the vibration corresponding to knocking is corrected by correcting the waveform so that the vibration intensity continuously decreases starting from the angle corresponding to the peak of the waveform. When a waveform including is detected, the deterioration of the correlation coefficient of the shape with the knock waveform model can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a knock determination device that can accurately determine whether knock has occurred in the internal combustion engine.
また、ノイズに対応する振動が重畳してないと判定される場合には、検出された波形の実測値とノック波形モデルとを比較することにより、ノイズに起因して相関係数が悪化することなく、エンジンにノッキングが発生したか否かを判定することができる。そのため、エンジンにノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。 In addition, when it is determined that the vibration corresponding to the noise is not superimposed, the correlation coefficient is deteriorated due to the noise by comparing the measured value of the detected waveform with the knock waveform model. It can be determined whether knocking has occurred in the engine. Therefore, it can be accurately determined whether knocking has occurred in the engine.
好ましくは、角度α(1)および角度α(2)は、検出ゲート区間(上死点から90度までの区間)の前半部であることが望ましい。ゲート区間の後半部は、ノッキングに対応する信号の出力が小さくなっているため、BGLとの区別が難しい。したがって、角度α(1)および角度α(2)がゲート区間の前半部であることにより、信号の出力も大きいため、ノイズに対応する振動とノッキングに対応する振動との切り分け精度を向上させることができる。 Preferably, the angle α (1) and the angle α (2) are the first half of the detection gate section (section from the top dead center to 90 degrees). In the second half of the gate section, since the output of the signal corresponding to knocking is small, it is difficult to distinguish it from BGL. Therefore, since the angle α (1) and the angle α (2) are the first half of the gate section, the signal output is also large, so that the accuracy of separating the vibration corresponding to noise and the vibration corresponding to knocking is improved. Can do.
<第2の実施の形態>
以下、本発明の第2の実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置について説明する。本実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置は、上述の第1の実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置の構成と比較して、エンジンECU200で実行されるプログラムの制御構造が異なる。それ以外の構成は、上述の第1の実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
<Second Embodiment>
Hereinafter, an internal combustion engine knock determination device according to a second embodiment of the present invention will be described. The knocking determination device for an internal combustion engine according to the present embodiment is different from the configuration of the knocking determination device for an internal combustion engine according to the first embodiment described above in the control structure of a program executed by
本実施の形態においては、検出された波形に予め定められた区間において、振動のピークに対応する部分が1つであるか2つであるかを判定する。振動のピークに対応する部分が2つであれば、エンジンECU200は、ノックセンサ300により検出された振動波形が、振動波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないとして、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。
In the present embodiment, it is determined whether there are one or two portions corresponding to the vibration peak in a section predetermined for the detected waveform. If there are two portions corresponding to the vibration peak,
本実施の形態において、振動のピークに対応する部分が2つであれば、それぞれの振動のピーク以降の波形とノック波形モデルとを比較して、その両者の形状の相関係数のうちいずれか高い方のピークに対応するノック強度を算出する点に特徴を有する。以下の説明においては、振動のピークが1つであることを一山であるとし、振動のピークが2つであることを二山であるとする。 In the present embodiment, if there are two portions corresponding to vibration peaks, the waveform after each vibration peak is compared with the knock waveform model, and either of the correlation coefficients of the shapes of the two is compared. It is characterized in that the knock intensity corresponding to the higher peak is calculated. In the following description, it is assumed that one vibration peak is a single peak, and two vibration peaks are two peaks.
具体的には、図11に示すように、検出された波形(実線)にノッキングに対応する振動と吸気バルブ116あるいは排気バルブ118の着座ノイズに対応する振動とを含む場合を想定する。エンジンECU200は、検出された波形の予め定められた区間において、最も大きい振動強度から降順に3つ抽出したときに、抽出された振動強度に対応する3つの角度が連続した角度である否かに基づいて、検出された波形が予め定められた区間において、一山であるか二山であるかを判定する。
Specifically, as shown in FIG. 11, it is assumed that the detected waveform (solid line) includes vibration corresponding to knocking and vibration corresponding to seating noise of the
エンジンECU200は、二山であると判定すると、二山のそれぞれのピークに対応する角度から判定区間の波形と、ノック波形モデル(破線)とをそれぞれ比較して、二山の波形とノック波形モデルとの形状の相関係数を算出する。エンジンECU200は、算出された相関係数が大きい方の数値を用いてノック強度を算出して、ノック判定をする。
When
以下、図12を参照して、本実施の形態において、エンジンECU200が実行するプログラムの制御構造について説明する。
Hereinafter, a control structure of a program executed by
なお、図12に示したフローチャートの中で、前述の図7に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。 In the flowchart shown in FIG. 12, the same steps as those in the flowchart shown in FIG. The processing is the same for them. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
S200にて、エンジンECU200は、後述する振動波形の一山判定処理を開始する。S202にて、エンジンECU200は、S200における一山判定処理の結果、検出された波形が予め定められた区間において、一山であるか二山であるか否かを判定する。「予め定められた区間」とは、ノック検出ゲートよりも小さい区間であれば特に限定されるものではないが、好ましくは、ノック検出ゲートの前半区間であることが望ましい。ノッキングに対応する振動は、ノック検出ゲートの前半区間において振動のピークを有するからである。検出された波形が予め定められた区間において一山であると判定されると(S202にてYES)、処理はS112に移される。もしそうでないと(S202にてNO)、処理はS204に移される。
In S200,
S204にて、エンジンECU200は、振動波形を修正する。具体的には、二山のそれぞれにおいて、上述した第1の実施の形態の図9において説明したように、振動のピークに対応する角度α(1)とすると、角度α(1)に対応する振動強度A(1)と、角度α(1)から10度進めた角度α(2)に対応する振動強度A(2)と、角度α(1)から5度進めた角度α(3)に対応する振動強度A(3)に基づいて、減衰率の平均値λ(3)を算出して、(振動強度)=exp(−λ(3)×クランク角)の指数関数の式で補正された振動波形を表わす。なお、二山に対応するそれぞれのクランク角度は、後述する一山判定処理において、算出することができる。
In S204,
S206にて、エンジンECU200は、二山のそれぞれを表わす式と、ノック波形モデルとの形状の相関係数をそれぞれ算出する。相関係数の算出方法は、上述した第1の実施の形態において説明した相関係数の算出方法と同様であるため、その詳細は繰り返さない。S208にて、エンジンECU200は、算出された相関係数のうちいずれか大きい方を相関係数Kとして選択する。S208の後、処理はS114に移される。
In S206,
以下、図13を参照して、本実施の形態において、エンジンECU200が実行する振動波形の一山判定処理のプログラムの制御構造について説明する。
Hereinafter, with reference to FIG. 13, a control structure of a program for determining a peak of a vibration waveform executed by
S300にて、エンジンECU200は、検出された波形の予め定められた区間において、最も大きい振動強度(以下、1位の振動強度という。)に対応する角度と、2番目に大きい振動強度(以下、2位の振動強度という。)に対応する角度と、3番目に大きい振動強度(以下、3位の振動強度という。)に対応する角度とを抽出して、抽出された3点が連続する角度であるか否かを判定する。すなわち、本実施の形態において、振動強度は、5度毎の積算値で表わしており、エンジンECU200は、抽出した3点が5度間隔で連続する角度であるか否かを判定する。連続していると判定されると(S300にてYES)、処理はS301に移される。もしそうでないと(S300にてNO)、処理はS304に移される。
In S300,
S301にて、エンジンECU200は、3位の振動強度が中央であるか否かを判定する。すなわち、エンジンECU200は、3位の振動強度に対応する角度が1位の振動強度に対応する角度と2位の振動強度に対応する角度との間にあるか否かを判定する。3位の振動強度が中央であると(S301にてYES)、処理はS303に移される。もしそうでないと(S301にてNO)、処理はS302に移される。
In S301,
S302にて、エンジンECU200は、予め定められた区間における検出された振動波形は、1位の振動強度に対応する角度において振動のピークを有する一山の波形であると判定する。
In S302,
S303にて、エンジンECU200は、予め定められた区間における検出された振動波形は1位の振動強度に対応する角度と、2位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。
In S303,
S304にて、エンジンECU200は、抽出した3点のうち、1位の振動強度に対応する角度と2位の振動強度に対応する角度とだけが連続するか否かを判定する。1位の振動強度に対応する角度と2位の振動強度に対応する角度とだけが連続すると判定されると(S304にてYES)、処理はS306に移される。もしそうでないと(S304にてNO)、処理はS308に移される。
In S304,
S306にて、エンジンECU200は、予め定められた区間における検出された振動波形は1位の振動強度に対応する角度と、3位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。
In S306,
S308にて、エンジンECU200は、抽出した3点のうち、2位の振動強度に対応する角度と3位の振動強度に対応する角度とだけが連続するか否かを判定する。2位の振動強度に対応する角度と3位の振動強度に対応する角度とだけが連続すると判定されると(S308にてYES)、処理はS310に移される。もしそうでないと(S308にてNO)、処理はS312に移される。
In S308,
S310にて、エンジンECU200は、予め定められた区間における検出された振動波形は1位の振動強度に対応する角度と、2位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。
In S310,
S312にて、エンジンECU200は、抽出した3点のうち、1位の振動強度に対応する角度と3位の振動強度に対応する角度とだけが連続するか否かを判定する。1位の振動強度に対応する角度と3位の振動強度に対応する角度とだけが連続すると判定されると(S312にてYES)、処理はS314に移される。もしそうでないと(S312にてNO)、処理はS316に移される。
In S312,
S314にて、エンジンECU200は、予め定められた区間における検出された振動波形は、1位の振動強度に対応する角度と、2位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。
In S314,
S316にて、エンジンECU200は、予め定められた区間における検出された振動波形は、1位の振動強度に対応する角度と、2位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。この場合、3位の振動強度に対応する角度においても振動のピークに対応する部分を有するが、3位の振動強度によるピークについては、1位および2位の振動強度よりも小さい強度であるため、実質的には、1位および2位の振動強度に対応する角度において振動のピークを有するとして、エンジンECU200は、二山の波形であると判定する。
In S316,
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置の動作について説明する。 The operation of the knock determination device for the internal combustion engine according to the present embodiment based on the structure and flowchart as described above will be described.
運転者がイグニッションスイッチ312をオン操作し、エンジン100が始動すると、ノックセンサ300から送信された信号に基づいて、エンジン100の振動の強度が検出される(S100)。
When the driver turns on the
燃焼行程における上死点から90度までの間において、5度ごとの積算値が第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cの周波数の振動ごとに算出され(S102)。算出された積算値のうち、第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cまでの振動の積算値が合成される(S104)。これにより、エンジン100の振動波形が第1の周波数帯Aから第3の周波数帯Cにおける振動の合成波として検出される。
Between the top dead center and 90 degrees in the combustion stroke, an integrated value every 5 degrees is calculated for each vibration of the frequency in the first frequency band A to the third frequency band C (S102). Of the calculated integrated values, the integrated values of vibrations from the first frequency band A to the third frequency band C are synthesized (S104). As a result, the vibration waveform of
5度ごとの積算値により振動波形を検出することにより、振動の強度が細かく変化する複雑な形状の振動波形が検出されることを抑制することができる。このようにして検出された振動波形における積算値のうち、最大の積算値を用いて波形の正規化が行なわれる(S106)。 By detecting the vibration waveform by the integrated value every 5 degrees, it is possible to suppress detection of a vibration waveform having a complicated shape in which the vibration intensity changes finely. Of the integrated values in the vibration waveform detected in this way, the waveform is normalized using the maximum integrated value (S106).
ここでは、角度α(1)から5度までの積算値により各積算値が除算されて、振動波形が正規化されたと想定する。正規化により、振動波形における振動の強度が0〜1の無次元数で表される。これにより、振動の強度に関係なく検出された振動波形とノック波形モデルとの比較を行なうことができる。そのため、振動の強度に対応した多数のノック波形モデルを記憶しておく必要がなく、ノック波形モデルの作成を容易にすることができる。 Here, it is assumed that each integrated value is divided by the integrated value from the angle α (1) to 5 degrees, and the vibration waveform is normalized. By normalization, the intensity of vibration in the vibration waveform is represented by a dimensionless number from 0 to 1. Thereby, it is possible to compare the detected vibration waveform with the knock waveform model regardless of the intensity of vibration. Therefore, it is not necessary to store a large number of knock waveform models corresponding to the vibration intensity, and the creation of the knock waveform model can be facilitated.
そして、検出された波形の一山判定処理が開始され(S200)、抽出された3つの振動強度に対応する角度が連続する角度であり(S300にてYES)、3位の振動強度が中央でないと(S301にてNO)、検出された波形が一山の波形であると判定される(S302,S202にてYES)。そして、検出された波形の振動強度の積算値の最大になるタイミングとノック波形モデルの振動強度が最大になるタイミングとを一致させ、この状態で、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差の絶対値の総和であるS’が算出される。このとき、S’は、振動のピークに対応する角度から10度だけ進めた角度までの判定区間における正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差の絶対値の総和であるS’が算出される。 Then, the peak determination process of the detected waveform is started (S200), the angles corresponding to the three extracted vibration intensities are consecutive (YES in S300), and the third vibration intensity is not the center. (NO in S301), it is determined that the detected waveform is a single waveform (YES in S302 and S202). Then, the timing at which the integrated value of the vibration intensity of the detected waveform is maximized coincides with the timing at which the vibration intensity of the knock waveform model is maximized, and in this state, the normalized vibration waveform and knock waveform model are S ′, which is the sum of absolute values of deviations, is calculated. At this time, S ′ is a sum of absolute values of deviations between the normalized vibration waveform and the knock waveform model in the determination section from the angle corresponding to the vibration peak to the angle advanced by 10 degrees. Is done.
算出されたS’と、ノック波形モデルにおいて振動の強度を、この判定区間で積分した値Sとに基づいて、ノック波形モデルとに基づくK=(S−S’)/Sにより相関係数Kが算出される(S112)。これにより、検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合を数値化して客観的に判定することができる。 Based on the calculated S ′ and the value S obtained by integrating the intensity of vibration in the knock waveform model in this determination section, the correlation coefficient K is obtained by K = (S−S ′) / S based on the knock waveform model. Is calculated (S112). Thereby, the degree of coincidence between the detected vibration waveform and the knock waveform model can be expressed numerically and objectively determined.
一方、抽出された3つの振動強度に対応する角度が連続する角度であり(S300にてYES)、3位の振動強度が中央であると(S301にてYES)、検出された波形が1位の振動強度に対応する角度と2位の振動強度に対応する角度とにおいて振動のピークを有する二山の波形であると判定される(S303)。このとき、二山の波形のピークに対応するそれぞれの角度から10度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され(S204)、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数ががそれぞれ算出され(S206)、大きい方を相関係数Kとして選択される(S208)。 On the other hand, the angle corresponding to the extracted three vibration intensities is a continuous angle (YES in S300), and if the third vibration intensity is in the center (YES in S301), the detected waveform is first. It is determined that the waveform has two peaks having a vibration peak at an angle corresponding to the vibration intensity of 2 and an angle corresponding to the vibration intensity of the second place (S303). At this time, the vibration waveform is corrected in the determination section from the respective angles corresponding to the peaks of the two peaks to the angle advanced by 10 degrees (S204). As a result of comparison with the knock waveform model in this determination section, both Are respectively calculated (S206), and the larger one is selected as the correlation coefficient K (S208).
さらに、1位と2位の振動強度に対応する角度だけが連続であると(S304にてYES)、検出された波形が1位の振動強度に対応する角度と3位の振動強度に対応する角度とにおいて振動のピークを有する二山の波形であると判定される(S306,S202にてNO)。このとき、二山の波形のピークに対応するそれぞれの角度から10度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され(S204)、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数がそれぞれ算出され(S206)、大きい方を相関係数Kとして選択される(S208)。 Furthermore, if only the angles corresponding to the first and second vibration strengths are continuous (YES in S304), the detected waveform corresponds to the angle corresponding to the first vibration strength and the third vibration strength. It is determined that the two waveforms have vibration peaks at angles (NO in S306 and S202). At this time, the vibration waveform is corrected in the determination section from the respective angles corresponding to the peaks of the two peaks to the angle advanced by 10 degrees (S204). As a result of comparison with the knock waveform model in this determination section, both Are respectively calculated (S206), and the larger one is selected as the correlation coefficient K (S208).
そして、2位と3位の振動強度に対応する角度だけが連続であると(S308にてYES)、検出された波形が1位の振動強度に対応する角度と2位の振動強度に対応する角度とにおいて振動のピークを有する二山の波形であると判定される(S310,S202にてNO)。このとき、二山のピークに対応するぞれぞれの角度から10度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され(S204)、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数が算出され(S206)、大きい方を相関係数Kとして選択される(S208)。 If only the angles corresponding to the second and third vibration intensity are continuous (YES in S308), the detected waveform corresponds to the angle corresponding to the first vibration intensity and the second vibration intensity. It is determined that the two waveforms have vibration peaks at angles (NO in S310 and S202). At this time, the vibration waveform is corrected in the determination section from each angle corresponding to the peak of the two peaks to an angle advanced by 10 degrees (S204), and as a result of comparison with the knock waveform model of this determination section, The correlation coefficient of both shapes is calculated (S206), and the larger one is selected as the correlation coefficient K (S208).
また、図14に示すように、1位と3位の振動強度に対応する角度だけが連続であると(S312にてYES)、検出された波形が1位の振動強度に対応する角度と2位の振動強度に対応する角度とにおいて振動のピークを有する二山の波形であると判定される(S314,S202にてNO)。このとき、二山のピークに対応するそれぞれの角度から10度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され(S204)、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数がそれぞれ算出され(S206)、大きい方を相関係数Kとして選択される(S208)。 Further, as shown in FIG. 14, if only the angles corresponding to the first and third vibration strengths are continuous (YES in S312), the detected waveform has an angle corresponding to the first vibration strength and 2 It is determined that the waveform has two peaks having a vibration peak at an angle corresponding to the vibration intensity of the position (NO in S314 and S202). At this time, the vibration waveform is corrected in the determination section from the respective angles corresponding to the peaks of the two peaks to the angle advanced by 10 degrees (S204), and as a result of comparison with the knock waveform model in this determination section, both shapes Are respectively calculated (S206), and the larger one is selected as the correlation coefficient K (S208).
そして、1位と3位の振動強度に対応する角度が連続でないと(S312)、すなわち、1位から3位のいずれも連続でないと、検出された波形が1位の振動強度に対応する角度と2位の振動強度に対応する角度とにおいて実質的な振動のピークを有する二山の波形であると判定される(S316,S202にてNO)。このとき、二山の波形のピークに対応するぞれぞれの角度から10度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され(S204)、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数が算出され(S206)、大きい方を相関係数Kとして選択される(S208)。 If the angles corresponding to the first and third vibration strengths are not continuous (S312), that is, if neither the first to third positions are continuous, the detected waveform corresponds to the first vibration strength. And an angle corresponding to the vibration intensity at the second place are determined to be two peaks having a substantial vibration peak (NO in S316 and S202). At this time, the vibration waveform is corrected in the determination section from each angle corresponding to the peak of the two peaks to the angle advanced by 10 degrees (S204), and the knock waveform model in this determination section was compared. As a result, the correlation coefficient of both shapes is calculated (S206), and the larger one is selected as the correlation coefficient K (S208).
なお、振動波形の補正において、ピークに対応する角度α(1)における振動強度A(1)と角度α(2)における振動強度A(2)とに基づいて減衰率λ(1)が算出される。さらに、角度α(1)における振動強度A(1)と角度α(2)における振動強度A(3)とに基づいて減衰率λ(2)が算出される。算出されたλ(1)およびλ(2)の減衰率の平均値λ(3)により、検出された振動波形が補正される。 In the correction of the vibration waveform, the attenuation factor λ (1) is calculated based on the vibration intensity A (1) at the angle α (1) corresponding to the peak and the vibration intensity A (2) at the angle α (2). The Further, the attenuation rate λ (2) is calculated based on the vibration intensity A (1) at the angle α (1) and the vibration intensity A (3) at the angle α (2). The detected vibration waveform is corrected by the average value λ (3) of the calculated attenuation rates of λ (1) and λ (2).
このようにして算出あるいは選択された相関係数Kと積算値の最大値Pとの積をBGLで除算することにより、ノック強度Nが算出される(S114)。これにより、検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合に加えて、振動の強度に基づいて、エンジン100の振動がノッキングに起因した振動であるか否かをより詳細に分析することができる。ここでは、相関係数Kと角度α(1)から5度進めた角度までの積算値との積をBGLで除算することによりノック強度Kが算出されたと想定する。
Knock strength N is calculated by dividing the product of correlation coefficient K calculated or selected in this way and maximum integrated value P by BGL (S114). Thus, in addition to the degree of coincidence between the detected vibration waveform and the knock waveform model, it is possible to analyze in more detail whether or not the vibration of the
ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きい場合(S116にてYES)、ノッキングが発生したと判定され(S118)、点火時期が遅角される(S120)。これにより、ノッキングの発生が抑制される。 If knock magnitude N is greater than a predetermined determination value (YES in S116), it is determined that knocking has occurred (S118), and the ignition timing is retarded (S120). Thereby, occurrence of knocking is suppressed.
一方、ノック強度Nが予め定められた判定値よりも大きくない場合(S116にてNO)、ノッキングが発生していないと判定され(S122)、点火時期が進角される(S124)。 On the other hand, when knock intensity N is not greater than a predetermined determination value (NO in S116), it is determined that knocking has not occurred (S122), and the ignition timing is advanced (S124).
以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置によると、エンジンECUは、検出された波形の最も大きい振動強度から降順に抽出された振動強度に対応する角度が連続しない場合、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形にはならないため、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると、エンジンECUは、それぞれのピークに対応する角度以降の振動波形とノック波形モデルとの相関係数を算出して、いずれか大きい方の相関係数に基づいて、エンジンにノッキングが発生したか否かを判定する。したがって、ノッキングに対応する振動にノイズが重畳していても、内燃機関にノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができるノッキング判定装置を提供することができる。 As described above, according to the knock determination device for an internal combustion engine according to the present embodiment, the engine ECU does not have an angle corresponding to the vibration intensity extracted in descending order from the largest vibration intensity of the detected waveform. Since the waveform does not have a continuously decreasing vibration intensity starting from the angle corresponding to the peak, it is determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform. When it is determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform, the engine ECU calculates a correlation coefficient between the vibration waveform after the angle corresponding to each peak and the knock waveform model, It is determined whether knocking has occurred in the engine based on the larger correlation coefficient. Therefore, it is possible to provide a knock determination device that can accurately determine whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine even if noise is superimposed on the vibration corresponding to knocking.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 エンジン、104 インジェクタ、 106 点火プラグ、110 クランクシャフト、116 吸気バルブ、118 排気バルブ、120 ポンプ、200 エンジンECU200、300 ノックセンサ、302 水温センサ、304 タイミングロータ、306 クランクポジションセンサ、308 スロットル開度センサ。
100 engine, 104 injector, 106 spark plug, 110 crankshaft, 116 intake valve, 118 exhaust valve, 120 pump, 200
Claims (6)
前記内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、
予め定められたクランク角の間における前記内燃機関の振動の波形を検出するための波形検出手段と、
前記予め定められたクランク角の間における前記内燃機関の振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、
前記検出された波形が、前記波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形であるか否かに基づいて、前記検出された波形にノイズに対応する振動が重畳しているか否かを判定するためのノイズ判定手段と、
前記検出された波形に前記ノイズに対応する振動が重畳していないと判定されると、前記検出された波形と前記記憶手段に記憶された波形とを比較した結果に基づいて、前記内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するためのノッキング判定手段とを含む、内燃機関のノッキング判定装置。 A knock determination device for an internal combustion engine,
Crank angle detecting means for detecting the crank angle of the internal combustion engine;
Waveform detecting means for detecting a waveform of vibration of the internal combustion engine during a predetermined crank angle;
Storage means for storing in advance a waveform of vibration of the internal combustion engine during the predetermined crank angle;
Based on whether or not the detected waveform is a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from an angle corresponding to the peak of the waveform, vibration corresponding to noise is superimposed on the detected waveform. Noise determining means for determining whether or not
When it is determined that the vibration corresponding to the noise is not superimposed on the detected waveform, the internal combustion engine is compared with the result of comparing the detected waveform with the waveform stored in the storage unit. A knocking determination device for an internal combustion engine, comprising knocking determination means for determining whether knocking has occurred.
前記ノイズ判定手段は、前記検出された波形と前記記憶手段に記憶された波形とが交差する部分を有すると、前記検出された波形に前記ノイズに対応する振動が重畳していると判定するための手段を含む、請求項1に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 The waveform stored in the storage means is a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from an angle corresponding to the peak of the waveform,
The noise determination unit determines that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform when the detected waveform and the waveform stored in the storage unit have a crossing portion. The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 1, comprising the following means.
前記ノッキング判定手段は、前記補正された波形と前記記憶手段に記憶された波形とを比較した結果に基づいて、前記内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための手段を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関のノッキング判定装置。 When it is determined that the vibration corresponding to the noise is superimposed on the detected waveform, the knock determination device generates a waveform in which the vibration intensity continuously decreases starting from an angle corresponding to the peak of the waveform. And further includes a correction means for correcting so that
The knocking determination means includes means for determining whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on a result of comparing the corrected waveform and a waveform stored in the storage means. Item 4. The knock determination device for an internal combustion engine according to any one of Items 1 to 3.
前記補正手段は、前記基準角度における振動強度と、前記基準角度と異なる第1の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率、および、前記基準角度における振動強度と、前記基準角度と異なる第2の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率の平均値により、前記検出された波形を補正するための手段を含み、
前記第1の角度および前記第2の角度は異なり、前記第1の角度および前記第2の角度は、前記基準角度よりも大きい角度である、請求項5に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 The reference angle is an angle corresponding to a peak of vibration intensity in the detected waveform,
The correction means includes a change rate of a waveform formed based on the vibration intensity at the reference angle and the vibration intensity at a first angle different from the reference angle, the vibration intensity at the reference angle, and the reference angle. And means for correcting the detected waveform by an average value of the rate of change of the waveform formed based on the vibration intensity at the second angle different from
6. The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the first angle and the second angle are different, and the first angle and the second angle are larger than the reference angle.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005127880A JP4410719B2 (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Internal combustion engine knock determination device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005127880A JP4410719B2 (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Internal combustion engine knock determination device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006307663A JP2006307663A (en) | 2006-11-09 |
JP4410719B2 true JP4410719B2 (en) | 2010-02-03 |
Family
ID=37474852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005127880A Expired - Fee Related JP4410719B2 (en) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Internal combustion engine knock determination device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4410719B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7397716B2 (en) * | 2020-02-26 | 2023-12-13 | 株式会社デンソー | Knock determination device and knock control device |
-
2005
- 2005-04-26 JP JP2005127880A patent/JP4410719B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006307663A (en) | 2006-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4410674B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device and ignition control system including the same | |
US7669459B2 (en) | Knocking determination device for internal combustion engine | |
JP4390786B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP4491427B2 (en) | Ignition timing control device for internal combustion engine | |
JP4997026B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device, knock determination method, program for causing computer to realize the method, and recording medium recording the program | |
JP4575902B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP4589238B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
US8005607B2 (en) | Device and method for controlling ignition timing of internal combustion engine | |
JP4397346B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
WO2007139042A1 (en) | Internal combustion engine knocking judgment device and knocking judgment method | |
JP2006177259A (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP4557709B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
US7621172B2 (en) | Knocking determination device for internal combustion engine | |
US7822533B2 (en) | Knocking determination device and knocking determination method of internal combustion engine | |
JP2006300036A (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP4221013B2 (en) | Ignition timing control device for internal combustion engine | |
JP4410719B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP2006307664A (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP4867826B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP5253432B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP4745198B2 (en) | Internal combustion engine knock determination device, determination method, program for realizing the method, and recording medium recording the program | |
JP2006307711A (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP2006307665A (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP2006299995A (en) | Internal combustion engine knock determination device | |
JP2007211690A (en) | Ignition timing control device for internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20070222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20070222 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071220 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091027 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091104 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091113 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4410719 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131120 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |