JP6312618B2 - 内燃機関の制御装置及び異常燃焼検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置及び異常燃焼検出方法に関し、詳しくは、火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号から、ノッキング及び異常燃焼を検出する技術に関する。

特許文献１には、振動センサから出力される異なる種別の異常燃焼信号の振幅の大きさが同じような場合であっても、異常燃焼の種別を判定することができるように、プレイグ検出区間におけるプレイグ判定閾値を、ＴＤＣよりも早い区間ではノイズレベルを上回った値に設定し、ＴＤＣよりも遅い区間では通常ノックとして有り得るレベルを上回った値に設定し、これにより、ピーク値が小さくても、ピーク角度が早い異常燃焼はプレイグと判定する、異常燃焼検出装置が開示されている。

特開２０１３−１６０２００号公報

近年、火花点火内燃機関が高圧縮比化される傾向にあり、プレイグニッションが発生し易い条件になっている。
プレイグニッション（圧縮行程での自己着火）は、圧縮行程の混合気が、過熱した点火プラグ、燃焼室内に蓄積したカーボンスラッジ、滴下したオイルなどを熱源として、点火プラグによる火花点火前に自己着火する異常燃焼である。更に、プレイグニッションと同様のメカニズムで膨張行程においても自己着火（異常燃焼）が発生することがあった。
自己着火は、比較的小さいレベルのものであれば、直ちに内燃機関にダメージを与えることはないが、発生回数を重ねることでダメージが内燃機関に蓄積されてしまうため、膨張行程での自己着火をノッキングと区別して検出し、自己着火対策を的確に実施することが望まれる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、膨張行程での異常燃焼の発生をノッキングと区別して検出できる、内燃機関の制御装置及び異常燃焼検出方法を提供することを目的とする。

そのため、本願発明に係る内燃機関の制御装置は、火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、ノッキング判定領域において前記検出信号のうちのノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出するとともに、前記ノッキング判定領域を内包する異常燃焼判定領域においてノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値に基づいて異常燃焼の発生を検出する検出手段と、前記ノッキング判定領域及び前記異常燃焼判定領域の初期領域を複数の細分領域に細分化し、各細分領域でのノッキング，異常燃焼の検出履歴に基づき前記初期領域から除外する細分領域を設定し、前記ノッキング判定領域及び前記異常燃焼判定領域を更新する判定領域設定手段と、を含む。

また、本願発明に係る異常燃焼検出方法は、火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、膨張行程内のノッキング判定領域において前記検出信号からノッキング固有の周波数成分を抽出し、前記ノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出し、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘り前記ノッキング判定領域を含む異常燃焼判定領域において、ノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値を検出し、異常燃焼として点火時期前の圧縮行程での自己着火と膨張行程での自己着火とを前記特性値に基づき検出し、前記ノッキング判定領域及び前記異常燃焼判定領域の初期領域を複数の細分領域に細分化し、各細分領域でのノッキング，異常燃焼の検出履歴に基づき前記初期領域から除外する細分領域を設定し、前記ノッキング判定領域及び前記異常燃焼判定領域を更新するようにした。

上記発明によると、膨張行程での異常燃焼の発生をノッキングと区別して検出でき、膨張行程で異常燃焼が発生したときに的確な対策を実施することが可能となり、異常燃焼の早期解消を図れる。

本発明の実施形態における内燃機関のシステム図である。 本発明の実施形態におけるノッキングと自己着火との周波数特性の違いを示す線図である。 本発明の実施形態における周波数解析により自己着火、ノッキングを検出するための機能ブロック図である。 本発明の実施形態において周波数解析を行う検知ウィンドウを示す図である。 本発明の実施形態における自己着火、ノッキングの対策処理を示す図である。 本発明の実施形態における高回転時の検知ウィンドウのオーバーラップを説明するための図である。 本発明の実施形態において周波数解析によりノッキングを検出する検知ウィンドウ及び電圧レベルにより自己着火検出を行う領域を示す図である。 本発明の実施形態において周波数解析によりノッキングを検出し電圧レベルにより自己着火検出を行うための機能ブロック図である。 本発明の実施形態において検知ウィンドウを短縮する学習を説明するための図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置及び異常燃焼検出方法を適用する内燃機関の一例を示すシステム概略図である。

図１の内燃機関１は、車両に搭載され動力源として用いられる火花点火式の多気筒４サイクル機関である。
内燃機関１の各気筒の燃焼室２には、エアクリーナ３から、過給機４の吸気コンプレッサ５、インタークーラ６、電制スロットル弁７、及び吸気マニホールド８を経て空気が吸入される。

吸気マニホールド８のブランチ部には気筒毎に燃料噴射弁９が配設され、燃料噴射弁９は噴射パルス信号に基づき開弁し、各気筒の吸気ポート内に所定の圧力に調整された燃料を噴射する。
燃焼室２内に吸入された燃料は、点火プラグ１０により火花点火されて燃焼する。なお、燃焼室２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式の内燃機関とすることができる。

燃焼後の排気は、排気マニホールド１１、過給機４の排気タービン１２、排気浄化触媒１３を経て排出される。
上記の電制スロットル弁７、燃料噴射弁９、及び、点火プラグ１０の作動は、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）２０により制御される。

上記制御のために、ＥＣＵ２０は、各種センサが出力する検出信号を入力する。
各種センサとしては、機関回転に同期したクランク角信号ＰＯＳを発生するクランク角センサ２１、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ２２、電制スロットル弁７の開度ＴＶＯを検出するスロットル開度センサ２３、吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローセンサ２４、内燃機関１の冷却水温ＴＷを検出する水温センサ２５、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２６、燃焼室における圧力振動をシリンダブロックの振動として間接的に検出する振動センサ２７、排気中の酸素濃度に応じて燃焼混合気の空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比センサ２８などを設けてある。
振動センサ２７は、例えば、振動を圧電セラミックスで検出する非共振型のセンサである。

ＥＣＵ２０は、アクセル開度ＡＰＯに基づいて目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを設定し、この目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを得るように、電制スロットル弁７の開度を制御する。
また、ＥＣＵ２０は、吸入空気流量ＱＡと機関回転速度ＮＥとから基本燃料噴射パルス幅ＴＰを算出し、この基本燃料噴射パルス幅ＴＰを、冷却水温ＴＷや空燃比などに基づき算出した各種補正係数ＣＯＥＦにより補正して、最終的な燃料噴射パルス幅ＴＩを算出し、このパルス幅ＴＩの燃料噴射パルス信号を気筒毎に所定のタイミングで燃料噴射弁９に出力して燃料噴射を行わせる。

また、ＥＣＵ２０は、主に機関回転速度ＮＥと機関負荷ＴＥ（例えば、吸入空気量ＱＡ、基本燃料噴射パルス幅ＴＰ、アクセル開度ＡＰＯ、スロットル開度ＴＶＯなど）とに基づいて基本点火時期ＭＡＤＶを設定し、この基本点火時期ＭＡＤＶを燃焼状態などに応じて補正するなどして最終的な点火時期ＡＤＶを設定し、当該点火時期ＡＤＶにて点火プラグ１０の点火動作を行わせる。
更に、内燃機関１は、圧縮比可変機構１００を備えており、この圧縮比可変機構１００は、例えばピストンの上死点位置を変えることにより機械的圧縮比を変更可能に構成されている。

ＥＣＵ２０は、主に機関回転速度ＮＥと機関負荷ＴＥとに基づいて目標圧縮比を設定し、実圧縮比が目標圧縮比となるように圧縮比可変機構１００のアクチュエータ（モータなど）を、操作量センサ２９の出力に基づいて制御する。
また、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号に基づいてノッキングを検出するとともに、振動センサ２７の検出信号に基づいて圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）及び膨張行程での自己着火を検出する。つまり、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号に基づいてノッキング及び自己着火（異常燃焼）を検出する検出部としての機能をソフトウエア的に備えている。

更に、ＥＣＵ２０は、ノッキングの発生を検出した場合に点火時期の遅角補正などを実施することでノッキングの解消を図り、自己着火の発生を検出した場合に燃料噴射量の増量や燃料カット（燃料噴射の停止）などによって自己着火の解消を図る、異常対策部としての機能をソフトウエア的に備えている。
なお、圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）は、圧縮行程の混合気が、過熱した点火プラグ１０、燃焼室２内に蓄積したカーボンスラッジ、滴下したオイルなどを熱源として、点火プラグ１０による火花点火前に自己着火する異常燃焼である。また、膨張行程での自己着火も、カーボンスラッジや滴下したオイルなどを熱源として自己着火する異常燃焼である。
これに対し、ノッキングは、内燃機関１が金属性の音や振動を発する現象であり、前述の圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火は、ノッキングに含まれないノッキングとは異なる現象である。

ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号（アナログ電圧信号）をＡ／Ｄ変換して周期的に読み込み、読み込んだ電圧データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などによって周波数解析することで、電圧データからノッキング固有の周波数成分を抽出し、ノッキング固有の周波数成分の大きさが第１閾値を上回るときにノッキングの発生を検出する。
ここで、膨張行程での自己着火はノッキングが発生し得る領域で発生する場合があるが、図２に示すように、ノッキング固有の周波数成分と自己着火固有（異常燃焼固有）の周波数成分とは周波数域が異なるため、ノッキング固有の周波数成分の大きさを判定する構成では、膨張行程での自己着火の発生をノッキングとして誤検出することは避けられる。
なお、ノッキング固有の周波数成分は例えば７kHz近傍の周波数成分であり、自己着火固有（異常燃焼固有）の周波数成分は例えば２kHz近傍の周波数成分である。

一方、ＥＣＵ２０は、圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を、ノッキングの検出と同様に、振動センサ２７の検出信号の周波数解析によって検出する。
つまり、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号（電圧信号）をＡ／Ｄ変換して周期的に読み込み、読み込んだ電圧データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などによって周波数解析することで、電圧データから自己着火固有の周波数成分を抽出し、自己着火固有の周波数成分の大きさが第２閾値を上回るときに自己着火の発生を検出する。

そして、ＥＣＵ２０は、自己着火の検出タイミングが点火時期前であれば、圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）の発生を検出し、自己着火の検出タイミングが点火時期後であれば膨張行程での自己着火の発生を検出する。
このように、ＥＣＵ２０は、ノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの有無を検出する一方、ノッキング固有の周波数成分とは異なる検出信号の特性値である自己着火固有の周波数成分に基づき圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を検出する。

前述のように、ノッキング固有の周波数成分と自己着火固有の周波数成分とは周波数域が異なるから、自己着火固有の周波数成分の大きさを判定する構成では、ノッキングの発生を膨張行程での自己着火として誤検出することは避けられる。
このように、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号を周波数解析した結果に基づき、圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、更に、ノッキングをそれぞれ区別して検出する。

図３は、周波数解析によって自己着火及びノッキングを検出するＥＣＵ２０の機能ブロック図である。
振動センサ２７の検出信号（電圧信号）は、ＥＣＵ２０に内蔵されるＡ／Ｄ変換器２０ａでデジタルデータに変換され、ＥＣＵ２０が内蔵するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２０ｂに読み込まれる。

マイクロコンピュータ２０ｂは、Ａ／Ｄ変換器２０ａの出力データについて周波数解析を行う周波数解析部として、膨張行程の検知ウィンドウで周波数解析を行う膨張行程用周波数解析部２０１と、圧縮行程の検知ウィンドウで周波数解析を行う圧縮行程用周波数解析部２０２とを備え、更に、両周波数解析部２０１，２０２の検知ウィンドウを、クランク角センサ２１の出力に基づいて開閉する検知ウィンドウ開閉部２０３を備える。
膨張行程用周波数解析部２０１は、ノッキング固有の周波数成分（７kHz成分）及び自己着火固有の周波数成分（２kHz成分）を抽出して出力し、ノッキング固有の周波数成分は第１比較部２０４にて第１閾値と比較されることで、第１比較部（ノッキング検出部）２０４はノッキングの有無を示す信号を出力し、自己着火固有の周波数成分は第２比較部２０５にて第２閾値と比較されることで、第２比較部（膨張行程自己着火検出部）２０５は膨張行程での自己着火の有無を示す信号を出力する。

一方、圧縮行程用周波数解析部２０２は、自己着火固有の周波数成分を抽出して出力し、自己着火固有の周波数成分（２kHz成分）は第３比較部２０６にて第２閾値と比較されることで、第３比較部（圧縮行程自己着火検出部、プレイグニッション検出部）２０６は圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）の有無を示す信号を出力する。
比較部２０４，２０５，２０６の各出力は対策部２０７に入力され、対策部２０７は、ノッキングの有無、自己着火の有無に応じて、ノッキング対策（点火時期の遅角）、及び／又は、自己着火対策（燃料噴射量の増量、燃料カット）を実施する。

図４は、周波数解析によって圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、及び、ノッキングを検出する構成における検知ウィンドウを、内燃機関１が４気筒機関である場合を例として示す。
図４に示すように、ＥＣＵ２０において、圧縮上死点ＴＤＣ直前のクランク角で９０deg以内の領域（ＢＴＤＣ９０deg〜ＴＤＣ）が圧縮行程でのプレイグニッション（圧縮行程での自己着火）の検知ウィンドウとして設定され、また、圧縮上死点ＴＤＣ直後のクランク角で９０deg以内の領域（ＴＤＣ〜ＡＴＤＣ９０deg）が膨張行程での自己着火及びノッキングの検知ウィンドウとして設定される。

検知ウィンドウ開閉部２０３は、図４に示す検知ウィンドウにて周波数解析部２０１，２０２の周波数解析が行われるように、検知ウィンドウの開閉を制御する。
つまり、自己着火（異常燃焼）の判定領域は、圧縮行程の検知ウィンドウ及び膨張行程の検知ウィンドウからなり、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘って設定されかつノッキングの判定領域を含むことになり、圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）に加え、ノッキング判定領域内での自己着火をノッキングと区別して検出する。

また、図４に示した検知ウィンドウによると、点火間隔がクランク角で１８０degである４気筒機関において、気筒間で検知ウィンドウが重なることがないように、換言すれば、膨張行程の検知ウィンドウに他の気筒の圧縮行程の検知ウィンドウが重ならず、圧縮行程の検知ウィンドウに他の気筒の膨張行程の検知ウィンドウが重なることがないように、気筒毎の検知ウィンドウが設定されることになる。従って、検知ウィンドウ開閉部２０３は、各気筒別に検知ウィンドウの開閉を行うことになる。

図５は、圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、ノッキングのうちの少なくとも１つが発生したときに、ＥＣＵ２０が実施する対策処理（対策部２０７の処理内容）の一例を示す。
図５に示すように、ＥＣＵ２０は、圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、ノッキングそれぞれの発生状況の組み合わせに応じて対策パターンを選定する。

圧縮行程で自己着火（プレイグニッション）が発生し、ノッキング及び膨張行程での自己着火が発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、次回のプレイグニッション発生時に自己着火対策を実施する設定を行う。
自己着火対策として、ＥＣＵ２０は、燃料噴射量の増量、燃料カット、又は圧縮比の低下などを実施する。これらの対策によって燃焼室の温度上昇が抑制され、自己着火の発生が抑制される。

また、膨張行程で自己着火が発生し、ノッキング及び圧縮行程での自己着火が発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、自己着火対策を実施する。
また、膨張行程で自己着火が発生するとともにノッキングが発生し、圧縮行程で自己着火が発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、自己着火対策を実施し、更に、ノッキング対策を実施する。ノッキング対策として、ＥＣＵ２０は、点火時期の遅角補正、圧縮比の低下、ブーストの低下などを実施する。

ＥＣＵ２０は、膨張行程での自己着火とノッキングとを区別して検出するので、膨張行程で自己着火及びノッキングが発生した場合に、自己着火対策とノッキング対策とを並行して実施することができ、膨張行程での自己着火の対策又はノッキング対策の実施が遅れることを抑制できる。
また、圧縮行程で自己着火が発生し更に膨張行程でノッキングが発生し、膨張行程で自己着火が発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、ノッキング対策を実施し、更に、次回のプレイグニッション発生時に自己着火対策を実施する設定を行う。

また、圧縮行程で自己着火が発生するとともに膨張行程でも自己着火が発生し、ノッキングは発生しなかった場合、ＥＣＵ２０は、自己着火対策を実施する。
更に、圧縮行程で自己着火が発生し、膨張行程で自己着火及びノッキングが発生した場合、ＥＣＵ２０は、自己着火対策及びノッキング対策を実施する。

ここで、ＥＣＵ２０は、自己着火対策を実施する場合に、自己着火の規模（自己着火固有の周波数成分の大きさ）に応じて異なる対策処理を実施することができる。
ＥＣＵ２０は、例えば、自己着火が小規模（振動信号レベルが所定値ＯＳ１以下）であれば、燃料噴射量の増量を実施し、自己着火が中規模（振動信号レベルが所定値ＯＳ１を超え所定値ＯＳ２（ＯＳ１＜ＯＳ２）未満）であれば、燃料カットを実施し、自己着火が大規模（振動信号レベルが所定値ＯＳ２以上）であれば、次回のプレイグニッションの発生を待たずに燃料カットを実施することができる。

ところで、一定のＡ／Ｄ変換周期の下で、周波数解析による所定周波数成分の抽出を所定回数だけ実施する場合、一定の時間を要することになるが、内燃機関１の回転速度が速くなると、前記一定時間に相当するクランク角がより大きくなり、検知ウィンドウをクランク角９０degから拡大する必要が生じる場合がある。
その場合は、図６に示すように、他気筒の検知ウィンドウと重複することがないように、圧縮行程側の検知ウィンドウが上死点を超えて膨張行程側に拡大され、膨張行程側の検知ウィンドウが上死点を超えて圧縮行程側に拡大されることで、各気筒の圧縮行程から膨張行程までの間に両検知ウィンドウが収まるようにする。

但し、図６に示すように各検知ウィンドウを拡大させると、ＥＣＵ２０は、両検知ウィンドウが重なる領域で周波数解析を２重に実施することになって、ＥＣＵ２０の演算負荷が大きくなる。
そこで、内燃機関１の所定以上の高回転になって圧縮行程側の検知ウィンドウと膨張行程側の検知ウィンドウとが重なるようになると、ＥＣＵ２０は、両検知ウィンドウが重なる領域（オーバーラップ領域）で、例えば、圧縮行程での周波数解析の結果を膨張行程での自己着火の検出、ノッキング検出に用いるようにしたり、両検知ウィンドウが重なる領域では、圧縮行程の検知ウィンドウでの周波数解析を停止し、膨張行程の検知ウィンドウでの周波数解析によるノッキング及び膨張行程での自己着火の検出のみを行わせるように構成することができる。

なお、内燃機関１の回転が速くなったときにＡ／Ｄ変換周期（電圧データのサンプリング周期）を短くして、検知ウィンドウの角度領域の拡大を抑制することもできる。
また、上記の実施形態において、ＥＣＵ２０は、圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を、振動センサ２７の検出信号の周波数解析により得た自己着火固有の周波数成分を用いて検出するが、ＥＣＵ２０は、振動センサ２７の検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込んだ電圧データのレベル（電圧レベル）に基づき、圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を検出することができる。
つまり、ノッキングの検出に用いるノッキング固有の周波数成分とは異なる特性値である振動センサ２７の出力レベルに基づき、ＥＣＵ２０は、圧縮行程での自己着火及び膨張行程での自己着火を検出することができる。

自己着火を電圧データのレベルに基づき検出する場合、ＥＣＵ２０は、図７に示すように、膨張行程におけるノッキングの検知ウィンドウを圧縮上死点ＴＤＣ直後のクランク角で９０deg以内の領域（ＴＤＣ〜ＡＴＤＣ９０deg）に設定し、この検知ウィンドウにおける周波数解析によってノッキングを検出する。
また、ＥＣＵ２０は、図７に示すように、点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘りノッキングの検知ウィンドウを内包する領域を電圧判定領域（異常燃焼判定領域）として設定し、係る電圧判定領域において振動センサ２７の検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込んだ電圧データと電圧閾値とを比較して自己着火の有無を検出する。

ここで、ＥＣＵ２０は、圧縮行程において電圧データが電圧閾値を超えた場合は、プレイグニッションの発生を検出し、膨張行程において電圧データが電圧閾値を超えかつ周波数解析によってノッキングが略同時期に検出されていない場合に、所定レベルを超える圧力振動は自己着火によるものであるとして、自己着火の発生を検出する。
この場合も、圧縮行程での自己着火、膨張行程での自己着火、ノッキングをそれぞれ区別して検出することができ、膨張行程で自己着火及びノッキングが発生したときに、それぞれの発生を個別に検知して自己着火対策とノッキング対策とを並行して実施することができる。

図８は、周波数解析によるノッキングの検出と、センサ出力レベルによる自己着火の検出とを行うＥＣＵ２０の機能ブロック図である。
ＥＣＵ２０が内蔵するマイクロコンピュータ２０ｂは、Ａ／Ｄ変換器２０ａの出力データについて周波数解析を行ってノッキング固有の周波数成分（７kHz成分）を抽出するノッキング用周波数解析部２１０、ノッキング用周波数解析部２１０が周波数解析を行う膨張行程の検知ウィンドウを開閉する検知ウィンドウ開閉部２１１、ノッキング用周波数解析部２１０が出力するノッキング固有の周波数成分と第１閾値とを比較してノッキングの有無を示す信号を出力する第１比較部（ノッキング検出部）２１２、Ａ／Ｄ変換器２０ａの出力データ（電圧値）と電圧閾値とを比較するとともに第１比較部２１２の出力を参照して自己着火の有無を示す信号を出力する第２比較部（自己着火検出部）２１３、第１比較部２１２の出力及び第３比較部２１３の出力に基づきノッキング対策、自己着火対策を実施する対策部２１４の機能を有する。

また、ＥＣＵ２０は、膨張行程での自己着火、ノッキングについては、膨張行程に設定した検知ウィンドウにおける周波数解析によって求めた自己着火固有の周波数成分、ノッキング固有の周波数成分に基づき検出し、圧縮行程での自己着火（プレイグニッション）は、圧縮行程に設定した電圧判定領域（異常燃焼判定領域）において振動センサ２７の検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込んだ電圧データと電圧閾値とを比較して検出することができる。
また、ＥＣＵ２０による周波数成分に基づくノッキング、自己着火の検出、更に、センサ出力レベルに基づく自己着火の検出においては、検出感度を上げると燃料噴射などの背景雑音によってノッキングや自己着火の発生を誤検出する可能性がある。

そこで、ＥＣＵ２０は、ノッキングや自己着火が発生しないと推定される運転条件、例えば、内燃機関１がアイドル運転を含む低負荷低回転領域で運転されていているときに、周波数解析によって求めた自己着火固有の周波数成分、ノッキング固有の周波数成分、更に、センサ出力レベルを背景雑音として学習し、学習した背景雑音に基づき閾値を補正したり、抽出した周波数成分や読み込んだセンサ出力を背景雑音の学習値に基づく補正値により補正したりすることができる。

つまり、ＥＣＵ２０は、背景雑音が大きくなるほどノッキングや自己着火が検出され難くなる方向に、閾値及び／又は検出値（周波数成分、センサ出力）を補正する。
ここで、ＥＣＵ２０は、補正後の閾値や検出値（周波数成分、センサ出力）を補正するための補正値を、内燃機関１の運転条件毎に学習することができる。
また、周波数解析を実施する検知ウィンドウが広いと、ＥＣＵ２０の演算負荷が大きくなるので、余裕分を見込んで広く設定した初期の検知ウィンドウを複数に細分化し、細分化したウィンドウ毎のノッキング、自己着火の検出履歴から、検知ウィンドウから除外できる細分化ウィンドウを学習し、検知ウィンドウを短縮することができる。

図９は、周波数解析を行う検知ウィンドウの短縮学習を説明するための図である。
検知ウィンドウは初期設定状態で、例えば他の気筒の検知ウィンドウと重ならないクランク角９０deg領域に設定され、図９に示す例では、検知ウィンドウを細分化する細分化ウィンドウを前後の細分化ウィンドウと部分的に重なるように設定する。
そして、複数の細分化ウィンドウのうちで、自己着火固有の周波数成分及びノッキング固有の周波数成分のピーク値が検知されない細分化ウィンドウを特定し、当該細分化ウィンドウの期間を検知ウィンドウから除外することで、検知ウィンドウを短縮する。

上記の検知ウィンドウの短縮学習は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２０ｂの演算負荷が小さい状態で行うことで、学習に伴ってＥＣＵ２０の演算負荷が過大になることを抑制できる。マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２０ｂの演算負荷が小さい状態とは、例えば、内燃機関１の回転速度が所定速度以下で、他の学習処理（電制スロットルのストッパ位置学習など）が終了した後である。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
上記内燃機関１は、圧縮比可変機構１００を備える機関であるが、圧縮比可変機構１００を備えない機関についても本願発明を適用できることは明らかである。

また、自己着火及びノッキングの対策として、内燃機関１に噴射させる燃料（オクタン価）の切替えを実施する構成とすることができる。
また、振動センサ２７は、非共振型のセンサに限定されず、共振型のセンサを用いることができる。

また、ノッキング対策と自己着火対策とを個別に設定せず、ノッキングと自己着火との少なくとも一方が発生したときに圧縮比を下げる構成とすることができる。
また、内燃機関１は４気筒機関に限定されず、種々の火花点火機関に適用することが可能である。

１…内燃機関、２…燃焼室、９…燃料噴射弁、１０…点火プラグ、２０…ＥＣＵ、２１…クランク角センサ、２７…振動センサ

Claims (5)

1. 火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、ノッキング判定領域において前記検出信号のうちのノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出し、前記ノッキング判定領域を内包する異常燃焼判定領域においてノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値に基づいて異常燃焼の発生を検出する検出手段と、
   前記ノッキング判定領域及び前記異常燃焼判定領域の初期領域を複数の細分領域に細分化し、各細分領域でのノッキング，異常燃焼の検出履歴に基づき前記初期領域から除外する細分領域を設定し、前記ノッキング判定領域及び前記異常燃焼判定領域を更新する判定領域設定手段と、
   を含む、内燃機関の制御装置。
2. 前記判定領域設定手段は、前記細分領域を、前後の前記細分領域と部分的に重なるように設定する、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記判定領域設定手段は、前記ノッキング判定領域を細分化した細分領域のうちでノッキング固有の周波数成分のピーク値が検出されない細分領域を除外し、前記異常燃焼判定領域を細分化した細分領域のうちで異常燃焼固有の周波数成分のピーク値が検出されない細分領域を除外する、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記判定領域設定手段は、前記内燃機関の回転速度が所定速度よりも低いときに、前記ノッキング判定領域及び前記異常燃焼判定領域を更新するための処理を行う、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
5. 火花点火内燃機関の燃焼室における圧力振動を検出する振動センサの検出信号を入力し、
   膨張行程内のノッキング判定領域において前記検出信号からノッキング固有の周波数成分を抽出し、
   前記ノッキング固有の周波数成分に基づきノッキングの発生を検出し、
   点火時期前の圧縮行程から膨張行程に亘り前記ノッキング判定領域を含む異常燃焼判定領域において、ノッキング固有の周波数成分とは異なる前記検出信号の特性値を検出し、
   異常燃焼として点火時期前の圧縮行程での自己着火と膨張行程での自己着火とを前記特性値に基づき検出し、
   前記ノッキング判定領域及び前記異常燃焼判定領域の初期領域を複数の細分領域に細分化し、
   各細分領域でのノッキング，異常燃焼の検出履歴に基づき前記初期領域から除外する細分領域を設定し、
   前記ノッキング判定領域及び前記異常燃焼判定領域を更新する、
   内燃機関の異常燃焼検出方法。