JP2009002306A

JP2009002306A - Knocking determination device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2009002306A
Application number: JP2007166444A
Authority: JP
Inventors: Masato Kaneko; 理人金子; Kenji Kasashima; 健司笠島; Masatomo Yoshihara; 正朝吉原; Kenji Senda; 健次千田; Norihito Hanai; 紀仁花井; Yasuhiro Yamasako; 靖広山迫; Satoru Masuda; 哲枡田
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-01-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately determine whether or not knocking has occurred by comparing a detected vibration waveform and a knock waveform model determined as a reference in a section of a crank angle where vibration due to knocking appears. <P>SOLUTION: An engine ECU executes a program including steps of: setting the knock waveform model which is the reference of a waveform of vibration of the engine so that strength is decreased at a damping rate according to an engine rotational speed NE and a load (S106); calculating a correlation coefficient K by comparing the detected vibration waveform and the knock waveform model in a section of a crank angle where strength of the knock waveform model is greater than a threshold value V(0) (S112); and determining whether or not knocking has occurred by determining whether the correlation coefficient K is larger than the threshold value K(0) or not (S118, S122). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の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の有無を判定する技術に関する。 The present invention relates to a knocking determination device for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for determining the presence or absence of knocking based on a vibration waveform of the internal combustion engine.

従来より、内燃機関において発生するノッキング（ノック）を検出する様々な方法が提案されている。たとえば、内燃機関の振動の強度がしきい値よりも高いとノッキングが発生したと判定する技術がある。ところが、ノッキングが発生していなくても、たとえば吸気バルブや排気バルブが閉じる際に発生する振動などのノイズの強度がしきい値よりも高い場合がある。この場合、ノッキングが発生していないにもかかわらず、ノッキングが発生したと誤判定し得る。そこで、振動が発生するクランク角や減衰率など、強度以外の特性も考慮するために振動の波形に基づいてノッキングの有無を判定する技術が提案されている。 Conventionally, various methods for detecting knocking (knock) occurring in an internal combustion engine have been proposed. For example, there is a technique for determining that knocking has occurred when the intensity of vibration of an internal combustion engine is higher than a threshold value. However, even if knocking does not occur, the intensity of noise such as vibration generated when the intake valve or exhaust valve closes may be higher than a threshold value. In this case, it may be erroneously determined that knocking has occurred although knocking has not occurred. Therefore, in order to consider characteristics other than strength such as a crank angle at which vibration occurs and a damping rate, a technique for determining the presence or absence of knocking based on the vibration waveform has been proposed.

特開２００５−３３０９５４号公報（特許文献１）は、振動の波形を用いることによりノッキングが発生したか否かを精度よく判定する内燃機関のノッキング判定装置を開示する。特許文献１に記載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部と、内燃機関の振動の強度に関する値を検出するための振動検出部と、振動の強度に関する値を、検出された振動の強度に関する値のうちの最大値により除算した値に基づいて、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部と、内燃機関の振動の波形を予め記憶するための記憶部と、検出された波形と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判定部とを含む。判定部は、検出された波形および記憶された波形の偏差を表わす値に基づいてノッキングが発生したか否かを判別する。偏差を表わす値は、検出された波形における強度と記憶された波形における強度とのクランク角ごとの差の合計を、記憶された波形における強度をクランク角で積分した値で除算することにより算出される。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-330954 (Patent Document 1) discloses a knock determination device for an internal combustion engine that accurately determines whether or not knocking has occurred by using a vibration waveform. The knock determination device described in Patent Document 1 includes a crank angle detection unit for detecting a crank angle of an internal combustion engine, a vibration detection unit for detecting a value related to the vibration intensity of the internal combustion engine, and a value related to the vibration intensity. A waveform detector for detecting a waveform of vibration of the internal combustion engine during a predetermined crank angle based on a value obtained by dividing the value by the maximum value among the values relating to the detected vibration intensity, and an internal combustion engine And a determination unit for determining whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on a result of comparing the detected waveform with the stored waveform. including. The determination unit determines whether or not knocking has occurred based on the detected waveform and a value representing a deviation of the stored waveform. The value representing the deviation is calculated by dividing the sum of the differences in the detected waveform intensity and the stored waveform intensity for each crank angle by the value obtained by integrating the intensity in the stored waveform with the crank angle. The

この公報に記載のノッキング判定装置によれば、クランク角検出部が、内燃機関のクランク角を検出し、振動検出部が振動の強度に関する値を検出し、波形検出部が、振動の強度（大きさ）に関する値に基づいて、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。記憶部が、内燃機関の振動の波形を予め記憶し、判定部が、検出された波形と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。そのため、エンジン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。その結果、精度よくノッキングが発生したか否かを判定することができる。
特開２００５−３３０９５４号公報 According to the knocking determination device described in this publication, the crank angle detection unit detects the crank angle of the internal combustion engine, the vibration detection unit detects a value related to the vibration intensity, and the waveform detection unit detects the vibration intensity (large). The vibration waveform of the internal combustion engine during a predetermined crank angle is detected on the basis of the value related to (b). The storage unit stores in advance the vibration waveform of the internal combustion engine, and the determination unit determines whether knocking has occurred in the internal combustion engine based on the result of comparing the detected waveform with the stored waveform. . As a result, a knock waveform model, which is a vibration waveform when knocking occurs, is created and stored in advance by, for example, experiments, and knocking occurs by comparing this knock waveform model with the detected waveform. It can be determined whether or not. Therefore, it is possible to analyze in more detail whether or not the engine vibration is caused by knocking. As a result, it is possible to accurately determine whether knocking has occurred.
JP 2005-330954 A

ところで、内燃機関の出力軸回転数が小さい場合は大きい場合に比べて、たとえば１秒間にクランク角が大きくなる量が小さい。そのため、ノッキングに起因する振動が検出される時間の長さは同じであっても、ノッキングに起因する振動が検出されるクランク角の区間の長さは内燃機関の出力軸回転数に応じて変化し得る。したがって、ノック波形モデルが定められるクランク角の区間の長さが常に同じであると、ノッキングに起因する振動があられ得るクランク角に対して、ノック波形モデルが定められるクランク角の区間の長さが短い場合もしくは長い場合があり得る。これらの場合、ノッキングが発生したにもかかわらず、ノッキングが発生していないと誤って判定されうる。しかしながら、特開２００５−３３０９５４号公報には、このような課題に関する記載は何等ない。 By the way, when the output shaft rotational speed of the internal combustion engine is small, the amount of increase in the crank angle per second, for example, is small as compared with the case where it is large. Therefore, even if the length of time during which vibration due to knocking is detected is the same, the length of the crank angle section where vibration due to knocking is detected varies depending on the output shaft speed of the internal combustion engine. Can do. Therefore, if the length of the crank angle section in which the knock waveform model is determined is always the same, the length of the crank angle section in which the knock waveform model is determined is equal to the crank angle at which vibration due to knocking can occur. It can be short or long. In these cases, although knocking has occurred, it can be erroneously determined that knocking has not occurred. However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-330954 has no description regarding such a problem.

本発明は、上述の問題点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 of the present invention is to provide a knock determination device for an internal combustion engine that can accurately determine whether knock has occurred or not. is there.

第１の発明に係る内燃機関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手段と、クランク角に対応させて、内燃機関の振動の強度を検出するための手段と、内燃機関の振動の強度に基づいて、クランク角についての予め定められた区間における振動の波形を検出するための手段と、内燃機関の運転状態に応じた比率で、クランク角が大きくなるほど強度がより低下するように、内燃機関の振動の波形の基準である波形モデルを設定するための設定手段と、波形モデルにおける強度が予め定められた値よりも大きいクランク角の区間で、検出された波形および波形モデル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判定手段とを備える。 An internal combustion engine knock determination device according to a first aspect of the invention includes means for detecting a crank angle of the internal combustion engine, means for detecting the intensity of vibration of the internal combustion engine in correspondence with the crank angle, and the internal combustion engine. Based on the vibration intensity, the means for detecting the vibration waveform in a predetermined section with respect to the crank angle, and the ratio according to the operating state of the internal combustion engine, the strength decreases further as the crank angle increases. As described above, the setting means for setting the waveform model which is the reference of the waveform of the vibration of the internal combustion engine, and the detected waveform and waveform model in the section of the crank angle where the intensity in the waveform model is larger than a predetermined value And a determination means for determining whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on the result of the comparison.

この構成によると、内燃機関のクランク角が検出される。内燃機関の振動の強度がクランク角に対応して検出される。強度に基づいて、クランク角についての予め定められた区間における振動の波形が検出される。検出された波形と比較するために、内燃機関の振動の波形の基準である波形モデルが設定される。波形モデルは、内燃機関の運転状態に応じた比率で、クランク角が大きくなるほど強度がより低下するように設定される。波形モデルにおける強度が予め定められた値よりも大きいクランク角の区間で、検出された波形および波形モデル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が判定される。ところで、波形モデルは、内燃機関の運転状態に応じた比率で、クランク角が大きくなるほど強度がより低下するように設定される。したがって、波形モデルにおいて強度が低下する比率は変化する。強度が速やかに低下した場合、強度が緩やかに低下した場合に比べて、波形モデルにおいて強度が予め定められた値よりも大きくなるクランク角の区間が短くなり得る。これにより、検出された波形および波形モデルを比較するクランク角の区間を、内燃機関の運転状態に応じて変更することができる。そのため、ノッキングに起因する振動が明確に現れ得るクランク角の区間において、検出された波形と波形モデルとを比較することができる。その結果、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ができる。 According to this configuration, the crank angle of the internal combustion engine is detected. The intensity of vibration of the internal combustion engine is detected corresponding to the crank angle. Based on the intensity, a vibration waveform in a predetermined section with respect to the crank angle is detected. In order to compare with the detected waveform, a waveform model that is a reference for the waveform of the vibration of the internal combustion engine is set. The waveform model is set at a ratio corresponding to the operating state of the internal combustion engine so that the strength decreases as the crank angle increases. It is determined whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on the result of comparing the detected waveform and the waveform model in the section of the crank angle where the intensity in the waveform model is larger than a predetermined value. By the way, the waveform model is set such that the strength decreases as the crank angle increases at a ratio corresponding to the operating state of the internal combustion engine. Therefore, the rate at which the intensity decreases in the waveform model changes. When the strength is rapidly reduced, the crank angle section in which the strength is greater than a predetermined value in the waveform model may be shorter than when the strength is gradually lowered. Thereby, the section of the crank angle for comparing the detected waveform and the waveform model can be changed according to the operating state of the internal combustion engine. Therefore, it is possible to compare the detected waveform with the waveform model in a crank angle section in which vibration caused by knocking can clearly appear. As a result, it is possible to provide a knock determination device for an internal combustion engine that can accurately determine whether or not knocking has occurred.

第２の発明に係る内燃機関の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、設定手段は、隣接するクランク角のうちの小さい方のクランク角の強度に対して内燃機関の運転状態に応じた比率で大きい方のクランク角の強度が低下するように波形モデルを設定するための手段を含む。 In the knocking determination device for an internal combustion engine according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the setting means operates the operating state of the internal combustion engine with respect to the strength of the smaller crank angle of the adjacent crank angles. Means for setting the waveform model such that the strength of the larger crank angle is reduced at a ratio corresponding to

この構成によると、隣接するクランク角のうちの小さい方のクランク角の強度に対して内燃機関の運転状態に応じた比率で大きい方のクランク角の強度が低下するように波形モデルが設定される。これにより、クランク角が大きくなるにしたがって強度が滑らかに低下する波形モデルを設定することができる。そのため、ノッキングに起因する振動の波形との差異が少ない波形モデルを設定することができる。 According to this configuration, the waveform model is set so that the strength of the larger crank angle is reduced at a ratio corresponding to the operating state of the internal combustion engine with respect to the strength of the smaller crank angle of adjacent crank angles. . As a result, it is possible to set a waveform model in which the strength decreases smoothly as the crank angle increases. Therefore, it is possible to set a waveform model with a small difference from the vibration waveform caused by knocking.

第３の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、第２の発明の構成に加え、隣接するクランク角間の強度の差を予め定められた値以上に制限するための手段をさらに備える。 The knock determination device for an internal combustion engine according to the third invention further includes means for limiting the difference in strength between adjacent crank angles to a predetermined value or more in addition to the configuration of the second invention.

この構成によると、隣接するクランク角間の強度の差が予め定められた値以上に制限される。これにより、クランク角が大きくなるにしたがって波形モデルにおける強度が必ず低下するようにすることができる。そのため、強度の変動が小さい振動と波形モデルとの差を大きくすることができる。その結果、検出された振動の波形における強度の変動が小さいことからノッキングは発生していないと考えられる場合には、ノッキングが発生していと正しく判定することができる。 According to this configuration, the difference in strength between adjacent crank angles is limited to a predetermined value or more. As a result, the strength in the waveform model can be surely reduced as the crank angle increases. For this reason, the difference between the vibration having a small fluctuation in intensity and the waveform model can be increased. As a result, if it is considered that knocking has not occurred because the fluctuation in intensity in the detected vibration waveform is small, it can be correctly determined that knocking has not occurred.

第４の発明に係る内燃機関の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、内燃機関の出力軸回転数および負荷のうちの少なくともいずれか一つに応じて比率を設定するための比率設定手段をさらに備える。 A knock determination device for an internal combustion engine according to a fourth aspect of the invention includes a ratio according to at least one of the output shaft speed and the load of the internal combustion engine in addition to the configuration of any one of the first to third aspects of the invention. A ratio setting means for setting is further provided.

この構成によると、ノッキングに起因する振動の減衰率などは、内燃機関の出力軸回転数および負荷などに応じて変化するため、波形モデルにおいて強度が低下する比率は、内燃機関の出力軸回転数および負荷のうちの少なくともいずれか一つに応じて設定される。これにより、ノッキングに起因する振動の波形との差異が少ない波形モデルを設定することができる。 According to this configuration, since the damping rate of vibration caused by knocking changes according to the output shaft rotational speed and load of the internal combustion engine, the ratio at which the strength decreases in the waveform model is the output shaft rotational speed of the internal combustion engine. And at least one of the loads. Thereby, it is possible to set a waveform model with little difference from the vibration waveform caused by knocking.

第５の発明に係る内燃機関の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、比率設定手段は、内燃機関の出力軸回転数および負荷のうちの少なくともいずれか一つが小さいほど、強度がより低下するように比率を設定するための手段を含む。 In the internal combustion engine knock determination device according to the fifth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fourth aspect, the ratio setting means has a strength that decreases as at least one of the output shaft rotational speed and the load of the internal combustion engine decreases. Includes means for setting the ratio such that.

この構成によると、ノッキングに起因する振動が現れるクランク角の区間の長さは、内燃機関の出力軸回転数および負荷などが小さいほど短くなるため、波形モデルにおいて強度が低下する比率は、内燃機関の出力軸回転数および負荷のうちの少なくともいずれか一つが小さいほど、強度がより低下するように設定される。これにより、ノッキングに起因する振動の波形との差異が少ない波形モデルを設定することができる。 According to this configuration, the length of the crank angle section in which vibration due to knocking appears becomes shorter as the output shaft rotational speed and load of the internal combustion engine become smaller. The strength is set such that the lower the at least one of the output shaft speed and the load, the lower the strength. Thereby, it is possible to set a waveform model with little difference from the vibration waveform caused by knocking.

第６の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加え、判定手段は、検出された波形における強度および波形モデルにおける強度のクランク角毎の差の合計がしきい値より小さい場合に内燃機関にノッキングが発生したと判定するための手段と、検出された波形における強度および波形モデルにおける強度のクランク角毎の差の合計がしきい値より大きい場合に内燃機関にノッキングが発生していないと判定するための手段とを含む。 In the knock determination device for an internal combustion engine according to the sixth invention, in addition to the configuration of any one of the first to fifth inventions, the determination means includes a difference between the detected intensity in the waveform and the intensity in the waveform model for each crank angle. Means for determining that knocking has occurred in the internal combustion engine when the sum of the values is smaller than the threshold value, and the sum of the differences in the detected waveform intensity and the waveform model for each crank angle is greater than the threshold value And means for determining that knocking has not occurred in the internal combustion engine.

この構成によると、検出された波形における強度および波形モデルにおける強度のクランク角毎の差の合計がしきい値より小さい場合に内燃機関にノッキングが発生したと判定される。検出された波形における強度および波形モデルにおける強度のクランク角毎の差の合計がしきい値より大きい場合に内燃機関にノッキングが発生していないと判定される。これにより、波形モデルを用いて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 this configuration, it is determined that knocking has occurred in the internal combustion engine when the sum of the difference in the detected waveform and the magnitude in the waveform model for each crank angle is smaller than the threshold value. When the sum of the difference in the detected waveform and the intensity in the waveform model for each crank angle is larger than the threshold value, it is determined that knocking has not occurred in the internal combustion engine. Thereby, it is possible to accurately determine whether knocking has occurred using the waveform model.

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一である。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.

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。このエンジン１００には複数の気筒が設けられる。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。なお、エンジンＥＣＵ２００により実行されるプログラムをＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に記録して市場に流通させてもよい。 With reference to FIG. 1, a vehicle engine 100 equipped with a knock determination device according to an embodiment of the present invention will be described. The engine 100 is provided with a plurality of cylinders. The knocking determination device according to the present embodiment is realized by a program executed by an engine ECU (Electronic Control Unit) 200, for example. The program executed by engine ECU 200 may be recorded on a recording medium such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc) and distributed to the market.

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。点火時期は、出力トルクが最大になるＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）になるように制御されるが、ノッキングが発生した場合など、エンジン１００の運転状態に応じて遅角されたり、進角されたりする。 Engine 100 is an internal combustion engine that burns an air-fuel mixture of air sucked from air cleaner 102 and fuel injected from injector 104 by igniting with an ignition plug 106 in a combustion chamber. The ignition timing is controlled to be MBT (Minimum advance for Best Torque) that maximizes the output torque, but is retarded or advanced according to the operating state of the engine 100 such as when knocking occurs. Or

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 piston 108 is pushed down by the combustion pressure, and the crankshaft 110 rotates. The combusted air-fuel mixture (exhaust gas) is purified by the three-way catalyst 112 and then discharged outside the vehicle. The amount of air taken into engine 100 is adjusted by throttle valve 114.

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、エアフローメータ３１４とが接続されている。 Engine 100 is controlled by engine ECU 200. The engine ECU 200 includes a knock sensor 300, a water temperature sensor 302, a crank position sensor 306 provided facing the timing rotor 304, a throttle opening sensor 308, a vehicle speed sensor 310, an ignition switch 312, and an air flow meter. 314 is connected.

ノックセンサ３００は、エンジン１００のシリンダブロックに設けられる。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、電圧を表わす信号をエンジン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、検出結果を表わす信号を、エンジンＥＣＵ２００に送信する。 Knock sensor 300 is provided in a cylinder block of engine 100. Knock sensor 300 is composed of a piezoelectric element. Knock sensor 300 generates a voltage due to vibration of engine 100. The magnitude of the voltage corresponds to the magnitude of the vibration. Knock sensor 300 transmits a signal representing a voltage to engine ECU 200. Water temperature sensor 302 detects the temperature of the cooling water in the water jacket of engine 100 and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 200.

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、クランクポジションセンサ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、起電力を表わす信号を、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、クランク角およびクランクシャフト１１０の回転数を検出する。 The timing rotor 304 is provided on the crankshaft 110 and rotates together with the crankshaft 110. A plurality of protrusions are provided on the outer periphery of the timing rotor 304 at predetermined intervals. The crank position sensor 306 is provided to face the protrusion of the timing rotor 304. When the timing rotor 304 rotates, the air gap between the protrusion of the timing rotor 304 and the crank position sensor 306 changes, so that the magnetic flux passing through the coil portion of the crank position sensor 306 increases and decreases, and an electromotive force is generated in the coil portion. . Crank position sensor 306 transmits a signal representing the electromotive force to engine ECU 200. Engine ECU 200 detects the crank angle and the rotational speed of crankshaft 110 based on the signal transmitted from crank position sensor 306.

スロットル開度センサ３０８は、スロットル開度を検出し、検出結果を表わす信号をエンジン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、検出結果を表わす信号をエンジン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。エアフローメータ３１４は、エンジン１００に吸入される空気量を検出し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。 Throttle opening sensor 308 detects the throttle opening and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 200. Vehicle speed sensor 310 detects the number of rotations of a wheel (not shown) and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 200. Engine ECU 200 calculates the vehicle speed from the rotational speed of the wheel. Ignition switch 312 is turned on by the driver when engine 100 is started. Air flow meter 314 detects the amount of air taken into engine 100 and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 200.

エンジンＥＣＵ２００は、電源である補機バッテリ３２０から供給された電力により作動する。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、ＲＯＭ（Read Only Memory）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。 Engine ECU 200 is operated by electric power supplied from auxiliary battery 320 as a power source. The engine ECU 200 performs arithmetic processing based on signals transmitted from the sensors and the ignition switch 312, a map and a program stored in a ROM (Read Only Memory) 202, so that the engine 100 enters a desired operating state. Control equipment.

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, engine ECU 200 determines a predetermined knock detection gate (a predetermined second crank angle from a predetermined first crank angle based on a signal and a crank angle transmitted from knock sensor 300). The vibration waveform of the engine 100 (hereinafter referred to as a vibration waveform) is detected in the period up to this point), and whether or not knocking has occurred in the engine 100 is determined based on the detected vibration waveform. The knock detection gate in the present embodiment is from top dead center (0 degree) to 90 degrees in the combustion stroke. The knock detection gate is not limited to this.

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。ノッキングに起因して発生する振動の周波数は一定ではなく、所定の帯域幅を有する。 When knocking occurs, vibration of a frequency near the frequency indicated by the solid line in FIG. The frequency of vibration generated due to knocking is not constant and has a predetermined bandwidth.

振動を検出する周波数帯の帯域幅が広いと、ノッキングに起因して発生する振動以外のノイズ（たとえば筒内噴射用インジェクタや給排気バルブの着座による振動）を含む可能性が高くなる。 If the bandwidth of the frequency band for detecting vibration is wide, there is a high possibility that noise other than vibration generated due to knocking (for example, vibration due to seating of an in-cylinder injector or an intake / exhaust valve) will be included.

逆に、振動を検出する帯域幅を狭くすると、検出される振動の強度に含まれるノイズ成分を抑制することができる反面、振動波形からもノイズ成分の特徴的な部分（振動の発生タイミングや減衰率など）が除去される。この場合、実際はノイズ成分に起因する振動であっても、ノイズ成分を含まない振動波形、すなわちノッキング時における振動波形に類似した波形が検出される。そのため、振動波形からノッキングに起因する振動とノイズに起因する振動とを区別し難くなる。 Conversely, narrowing the bandwidth for detecting vibrations can suppress the noise component included in the detected vibration intensity, but on the other hand, the characteristic part of the noise component from the vibration waveform (vibration occurrence timing and attenuation) Rate) is removed. In this case, even if the vibration is actually caused by a noise component, a vibration waveform not including the noise component, that is, a waveform similar to the vibration waveform at the time of knocking is detected. For this reason, it is difficult to distinguish vibrations caused by knocking and vibrations caused by noise from the vibration waveform.

そこで、本実施の形態においては、ノッキングに特有の振動を精度よく取り込むため、帯域幅が狭く設定された第１の周波数帯Ａ、第２の周波数帯Ｂおよび第３の周波数帯Ｃにおける振動が検出される。 Therefore, in the present embodiment, vibrations in the first frequency band A, the second frequency band B, and the third frequency band C, in which the bandwidth is set to be narrow, are taken in order to accurately capture vibrations specific to knocking. Detected.

一方、ノイズの発生時にはノイズを考慮してノッキングが発生したか否かを判定するため、ノイズを取り込むように、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃを含む広域の第４の周波数帯Ｄにおける振動が検出される。 On the other hand, in order to determine whether or not knocking has occurred in consideration of noise when noise is generated, the fourth frequency in a wide range including the first frequency band A to the third frequency band C so as to capture noise. Vibrations in band D are detected.

図３に示すように、エンジンＥＣＵ２００は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部４００と、バンドパスフィルタ（１）４１１と、バンドパスフィルタ（２）４１２と、バンドパスフィルタ（３）４１３と、バンドパスフィルタ（４）４１４と、積算部４２０とを含む。 As shown in FIG. 3, engine ECU 200 includes an A / D (analog / digital) converter 400, a bandpass filter (1) 411, a bandpass filter (2) 412, and a bandpass filter (3) 413. , A band pass filter (4) 414 and an integrating unit 420.

バンドパスフィルタ（１）４１１は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、第１の周波数帯Ａの信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（１）４１１により、ノックセンサ３００が検出した振動から、第１の周波数帯Ａの振動のみが抽出される。 The bandpass filter (1) 411 passes only the signal of the first frequency band A among the signals transmitted from the knock sensor 300. That is, only the vibration in the first frequency band A is extracted from the vibration detected by knock sensor 300 by bandpass filter (1) 411.

バンドパスフィルタ（２）４１２は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、第２の周波数帯Ｂの信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（２）４１２により、ノックセンサ３００が検出した振動から、第２の周波数帯Ｂの振動のみが抽出される。 The bandpass filter (2) 412 passes only the signal of the second frequency band B among the signals transmitted from the knock sensor 300. That is, only the vibration in the second frequency band B is extracted from the vibration detected by knock sensor 300 by bandpass filter (2) 412.

バンドパスフィルタ（３）４１３は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、第３の周波数帯Ｃの信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（３）４１３により、ノックセンサ３００が検出した振動から、第３の周波数帯Ｃの振動のみが抽出される。 Bandpass filter (3) 413 passes only the signal in third frequency band C among the signals transmitted from knock sensor 300. That is, only the vibration in the third frequency band C is extracted from the vibration detected by knock sensor 300 by bandpass filter (3) 413.

バンドパスフィルタ（４）４１４は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、第４の周波数帯Ｄの信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（４）４１４により、ノックセンサ３００が検出した振動から、第４の周波数帯Ｄの振動のみが抽出される。 The bandpass filter (4) 414 passes only the signal in the fourth frequency band D among the signals transmitted from the knock sensor 300. That is, only the vibration in the fourth frequency band D is extracted from the vibration detected by the knock sensor 300 by the bandpass filter (4) 414.

積算部４２０は、バンドパスフィルタ（１）４１１〜バンドパスフィルタ（４）４１４により選別された信号、すなわち振動の強度を、クランク角度で５度分づつ積算した積算値（以下、５度積算値とも記載する）を算出する。５度積算値の算出は、周波数帯ごとに行なわれる。 The integration unit 420 integrates the signals selected by the bandpass filter (1) 411 to the bandpass filter (4) 414, that is, the intensity of vibration, by 5 degrees at a crank angle (hereinafter referred to as an integrated value of 5 degrees). (Also described). The 5-degree integrated value is calculated for each frequency band.

さらに、算出された第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの５度積算値は、クランク角度に対応して加算される。すなわち、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの振動波形が合成される。 Further, the calculated 5-degree integrated value of the first frequency band A to the third frequency band C is added corresponding to the crank angle. That is, the vibration waveforms in the first frequency band A to the third frequency band C are synthesized.

したがって、本実施の形態においては、図４に示すように、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形と第４の周波数帯Ｄの振動波形とが、エンジン１００の振動波形として用いられる。第４の周波数帯Ｄの振動波形（５度積算値）は合成されずに、単独で用いられる。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the combined waveform of first frequency band A to third frequency band C and the vibration waveform of fourth frequency band D are the vibration waveforms of engine 100. Used as The vibration waveform (5-degree integrated value) in the fourth frequency band D is used alone without being synthesized.

検出された振動波形のうち、第４の周波数帯Ｄの振動波形は、図５に示すように、強度が最大になるクランク角以降のクランク角において、ノック波形モデルと比較される。ノック波形モデルは、エンジン１００の振動波形の基準として定められる。本実施の形態において、ノック波形モデルの強度は、第４の周波数帯Ｄの振動波形が検出される度に設定される。すなわち、ノック波形モデルの強度は、１点火サイクル毎に定められる。 Among the detected vibration waveforms, the vibration waveform in the fourth frequency band D is compared with the knock waveform model at the crank angle after the crank angle at which the intensity is maximum, as shown in FIG. The knock waveform model is determined as a reference for the vibration waveform of engine 100. In the present embodiment, the strength of the knock waveform model is set every time a vibration waveform in the fourth frequency band D is detected. That is, the strength of the knock waveform model is determined for each ignition cycle.

ノック波形モデルにおける強度は、第４の周波数帯Ｄの振動波形の強度（５度積算値）に基づいて設定される。より具体的には、ノック波形モデルにおける強度の最大値が、第４の周波数帯Ｄの振動波形の強度の最大値と同じになるように設定される。 The strength in the knock waveform model is set based on the strength (5-degree integrated value) of the vibration waveform in the fourth frequency band D. More specifically, the maximum intensity value in the knock waveform model is set to be the same as the maximum intensity value of the vibration waveform in the fourth frequency band D.

一方、最大値以外の強度は、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン１００の負荷に応じて設定される。より具体的には、隣接するクランク角における強度の減衰率が、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン１００の負荷をパラメータに有するマップに従って設定される。 On the other hand, the intensity other than the maximum value is set according to the engine speed NE and the load of the engine 100. More specifically, the attenuation rate of the intensity at the adjacent crank angle is set according to a map having the engine speed NE and the load of engine 100 as parameters.

したがって、たとえば、２５％の減衰率で、クランク角で２０度分の強度を設定する場合、図６に示すように、２５％ずつ強度が減少する。すなわち、隣接するクランク角のうちの小さい方のクランク角の強度に対して一定の減衰率で大きい方のクランク角の強度が低下するようにノック波形モデルが定められる。なお、本実施の形態において、隣接するクランク角とは、５度積算値が隣接するクランク角を意味する。ノック波形モデルを設定する方法については、後でさらに詳細に説明する。 Therefore, for example, when an intensity of 20 degrees is set in the crank angle with an attenuation rate of 25%, the intensity decreases by 25% as shown in FIG. That is, the knock waveform model is determined so that the strength of the larger crank angle is lowered at a constant attenuation rate with respect to the strength of the smaller crank angle of adjacent crank angles. In the present embodiment, the adjacent crank angle means a crank angle adjacent to the 5-degree integrated value. A method of setting the knock waveform model will be described in detail later.

振動波形とノック波形モデルとは、図７に示すように、ノック波形モデルにおける振動の強度がしきい値Ｖ（０）よりも大きいクランク角の区間で比較される。すなわち、ノック波形モデルのうち、しきい値Ｖ（０）以下の部分は用いられない。以下、振動波形とノック波形モデルとを比較する区間、すなわち、ノック波形モデルの強度がしきい値Ｖ（０）よりも大きい区間を、比較区間とも記載する。 As shown in FIG. 7, the vibration waveform and the knock waveform model are compared in a section of a crank angle in which the vibration intensity in the knock waveform model is larger than the threshold value V (0). That is, the portion of the knock waveform model that is equal to or lower than the threshold value V (0) is not used. Hereinafter, a section in which the vibration waveform and the knock waveform model are compared, that is, a section in which the magnitude of the knock waveform model is larger than the threshold value V (0) is also referred to as a comparison section.

本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００は、振動波形がノック波形モデルに類似する度合を表わす（振動波形とノック波形モデルとの偏差を表わす）相関係数Ｋを算出する。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、振動波形における強度とノック波形モデルにおける強度との差の絶対値（ズレ量）をクランク角ごと（５度ごと）に算出することにより、相関係数Ｋが算出される。なお、５度以外のクランク角ごとに振動波形における強度とノック波形モデルにおける強度との差の絶対値を算出するようにしてもよい。 In the present embodiment, engine ECU 200 calculates correlation coefficient K representing the degree to which the vibration waveform is similar to the knock waveform model (representing the deviation between the vibration waveform and the knock waveform model). The absolute value of the difference between the magnitude in the vibration waveform and the magnitude in the knock waveform model is the state in which the timing at which the magnitude of the vibration in the vibration waveform becomes maximum coincides with the timing at which the magnitude of vibration in the knock waveform model becomes maximum. The correlation coefficient K is calculated by calculating (quantity) for each crank angle (every 5 degrees). The absolute value of the difference between the intensity in the vibration waveform and the intensity in the knock waveform model may be calculated for each crank angle other than 5 degrees.

ここで、振動波形における強度とノック波形モデルにおける強度とのクランク角ごとの差の絶対値をΔＳ（Ｉ）（Ｉは自然数）とおく。図８において斜線で示すように、ノック波形モデルの振動の強度を比較区間分だけ合計した値、すなわち、比較区間分のノック波形モデルの面積をＳとおく。相関係数Ｋは、下記の式（１）を用いて算出される。 Here, the absolute value of the difference for each crank angle between the intensity in the vibration waveform and the intensity in the knock waveform model is set to ΔS (I) (I is a natural number). 8, the value obtained by summing the vibration intensity of the knock waveform model for the comparison section, that is, the area of the knock waveform model for the comparison section, is denoted by S. The correlation coefficient K is calculated using the following equation (1).

Ｋ＝（Ｓ−ΣΔＳ（Ｉ））／Ｓ・・・（１）
ΣΔＳ（Ｉ）は、比較区間におけるΔＳ（Ｉ）の総和である。 K = (S−ΣΔS (I)) / S (1)
ΣΔS (I) is the sum of ΔS (I) in the comparison section.

本実施の形態においては、エンジン回転数ＮＥがしきい値ＮＥ（１）より小さい場合、図８において斜線で示すように、比較区間において、ノック波形モデルの強度から正値の基準値を減算した値の合計が、ノック波形モデルの面積Ｓとして用いられる。すなわち、比較区間において、基準値以上の強度が占める面積が、ノック波形モデルの面積Ｓとして用いられる。一方、エンジン回転数ＮＥがしきい値ＮＥ（１）以上である場合、図９において斜線で示すように、比較区間分のノック波形モデルの面積Ｓの全てを用いて相関係数Ｋが算出される。なお、基準値には、たとえば、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の最小値が用いられる。なお、相関係数Ｋの算出方法はこれに限らない。 In the present embodiment, when the engine speed NE is smaller than the threshold value NE (1), a positive reference value is subtracted from the strength of the knock waveform model in the comparison section, as indicated by hatching in FIG. The sum of the values is used as the area S of the knock waveform model. That is, the area occupied by the intensity equal to or higher than the reference value in the comparison section is used as the area S of the knock waveform model. On the other hand, when the engine speed NE is equal to or greater than the threshold value NE (1), the correlation coefficient K is calculated using all the area S of the knock waveform model for the comparison section, as indicated by the oblique lines in FIG. The As the reference value, for example, the minimum value of the intensity in the vibration waveform in the fourth frequency band D is used. Note that the method of calculating the correlation coefficient K is not limited to this.

さらに、エンジンＥＣＵ２００は、図１０において斜線で示すように、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形における５度積算値の合計を用いて、ノック強度Ｎを算出する。 Further, engine ECU 200 calculates knock magnitude N by using the sum of the 5-degree integrated values in the combined waveforms of first frequency band A to third frequency band C, as indicated by hatching in FIG.

合成波形における５度積算値の合計を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の振動の強度を表わす値をＢＧＬ（Back Ground Level）とおくと、ノック強度Ｎは、Ｎ＝Ｐ／ＢＧＬという方程式で算出される。ＢＧＬは、たとえばシミュレーションや実験などに基づいて予め定められ、ＲＯＭ２０２に記憶される。なお、ノック強度Ｎの算出方法はこれに限らない。 When the sum of the 5-degree integrated values in the combined waveform is P, and a value representing the vibration intensity of the engine 100 in a state where the engine 100 is not knocked is BGL (Back Ground Level), the knock intensity N is N = P / BGL. The BGL is determined in advance based on, for example, simulation or experiment, and is stored in the ROM 202. The method for calculating knock magnitude N is not limited to this.

本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００は、算出されたノック強度ＮとＲＯＭ２０２に記憶されたしきい値Ｖ（Ｊ）とを比較し、さらに相関係数ＫとＲＯＭ２０２に記憶されたしきい値Ｋ（０）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１点火サイクルごとに判定する。 In the present embodiment, engine ECU 200 compares calculated knock magnitude N with threshold value V (J) stored in ROM 202, and further, correlation coefficient K and threshold value K ( 0) and whether or not knocking has occurred in engine 100 is determined for each ignition cycle.

図１１を参照して、本実施の形態に係るノッキング判定装置であるエンジンＥＣＵ２００の機能について説明する。なお、以下に説明する機能はソフトウェアにより実現するようにしてもよく、ハードウェアにより実現するようにしてもよい。 With reference to FIG. 11, the function of engine ECU 200 which is the knock determination device according to the present embodiment will be described. Note that the functions described below may be realized by software or hardware.

エンジンＥＣＵ２００は、クランク角検出部２１０と、強度検出部２２０と、波形検出部２３０と、設定部２４０と、制限部２５０と、ノッキング判定部２６０とを含む。 Engine ECU 200 includes a crank angle detection unit 210, an intensity detection unit 220, a waveform detection unit 230, a setting unit 240, a limiting unit 250, and a knocking determination unit 260.

クランク角検出部２１０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 crank angle detection unit 210 detects the crank angle based on the signal transmitted from the crank position sensor 306.

強度検出部２２０は、ノックセンサ３００から送信された信号に基づいて、ノック検出ゲートにおける振動の強度を検出する。振動の強度は、クランク角に対応させて検出される。また、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。 Based on the signal transmitted from knock sensor 300, intensity detector 220 detects the intensity of vibration at the knock detection gate. The intensity of vibration is detected corresponding to the crank angle. The intensity of vibration is expressed by the output voltage value of knock sensor 300. The intensity of vibration may be represented by a value corresponding to the output voltage value of knock sensor 300.

波形検出部２３０は、振動の強度をクランク角で５度分づつ積算することにより、ノック検出ゲートにおける振動波形を検出する。 The waveform detector 230 detects the vibration waveform at the knock detection gate by integrating the vibration intensity by 5 degrees in terms of crank angle.

設定部２４０は、ノック波形モデルを設定する。前述したように、ノック波形モデルにおける強度の最大値が、第４の周波数帯Ｄの振動波形の強度の最大値と同じになるようにノック波形モデルの強度が設定される。ノック波形モデルの減衰率は、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン１００の負荷に応じて設定される。図１２に示すように、エンジン回転数ＮＥが小さいほど、減衰率がより大きくなるように設定される。すなわち、エンジン回転数ＮＥが小さいほど、強度がより低下するようにノック波形モデルが設定される。同様に、エンジン１００の負荷が小さいほど、減衰率がより大きくなるように設定される。すなわち、エンジン１００の負荷が小さいほど、強度がより低下するようにノック波形モデルが設定される。なお、エンジン回転数ＮＥおよび負荷のうちのいずれか一方のみを用いて減衰率を設定するようにしてもよい。 Setting unit 240 sets a knock waveform model. As described above, the magnitude of the knock waveform model is set so that the maximum value of the intensity in the knock waveform model is the same as the maximum value of the intensity of the vibration waveform in the fourth frequency band D. The attenuation rate of the knock waveform model is set according to engine speed NE and engine 100 load. As shown in FIG. 12, the attenuation rate is set to be larger as the engine speed NE is smaller. That is, the knock waveform model is set so that the strength decreases as the engine speed NE decreases. Similarly, the attenuation rate is set to be larger as the load of engine 100 is smaller. That is, the knock waveform model is set so that the strength decreases as the load on engine 100 decreases. Note that the attenuation rate may be set using only one of the engine speed NE and the load.

前述したように、ノック波形モデルのうち、しきい値Ｖ（０）以下の部分は用いられない。したがって、ノック波形モデルを利用するクランク角の区間は、減衰率に応じて変化する。すなわち、ノック波形モデルを利用するクランク角の区間は、エンジン回転数ＮＥおよび負荷に応じて変化する。 As described above, the portion below the threshold value V (0) in the knock waveform model is not used. Therefore, the crank angle section using the knock waveform model changes according to the attenuation rate. That is, the crank angle section using the knock waveform model changes according to the engine speed NE and the load.

制限部２５０は、ノック波形モデルの強度の減衰量（隣接するクランク角間の強度の差）を制限値ΔＶ（０）以上に制限する。たとえば、図１３において破線で示すように、減衰量が制限値ΔＶ（０）より大きい場合は、実線で示すように減衰量が制限値ΔＶ（０）になるようノック波形モデルが補正される。なお、図１３は、ノック波形モデルの一部を示す。 Limiting unit 250 limits the amount of attenuation of the knock waveform model (the difference in strength between adjacent crank angles) to a limit value ΔV (0) or more. For example, as shown by the broken line in FIG. 13, when the attenuation is larger than the limit value ΔV (0), the knock waveform model is corrected so that the attenuation becomes the limit value ΔV (0) as shown by the solid line. FIG. 13 shows a part of the knock waveform model.

ノッキング判定部２６０は、ノック強度Ｎがしきい値Ｖ（Ｊ）より大きく、かつ相関係数Ｋがしきい値Ｋ（０）より大きい場合、ノッキングが発生したと判定する。一方、ノック強度Ｎがしきい値Ｖ（Ｊ）以下である場合、または相関係数Ｋがしきい値Ｋ（０）以下である場合、ノッキングが発生していないと判定される。 Knock determination unit 260 determines that knocking has occurred when knock magnitude N is greater than threshold value V (J) and correlation coefficient K is greater than threshold value K (0). On the other hand, when knock magnitude N is equal to or lower than threshold value V (J), or when correlation coefficient K is equal to or lower than threshold value K (0), it is determined that knocking has not occurred.

ここで、前述した式（１）は、
Ｋ＝１−ΣΔＳ（Ｉ）／Ｓ・・・（２）
と変形できる。 Here, the above-described equation (1) is
K = 1−ΣΔS (I) / S (2)
And can be transformed.

さらに式（２）は、
ΣΔＳ（Ｉ）＝（１−Ｋ）×Ｓ・・・（３）
と変形できる。したがって、相関係数Ｋがしきい値Ｋ（０）よりも大きいということは、ΣΔＳ（Ｉ）が（１−Ｋ（０））×Ｓよりも小さいということと同じである。逆に、と変形できる。したがって、相関係数Ｋがしきい値Ｋ（０）以下ということは、ΣΔＳ（Ｉ）が（１−Ｋ（０））×Ｓ以上ということと同じである。 Furthermore, equation (2) is
ΣΔS (I) = (1−K) × S (3)
And can be transformed. Therefore, the fact that the correlation coefficient K is larger than the threshold value K (0) is the same as that ΣΔS (I) is smaller than (1−K (0)) × S. Conversely, it can be transformed. Therefore, the correlation coefficient K being equal to or less than the threshold value K (0) is the same as ΣΔS (I) being equal to or greater than (1−K (0)) × S.

図１４を参照して、本実施の形態に係るノッキング判定装置であるエンジンＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは、予め定められた周期で（たとえば１点火サイクル毎に）繰り返し実行される。 Referring to FIG. 14, a control structure of a program executed by engine ECU 200 that is the knocking determination device according to the present embodiment will be described. The program described below is repeatedly executed at a predetermined cycle (for example, every ignition cycle).

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、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。 In step (hereinafter step is abbreviated as S) 100, engine ECU 200 detects the crank angle based on the signal transmitted from crank position sensor 306.

Ｓ１０２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、クランク角に対応させて、エンジン１００の振動の強度を検出する。 In S102, engine ECU 200 detects the intensity of vibration of engine 100 in accordance with the crank angle based on the signal transmitted from knock sensor 300.

Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノックセンサ３００の出力電圧値（振動の強度を表わす値）を、クランク角で５度ごとに（５度分だけ）積算した５度積算値を算出することにより、エンジン１００の振動波形を検出する。すなわち、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形と、第４の周波数帯Ｄの振動波形が検出される。 In S104, engine ECU 200 calculates a 5-degree integrated value obtained by integrating the output voltage value of knock sensor 300 (a value representing the intensity of vibration) every 5 degrees (for 5 degrees) in crank angle. A vibration waveform of engine 100 is detected. That is, a combined waveform of the first frequency band A to the third frequency band C and a vibration waveform of the fourth frequency band D are detected.

Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、エンジン回転数ＮＥおよび負荷に応じてノック波形モデルを設定する。Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック波形モデルにおいて、隣接するクランク角間の強度の減衰量が制限値ΔＶ（０）以上であるか否かを判断する。減衰量が制限値ΔＶ（０）以上であると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。もしそうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１０に移される。 In S106, engine ECU 200 sets a knock waveform model in accordance with engine speed NE and the load. In S108, engine ECU 200 determines whether or not the magnitude attenuation between adjacent crank angles is equal to or greater than limit value ΔV (0) in the knock waveform model. If the attenuation is greater than or equal to limit value ΔV (0) (YES in S108), the process proceeds to S112. If not (NO in S108), the process proceeds to S110.

Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、減衰量が制限値ΔＶ（０）より小さい部分の減衰量が制限値ΔＶ（０）になるようノック波形モデルを補正する。 In S110, engine ECU 200 corrects the knock waveform model so that the attenuation amount of the portion where the attenuation amount is smaller than the limit value ΔV (0) becomes the limit value ΔV (0).

Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、相関係数Ｋを算出する。Ｓ１１４にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック強度Ｎを算出する。 In S112, engine ECU 200 calculates correlation coefficient K. In S114, engine ECU 200 calculates knock magnitude N.

Ｓ１１６にて、エンジンＥＣＵ２００は、相関係数Ｋがしきい値Ｋ（０）より大きく、かつノック強度Ｎがしきい値Ｖ（Ｊ）よりも大きいか否かを判定する。相関係数Ｋがしきい値Ｋ（０）より大きく、かつノック強度Ｎがしきい値Ｖ（Ｊ）よりも大きいと（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１８に移される。もしそうでないと（Ｓ１１６にてＮＯ）、処理はＳ１２２に移される。 In S116, engine ECU 200 determines whether or not correlation coefficient K is greater than threshold value K (0) and knock magnitude N is greater than threshold value V (J). If correlation coefficient K is greater than threshold value K (0) and knock magnitude N is greater than threshold value V (J) (YES in S114), the process proceeds to S118. If not (NO in S116), the process proceeds to S122.

Ｓ１１８にて、エンジンＥＣＵ２００は、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。 In S118, engine ECU 200 determines that knocking has occurred. In S120, engine ECU 200 retards the ignition timing.

Ｓ１２２にて、エンジンＥＣＵ２００は、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 S122, engine ECU 200 determines that knocking has not occurred. In S124, engine ECU 200 advances the ignition timing.

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であるエンジンＥＣＵ２００の動作について説明する。 An operation of engine ECU 200 that is the knock determination device according to the present embodiment based on the above-described structure and flowchart will be described.

エンジン１００の運転中、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、クランク角が検出される（Ｓ１００）。ノックセンサ３００から送信された信号に基づいて、クランク角に対応させて、エンジン１００の振動の強度が検出される（Ｓ１０２）。５度積算値を算出することにより、エンジン１００の振動波形が検出される（Ｓ１０４）。 During operation of engine 100, the crank angle is detected based on the signal transmitted from crank position sensor 306 (S100). Based on the signal transmitted from knock sensor 300, the intensity of vibration of engine 100 is detected in correspondence with the crank angle (S102). By calculating the 5-degree integrated value, the vibration waveform of the engine 100 is detected (S104).

振動波形と比較されるノック波形モデルがエンジン回転数ＮＥおよび負荷に応じて設定される（Ｓ１０６）。前述したように、隣接するクランク角のうちの小さい方のクランク角の強度に対して一定の減衰率で大きい方のクランク角の強度が低下するようにノック波形モデルが定められる。そのため、クランク角が大きくなるほど、隣接するクランク角間の強度の減衰量が小さくなる。 A knock waveform model to be compared with the vibration waveform is set according to the engine speed NE and the load (S106). As described above, the knock waveform model is determined so that the strength of the larger crank angle is decreased at a constant attenuation rate with respect to the strength of the smaller crank angle of adjacent crank angles. Therefore, as the crank angle increases, the amount of attenuation in strength between adjacent crank angles decreases.

そのため、図１５に示すように、強度の変動が小さい振動波形が検出された場合には、検出された振動波形とノック波形モデルとの差が、特にクランク角が大きい領域において小さくなる。この場合、ノッキングが発生していないにもかかわらず、ノッキングが発生したと誤判定し得る。 Therefore, as shown in FIG. 15, when a vibration waveform with a small fluctuation in intensity is detected, the difference between the detected vibration waveform and the knock waveform model becomes small particularly in a region where the crank angle is large. In this case, it may be erroneously determined that knocking has occurred although knocking has not occurred.

そこで、ノック波形モデルにおいて、隣接するクランク角間の強度の減衰量が制限値ΔＶ（０）より大きいと（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、減衰量が制限値ΔＶ（０）より小さい部分の減衰量が制限値ΔＶ（０）になるようノック波形モデルが補正される（Ｓ１１０）。これにより、図１６に示すように、ノック波形モデルにおける強度が必ず低下するようにすることができる。これにより、強度の変動が小さい振動波形とノック波形モデルとの差を大きくすることができる。 Therefore, in the knock waveform model, if the attenuation amount of the strength between adjacent crank angles is larger than the limit value ΔV (0) (YES in S108), the attenuation amount of the portion where the attenuation amount is smaller than the limit value ΔV (0) is limited. The knock waveform model is corrected so as to be the value ΔV (0) (S110). Thereby, as shown in FIG. 16, the strength in the knock waveform model can be surely lowered. Thereby, the difference between the vibration waveform having a small fluctuation in intensity and the knock waveform model can be increased.

隣接するクランク角間の強度の減衰量が制限値ΔＶ（０）以上であると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、設定されたノック波形モデルがそのまま用いられる。 If the amount of attenuation in strength between adjacent crank angles is greater than or equal to limit value ΔV (0) (YES in S108), the set knock waveform model is used as it is.

このようにして設定されたノック波形モデルと振動波形とを、強度がしきい値Ｖ（０）より大きいクランク角の区間において比較することにより、相関係数Ｋが算出される（Ｓ１１２）。前述したように、ノック波形モデルと振動波形とを比較する比較区間は、エンジン回転数および負荷に応じて変化し得る。そのため、ノッキングに起因する振動が明確に現れ得るクランク角の区間において、振動波形と波形モデルとを比較することができる。 The correlation coefficient K is calculated by comparing the knock waveform model and the vibration waveform set in this way in a section of the crank angle whose intensity is larger than the threshold value V (0) (S112). As described above, the comparison section for comparing the knock waveform model with the vibration waveform can change according to the engine speed and the load. Therefore, it is possible to compare the vibration waveform and the waveform model in a section of the crank angle where the vibration caused by knocking can clearly appear.

相関係数Ｋの他、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形の強度の合計を用いて、ノック強度Ｎが算出される（Ｓ１１４）。 In addition to the correlation coefficient K, the knock intensity N is calculated using the total intensity of the combined waveforms of the first frequency band A to the third frequency band C (S114).

相関係数Ｋがしきい値Ｋ（０）より大きく、かつノック強度Ｎがしきい値Ｖ（Ｊ）よりも大きいと（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定される（Ｓ１１８）。この場合、点火時期が遅角される（Ｓ１２０）。 If correlation coefficient K is greater than threshold value K (0) and knock magnitude N is greater than threshold value V (J) (YES in S116), it is determined that knocking has occurred (S118). In this case, the ignition timing is retarded (S120).

一方、相関係数Ｋがしきい値Ｋ（０）以下であったり、ノック強度Ｎがしきい値Ｖ（Ｊ）以下であったりすると（Ｓ１１６にＮＯ）、ノッキングが発生していないと判定される（Ｓ１２２）。この場合、点火時期が進角される（Ｓ１２４）。 On the other hand, if correlation coefficient K is equal to or smaller than threshold value K (0) or knock intensity N is equal to or smaller than threshold value V (J) (NO in S116), it is determined that knocking has not occurred. (S122). In this case, the ignition timing is advanced (S124).

以上のように、本実施の形態に係るノッキング判定装置であるエンジンＥＣＵによれば、振動波形と比較されるノック波形モデルにおける強度の減衰率が、エンジン回転数ＮＥおよび負荷に応じて設定される。ノック波形モデルにおける強度がしきい値Ｖ（０）より大きいクランク角の区間で、ノック波形モデルと振動波形とが比較される。これにより、ノック波形モデルと振動波形とを比較するクランク角の区間がエンジン回転数および負荷に応じて変化するようにすることができる。そのため、ノッキングに起因する振動が明確に現れ得るクランク角の範囲において、振動波形と波形モデルとを比較することができる。 As described above, according to the engine ECU that is the knock determination device according to the present embodiment, the attenuation rate of the strength in the knock waveform model compared with the vibration waveform is set according to the engine speed NE and the load. . The knock waveform model and the vibration waveform are compared in a section of the crank angle where the magnitude in the knock waveform model is larger than the threshold value V (0). Thereby, the crank angle section in which the knock waveform model and the vibration waveform are compared can be changed according to the engine speed and the load. Therefore, the vibration waveform and the waveform model can be compared within a crank angle range in which vibration caused by knocking can clearly appear.

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.

エンジンを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an engine. ノッキング時にエンジンで発生する振動の周波数帯を示す図である。It is a figure which shows the frequency band of the vibration which generate | occur | produces with an engine at the time of knocking. エンジンＥＣＵを示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows engine ECU. エンジンの振動波形を示す図である。It is a figure which shows the vibration waveform of an engine. 振動波形とノック波形モデルとを比較した図（その１）である。It is the figure (the 1) which compared the vibration waveform and the knock waveform model. ノック波形モデルを示す図（その１）である。It is a figure (the 1) which shows a knock waveform model. 振動波形とノック波形モデルとを比較する比較区間を示す図である。It is a figure which shows the comparison area which compares a vibration waveform and a knock waveform model. 相関係数Ｋを算出するために用いる面積Ｓを示す図（その１）である。FIG. 6 is a diagram (part 1) illustrating an area S used to calculate a correlation coefficient K. 相関係数Ｋを算出するために用いる面積Ｓを示す図（その２）である。FIG. 6 is a diagram (part 2) illustrating an area S used to calculate a correlation coefficient K. ノック強度Ｎを算出するために用いる合成波形の強度の合計を示す図である。It is a figure which shows the sum total of the intensity | strength of the synthetic | combination waveform used in order to calculate knock intensity | strength N. FIG. エンジンＥＣＵの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of engine ECU. ノック波形モデルを示す図（その２）である。It is a figure (the 2) which shows a knock waveform model. 減衰量の制限値ΔＶ（０）を示す図である。It is a figure which shows limiting value (DELTA) V (0) of attenuation amount. エンジンＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control structure of the program which engine ECU performs. 振動波形とノック波形モデルとを比較した図（その２）である。It is the figure (the 2) which compared the vibration waveform and the knock waveform model. 振動波形とノック波形モデルとを比較した図（その３）である。It is the figure (the 3) which compared the vibration waveform and the knock waveform model.

符号の説明Explanation of symbols

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ＥＣＵ、２０２ＲＯＭ、２１０クランク角検出部、２２０強度検出部、２３０波形検出部、２４０設定部、２５０制限部、２６０ノッキング判定部、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、３１４エアフローメータ、３２０補機バッテリ。 100 engine, 104 injector, 106 spark plug, 110 crankshaft, 116 intake valve, 118 exhaust valve, 120 pump, 200 engine ECU, 202 ROM, 210 crank angle detector, 220 intensity detector, 230 waveform detector, 240 setting Unit, 250 limiting unit, 260 knocking determination unit, 300 knock sensor, 302 water temperature sensor, 304 timing rotor, 306 crank position sensor, 308 throttle opening sensor, 314 air flow meter, 320 auxiliary battery.

Claims

内燃機関のクランク角を検出するための手段と、
クランク角に対応させて、前記内燃機関の振動の強度を検出するための手段と、
前記内燃機関の振動の強度に基づいて、クランク角についての予め定められた区間における振動の波形を検出するための手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じた比率で、クランク角が大きくなるほど強度がより低下するように、前記内燃機関の振動の波形の基準である波形モデルを設定するための設定手段と、
前記波形モデルにおける強度が予め定められた値よりも大きいクランク角の区間で、前記検出された波形および前記波形モデル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判定手段とを備える、内燃機関のノッキング判定装置。 Means for detecting the crank angle of the internal combustion engine;
Means for detecting the intensity of vibration of the internal combustion engine in correspondence with the crank angle;
Means for detecting a waveform of a vibration in a predetermined interval for the crank angle based on the intensity of vibration of the internal combustion engine;
A setting means for setting a waveform model that is a reference for the waveform of the vibration of the internal combustion engine such that the strength decreases as the crank angle increases at a ratio according to the operating state of the internal combustion engine;
It is determined whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on a result of comparing the detected waveform and the waveform model in a section of a crank angle whose strength in the waveform model is larger than a predetermined value. A knocking determination device for an internal combustion engine, comprising: a determination means for performing the operation.

前記設定手段は、隣接するクランク角のうちの小さい方のクランク角の強度に対して前記内燃機関の運転状態に応じた比率で大きい方のクランク角の強度が低下するように前記波形モデルを設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 setting means sets the waveform model so that the strength of the larger crank angle is reduced at a ratio corresponding to the operating state of the internal combustion engine with respect to the strength of the smaller crank angle of adjacent crank angles. The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising means for performing the operation.

隣接するクランク角間の強度の差を予め定められた値以上に制限するための手段をさらに備える、請求項２に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 2, further comprising means for limiting a difference in strength between adjacent crank angles to a predetermined value or more.

前記内燃機関の出力軸回転数および負荷のうちの少なくともいずれか一つに応じて前記比率を設定するための比率設定手段をさらに備える、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。 The knocking of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising ratio setting means for setting the ratio according to at least one of an output shaft rotational speed and a load of the internal combustion engine. Judgment device.

前記比率設定手段は、前記内燃機関の出力軸回転数および負荷のうちの少なくともいずれか一つが小さいほど、強度がより低下するように前記比率を設定するための手段を有する、請求項４に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 The said ratio setting means has a means for setting the said ratio so that intensity | strength falls more, so that at least any one of the output-shaft rotation speed of the said internal combustion engine and load is small. An internal combustion engine knock determination device.

前記判定手段は、
前記検出された波形における強度および前記波形モデルにおける強度のクランク角毎の差の合計がしきい値より小さい場合に前記内燃機関にノッキングが発生したと判定するための手段と、
前記検出された波形における強度および前記波形モデルにおける強度のクランク角毎の差の合計がしきい値より大きい場合に前記内燃機関にノッキングが発生していないと判定するための手段とを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関のノッキング判定装置。 The determination means includes
Means for determining that knocking has occurred in the internal combustion engine when the sum of the difference in the detected waveform and the magnitude of the waveform model for each crank angle is less than a threshold value;
Means for determining that no knocking has occurred in the internal combustion engine when the sum of the magnitude in the detected waveform and the difference in magnitude in the waveform model for each crank angle is greater than a threshold value. Item 6. The knock determination device for an internal combustion engine according to any one of Items 1 to 5.