JP4473171B2 - Internal combustion engine knock determination device - Google Patents

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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 Patent Literature 1 includes a signal detection unit that detects a vibration waveform signal generated in the internal combustion engine, and a period in which the vibration waveform signal detected by the signal detection unit is equal to or greater than a predetermined value. Is detected as an occurrence period, a peak position detection unit that detects a peak position in the occurrence period detected by the occurrence period detection unit, and occurrence of knock in the internal combustion engine based on the relationship between the occurrence period and the peak position A knock determination unit that determines presence or absence, and a knock control unit that controls the operating state of the internal combustion engine in accordance with a determination result by the knock determination unit. The knock determination unit determines that knock (knocking) has occurred when the peak position for the generation period is within a predetermined range.

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。
特開２００１−２２７４００号公報 According to the knock control device for an internal combustion engine described in this publication, the vibration waveform signal generated in the internal combustion engine is detected by the signal detection unit, and the generation period and the peak position where the vibration waveform signal is equal to or greater than a predetermined value. Are detected by the occurrence period detector and the peak position detector, respectively. In this way, by knowing at which position in the generation period of the vibration waveform signal the peak is generated, the knock determination unit determines whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine, and the internal combustion engine is determined according to the knock determination result. The operating state is controlled. In the knock determination unit, when the peak position with respect to the occurrence period is within a predetermined range, that is, with a waveform shape such that the peak position appears earlier with respect to the occurrence period of the predetermined length of the vibration waveform signal. In some cases, it is recognized as unique when a knock occurs. As a result, even when the operating state of the internal combustion engine changes abruptly or when the electric load is turned on / off, the presence or absence of knocking in the internal combustion engine is accurately determined, and the operating state of the internal combustion engine can be controlled appropriately. .
JP 2001-227400 A

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 that can accurately determine whether knock has occurred.

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ノッキングに対応する振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、内燃機関の作動に起因して発生する、ノッキング以外のノイズの振動に対応するノイズ波形を予め記憶するためのノイズ波形記憶手段と、検出された波形とノイズ波形とを比較した結果に基づいて、ノイズの発生時期を推定するための推定手段と、推定された発生時期に基づいて、検出された波形からノイズ波形に対応する部分を除去するための除去手段と、ノイズ波形に対応する部分が除去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、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 a vibration waveform corresponding to knocking of the internal combustion engine between the crank angles, and a noise waveform corresponding to vibration of noise other than knocking caused by the operation of the internal combustion engine in advance. Noise waveform storage means for storing, estimation means for estimating the occurrence time of noise based on the result of comparing the detected waveform and the noise waveform, and detection based on the estimated occurrence time Removing means for removing the portion corresponding to the noise waveform from the measured waveform, the waveform from which the portion corresponding to the noise waveform has been removed, and the waveform stored in the storage means Based on the result of comparison the door, and a determination means for determining whether or not knocking has occurred.

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の内燃機関の振動の波形を記憶し、ノイズ波形記憶手段が、予め定められたクランク角の間の内燃機関の作動に起因して発生する、ノッキング以外のノイズの振動に対応するノイズ波形を予め記憶する。推定手段が、検出された波形とノイズ波形とを比較した結果に基づいて、ノイズの発生時期を推定する。除去手段が、推定された発生時期に基づいて、検出された波形からノイズ波形に対応する部分を除去する。記憶された波形とノイズ波形に対応する部分が除去された波形とを比較した結果に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する。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おく。同様に、実験などにより、内燃機関の作動に起因して発生するノイズ（たとえば、吸排気バルブの着座ノイズや燃料噴射装置の作動音に起因して発生するノイズ）に対応する振動の波形であるノイズ波形を予め作成しておく。検出された波形とノイズ波形とを比較した結果に基づいて、検出された波形からノイズ波形のピークに対応する部分を検出して、ノイズの発生時期を推定する。推定された発生時期に基づいて、波形検出手段により検出された波形からノイズ波形を減算することによりノイズに対応する部分を精度よく除去することができる。したがって、ノック波形モデルと検出された波形からノイズを排除した波形とを比較することにより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 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. Knocking in which the storage means stores the waveform of the vibration of the internal combustion engine during a predetermined crank angle and the noise waveform storage means occurs due to the operation of the internal combustion engine during the predetermined crank angle The noise waveform corresponding to the vibration of noise other than is stored in advance. The estimation means estimates the occurrence time of noise based on the result of comparing the detected waveform and the noise waveform. The removing unit removes a portion corresponding to the noise waveform from the detected waveform based on the estimated occurrence time. It is determined whether or not knocking has occurred based on the result of comparing the stored waveform with the waveform from which the portion corresponding to the noise waveform has been removed. For example, a knock waveform model, which is a waveform of vibration when knocking occurs, is created in advance by experiments or the like. Similarly, it is a waveform of vibration corresponding to noise generated due to the operation of the internal combustion engine (for example, noise generated due to seating noise of the intake / exhaust valve and operating noise of the fuel injection device) by experiments or the like. A noise waveform is created in advance. Based on the result of comparison between the detected waveform and the noise waveform, a portion corresponding to the peak of the noise waveform is detected from the detected waveform, and the noise occurrence time is estimated. By subtracting the noise waveform from the waveform detected by the waveform detection means based on the estimated occurrence time, a portion corresponding to noise can be accurately removed. Therefore, it is possible to provide an internal combustion engine knock determination device capable of accurately determining whether knock has occurred in an internal combustion engine by comparing a knock waveform model with a waveform obtained by removing noise from a detected waveform. Can do.

第２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ノッキングに対応する振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、内燃機関の予め定められた運転条件のもとで、内燃機関の作動に起因して発生する、ノッキング以外のノイズの振動に対応するノイズ波形を検出するための手段と、検出された波形とノイズ波形とを比較した結果に基づいて、ノイズの発生時期を推定するための推定手段と、推定された発生時期に基づいて、検出された波形からノイズ波形に対応する部分を除去するための除去手段と、ノイズ波形に対応する部分が除去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、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含む。   A knock determination device according to a second 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, Generated due to the operation of the internal combustion engine under a predetermined operating condition of the internal combustion engine and storage means for storing in advance a waveform of vibration corresponding to knocking of the internal combustion engine between the crank angles , A means for detecting a noise waveform corresponding to noise vibration other than knocking, an estimation means for estimating the generation time of noise based on a result of comparing the detected waveform and the noise waveform, and estimation Removing means for removing the portion corresponding to the noise waveform from the detected waveform based on the generated occurrence time, and the waveform from which the portion corresponding to the noise waveform is removed Based on the result of comparing the stored waveform in memory means, and a determining means for determining whether or not knocking has occurred.

第２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の内燃機関の振動の波形を記憶する。内燃機関の予め定められた運転条件のもとで、内燃機関の作動に起因して発生する、ノッキング以外のノイズの振動に対応するノイズ波形が検出されると、推定手段が、検出された波形とノイズ波形とを比較した結果に基づいて、ノイズの発生時期を推定する。除去手段が、推定された発生時期に基づいて、検出された波形からノイズ波形に対応する部分を除去する。記憶された波形とノイズ波形に対応する部分が除去された波形とを比較した結果に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する。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おく。そして、予め定められた運転条件（たとえば、内燃機関への燃料の供給が停止されているという条件）のもとで、内燃機関の作動に起因して発生するノイズ（たとえば、吸排気バルブの着座ノイズに起因して発生するノイズ）に対応する振動の波形であるノイズ波形を検出する。検出された波形とノイズ波形とを比較した結果に基づいて、検出された波形からノイズ波形のピークに対応する部分を検出して、ノイズの発生時期を推定する。推定された発生時期に基づいて、波形検出手段により検出された波形からノイズ波形を減算することによりノイズに対応する部分を精度よく除去することができる。したがって、ノック波形モデルと検出された波形からノイズを排除した波形とを比較することにより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 the second 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 during the predetermined crank angle. The storage means stores a waveform of vibration of the internal combustion engine during a predetermined crank angle. When a noise waveform corresponding to vibrations of noise other than knocking generated due to the operation of the internal combustion engine is detected under a predetermined operating condition of the internal combustion engine, the estimation means detects the detected waveform And the noise generation time are estimated based on the result of comparing the noise waveform. The removing unit removes a portion corresponding to the noise waveform from the detected waveform based on the estimated occurrence time. It is determined whether or not knocking has occurred based on the result of comparing the stored waveform with the waveform from which the portion corresponding to the noise waveform has been removed. For example, a knock waveform model, which is a waveform of vibration when knocking occurs, is created in advance by experiments or the like. Then, noise (for example, intake / exhaust valve seating) generated due to the operation of the internal combustion engine under predetermined operating conditions (for example, the condition that the supply of fuel to the internal combustion engine is stopped) is performed. A noise waveform that is a vibration waveform corresponding to noise generated due to noise is detected. Based on the result of comparison between the detected waveform and the noise waveform, a portion corresponding to the peak of the noise waveform is detected from the detected waveform, and the noise occurrence time is estimated. By subtracting the noise waveform from the waveform detected by the waveform detection means based on the estimated occurrence time, a portion corresponding to noise can be accurately removed. Therefore, it is possible to provide an internal combustion engine knock determination device capable of accurately determining whether knock has occurred in an internal combustion engine by comparing a knock waveform model with a waveform obtained by removing noise from a detected waveform. Can do.

第３の発明に係るノッキング判定装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、除去手段は、推定された発生時期の前後のクランク角に対応する振動強度に基づいて、検出された波形からノイズ波形に対応する部分を除去するための除去手段を含む。   In the knock determination device according to the third invention, in addition to the configuration of the first or second invention, the removing means is detected based on the vibration intensity corresponding to the crank angle before and after the estimated occurrence time. A removal means for removing a portion corresponding to the noise waveform from the waveform is included.

第３の発明によると、除去手段は、ノイズの発生時期の前後のクランク角に対応する振動強度に基づいて、検出された波形からノイズ波形に対応する部分を除去する。たとえば、ノイズの発生時期の前の角度に対応する振動強度から発生時期の後の角度に対応する振動強度へと一定に変化するように補正することにより、検出された波形からノイズの発生時期のピーク値に対応する部分を除去することができる。   According to the third invention, the removing unit removes a portion corresponding to the noise waveform from the detected waveform based on the vibration intensity corresponding to the crank angle before and after the noise generation time. For example, by correcting the vibration intensity corresponding to the angle before the noise generation time to a vibration intensity corresponding to the angle after the noise generation time, the noise generation time can be determined from the detected waveform. The part corresponding to the peak value can be removed.

第４の発明に係るノッキング判定装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、ノッキング以外のノイズの振動は、内燃機関に設けられる部品の作動に起因して発生する振動である。ノッキング判定装置は、部品の作動状態に基づいて、ノイズの発生が予測される時期を検知するための手段をさらに含む。推定手段は、予測される時期に対応するクランク角を中心として、予め定められた区間におけるノイズの発生時期を推定するための手段を含む。   In the knock determination device according to the fourth aspect of the invention, in addition to the configuration of the first or second aspect of the invention, vibrations of noise other than knocking are vibrations generated due to the operation of components provided in the internal combustion engine. The knock determination device further includes means for detecting a time when occurrence of noise is predicted based on the operating state of the component. The estimating means includes means for estimating a noise generation time in a predetermined section around a crank angle corresponding to the predicted time.

第４の発明によると、ノッキング以外のノイズの振動は、内燃機関に設けられる部品（たとえば、吸気バルブ、排気バルブおよび燃料噴射装置）の作動に起因して発生する振動である。ノッキング判定装置は、部品の作動状態に基づいて、ノイズの発生が予測される時期を検知する。推定手段は、予測される時期に対応するクランク角を中心として、予め定められた区間におけるノイズの発生時期を推定する。部品の作動状態に基づいて、ノイズの発生が予測される時期を検知して、ノイズが発生する時期のおおよその範囲を推定することにより、ノッキングに対応する振動をノイズであると誤判定することを抑制することができる。   According to the fourth aspect of the invention, vibration of noise other than knocking is vibration generated due to the operation of components (for example, an intake valve, an exhaust valve, and a fuel injection device) provided in the internal combustion engine. The knocking determination device detects a time when the occurrence of noise is predicted based on the operating state of the component. The estimation means estimates a noise generation time in a predetermined section around a crank angle corresponding to the predicted time. Based on the operating state of the parts, detect the time when noise is expected to occur, and estimate the approximate range of the time when noise is generated, thereby misjudging the vibration corresponding to knocking as noise Can be suppressed.

第５の発明に係るノッキング判定装置は、第４の発明の構成に加えて、除去手段は、推定されたノイズの発生時期に基づいて、検出された波形からノイズ波形を減算するための減算手段を含む。   In addition to the configuration of the fourth invention, the knocking determination device according to the fifth invention is such that the removing means subtracts the noise waveform from the detected waveform based on the estimated noise generation time. including.

第５の発明によると、除去手段は、推定されたノイズの発生時期に基づいて、検出された波形からノイズ波形を減算する。ノイズ波形を、推定されたノイズの発生時期に対応させて、検出された波形から減算することにより、検出された波形からノイズに対応する部分を精度よく除去することができる。   According to the fifth invention, the removing means subtracts the noise waveform from the detected waveform based on the estimated noise occurrence time. By subtracting the noise waveform from the detected waveform in correspondence with the estimated noise generation time, the portion corresponding to the noise can be accurately removed from the detected waveform.

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、減算手段は、検出された波形からノイズ波形を減算すると、減算された波形が予め定められた基準を満足しないと、減算を中止するための手段を含む。   In the knocking determination device according to the sixth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fifth aspect of the invention, when the subtracting means subtracts the noise waveform from the detected waveform, the subtracted waveform does not satisfy a predetermined standard. And means for stopping the subtraction.

第６の発明によると、減算手段は、検出された波形からノイズ波形を減算すると、減算された波形が予め定められた基準を満足しない場合（たとえば、減算された波形の振動強度が振動波形として取り得ない値になる場合）、減算を中止する。そのため、減算された波形が振動波形として取り得ない値となることによる、ノッキング判定の精度の悪化を抑制することができる。   According to the sixth invention, when the subtracting means subtracts the noise waveform from the detected waveform, the subtracted waveform does not satisfy a predetermined standard (for example, the vibration intensity of the subtracted waveform is the vibration waveform). If the value is not possible), stop subtraction. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the knocking determination accuracy caused by the subtracted waveform becoming a value that cannot be obtained as the vibration waveform.

第７の発明に係るノッキング判定装置においては、第４〜６のいずれかの発明の構成に加えて、部品は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置である。   In the knock determination device according to the seventh aspect of the invention, in addition to the configuration of any one of the fourth to sixth aspects, the component is a fuel injection device that injects fuel into the internal combustion engine.

第７の発明によると、部品は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置である。たとえば、燃料噴射装置の作動音に起因して発生するノイズに対応するノイズ波形を予め作成しておく。検出された波形とノイズ波形とを比較した結果に基づいて、燃料噴射装置の作動音によるノイズの発生時期を推定する。推定されたノイズの発生時期に基づいて、検出された波形からノイズ波形を減算することにより、検出された波形から燃料噴射装置の作動音に起因して発生するノイズに対応する部分を精度よく除去することができる。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 seventh invention, the component is a fuel injection device that injects fuel into the internal combustion engine. For example, a noise waveform corresponding to noise generated due to the operating sound of the fuel injection device is created in advance. Based on the result of comparing the detected waveform and the noise waveform, the generation time of noise due to the operating sound of the fuel injection device is estimated. By subtracting the noise waveform from the detected waveform based on the estimated noise generation time, the portion corresponding to the noise generated due to the operating sound of the fuel injection device is accurately removed from the detected waveform. can do. Therefore, it can be accurately determined whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine.

第８の発明に係るノッキング判定装置においては、第４〜６のいずれかの発明の構成に加えて、部品は、内燃機関の気筒に対して設けられた吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方である。   In the knock determination device according to the eighth aspect of the invention, in addition to the configuration of any one of the fourth to sixth aspects, the component is at least one of an intake valve and an exhaust valve provided for a cylinder of the internal combustion engine. On the other hand.

第８の発明によると、部品は、内燃機関の気筒に対して設けられた吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方である。たとえば、内燃機関の作動に起因して発生する吸気バルブあるいは排気バルブの着座ノイズに対応するノイズ波形を予め作成しておく。検出された波形とノイズ波形とを比較した結果に基づいて、吸気バルブあるいは排気バルブの着座ノイズの発生時期を推定する。推定されたノイズの発生時期に基づいて、検出された波形からノイズ波形を減算することにより、検出された波形から吸気バルブあるいは排気バルブの着座ノイズに対応する部分を精度よく除去することができる。したがって、検出された波形からノイズを排除した波形に修正することができるため、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 eighth invention, the component is at least one of an intake valve and an exhaust valve provided for the cylinder of the internal combustion engine. For example, a noise waveform corresponding to an intake valve or exhaust valve seating noise generated due to the operation of the internal combustion engine is created in advance. Based on the result of comparison between the detected waveform and the noise waveform, the occurrence timing of the seating noise of the intake valve or the exhaust valve is estimated. By subtracting the noise waveform from the detected waveform based on the estimated noise generation time, the portion corresponding to the intake valve or exhaust valve seating noise can be accurately removed from the detected waveform. Therefore, since the detected waveform can be corrected to a waveform from which noise has been eliminated, it can be accurately determined whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine.

第９の発明に係るノッキング判定装置においては、第８の発明の構成に加えて、内燃機関の予め定められた運転条件のもとで、ノイズ波形の振動強度を学習して、ノイズ波形を補正するための手段をさらに含む。予め定められた運転条件は、内燃機関への燃料の供給が停止されているという条件である。   In the knock determination device according to the ninth aspect of the invention, in addition to the configuration of the eighth aspect, the vibration intensity of the noise waveform is learned and the noise waveform is corrected under predetermined operating conditions of the internal combustion engine. Means for further comprising: The predetermined operating condition is a condition that the supply of fuel to the internal combustion engine is stopped.

第９の発明によると、予め定められた運転条件とは、内燃機関への燃料の供給が停止されているという条件である。この運転条件においては、内燃機関にはノッキングを含む燃焼ノイズに対応する振動が発生しない。そのため、この運転条件において吸気バルブあるいは排気バルブの着座ノイズを検出することにより、着座ノイズに対応するノイズ波形を学習することができる。そのため、学習結果に基づいて、ノイズ波形を精度よく補正することができる。したがって、検出された波形からノイズに対応する部分を精度よく除去することができる。   According to the ninth aspect, the predetermined operating condition is a condition that the supply of fuel to the internal combustion engine is stopped. Under this operating condition, the internal combustion engine does not generate vibration corresponding to combustion noise including knocking. Therefore, the noise waveform corresponding to the seating noise can be learned by detecting the seating noise of the intake valve or the exhaust valve under this operating condition. Therefore, it is possible to accurately correct the noise waveform based on the learning result. Therefore, a portion corresponding to noise can be accurately removed from the detected waveform.

第１０の発明に係るノッキング判定装置は、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、内燃機関の予め定められた運転条件のもとで、ノイズ波形の振動強度を学習して、ノイズ波形を補正するための手段をさらに含む。   In addition to the configuration of any one of the first to seventh inventions, the knocking determination device according to the tenth invention learns the vibration intensity of the noise waveform under predetermined operating conditions of the internal combustion engine, Further included is a means for correcting the noise waveform.

第１０の発明によると、内燃機関の予め定められた運転条件（たとえば、内燃機関への燃料の供給が停止されているという条件）のもとで、ノイズ波形（たとえば、吸気バルブおよび排気バルブの着座ノイズのノイズ波形）を学習することができる。学習結果に基づいて、ノイズ波形を補正することにより、ノイズ波形を精度よく補正することができる。そのため、検出された波形からノイズに対応する部分を精度よく除去することができる。   According to the tenth invention, the noise waveform (for example, the intake valve and the exhaust valve) is determined under predetermined operating conditions of the internal combustion engine (for example, the condition that the supply of fuel to the internal combustion engine is stopped). Noise noise of seating noise). By correcting the noise waveform based on the learning result, the noise waveform can be corrected with high accuracy. Therefore, the part corresponding to the noise can be accurately removed from the detected waveform.

第１１の発明に係るノッキング判定装置は、第１〜１０のいずれかの発明の構成に加えて、ノイズ波形は、ノイズに対応する振動の波形のピーク値を含む予め定められた区間の波形である。   In the knock determination device according to the eleventh aspect of the invention, in addition to the configuration of any one of the first to tenth aspects of the invention, the noise waveform is a waveform of a predetermined section including a peak value of a vibration waveform corresponding to the noise. is there.

第１１の発明によると、ノイズに対応する振動は、検出された波形の区間のうちの一部の区間で、そのノイズに対応する振動の波形のピーク値を含むように重畳している。そのため、ノイズ波形は、ノイズに対応する振動波形のピーク値を含む予め定められた区間の波形であれば、検出された波形からノイズの発生時期を推定することができる。   According to the eleventh aspect, the vibration corresponding to the noise is superimposed so as to include the peak value of the waveform of the vibration corresponding to the noise in a part of the detected waveform sections. Therefore, if the noise waveform is a waveform in a predetermined section including the peak value of the vibration waveform corresponding to the noise, the noise generation time can be estimated from the detected waveform.

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.

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。   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 knocking determination device according to the present embodiment is realized by a program executed by an engine ECU (Electronic Control Unit) 200, for example.

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。   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.

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.

クランクシャフトが回転すると、チェーンあるいはベルト等で連結された吸気側および排気側のカムシャフト（図示せず）が回転させられる。そして、吸気側および排気側のカムシャフトの回転により、エンジン１００の気筒の上部に設けられた吸気バルブ１１６および排気バルブ１１８の開閉が行なわれる。排気バルブ１１８が開くことにより、気筒内の燃焼後の排気ガスは、外部に排気される。そして、吸気バルブ１２６が開くことにより、気筒内に混合気が流入する。   When the crankshaft rotates, the intake and exhaust camshafts (not shown) connected by a chain or a belt are rotated. Then, the intake valve 116 and the exhaust valve 118 provided in the upper part of the cylinder of the engine 100 are opened and closed by the rotation of the intake and exhaust camshafts. By opening the exhaust valve 118, the exhaust gas after combustion in the cylinder is exhausted to the outside. When the intake valve 126 is opened, the air-fuel mixture flows into the cylinder.

エンジン１００の吸気側のカムシャフトには、さらにバルブタイミング可変機構１２２が設けられる。なお、排気側のカムシャフトにもバルブタイミング可変機構が設けられてもよい。バルブタイミング可変機構１２２は、吸気バルブ１１６の開閉のタイミングを可変とする機構である。   The cam timing on the intake side of the engine 100 is further provided with a variable valve timing mechanism 122. Note that a variable valve timing mechanism may also be provided on the camshaft on the exhaust side. The variable valve timing mechanism 122 is a mechanism that varies the opening / closing timing of the intake valve 116.

バルブタイミング可変機構１２２は、オイルコントロールバルブ（図示せず）からオイルを供給されて作動する。具体的には、バルブタイミング可変機構１２２は、図示しない進角室および遅角室を内部に有する。そして、進角室に供給されるオイルの油圧が上昇すると、バルブタイミング可変機構１２２は、カムシャフトを進角方向（吸気バルブ１１６が早く閉じる方向）に回転させる。一方、遅角室に供給されるオイルの油圧が上昇すると、バルブタイミング可変機構１２２は、カムシャフトを遅角方向（吸気バルブ１１６が遅く閉じる方向）に回転させる。オイルコントロールバルブは、エンジン１００に設けられるオイルポンプ（図示せず）から供給されるオイルを、進角室と遅角室とに選択的に供給するスプール弁を有する。オイルコントロールバルブは、エンジンＥＣＵ２００からのデューティ信号に基づいて、スプール弁の位置を制御することにより、進角室および遅角室における油圧を制御する。   The valve timing variable mechanism 122 operates by being supplied with oil from an oil control valve (not shown). Specifically, the variable valve timing mechanism 122 has an advance chamber and a retard chamber (not shown) inside. When the hydraulic pressure of the oil supplied to the advance chamber increases, the variable valve timing mechanism 122 rotates the camshaft in the advance direction (the direction in which the intake valve 116 closes quickly). On the other hand, when the hydraulic pressure of the oil supplied to the retard chamber increases, the variable valve timing mechanism 122 rotates the camshaft in the retard direction (the direction in which the intake valve 116 closes late). The oil control valve has a spool valve that selectively supplies oil supplied from an oil pump (not shown) provided in the engine 100 to the advance chamber and the retard chamber. The oil control valve controls the hydraulic pressure in the advance chamber and the retard chamber by controlling the position of the spool valve based on the duty signal from the engine ECU 200.

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。   Engine 100 is controlled by engine ECU 200. Engine ECU 200 is connected to knock sensor 300, water temperature sensor 302, crank position sensor 306 provided opposite to timing rotor 304, throttle opening sensor 308, vehicle speed sensor 310, and ignition switch 312. ing.

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。   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 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 clamp position sensor 306 increases or 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 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。   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.

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。   Engine ECU 200 performs arithmetic processing based on signals transmitted from each sensor and ignition switch 312, a map and a program stored in memory 202, and controls equipment so that engine 100 is in a desired operating state. .

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。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 engine 100. Note that CA in FIG. 2 indicates a crank angle. Moreover, the frequency band including the frequency of the vibration resulting from knocking is not limited to four.

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 engine 100 itself, which is indicated by a one-dot chain line in FIG. Resonance frequency vibration occurs regardless of knocking.

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 memory 202 of the engine ECU 200 stores a knock waveform model that is a model of a vibration waveform when knocking has occurred in the engine 100 as shown in FIG. .

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。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, after the peak value of the vibration intensity, it is determined that the vibration intensity decreases as the crank angle increases. The corner is not fixed. The knock waveform model is a composite wave of vibrations in the first frequency band A to the third frequency band C.

本実施の形態におけるノック波形モデルは、ノッキングに起因した振動の立ち上がり以降の振動に対応している。なお、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 the vibration after the rise of vibration caused by knocking. A knock waveform model corresponding to the vibration after the peak value of the vibration intensity generated 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 engine 100 when knocking is forcibly generated by experiments or the like, and is created and stored in advance based on the vibration waveform. Note that the method of creating the knock waveform model is not limited to this.

ところで、エンジン１００の振動には、ノッキングに起因せず、エンジン１００自体の機械的な作動に起因する振動がある。ノッキングに起因した振動波形を検出する際には、ノッキングに起因しない振動の影響を受け、振動波形にノイズが混在する。   By the way, the vibration of the engine 100 includes not only knocking but vibrations caused by mechanical operation of the engine 100 itself. When detecting a vibration waveform caused by knocking, the vibration waveform is affected by vibrations not caused by knocking, and noise is mixed in the vibration waveform.

たとえば、図４に示すような検出された波形（細線）には、ノッキングに対応する振動波形の他に、ノッキング以外のノイズに対応する振動を含む。そのため、検出された波形のピーク値に対応する角度α（１）と、図３に示したノック波形モデル（太線）のピーク値に対応する角度とを一致させて、両者を比較する場合に、ノッキングを精度よく判定できない可能性がある。   For example, the detected waveform (thin line) as shown in FIG. 4 includes vibration corresponding to noise other than knocking in addition to the vibration waveform corresponding to knocking. Therefore, when the angle α (1) corresponding to the peak value of the detected waveform is matched with the angle corresponding to the peak value of the knock waveform model (thick line) shown in FIG. There is a possibility that knocking cannot be accurately determined.

ノッキング以外のノイズとは、エンジン１００に設けられる部品の作動に起因して発生する振動である。部品とは、エンジンの作動時に振動を発生する部品であれば特に限定されるものではないが、たとえば、エンジン１００の気筒に対して設けられる吸気バルブ１１６である。   Noise other than knocking is vibration generated due to the operation of components provided in the engine 100. The component is not particularly limited as long as it is a component that generates vibrations when the engine is operated. For example, the component is an intake valve 116 provided for a cylinder of engine 100.

本発明は、図５に示すように、検出された波形（細線）とノイズ波形モデル（太線）とを比較した結果に基づいて、ノイズの発生時期を推定して、推定された発生時期に基づいて、検出された波形からノイズ波形モデルを減算することにより、検出された波形のノイズに対応する部分を除去する点に特徴を有する。   As shown in FIG. 5, the present invention estimates the noise generation time based on the result of comparing the detected waveform (thin line) and the noise waveform model (thick line), and based on the estimated generation time. Thus, the noise waveform model is subtracted from the detected waveform to remove a portion corresponding to the noise of the detected waveform.

具体的には、エンジンＥＣＵ２００は、検出された波形とノイズ波形モデルとを比較した結果に基づいて、吸気バルブ１１６の着座ノイズの発生時期に対応する角度を推定する。エンジンＥＣＵ２００は、バルブタイミング可変機構１２２の制御状態に基づいて、吸気バルブ１１６の閉じるタイミング、すなわち、着座時期に対応するクランク角を検知する。しかしながら、バルブタイミング可変機構１２２の制御状態に基づいて検知される着座時期と、実際に発生する着座時期とは、誤差を有する場合がある。そこで、本実施の形態においては、エンジンＥＣＵ２００は、上述した部品の作動状態に基づく吸気バルブ１１６の閉じるタイミングを、ノイズの発生が予測される時期として検知する。エンジンＥＣＵ２００は、ノイズの発生が予測される時期に対応するクランク角を中心として、予め定められた区間におけるノイズの発生時期を推定する。エンジンＥＣＵ２００は、ノイズ波形モデルのピーク値に対応する角度を、推定されたノイズの発生時期に対応する角度に一致させた状態で、検出された波形からノイズ波形モデルを減算する。   Specifically, engine ECU 200 estimates an angle corresponding to the occurrence time of seating noise of intake valve 116 based on the result of comparing the detected waveform and the noise waveform model. Based on the control state of valve timing variable mechanism 122, engine ECU 200 detects the closing timing of intake valve 116, that is, the crank angle corresponding to the seating timing. However, the seating time detected based on the control state of the variable valve timing mechanism 122 and the actually generated seating time may have an error. Therefore, in the present embodiment, engine ECU 200 detects the closing timing of intake valve 116 based on the operation state of the above-described components as a timing when noise generation is predicted. The engine ECU 200 estimates the noise generation time in a predetermined section with the crank angle corresponding to the time when noise generation is predicted as the center. Engine ECU 200 subtracts the noise waveform model from the detected waveform in a state where the angle corresponding to the peak value of the noise waveform model is matched with the angle corresponding to the estimated noise generation time.

ノイズ波形モデルは、吸気バルブ１１６の着座ノイズの振動波形に対応する。ノイズ波形モデルは、たとえば、実験などにより、強制的に吸気バルブ１１６の着座ノイズ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、メモリ２０２に記憶される。本実施の形態におけるノイズ波形モデルは、吸気バルブ１１６の着座ノイズに起因した振動の立ち上がり以降の振動に対応している。   The noise waveform model corresponds to the vibration waveform of the seating noise of the intake valve 116. The noise waveform model detects the vibration waveform of the engine 100 when, for example, the seating noise of the intake valve 116 is forcibly generated by an experiment or the like, is created in advance based on this vibration waveform, and is stored in the memory 202. Is done. The noise waveform model in the present embodiment corresponds to the vibration after the rise of the vibration due to the seating noise of the intake valve 116.

なお、ノイズ波形モデルは、ピーク値を含む予め定められた区間の波形である。ノイズ波形モデルは、ノッキング波形モデルに対応しており、ノッキング波形モデルと同様に、振動の強度は、０〜１の無次元数として表わされ、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、ノイズの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。   The noise waveform model is a waveform in a predetermined section including a peak value. The noise waveform model corresponds to the knocking waveform model. Like the knocking waveform model, the vibration intensity is expressed as a dimensionless number from 0 to 1, and the vibration intensity uniquely corresponds to the crank angle. Not done. That is, the crank angle at which the intensity of noise vibration becomes a peak value is not determined.

なお、ノイズ発生時期の推定方法は、本実施の形態において、予測されたノイズ発生時期に対応するクランク角を中心とした予め定められた区間において、ノイズ波形モデルを予め定められたクランク角Ｂ度ごとにピークに対応する角度を移動させて、検出された波形と比較した結果、形状の相関係数が最も高くなる角度をノイズの発生時期と推定する。   In the present embodiment, the noise generation time estimation method uses a predetermined crank angle B degree in a predetermined section centered on the crank angle corresponding to the predicted noise generation time. As a result of moving the angle corresponding to each peak and comparing with the detected waveform, the angle at which the correlation coefficient of the shape becomes the highest is estimated as the noise generation time.

また、本実施の形態においては、エンジン１００にバルブタイミング可変機構１２２が搭載される場合について説明したが、バルブタイミング可変機構１２２が搭載されていない場合には、吸気バルブ１１６は、予め定められたタイミングで閉じるように設けられている。また、吸気バルブ１１６は、バルブスプリング（図示せず）により保持されており、バルブスプリングの戻りバラツキ等により閉じるタイミングにズレが発生する。したがって、予め定められたタイミングと上記したズレ等を考慮して、吸気バルブ１１６が実際に閉じるタイミングに対応するクランク角が、着座ノイズの発生が予測される時期に対応する角度とされる。   In the present embodiment, the case where the variable valve timing mechanism 122 is mounted on the engine 100 has been described. However, when the variable valve timing mechanism 122 is not mounted, the intake valve 116 is set in advance. It is provided to close at the timing. The intake valve 116 is held by a valve spring (not shown), and a deviation occurs when the valve is closed due to a return variation of the valve spring. Therefore, in consideration of the predetermined timing and the above-described deviation or the like, the crank angle corresponding to the timing at which the intake valve 116 is actually closed is set to the angle corresponding to the timing at which the occurrence of seating noise is predicted.

以上のようにして、ノイズ波形モデルのピーク値に対応する角度を、推定されたノイズの発生時期に一致させて、検出された波形からノイズ波形モデルが減算されると、図６に示すように、検出された波形からノイズに対応する部分を除去された波形となる。エンジンＥＣＵ２００は、ノイズに対応する部分が除去された波形と記憶されたノイズ波形モデルとを比較して、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定する。   As described above, when the noise waveform model is subtracted from the detected waveform by matching the angle corresponding to the peak value of the noise waveform model with the estimated noise generation time, as shown in FIG. Thus, a waveform corresponding to noise is removed from the detected waveform. Engine ECU 200 compares the waveform from which the portion corresponding to noise has been removed with the stored noise waveform model, and determines whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine.

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 engine ECU 200 in the knocking determination device according to the present embodiment will be described.

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, engine ECU 200 detects the intensity of vibration of engine 100 based on the signal transmitted from knock sensor 300. The intensity of vibration is represented 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. The intensity is detected from the top dead center to 90 degrees (90 degrees in crank angle) in the combustion stroke.

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, engine ECU 200 integrates the output voltage value of knock sensor 300 (a value representing the intensity of vibration) every 5 degrees (only 5 degrees) in crank angle (hereinafter referred to as an integrated value). Is calculated. The integrated value is calculated for each vibration in the first frequency band A to the third frequency band C.

Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、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の振動の積算値を合成する。これにより、エンジン１００の振動波形が検出される。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、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 S104, engine ECU 200 synthesizes the integrated values of vibrations from first frequency band A to third frequency band C among the calculated integrated values. Thereby, the vibration waveform of engine 100 is detected. In S106, engine ECU 200 normalizes the waveform using the maximum integrated value among the integrated values in the synthesized vibration waveform. Here, the normalization of the waveform means that the intensity of vibration is expressed by a dimensionless number from 0 to 1 by dividing each integrated value by the maximum value of the integrated values in the detected vibration waveform. . The value that divides each integrated value is not limited to the maximum integrated value.

Ｓ１０７にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノイズの発生時期を推定する。図８に示すように、エンジンＥＣＵ２００は、バルブタイミング可変機構１２２の制御状態に基づいて検知される吸気バルブ１１６の閉じるタイミングに対応するクランク角を、着座が予測される時期に対応する角度ｅｖｔとする。エンジンＥＣＵ２００は、角度ｅｖｔを中心として、その前後の区間をノイズの発生予測区間とする。たとえば、発生予測区間は、角度ｅｖｔ±Ａ°ＣＡとする。ここで、「Ａ」は、吸気バルブ１１６の着座タイミングのずれ量の最大値に対応するクランク角であれば、特に限定されるものではなく、たとえば、実験的に算出すればよい。   In S107, engine ECU 200 estimates the occurrence time of noise. As shown in FIG. 8, the engine ECU 200 sets the crank angle corresponding to the closing timing of the intake valve 116 detected based on the control state of the variable valve timing mechanism 122 to the angle evt corresponding to the predicted seating time. To do. Engine ECU 200 sets a section before and after the angle evt as a noise generation prediction section. For example, the occurrence prediction interval is an angle evt ± A ° CA. Here, “A” is not particularly limited as long as it is a crank angle corresponding to the maximum value of the shift amount of the seating timing of the intake valve 116, and may be calculated experimentally, for example.

エンジンＥＣＵ２００は、図９に示すように、ｅｖｔ−Ａからｅｖｔ＋Ａの区間で、ノイズ波形モデル（太線）を、クランク角が進む方向にスライドさせて、積算された波形と比較をする。なお、ｅｖｔ＋Ａが９０°ＣＡよりも大きくなる場合は、積算された波形は、９０度までの積算値を有するため、発生予測区間の終点は多くとも９０度までとする。また、ｅｖｔ−Ａが４５°ＣＡよりも小さくなる場合は、吸気バルブ１１６の着座タイミングが４５°ＣＡより小さいクランク角では発生しないため、発生予測区間の始点は、少なくとも４５度からとする。   As shown in FIG. 9, the engine ECU 200 slides the noise waveform model (thick line) in the direction in which the crank angle advances in the section from evt−A to evt + A, and compares the noise waveform model with the accumulated waveform. When evt + A is larger than 90 ° CA, the integrated waveform has an integrated value up to 90 degrees, and therefore the end point of the occurrence prediction section is at most 90 degrees. Further, when evt-A is smaller than 45 ° CA, the seating timing of the intake valve 116 does not occur at a crank angle smaller than 45 ° CA. Therefore, the start point of the occurrence prediction section is at least 45 degrees.

エンジンＥＣＵ２００は、図１０に示すように、移動幅を予め定められた角度Ｂ度ごととして、ノイズ波形モデルのピークに対応する角度をｅｖｔ−ＡからＢ度ごとにクランク角が進む方向に移動させて、積算された波形と比較をする。ここで、「Ｂ」は、特に限定される値ではなく、たとえば、「Ｂ」は５度であってもよいし、１度であってもよいものとする。   As shown in FIG. 10, engine ECU 200 moves the angle corresponding to the peak of the noise waveform model from evt-A every B degrees in the direction in which the crank angle advances, assuming that the movement width is predetermined B degrees. Compare with the integrated waveform. Here, “B” is not a particularly limited value. For example, “B” may be 5 degrees or 1 degree.

本実施の形態において、積算された波形とノイズ波形モデルとは、積算された波形とノイズ波形モデルとの形状の相関係数を算出することにより比較する。たとえば、積算された波形のノイズ（太破線）のピークに対応する角度が角度ｅｖｔ−Ａであるとすると、ノイズ波形モデル（太実線）のピークに対応する角度が角度ｅｖｔ−Ａのときに、積算された波形とノイズ波形モデルとの相関係数が最も高くなる。したがって、Ｂ度刻みで相関係数Ｋｎが算出された結果、積算された波形とノイズ波形モデルとの相関係数が最も高くなるときのノイズ波形モデルのピークに対応する角度がノイズ発生時期であると推定することができる。   In the present embodiment, the integrated waveform and the noise waveform model are compared by calculating the correlation coefficient of the shape of the integrated waveform and the noise waveform model. For example, assuming that the angle corresponding to the peak of the accumulated waveform noise (thick dashed line) is the angle evt-A, the angle corresponding to the peak of the noise waveform model (thick solid line) is the angle evt-A. The correlation coefficient between the integrated waveform and the noise waveform model is the highest. Therefore, as a result of calculating the correlation coefficient Kn in increments of B degrees, the angle corresponding to the peak of the noise waveform model when the correlation coefficient between the integrated waveform and the noise waveform model is the highest is the noise generation time. Can be estimated.

なお、相関係数の算出方法は、たとえば、ノイズ波形モデルのピークに対応する角度を中心として予め定められた区間を積分して、その区間におけるノイズ波形モデルの面積Ｓｎを算出する。そして、同じ区間において、ノイズ波形モデルと積算された波形との偏差の領域、すなわち、ノイズ波形モデルの波形と積算された波形とにより囲まれる領域の面積Ｓｎ’を算出する。領域の面積の算出方法は、５度ＣＡごとの積算値の偏差の総和を算出するようにしてもよい。ここで「予め定められた区間」とは、ノイズ波形モデルのピーク値に対応するクランク角を含む区間であれば、特に限定されるものではない。   Note that the correlation coefficient is calculated by, for example, integrating a predetermined section centered on an angle corresponding to the peak of the noise waveform model, and calculating the area Sn of the noise waveform model in that section. Then, in the same section, the area Sn ′ of the area of deviation between the noise waveform model and the integrated waveform, that is, the area surrounded by the noise waveform model waveform and the integrated waveform is calculated. As a method for calculating the area of the region, the total sum of deviations of integrated values every 5 degrees CA may be calculated. Here, the “predetermined section” is not particularly limited as long as it includes a crank angle corresponding to the peak value of the noise waveform model.

エンジンＥＣＵ２００は、相関係数Ｋｎを、Ｋｎ＝（Ｓｎ−Ｓｎ’）／Ｓｎという方程式より算出する。エンジンＥＣＵ２００は、Ｂ度ごとにノイズ波形モデルを移動させるごとに積算された波形との形状の相関係数Ｋｎを算出する。エンジンＥＣＵ２００は、算出された相関係数Ｋｎのうち最も高くなるときのノイズ波形モデルのピーク値に対応する角度を、ノイズの発生時期に対応する角度β（１）と推定する。   The engine ECU 200 calculates the correlation coefficient Kn from the equation Kn = (Sn−Sn ′) / Sn. The engine ECU 200 calculates the correlation coefficient Kn of the shape with the integrated waveform every time the noise waveform model is moved every B degrees. The engine ECU 200 estimates an angle corresponding to the peak value of the noise waveform model when the correlation coefficient Kn is the highest among the calculated correlation coefficients Kn as an angle β (1) corresponding to the noise generation time.

Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、正規化された波形をノイズ波形モデルで減算する。たとえば、正規化された波形の各角度に対応する積算値を線で結んで図１１に示すような波形が検出されたとする。エンジンＥＣＵ２００は、図１２に示すように、ノイズ波形モデルのピーク値に対応する角度をＳ１０７にて推定された角度β（１）に一致させる。そして、エンジンＥＣＵ２００は、図１１に示す正規化された波形から図１２に示すノイズ波形モデルを減算する。   In S108, engine ECU 200 subtracts the normalized waveform using the noise waveform model. For example, it is assumed that a waveform as shown in FIG. 11 is detected by connecting the integrated values corresponding to the angles of the normalized waveform with lines. As shown in FIG. 12, engine ECU 200 matches the angle corresponding to the peak value of the noise waveform model with angle β (1) estimated in S107. Then, engine ECU 200 subtracts the noise waveform model shown in FIG. 12 from the normalized waveform shown in FIG.

なお、ノイズ波形モデルのピークに対応する振動強度は、実験的に求められた振動強度に基づいて、ノック波形モデルに対応するように正規化されているが、たとえば、ノッキングに対応する振動の実測値と吸気バルブ１１６の着座ノイズに対応する振動の実測値との比によりノイズ波形モデルのピークに対応する振動強度を算出するようにしてもよい。エンジンＥＣＵ２００は、ノイズ波形モデルのピーク値に対応する角度をノイズ発生時期に対応する角度ｅｖｔに一致させた後、正規化された波形からノイズ波形モデルを減算すると、図１３に示すように、ノイズに対応する部分が除去された波形が得られる。   The vibration intensity corresponding to the peak of the noise waveform model is normalized so as to correspond to the knock waveform model based on the vibration intensity obtained experimentally. For example, the vibration intensity corresponding to knocking is actually measured. The vibration intensity corresponding to the peak of the noise waveform model may be calculated based on the ratio between the value and the actual vibration measurement value corresponding to the seating noise of the intake valve 116. When the engine ECU 200 matches the angle corresponding to the peak value of the noise waveform model with the angle evt corresponding to the noise occurrence time and then subtracts the noise waveform model from the normalized waveform, as shown in FIG. A waveform from which a portion corresponding to is removed is obtained.

図７に戻って、Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、正規化された波形をノイズ波形モデルで減算したときに、積算値（振動強度）がゼロより小さくなる角度があるか否かを判定する。これは、たとえば、図１４に示すように、ノイズ発生時期に発生した吸気バルブ１１６の着座ノイズが小さい場合において、正規化された波形からノイズ波形モデルを減算すると、図１５に示すように、正規化された波形の振動強度がゼロレベルを下回る可能性があるためである。積算値がゼロより小さくなる角度があると判定されると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１４に移される。なお、本実施の形態において、減算された波形に積算値がゼロより小さくなる角度があるか否かを判定したが、ゼロに特に限定されるものではない。たとえば、減算された波形に、積算値として取り得ない、予め定められた値より小さくなる角度がないという基準を満足するか否かを判定するようにしてもよい。   Returning to FIG. 7, in S110, engine ECU 200 determines whether or not there is an angle at which the integrated value (vibration intensity) is smaller than zero when the normalized waveform is subtracted by the noise waveform model. For example, as shown in FIG. 14, when the seating noise of the intake valve 116 generated at the noise occurrence time is small, the noise waveform model is subtracted from the normalized waveform as shown in FIG. This is because the vibration intensity of the converted waveform may be lower than the zero level. If it is determined that there is an angle at which the integrated value is smaller than zero (YES in S110), the process proceeds to S112. If not (NO in S110), the process proceeds to S114. In the present embodiment, it is determined whether or not the subtracted waveform has an angle at which the integrated value becomes smaller than zero, but is not particularly limited to zero. For example, it may be determined whether or not the subtracted waveform satisfies a criterion that there is no angle smaller than a predetermined value that cannot be obtained as an integrated value.

図７に戻って、Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、正規化された波形からノイズ波形モデルの減算を中止する。すなわち、エンジンＥＣＵ２００は、減算する前の波形に戻す。エンジンＥＣＵ２００は、減算された波形にノイズ波形モデル分を加算するようにして、減算する前の波形に戻してもよいし、メモリ２０２に予め記憶しておいた減算される前の波形を読み出して、減算する前の波形に戻してもよい。   Returning to FIG. 7, in S112, engine ECU 200 stops subtracting the noise waveform model from the normalized waveform. That is, engine ECU 200 returns to the waveform before subtraction. The engine ECU 200 may add the noise waveform model to the subtracted waveform to return to the waveform before subtraction, or read out the waveform before subtraction stored in the memory 202 in advance. The waveform before subtraction may be restored.

Ｓ１１４にて、エンジンＥＣＵ２００は、正規化された振動波形とノック波形モデルとの偏差に関する値である相関係数Ｋを算出する。正規化後の減算された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。   In S114, engine ECU 200 calculates correlation coefficient K, which is a value related to the deviation between the normalized vibration waveform and knock waveform model. The normalized vibration waveform and knock waveform model with the timing at which the vibration intensity is maximized in the subtracted vibration waveform after normalization and the timing at which the vibration intensity is maximized in the knock waveform model are matched. The correlation coefficient K is calculated by calculating the absolute value (deviation amount) of each deviation for each crank angle (every 5 degrees).

正規化後の振動波形とノック波形モデルとのクランク角ごとの偏差の絶対値をΔＳ（Ｉ）（Ｉは自然数）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−ΣΔＳ（Ｉ））／Ｓという方程式により算出される。ここで、ΣΔＳ（Ｉ）は、上死点から９０度までのΔＳ（Ｉ）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 absolute value of the deviation between the normalized vibration waveform and knock waveform model for each crank angle is ΔS (I) (I is a natural number), and the value obtained by integrating the vibration intensity in the knock waveform model with the crank angle (knock waveform model) If S is the area, the correlation coefficient K is calculated by the equation K = (S−ΣΔS (I)) / S. Here, ΣΔS (I) is the total sum of ΔS (I) from the top dead center to 90 degrees. Note that the method of calculating the correlation coefficient K is not limited to this.

Ｓ１１６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。   In S116, engine ECU 200 calculates knock magnitude N. If the calculated maximum value of the integrated value 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 = It is calculated by the equation P × K / BGL. BGL is stored in the memory 202. The method for calculating knock magnitude N is not limited to this.

Ｓ１１８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（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。そうでない場合（Ｓ１１８にてＮＯ）、処理はＳ１２４に移される。   In S118, engine ECU 200 determines whether knock magnitude N is greater than a predetermined determination value. If knock magnitude N is greater than a predetermined determination value (YES in S118), the process proceeds to S120. If not (NO in S118), the process proceeds to S124.

Ｓ１２０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。Ｓ１２２にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を遅角する。Ｓ１２４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。Ｓ１２６にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を進角する。   In S120, engine ECU 200 determines that knocking has occurred in engine 100. In S122, engine ECU 200 retards the ignition timing. In S124, engine ECU 200 determines that knocking has not occurred in engine 100. In S126, 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におけるエンジンＥＣＵ２００の動作について説明する。   An operation of engine ECU 200 in the knocking determination device according to the present embodiment based on the above-described structure and flowchart 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 ignition switch 312 and the engine 100 is started, the vibration intensity of the engine 100 is detected based on the signal transmitted from the knock sensor 300 (S100).

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 engine 100 is detected as a combined wave of vibrations from first frequency band A to third frequency band C.

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。そのため、検出された振動波形とノック波形モデルとの比較を容易にすることができる。   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. Therefore, the comparison between the detected vibration waveform and the knock waveform model can be facilitated.

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、図１６に示すように、波形の正規化が行なわれる（Ｓ１０６）。ここでは、１５度から２０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。   Using the maximum integrated value among the integrated values in the vibration waveform thus detected, the waveform is normalized as shown in FIG. 16 (S106). Here, it is assumed that each integrated value is divided by the integrated value from 15 degrees to 20 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.

なお、図１６においては、振動波形を矩形的に表しているが、各積算値を線で結び、線を用いて振動の波形を表してもよい。また、各積算値のみを点で表して振動波形を表してもよい。   In FIG. 16, the vibration waveform is represented in a rectangular shape, but each integrated value may be connected with a line, and the vibration waveform may be represented using the line. Alternatively, each integrated value may be represented by a point to represent a vibration waveform.

そして、ノイズ波形モデルのピークに対応する角度を、Ｂ度クランク角が進む方向に移動させるごとに、ノイズ波形モデルと積算された波形との形状の相関係数Ｋｎが算出される。算出された相関係数Ｋｎのうち最も高くなるときのノイズ波形モデルのピーク値に対応する角度を、ノイズの発生時期に対応する角度β（１）であると推定する（Ｓ１０７）。   Each time the angle corresponding to the peak of the noise waveform model is moved in the direction in which the B-degree crank angle advances, the correlation coefficient Kn of the shape between the noise waveform model and the integrated waveform is calculated. The angle corresponding to the peak value of the noise waveform model when the correlation coefficient Kn is the highest among the calculated correlation coefficients Kn is estimated to be the angle β (1) corresponding to the noise occurrence time (S107).

なお、本実施の形態においては、エンジンＥＣＵ２００において、吸気バルブ１１６の着座ノイズの発生時期に対応する角度が６５度であると推定されたと想定する。エンジンＥＣＵ２００は、ノイズ波形モデルのピーク値に対応する角度を６５度に一致させて、正規化された波形からノイズ波形モデルを減算して（Ｓ１０８）、図１６の斜線の部分が除去される。減算された波形において、積算値がゼロレベルを下回る角度がないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、図１７に示すように、減算された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、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クランク角ごとの偏差の絶対値ΔＳ（Ｉ）が算出される。   In the present embodiment, it is assumed that engine ECU 200 has estimated that the angle corresponding to the occurrence time of seating noise of intake valve 116 is 65 degrees. The engine ECU 200 matches the angle corresponding to the peak value of the noise waveform model to 65 degrees, subtracts the noise waveform model from the normalized waveform (S108), and the hatched portion in FIG. 16 is removed. In the subtracted waveform, if there is no angle at which the integrated value falls below the zero level (NO in S110), as shown in FIG. 17, the timing at which the vibration intensity is maximized in the subtracted vibration waveform and the knock waveform model The absolute value ΔS (I) of the deviation for each crank angle between the normalized vibration waveform and the knock waveform model is calculated in this state by matching the timing at which the vibration intensity becomes maximum.

このΔＳ（Ｉ）の総和ΣΔＳ（Ｉ）および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に基づいて、Ｋ＝（Ｓ−ΣΔＳ（Ｉ））／Ｓにより相関係数Ｋ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を数値化して客観的に判定することができる。   The correlation coefficient K is calculated by K = (S−ΣΔS (I)) / S based on the sum ΣΔS (I) of ΔS (I) and the value S obtained by integrating the vibration intensity with the crank angle in the knock waveform model. (S114). Thereby, the degree of coincidence between the detected vibration waveform and the knock waveform model can be expressed numerically and objectively determined.

一方、積算値がゼロを下回る角度があると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、減算は中止される（Ｓ１１２）。この場合、減算する前の積算された波形とノック波形モデルとを上述したように比較して相関係数Ｋが算出される（Ｓ１１４）。   On the other hand, if there is an angle at which the integrated value is less than zero (YES in S110), the subtraction is stopped (S112). In this case, the correlation coefficient K is calculated by comparing the accumulated waveform before subtraction and the knock waveform model as described above (S114).

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（Ｓ１１６）。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１５度から２０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 integrated value P by BGL (S116). 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 engine 100 is vibration caused by knocking based on the intensity of vibration. it can. Here, it is assumed that knock magnitude K is calculated by dividing the product of correlation coefficient K and the integrated value from 15 degrees to 20 degrees by BGL.

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（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定され（Ｓ１２０）、点火時期が遅角される（Ｓ１２２）。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 S118), it is determined that knocking has occurred (S120), and the ignition timing is retarded (S122). 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（Ｓ１１８にてＮＯ）、ノッキングが発生していないと判定され（Ｓ１２４）、点火時期が進角される（Ｓ１２６）。   On the other hand, when knock magnitude N is not greater than a predetermined determination value (NO in S118), it is determined that knocking has not occurred (S124), and the ignition timing is advanced (S126).

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、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く。同様に、実験などにより、吸気バルブの着座ノイズに対応する振動の波形であるノイズ波形モデルを予め作成しておく。検出された波形とノイズ波形とを比較した結果に基づいて、検出された波形からノイズ波形のピークに対応する部分を検出して、ノイズの発生時期を推定する。推定された発生時期に基づいて、積算された波形からノイズ波形を減算することによりノイズに対応する部分を精度よく除去することができる。したがって、ノック波形モデルと検出された波形からノイズを排除した波形とを比較することにより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。   As described above, according to the knock determination device for an internal combustion engine according to the present embodiment, a knock waveform model that is a waveform of vibration when knocking occurs is created in advance by experiments or the like. Similarly, a noise waveform model that is a waveform of vibration corresponding to the seating noise of the intake valve is created in advance by experiments or the like. Based on the result of comparison between the detected waveform and the noise waveform, a portion corresponding to the peak of the noise waveform is detected from the detected waveform, and the noise occurrence time is estimated. By subtracting the noise waveform from the accumulated waveform based on the estimated occurrence time, the part corresponding to the noise can be accurately removed. Therefore, it is possible to provide an internal combustion engine knock determination device capable of accurately determining whether knock has occurred in an internal combustion engine by comparing a knock waveform model with a waveform obtained by removing noise from a detected waveform. Can do.

また、エンジンＥＣＵは、減算された波形がゼロ以下の振動波形として取り得ない値となる場合には、減算を中止するため、減算された波形が振動波形として取り得ない値となることによる、ノッキング判定の精度の悪化を抑制することができる。なお、本実施の形態において、減算された波形の積算値がゼロ以下になる角度がある場合には、減算を中止するとしたが、積算値がゼロ以下になる角度は積算値をゼロとして、減算するようにしてもよい。   Further, when the subtracted waveform becomes a value that cannot be obtained as a vibration waveform of zero or less, the engine ECU stops the subtraction, and therefore the knocking determination is caused by the subtracted waveform becoming a value that cannot be obtained as the vibration waveform. The deterioration of accuracy can be suppressed. In this embodiment, the subtraction is stopped when there is an angle at which the integrated value of the subtracted waveform is less than or equal to zero. However, the angle at which the integrated value is less than or equal to zero is subtracted by setting the integrated value to zero. You may make it do.

あるいは、図１８に示すように、ノイズの発生時期に対応する角度β（１）が推定された場合に、推定された発生時期の前後のクランク角に対応する振動強度に基づいて、積算された波形からノイズ波形に対応する部分を除去するようにしてもよい。たとえば、ノイズの発生時期に対応する角度β（１）の前の角度Ｃ（１）に対応する振動強度から角度β（１）の後の角度Ｃ（２）に対応する振動強度へと一定に変化するように補正するようにしてもよい。これにより、検出された波形からノイズの発生時期のピーク値に対応する部分を除去することができる。   Alternatively, as shown in FIG. 18, when the angle β (1) corresponding to the noise occurrence time is estimated, the angle β (1) is integrated based on the vibration intensity corresponding to the crank angle before and after the estimated time of occurrence. A portion corresponding to the noise waveform may be removed from the waveform. For example, the vibration intensity corresponding to the angle C (1) before the angle β (1) corresponding to the noise generation time is constantly changed to the vibration intensity corresponding to the angle C (2) after the angle β (1). You may make it correct | amend so that it may change. As a result, the portion corresponding to the peak value of the noise generation time can be removed from the detected waveform.

また、ノイズ波形モデルは、エンジンの作動中の予め定められた運転条件のもとで、に学習するようにしてもよい。予め定められた運転条件とは、たとえば、エンジンへの燃料の供給が停止されているという条件である。すなわち、フューエルカット時のエンジンの作動中においては、ノッキングを含む燃焼ノイズが発生しない。そのため、この運転条件において吸気バルブあるいは排気バルブの着座ノイズを検出することにより、ノイズ波形を学習することができる。そのため、学習結果に基づいて、ノイズ波形を精度よく補正することができる。したがって、検出された波形からノイズに対応する部分を精度よく除去することができる。   Further, the noise waveform model may be learned under a predetermined operating condition during operation of the engine. The predetermined operating condition is, for example, a condition that fuel supply to the engine is stopped. In other words, combustion noise including knocking does not occur during operation of the engine during fuel cut. Therefore, the noise waveform can be learned by detecting the seating noise of the intake valve or the exhaust valve under this operating condition. Therefore, it is possible to accurately correct the noise waveform based on the learning result. Therefore, a portion corresponding to noise can be accurately removed from the detected waveform.

さらに、以上の説明では、吸気バルブに対応するノイズ波形モデルを予め作成しておき、検出された波形から減算するようにしたが、たとえば、排気バルブの着座ノイズやインジェクタの作動音に起因して発生するノイズのノイズ波形モデルを作成しておき、検出された波形から減算するようにしてもよい。このようにすると、検出された波形から排気バルブの着座ノイズに対応する部分やインジェクタによるノイズに対応する部分を除去することができる。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。   Furthermore, in the above description, a noise waveform model corresponding to the intake valve is created in advance and subtracted from the detected waveform. For example, due to the seating noise of the exhaust valve and the operating sound of the injector A noise waveform model of generated noise may be created and subtracted from the detected waveform. In this way, it is possible to remove a part corresponding to the seating noise of the exhaust valve and a part corresponding to the noise caused by the injector from the detected waveform. Therefore, it can be accurately determined whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine.

なお、本実施の形態においては、正規化後の波形とノイズ波形モデルとの比較結果に基づいて、ノイズの発生時期を推定したが、たとえば、正規化されていないノイズ波形モデルを予め作成しておき、正規化する前の積算された波形とノイズ波形モデルとを比較した結果に基づいて、ノイズの発生時期を推定するようにしてもよい。   In this embodiment, the noise generation time is estimated based on the comparison result between the normalized waveform and the noise waveform model. For example, a noise waveform model that has not been normalized is prepared in advance. Alternatively, the noise generation time may be estimated based on the result of comparing the accumulated waveform before normalization and the noise waveform model.

さらに、本実施の形態においては、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ために、５度ごとの積算値により振動波形を検出したが、特に限定されるものではなく、たとえば、１度ごとの積算値により振動波形を検出するようにしてもよい。このようにすると、ノイズの発生時期の推定の際に、ノイズ波形モデルとの比較の際においても、１度ごとに積算された波形とノイズ波形モデルとの比較を行なうことができるため、精度よくノイズの発生時期を推定することができる。   Furthermore, in the present embodiment, the vibration waveform is detected by the integrated value every 5 degrees in order to suppress the detection of the vibration waveform having a complicated shape in which the vibration intensity changes finely. For example, the vibration waveform may be detected by an integrated value for each time. In this way, when estimating the time of occurrence of noise, it is possible to compare the accumulated waveform with the noise waveform model at a time even when comparing with the noise waveform model. The generation time of noise can be estimated.

また、本実施の形態において、ノイズ波形モデルは、予め作成して記憶しておくようにしたが特にこれに限定されるものではない。たとえば、エンジン１００の実働時に、予め定められた運転条件（たとえば、エンジンへの燃料の供給が停止されているという条件）のもとで、検出されるノイズ（たとえば、吸排気バルブの着座ノイズ）をノイズ波形モデルとして設定するようにしてもよい。   In the present embodiment, the noise waveform model is created and stored in advance, but the present invention is not particularly limited to this. For example, during actual operation of engine 100, noise (for example, intake / exhaust valve seating noise) detected under a predetermined operating condition (for example, a condition that fuel supply to the engine is stopped) is performed. May be set as a noise waveform model.

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.

本発明の実施の形態に係るノッキング判定装置により制御されるエンジンを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the engine controlled by the knock determination apparatus which concerns on embodiment of this invention. エンジンで発生する振動の周波数を示す図である。It is a figure which shows the frequency of the vibration which generate | occur | produces with an engine. エンジンＥＣＵのメモリに記憶されたノック波形モデルを示す図である。It is a figure which shows the knock waveform model memorize | stored in memory of engine ECU. ノック波形モデルとノイズを含む振動波形を示す図である。It is a figure which shows a knock waveform model and the vibration waveform containing noise. ノイズ波形モデルとノイズを含む振動波形を示す図（その１）である。It is a figure (the 1) which shows a vibration waveform containing a noise waveform model and noise. ノイズが除去された振動波形を示す図（その１）である。It is a figure (the 1) which shows the vibration waveform from which noise was removed. 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. ノイズを含む振動波形を示す図（その１）である。It is a figure (the 1) which shows the vibration waveform containing noise. ノイズ波形モデルとノイズを含む振動波形を示す図（その２）である。It is a figure (the 2) which shows the vibration waveform containing a noise waveform model and noise. ノイズ波形モデルとノイズを含む振動波形を示す図（その３）である。It is a figure (the 3) which shows the vibration waveform containing a noise waveform model and noise. ノイズを含む振動波形を示す図（その２）である。It is a figure (the 2) which shows the vibration waveform containing noise. ノイズの発生時期に対応させたノイズ波形モデルを示す図である。It is a figure which shows the noise waveform model matched with the generation | occurrence | production time of noise. ノイズが除去された振動波形を示す図（その２）である。It is a figure (the 2) which shows the vibration waveform from which noise was removed. ノイズを含む振動波形を示す図（その３）である。FIG. 6 is a third diagram illustrating a vibration waveform including noise. ノイズが除去された振動波形を示す図（その３）である。FIG. 11 is a third diagram illustrating a vibration waveform from which noise is removed; 正規化後の振動波形を示す図である。It is a figure which shows the vibration waveform after normalization. 正規化後の振動波形とノック波形とを比較するタイミングを示す図である。It is a figure which shows the timing which compares the vibration waveform after normalization, and a knock waveform. 補正後の振動波形を示す図である。It is a figure which shows the vibration waveform after correction | amendment.

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、１２２ バルブタイミング可変機構、２００ エンジンＥＣＵ、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 筒内圧センサ。   100 engine, 104 injector, 106 spark plug, 110 crankshaft, 116 intake valve, 118 exhaust valve, 120 pump, 122 variable valve timing mechanism, 200 engine ECU, 300 knock sensor, 302 water temperature sensor, 304 timing rotor, 306 crank position Sensor, 308 Throttle opening sensor, 314 In-cylinder pressure sensor.

Claims (11)

内燃機関のノッキング判定装置であって、
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ノッキングに対応する振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、
前記内燃機関の作動に起因して発生する、前記ノッキング以外のノイズの振動に対応するノイズ波形を予め記憶するためのノイズ波形記憶手段と、
前記検出された波形と前記ノイズ波形とを比較した結果に基づいて、前記ノイズの発生時期を推定するための推定手段と、
前記推定された発生時期に基づいて、前記検出された波形から前記ノイズ波形に対応する部分を除去するための除去手段と、
前記ノイズ波形に対応する部分が除去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 corresponding to knocking of the internal combustion engine during the predetermined crank angle;
Noise waveform storage means for preliminarily storing a noise waveform corresponding to vibration of noise other than the knocking generated due to the operation of the internal combustion engine;
Based on the result of comparing the detected waveform and the noise waveform, an estimation means for estimating the generation time of the noise,
Removing means for removing a portion corresponding to the noise waveform from the detected waveform based on the estimated occurrence time;
An internal combustion engine comprising: a determination unit configured to determine whether or not the knocking has occurred based on a result of comparison between a waveform from which a portion corresponding to the noise waveform has been removed and a waveform stored in the storage unit Engine knocking determination device. 内燃機関のノッキング判定装置であって、
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ノッキングに対応する振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、
前記内燃機関の予め定められた運転条件のもとで、前記内燃機関の作動に起因して発生する、前記ノッキング以外のノイズの振動に対応するノイズ波形を検出するための手段と、
前記検出された波形と前記ノイズ波形とを比較した結果に基づいて、前記ノイズの発生時期を推定するための推定手段と、
前記推定された発生時期に基づいて、前記検出された波形から前記ノイズ波形に対応する部分を除去するための除去手段と、
前記ノイズ波形に対応する部分が除去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 corresponding to knocking of the internal combustion engine during the predetermined crank angle;
Means for detecting a noise waveform corresponding to vibrations of noise other than the knocking generated due to the operation of the internal combustion engine under predetermined operating conditions of the internal combustion engine;
Based on the result of comparing the detected waveform and the noise waveform, an estimation means for estimating the generation time of the noise,
Removing means for removing a portion corresponding to the noise waveform from the detected waveform based on the estimated occurrence time;
An internal combustion engine comprising: a determination unit configured to determine whether or not the knocking has occurred based on a result of comparison between a waveform from which a portion corresponding to the noise waveform has been removed and a waveform stored in the storage unit Engine knocking determination device. 前記除去手段は、前記推定された発生時期の前後のクランク角に対応する振動強度に基づいて、前記検出された波形から前記ノイズ波形に対応する部分を除去するための除去手段を含む、請求項１または２に記載の内燃機関のノッキング判定装置。   The removal means includes removal means for removing a portion corresponding to the noise waveform from the detected waveform based on vibration intensity corresponding to crank angles before and after the estimated occurrence time. The knock determination device for an internal combustion engine according to 1 or 2. 前記ノッキング以外のノイズの振動は、前記内燃機関に設けられる部品の作動に起因して発生する振動であって、
前記ノッキング判定装置は、前記部品の作動状態に基づいて、前記ノイズの発生が予測される時期を検知するための手段をさらに含み、
前記推定手段は、前記予測される時期に対応するクランク角を中心として、予め定められた区間における前記ノイズの発生時期を推定するための手段を含む、請求項１または２に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 The vibration of noise other than the knocking is a vibration generated due to the operation of a component provided in the internal combustion engine,
The knock determination device further includes means for detecting a time when the occurrence of the noise is predicted based on an operating state of the component,
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the estimation unit includes a unit for estimating a generation time of the noise in a predetermined section around a crank angle corresponding to the predicted time. Knocking determination device. 前記除去手段は、前記推定されたノイズの発生時期に基づいて、前記検出された波形から前記ノイズ波形を減算するための減算手段を含む、請求項４に記載の内燃機関のノッキング判定装置。   5. The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the removing means includes subtracting means for subtracting the noise waveform from the detected waveform based on the estimated noise generation time. 前記減算手段は、前記検出された波形から前記ノイズ波形を減算すると、減算された波形が予め定められた基準を満足しないと、前記減算を中止するための手段を含む、請求項５に記載の内燃機関のノッキング判定装置。   The subtracting means includes means for stopping the subtraction when the noise waveform is subtracted from the detected waveform and the subtracted waveform does not satisfy a predetermined criterion when the noise waveform is subtracted from the detected waveform. A knocking determination device for an internal combustion engine. 前記部品は、前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置である、請求項４〜６のいずれかに記載の内燃機関のノッキング判定装置。   The internal combustion engine knock determination device according to any one of claims 4 to 6, wherein the component is a fuel injection device that injects fuel into the internal combustion engine. 前記部品は、前記内燃機関の気筒に対して設けられた吸気バルブおよび排気バルブのうちの少なくともいずれか一方である、請求項４〜６のいずれか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 any one of claims 4 to 6, wherein the component is at least one of an intake valve and an exhaust valve provided for a cylinder of the internal combustion engine. 前記ノッキング判定装置は、前記内燃機関の予め定められた運転条件のもとで、前記ノイズ波形の振動強度を学習して、前記ノイズ波形を補正するための手段をさらに含み、
前記予め定められた運転条件は、前記内燃機関への燃料の供給が停止されているという条件である、請求項８に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 The knock determination device further includes means for learning the vibration intensity of the noise waveform under a predetermined operating condition of the internal combustion engine and correcting the noise waveform,
The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the predetermined operating condition is a condition that supply of fuel to the internal combustion engine is stopped. 前記ノッキング判定装置は、前記内燃機関の予め定められた運転条件のもとで、前記ノイズ波形の振動強度を学習して、前記ノイズ波形を補正するための手段をさらに含む、請求項１〜７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 determination device further includes means for learning vibration intensity of the noise waveform and correcting the noise waveform under predetermined operating conditions of the internal combustion engine. The knock determination device for an internal combustion engine according to any one of the above. 前記ノイズ波形は、前記ノイズに対応する振動の波形のピーク値を含む予め定められた区間の波形である、請求項１〜１０のいずれか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 any one of claims 1 to 10, wherein the noise waveform is a waveform in a predetermined section including a peak value of a vibration waveform corresponding to the noise.
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