JP4550917B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、内燃機関で発生するノックの検出時に点火時期の遅角などによりノックを回避するためのノック制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来から、内燃機関（エンジン）にて発生するノック現象を振動センサにて検出する方法が知られている。これは、エンジンの運転中にノックが発生すると、エンジンやノックの振動モードに応じて固有の周波数帯の振動が発生することが知られており、この固有周波数の振動強度を測定することでノック検出を行うものである。具体的には、固有周波数の抽出にはアナログのバンドパスフィルタ回路を用い、その出力をピークホールド回路に入力することで得られるバンドパスフィルタ後のピークホールド値により振動強度を測定する方法（例えば、特許文献１参照）や、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)を用いてデジタル信号処理（例えば、ＦＦＴ：高速フーリエ変換、Fast Fourier Transform）を行い、その固有周波数のスペクトル値により振動強度を測定する方法（例えば、特許文献２，３参照）が提案されている。

ところで、前述した特許文献１のように、アナログのバンドパスフィルタ回路を構成する場合、部品点数が多い割には制御の自由度が低く、例えば、複数の周波数帯を同時に解析したいような場合には、部品点数が尚一層多くなるといった問題があった。また、前述した特許文献２，３のように、ＤＳＰを使う場合でも、ＤＳＰ自体が高価であり、また、専用設計されたＤＳＰであれば、制御の自由度も制限されるといった問題があった。

これらの問題に関しては、近年のマイクロコンピュータの高機能化と低価格化に伴い、前述のようなＤＳＰを用いずとも、マイクロコンピュータのみでデジタル信号処理を実施できるレベルの処理能力を持った、自動車のエンジン制御用のマイクロコンピュータを使用することで改善される見込みがある。即ち、マイクロコンピュータによるデジタル信号処理により周波数解析を行うことで、従来のアナログ回路による方法に比べるとＩ／Ｆ回路の規模は大幅に減少するし、従来の専用ＤＳＰによるデジタル処理による方法と比べると制御の自由度は大幅に向上すると考えられる。

特開２００２−３５７１５６号公報 特許３０９３４６７号公報 特許３０９８１０４号公報

逆に、マイクロコンピュータによるデジタル信号処理に特有の問題もある。即ち、マイクロコンピュータ内では自動車のエンジン制御全ての処理を行っているため、ノックの周波数解析に割くことができる処理量やメモリ量が限られているにも関わらず、ノックの周波数解析に必要な時間及び周波数の分解能を確保する必要がある。例えば前述の特許文献２，３の方法をマイクロコンピュータによるデジタル信号処理に適用した場合では、ＦＦＴを用いているため、次のような問題があった。

つまり、
・全周波数帯を解析するため演算量と必要メモリ量が多い。
・観測区間内のサンプル点数が２のべき乗に限定されるため解析対象周波数の選択肢が少ない。
・観測区間内のサンプル点数が固定されるため、周波数に対する時間分解能にばらつきが生じる（高周波になるほど振動強度の変化は高速になるが、低周波の低速な変化を捉えるように長めに設定した解析区間であれば、低速な変化は捉えられても、高周波の高速な変化を捉えることができない場合が生じる）
という問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、少ない演算量とメモリ量でノックの周波数解析に必要十分な時間及び周波数の分解能を確保することができ、更には解析対象周波数の選択肢をも増加させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関に設けられたノックセンサまたは筒内圧センサの出力信号に基づいてノックの発生を判定するノック検出手段と、前記ノック検出手段によるノック検出時にノックを回避するためのノック制御を行うノック制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記ノック検出手段は、前記ノックセンサまたは筒内圧センサの出力信号の高周波成分をカットするローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力信号を所定時間毎にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換されたデータをデジタル信号処理して時間−周波数解析を行うデジタル信号処理手段とを含み、前記デジタル信号処理手段によるデジタル信号処理結果に基づいてノック検出を行う手段であり、前記デジタル信号処理手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換されたデータを所定のサンプル点数毎に区切ることで観測区間を設定する観測区間設定手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換されたデータを予め定められたノック固有周波数に近い解析対象周波数に対応するサンプル点数により区切ることで観測区間を設定する観測区間設定手段と、前記観測区間設定手段により設定された観測区間毎に前記サンプル点数で再現される基底関数の波数を用いて離散フーリエ変換により複数の周波数を同時に解析する複数周波数同時解析手段と、を有し、前記観測区間設定手段は、解析対象周波数に応じて観測区間に含まれるサンプル点数を変更することを特徴とする。

この発明によれば、デジタル信号処理手段により、Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換されたデータを所定のサンプル点数毎に区切ることで観測区間を設定する観測区間設定手段と、設定された観測区間毎に離散フーリエ変換により複数の周波数を同時に解析する複数周波数同時解析手段との機能を果たし、また、解析対象周波数に応じて観測区間に含まれるサンプル点数を変更するようにしたので、少ない演算量とメモリ量でノックの周波数解析に必要十分な時間及び周波数の分解能を確保することができ、ノックを精度良く検出できるという優れた効果を得ることができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。図１と図２は、この発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を説明するためのエンジン周辺機器の構成と内燃機関の制御装置の構成を概略的に示す図である。

図１に示すように、エンジン（内燃機関）１の吸気系の上流には吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ２が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ２の開度を測定するために、スロットル開度センサ３が設けられている。さらに、電子制御式スロットルバルブ２の上流には吸入空気流量を測定するエアフロセンサ４が設けられており、電子制御式スロットルバルブ２の下流のエンジン１側には、サージタンク５内の圧力を測定するインマニ（インテークマニホールド（Intake Manifold）の略称）圧センサ６が設けられている。なお、エアフロセンサ４とインマニ圧センサ６に関しては、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみが設けられていてもよい。

さらに、サージタンク５には、電子制御式ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブ７が接続されており、サージタンク５の下流の吸気通路には、燃料を噴射するインジェクタ８が設けられている。なお、インジェクタ８は、エンジン１のシリンダに直接噴射できるように設けられてもよい。さらに、エンジン１のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル９及び点火プラグ１０、エンジンの回転速度やクランク角度を検出するためにクランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するためのクランク角センサ１１、エンジンの振動を検出するためのノックセンサ１２がエンジン１に設けられている。なお、ノックセンサ１２に替わり、エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧センサ（図示しない）を各気筒に取り付けるようにしてもよい。

また、図２に示すように、エアフロセンサ４で測定された吸入空気流量と、インマニ圧センサ６で測定されたインマニ圧と、スロットル開度センサ３で測定された電子制御式スロットルバルブ２の開度と、クランク角センサ１１より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスと、ノックセンサ１２で測定されたエンジンの振動波形は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ：Engine Control Unit」と称す）１３に入力される。また、前記以外の各種センサからもＥＣＵ１３に測定値が入力され、さらに、他のコントローラ（例えば、自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等の制御システム）からの信号もＥＣＵ１３に入力される。

ＥＣＵ１３は、アクセル開度やエンジンの運転状態などを基にして目標スロットル開度を算出して電子制御式スロットルバルブ２を制御する。また、ＥＣＵ１３は、その時の運転状態に応じて、電子制御式ＥＧＲバルブ７の開度を制御し、目標空燃比を達成するようにインジェクタ８を駆動制御し、目標点火時期を達成するように点火コイル９への通電制御を行う。なお、ＥＣＵ１３は、内燃機関（エンジン）１に設けられたノックセンサ１２または筒内圧センサ（図示せず）の出力信号に基づいてノックの発生を判定するノック検出手段と、ノック検出時にノックを回避するためのノック制御を行うノック制御手段の機能をなすもので、後述の方法でノックが検出された場合には、目標点火時期を遅角側（リタード側）に設定することでノックの発生を抑制する制御を行う。さらに、ＥＣＵ１３は、前記以外の各種アクチュエータへの指示値も算出する。

次に、図３を参照しながら、ＥＣＵ１３内で行うノック検出及びノック制御の概要について説明する。図３は、ＥＣＵ１３によるノック検出及びノック制御全体の構成を示したブロック図である。図３において、符号１２及び１３は、ぞれぞれ、図１及び図２に示したノックセンサ及びＥＣＵである。ＥＣＵ１３内のノック検出及びノック制御部の構成について説明する。ＥＣＵ１３は、各種Ｉ／Ｆ回路とマイクロコンピュータからなり、マイクロコンピュータは、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、制御プログラムや制御定数を記憶しておくＲＯＭ領域、プログラムを実行した際の変数を記憶しておくＲＡＭ領域等から構成されている。

Ｉ／Ｆ回路は、ノックセンサ１２の信号出力の高周波成分を除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４を有する。また、マイクロコンピュータは、ＬＰＦ１４を介して入力されるアナログ信号を一定の時間間隔（例えば、１０μｓや２０μｓ等）毎にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１５と、Ａ／Ｄ変換部１５から出力されるデジタル信号に対し、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）処理により時間−周波数解析を実施し、それぞれ異なるノック固有周波数成分のスペクトルを算出するデジタル信号処理手段としてのＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂとを有する。なお、Ａ／Ｄ変換部１５によるＡ／Ｄ変換は常時行うようにしてもいいし、ノックが発生する期間（例えば、ＴＤＣからＡＴＤＣ５０°ＣＡ等。以下、ノック検出ウインドウと称す）のみ行うようにしてもよい。

ここで、デジタル信号処理手段としてのＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂは、ローパスフィルタ１４及びＡ／Ｄ変換部１５と共にノック検出手段を構成するもので、Ａ／Ｄ変換部１５によりＡ／Ｄ変換されたデータを所定のサンプル点数毎に区切ることで観測区間を設定する観測区間設定手段（図示せず）と、観測区間設定手段により設定された観測区間毎に離散フーリエ変換により複数の周波数を同時に解析する複数周波数同時解析手段（図示せず）との機能を有し、また、観測区間設定手段により、解析対象周波数に応じて観測区間に含まれるサンプル点数を変更可能である。このＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂによるＤＦＴ処理方法の詳細については後述する。

また、マイクロコンピュータは、ＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂによるＤＦＴ処理結果のピークホールド値Ｖ_Ｐａ，Ｖ_Ｐｂを算出するピークホールド部１７ａ，１７ｂと、ピークホールド部１７ａ，１７ｂから出力されるピークホールド値に対して次式（１）によりフィルタ処理を行い平均化する平均化部１８ａ，１８ｂと、平均化部１８ａ，１８ｂからの出力Ｖ_ＢＧＬａ，Ｖ_ＢＧＬｂに基づいて次式（２）によりノック判別のためのスレッショルド値Ｖ_ＴＨａ，Ｖ_ＴＨｂを得るスレッショルド演算部１９ａ，１９ｂとを有する。

（Ｖ_{ＢＧＬ（ｎ）}：フィルタ値、Ｖ_Ｐ（ｎ）：ピークホールド値、Ｋ_１：平均化係数）

（Ｖ_{ＴＨ（ｎ）}：スレッショルド値、Ｋ_ｔｈ：スレッショルド係数、Ｖ_ｏｆｓ：スレッショルドオフセット）

また、マイクロコンピュータは、ピークホールド部１７ａ，１７ｂからのピークホールド値Ｖ_Ｐａ，Ｖ_Ｐｂとスレッショルド演算部１９ａ，１９ｂからのスレッショルド値Ｖ_ＴＨａ，Ｖ_ＴＨｂとを比較し、次式（３）に基づいてノック発生有無を判別し、ノック強度に応じた信号Ｖ_Ｋａ，Ｖ_Ｋｂを出力する比較演算部２０ａ，２０ｂと、比較演算部２０ａ，２０ｂのノック判別結果Ｖ_Ｋａ，Ｖ_Ｋｂから次式（４）により１点火毎のノック強度に応じた遅角量Δθ_Ｒａ，Δθ_Ｒｂを演算する１点火毎遅角量演算部２１ａ，２１ｂと、１点火毎遅角量演算部２１ａ，２１ｂからの１点火毎遅角量Δθ_Ｒａ，Δθ_Ｒｂを積算し、次式（５）により点火時期のノック補正量θ_Ｒａ，θ_Ｒｂを演算するノック遅角量演算部２２ａ，２２ｂとを有する。なお、ノック遅角量演算部２２ａ，２２ｂは、ノック発生がない場合は、進角復帰する。

（Ｖ_Ｋ（ｎ）：ノック強度（Ｖ_Ｋ（ｎ）＞０時にノック有りと判定））

（Δθ_Ｒ（ｎ）：１点火毎遅角量、Ｋ_ｇ：遅角量反映係数）

（θ_Ｒ（ｎ）：ノック補正量、Ｋ_ａ：進角復帰定数）

ＥＣＵ（１３）は、このように演算された、それぞれ異なるノック固有周波数に対するノック補正量θ_Ｒａ，θ_Ｒｂに対し、より大きなノック補正量を用いて最終点火時期θ_ＩＧを次式（６）により算出する。

（θ_Ｂ：基本点火時期）

以上により、ＥＣＵ１３が、ＤＦＴによるスペクトル演算結果を用いたノック検出及び点火時期を遅角することによりノックを抑制するノック制御を実現する方法について説明した。

次に、ＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂによるＤＦＴ処理方法の詳細について説明する。図４は、ノック検出期間（ウインドウ開期間）中にＡ／Ｄ変換（図３の１５）した結果に対し、ＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂにより観測区間毎区切ってＤＦＴ処理を実施してスペクトルを演算後、ピークホールド部１７ａ，１７ｂによりピークホールド値を算出するまでの処理を示したものである。

図４に示すように、Ａ／Ｄ変換部１５は、ノック検出期間（ウインドウ開期間）（図４（ａ）参照）中のノックセンサ信号（図４（ｂ）参照）を例えば２０μｓ毎にＡ／Ｄ変換する処理を行っている（図４（ｃ）参照）。次に、Ａ／Ｄ変換部１５で取り込んだノックセンサ信号に対し、ＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂは、観測区間設定手段の機能により、観測区間ａ，観測区間ｂが所定のサンプル点数毎に区切られ、複数周波数同時解析手段の機能により、それぞれの観測区間毎に離散フーリエ変換により複数の周波数を同時に解析してサンプル点数毎のスペクトルを算出し、ピークホールド部１７ａ，１７ｂによりノック検出期間（ウインドウ開期間）中のスペクトル最大値をピークホールド値ａ，ピークホールド値ｂとして算出するものである（図４（ｄ）及び（ｅ）参照）。

なお、ここでは、ＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂは、観測区間設定手段の機能により、観測区間を前の観測区間と１／２ずつオーバーラップさせて時間方向に移動させているが、これは観測区間を単純に区切っただけでは（例えば、観測区間ａのｔａ１，ｔａ３，ｔａ５のみを使用した場合）時間方向の精度が悪くなることから、時間精度を向上させるために行った処置である。図４では、１／２ずつオーパーラップさせたが、図６の観測区間ｂのように、解析対象の周波数に応じて、例えば２／３ずつオーバーラップさせるようにしても良い（図６（ｅ）参照）。ｓａ１〜ｓａ５は、観測区間ａのｔａ１〜ｔａ５におけるスペクトルを示し、同様に、ｓｂ１〜ｓｂ１１は、観測区間ｂのｔｂ１〜ｔｂ１１におけるスペクトルを示している。

ここで、ＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂ内の観測区間ａ，観測区間ｂのサンプル点数Ｎの選び方について説明する。図５は、５０ｋＨｚ（２０μｓ毎）にＡ／Ｄ変換したデータに対してＤＦＴ処理を実施する際の、観測区間内に含まれるサンプル点数Ｎ個と、Ｎ個のサンプル点数で再現されるフーリエ変換の基底関数の波数ｋ個と、解析対象周波数ｆｋ［ｋＨｚ］の関係を示したものである。

図５において、解析対象周波数ｆｋ［ｋＨｚ］を２５ｋＨｚまでしか表示していないのは、５０ｋＨｚでサンプリングした場合、２５ｋＨｚ以上はエイリアシング（折り返し雑音）が発生する領域であるためである。また、ここでは例としてサンプル点数Ｎを１６〜３６個（４個刻み）としたが、これに限らなくても良い。

サンプル点数Ｎを、Ｎ＝３２とした場合を基準に考える。Ｎ＝３２を基準とするのは、一般にデジタル信号処理による周波数解析にはＦＦＴが使用されるが、その制約条件として、サンプル点数Ｎは２のべき乗である必要があり、そのサンプル点数は全周波数域で一定とする必要があることから、ＦＦＴの問題点を示すためにＮ＝３２を基準とした。この発明では、ＦＦＴではなくＤＦＴを使用していることから、これらの制約はなくなるが、全周波数帯を解析する場合には、ＦＦＴに比べ演算量が膨大となってしまう。そこで、本実施の形態では、２周波数帯のみに限定してＤＦＴを実施することで、必要最小限の演算で必要数の周波数帯の同時解析を実施でき、さらにサンプル点数Ｎの選択自由度を向上させている。なお、２周波数帯に限らず、複数の周波数帯を対象として同時に解析することも可能である。

図５のＮ＝３２の列を見ると、解析対象周波数ｆｋ＝０〜２５ｋＨｚまでが１７段階に刻まれており、その刻み幅は１．５６ｋＨｚである。一般に、ノックの固有周波数は５〜１５ｋＨｚに発生することが多いと考えられているので、この場合、６．２５ｋＨｚ（ｋ＝４）〜１４．０６ｋＨｚ（ｋ＝９）程度がノックの検出に使用できる周波数帯と考えられる。

ここで、２つの問題が考えられる。第１の問題点は、周波数の刻み幅が１．５６ｋＨｚであるため、所望の周波数帯を選択できない場合があることである。例えば、ノックの固有周波数として７ｋＨｚを選択したい場合には、６．２５ｋＨｚ（ｋ＝４）または７．８１ｋＨｚ（ｋ＝５）しか選択できないことである。第２の問題点は、高周波側の時間分解能が相対的に低くなるということである。これは、６．２５ｋＨｚ（ｋ＝４）と１２．５ｋＨｚ（ｋ＝８）を比べると、同一の観測区間内に含まれる波数が倍半分になっており、周波数に対する時間の分解能に差があることを示している。

これらの問題を解決するために、図５の表に基づいて観測区間内に含まれるサンプル点数Ｎ個と、Ｎ個のサンプル点数で再現されるフーリエ変換の基底関数の波数ｋ個と、解析対象周波数ｆｋ［ｋＨｚ］を選択するのがこの発明のポイントである。例えば、ノックの固有周波数として７ｋＨｚを選択したい場合には、Ｎ＝２８かつｋ＝４となる点を選び、解析対象周波数として７．１４ｋＨｚを選択するか、Ｎ＝３６かつｋ＝５となる点を選び、解析対象周波数として６．９４ｋＨｚを選択することで、Ｎ＝３２に固定した場合と比較してよりノック固有周波数に近い周波数帯を解析することが可能となる。

次に、ノックの固有周波数として１２．５ｋＨｚを選択する場合には、Ｎ＝３２かつｋ＝８となる点ではなく、Ｎ＝１６かつｋ＝４となる点、またはＮ＝２０かつｋ＝５となる点を選択することで、時間と周波数の分解能のバランスが向上すると言える。つまり、高周波になるほど振動強度の変化は高速になるので、高周波側では解析区間を低周波側に比べて短くすることで、高周波の高速な変化を捉えることができるようになる。このように、観測区間内に含まれる波数を所定数（例えば図５の太枠部の４〜６波程度）に揃えることにより、ノックの周波数解析に必要十分な時間及び周波数の分解能を確保することができ、解析対象周波数の選択肢自由度もサンプル点数が３２点に固定されるＦＦＴと比べると増加する。

このような波数を一定とする考え方は、一般にウェーブレット変換と呼ばれている。但し、このウェーブレット変換では波数ｋを固定し、サンプル点数Ｎに応じて解析対象周波数ｆｋを選択することになり、解析対象周波数の選択幅が少なくなってしまうという問題があったため、この発明では、前述の通り、サンプル点数Ｎと波数ｋを自由に選択できるようにした。

次に、ＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂにより、前記の方法で区切られた観測区間毎にＤＦＴ処理を行う方法について説明する。離散フーリエ変換は、一般的に次式（７）により演算されることは公知である。

ここで、ｘ（ｎ）は入力信号、Ｎは観測区間内のサンプル点数、ｎは観測区間内のサンプル値番号、ｋは観測区間内の基底関数の波数ある。入力信号を観測区間に区切ることは、所謂矩形窓をかけることと同じなので、窓関数としてｗ（ｎ）を用いると、式（７）は次式（８）、（９）のように書ける。

図７にこのイメージを示すもので、窓関数（矩形窓）付きフーリエ変換の概念図である。図７において、（ａ）は窓関数、（ｂ）は入力信号、（ｃ）は入力信号（Ａ／Ｄ値）×窓関数、（ｄ）は基底関数を示す。

ところで、矩形窓ではフーリエ変換実施時に不連続点が生じることから、不連続点を生じない窓関数（例えば、ハニング窓）を用いるのが一般的である。そこで、ハニング窓を使用した際のイメージ図を図８に示す。図８において、（ａ）は窓関数（ハニング窓）、（ｂ）は入力信号、（ｃ）は入力信号（Ａ／Ｄ値）×窓関数、（ｄ）は基底関数を示す。このように、入力信号にハニング窓をかけたものに対し、更に基底関数をかけたものを積算するのが離散フーリエ変換であり、積算結果の絶対値がスペクトルと呼ばれている。なお、ハニング窓は次式（１０）で表される。

ところで、前述の方法では、入力信号にハニング窓をかけ、更に基底関数をかけた上で積算するので、演算量が多くなってしまう。そこで、基底関数に窓関数としてハニング窓をかけた定数をあらかじめテーブルとして、ＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂ内の記憶部（図示せず）に記憶しておき、複数周波数同時解析手段による離散フーリエ変換により複数周波数を同時解する際、これを入力信号にかけて積算するようにすれば演算量を削減することができる。図９にこのイメージ図を示し、図１０にテーブルの例（サンプル点数１６点の場合）を示す。図９において、（ａ）は窓関数（ハニング窓）、（ｂ）は入力信号、（ｃ）は入力信号（Ａ／Ｄ値）、（ｄ）は基底関数×窓関数、（ｅ）は基底関数を示す。また、図１０において、（ａ）と（ｂ）に示すテーブルは式（８）における左辺第１項と第２項のＤＦＴ演算用定数Ｋｗｃ（ｎ）とＫｗｓ（ｎ）に相当する。このようにすることにより、少ない演算量でＤＦＴ処理を実施することが可能となる。

上述したように、本実施の形態によれば、デジタル信号処理手段としてのＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂは、Ａ／Ｄ変換部１５によりＡ／Ｄ変換されたデータを所定のサンプル点数毎に区切ることで観測区間を設定する観測区間設定手段と、設定された観測区間毎に離散フーリエ変換により複数の周波数を同時に解析する複数周波数同時解析手段との機能を果たし、また、解析対象周波数に応じて観測区間に含まれるサンプル点数を変更するようにしたので、少ない演算量とメモリ量でノックの周波数解析に必要十分な時間及び周波数の分解能を確保することができ、更には解析対象周波数の選択肢をも増加させることができるエンジンのノック検出手段が得られるという優れた効果を有する。

この発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を説明するためのエンジン周辺機器を概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 図２に示すＥＣＵ１３によるノック検出及びノック制御全体の構成を示すブロック図である。 図３に示すＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂの処理方法を説明するための図である。 図３に示すＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂの処理内容を説明するもので、観測区間ａ，観測区間ｂのサンプル点数Ｎの選択方法を示す図である。 観測区間を１／２ずつオーバーラップさせて時間方向に移動させた図４に示す処理方法に対し、解析対象の周波数に応じて、２／３ずつオーバーラップさせた場合のＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂの処理方法を説明するための図である。 図３に示すＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂの処理内容を説明するもので、窓関数（矩形窓）付きフーリエ変換の概念図である。 図３に示すＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂの処理内容を説明するもので、窓関数（ハニング窓）付きフーリエ変換の概念図である。 図３に示すＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂの処理内容を説明するもので、窓関数（ハニング窓）付きフーリエ変換の概念図である。 図３に示すＤＦＴ処理部１６ａ，１６ｂの処理内容を説明するもので、離散フーリエ変換演算用定数のテーブルを示す図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）、２ 電子制御式スロットルバルブ、３ スロットル開度センサ、４ エアフロセンサ、５ サージタンク、６ インマニ圧センサ、７ ＥＧＲバルブ、８ インジェクタ、９ 点火コイル、１０ 点火プラグ、１１ クランク角センサ、１２ ノックセンサ、１３ ＥＣＵ。

Claims (5)

1. 内燃機関に設けられたノックセンサまたは筒内圧センサの出力信号に基づいてノックの発生を判定するノック検出手段と、
   前記ノック検出手段によるノック検出時にノックを回避するためのノック制御を行うノック制御手段と
   を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記ノック検出手段は、
   前記ノックセンサまたは筒内圧センサの出力信号の高周波成分をカットするローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタの出力信号を所定時間毎にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換されたデータをデジタル信号処理して時間−周波数解析を行うデジタル信号処理手段と
   を含み、前記デジタル信号処理手段によるデジタル信号処理結果に基づいてノック検出を行う手段であり、
   前記デジタル信号処理手段は、
   前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換されたデータを所定のサンプル点数毎に区切ることで観測区間を設定する観測区間設定手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換されたデータを予め定められたノック固有周波数に近い解析対象周波数に対応するサンプル点数により区切ることで観測区間を設定する観測区間設定手段と、
   前記観測区間設定手段により設定された観測区間毎に前記サンプル点数で再現される基底関数の波数を用いて離散フーリエ変換により複数の周波数を同時に解析する複数周波数同時解析手段と、
   を有し、
   前記観測区間設定手段は、解析対象周波数に応じて観測区間に含まれるサンプル点数を変更する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記観測区間設定手段は、観測区間を前の観測区間と一部オーバーラップしながら移動させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記観測区間設定手段は、解析対象周波数に応じたサンプル点数を、低周波数側では多く、高周波数側では少なくする
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記複数周波数同時解析手段は、離散フーリエ変換により複数周波数を同時に解析する際、演算に用いる定数をテーブルにあらかじめ記憶させておく
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記テーブルには、基底関数と窓関数から算出された定数が設定されている
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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