JP4744482B2 - Internal combustion engine knock determination device - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関のノッキング判定装置に関し、特に、内燃機関の振動の波形に基づいてノッキングの有無を判定する技術に関する。   The present invention relates to a knocking determination device for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for determining the presence or absence of knocking based on a vibration waveform of the internal combustion engine.

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

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

この公報に記載のノッキング判定装置によれば、クランク角検出部が、内燃機関のクランク角を検出し、振動検出部が振動の強度に関する値を検出し、波形検出部が、振動の強度（大きさ）に関する値に基づいて、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を検出する。記憶部が、内燃機関の振動の波形を予め記憶し、判定部が、検出された波形と記憶された波形とを比較した結果に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定する。これにより、たとえば実験などにより、ノッキングが発生した場合の振動の波形であるノック波形モデルを予め作成して記憶しておき、このノック波形モデルと検出された波形とを比較して、ノッキングが発生したか否かを判定することができる。そのため、エンジンの振動がノッキングに起因した振動であるか否かをより詳細に分析することができる。その結果、精度よくノッキングが発生したか否かを判定することができる。
特開２００５−３３０９５４号公報 According to the knocking determination device described in this publication, the crank angle detection unit detects the crank angle of the internal combustion engine, the vibration detection unit detects a value related to the vibration intensity, and the waveform detection unit detects the vibration intensity (large). The vibration waveform of the internal combustion engine during a predetermined crank angle is detected on the basis of the value related to (b). The storage unit stores in advance the vibration waveform of the internal combustion engine, and the determination unit determines whether knocking has occurred in the internal combustion engine based on the result of comparing the detected waveform with the stored waveform. . As a result, a knock waveform model, which is a vibration waveform when knocking occurs, is created and stored in advance by, for example, experiments, and knocking occurs by comparing this knock waveform model with the detected waveform. It can be determined whether or not. Therefore, it is possible to analyze in more detail whether or not the engine vibration is caused by knocking. As a result, it is possible to accurately determine whether knocking has occurred.
JP 2005-330954 A

特開２００５−３３０９５４号公報に記載のノッキング判定装置においては、振動の強度に関する値を最大値により除算することにより正規化された波形が検出される。そのため、検出された波形における強度の最大値は常に「１」である。したがって、検出された強度が小さい場合であっても、検出された波形の形状が記憶された波形の形状と似ていれ
ば、波形の偏差を表わす値がノッキング時のような値になり得る。そのため、ノッキングでないにもかかわらずノッキングであると誤判定し得る。 In the knock determination device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-330954, a normalized waveform is detected by dividing a value related to the intensity of vibration by the maximum value. Therefore, the maximum intensity value in the detected waveform is always “1”. Therefore, even when the detected intensity is small, if the detected waveform shape is similar to the stored waveform shape, the value representing the deviation of the waveform can be the value at the time of knocking. For this reason, it may be erroneously determined that knocking is occurring even though it is not knocking.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる内燃機関のノッキング判定装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a knock determination device for an internal combustion engine that can accurately determine whether knock has occurred or not. .

第１の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、内燃機関のクランク角を検出するための手段と、クランク角に対応させて、内燃機関の振動の強度を検出するための手段と、内燃機関の振動の強度に基づいて、クランク角についての予め定められた間隔における振動の波形を検出するための手段と、検出された波形における強度に応じて変化する値がしきい値よりも大きい場合、検出された波形における強度および内燃機関の振動の波形の基準として定められる波形モデルにおける強度の差に基づいて、検出された波形および波形モデルが類似する度合いを示す演算値を算出するための算出手段と、検出された波形における強度に応じて変化する値がしきい値よりも小さい場合、予め定められた値を演算値に設定するための手段と、演算値に基づいて内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段とを備える。   An internal combustion engine knock determination device according to a first aspect of the invention includes means for detecting a crank angle of the internal combustion engine, means for detecting the intensity of vibration of the internal combustion engine in correspondence with the crank angle, and the internal combustion engine. A means for detecting a vibration waveform at a predetermined interval with respect to the crank angle based on the vibration intensity, and a value that varies according to the intensity in the detected waveform is greater than a threshold value, Calculation means for calculating a calculated value indicating the degree of similarity between the detected waveform and the waveform model based on the difference between the intensity in the detected waveform and the intensity in the waveform model defined as a reference for the waveform of the vibration of the internal combustion engine And a means for setting a predetermined value as a calculation value when a value that changes according to the intensity in the detected waveform is smaller than a threshold value, And a determination means for determining whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine based on.

この構成によると、内燃機関のクランク角が検出される。内燃機関の振動の強度がクランク角に対応して検出される。強度に基づいて、クランク角についての予め定められた間隔における振動の波形が検出される。検出された波形における強度に応じて変化する値がしきい値よりも大きい場合、ノッキングが発生した可能性がある。この場合、検出された波形における強度および内燃機関の振動の波形の基準として定められる波形モデルにおける強度の差に基づいて、検出された波形および波形モデルが類似する度合いを示す演算値が算出される。この演算値に基づいて内燃機関にノッキングが発生したか否かが判定される。これにより、検出された波形と波形モデル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精度よく判定することができる。一方、検出された波形における強度に応じて変化する値がしきい値よりも小さい場合、ノッキングが発生した可能性は小さい。この場合、予め定められた値が演算値に設定される。これにより、検出された波形と波形モデルとを比較せずにノッキングが発生したか否かを判定することができる。そのため、たとえば、検出された波形と波形モデルとが酷似していた場合であっても、ノッキングが発生していないと正しく判定することができる。その結果、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる内燃機関のノッキング判定装置を提供することができる。   According to this configuration, the crank angle of the internal combustion engine is detected. The intensity of vibration of the internal combustion engine is detected corresponding to the crank angle. Based on the intensity, a vibration waveform at a predetermined interval for the crank angle is detected. If the value that changes according to the intensity in the detected waveform is larger than the threshold value, knocking may have occurred. In this case, a calculated value indicating the degree of similarity between the detected waveform and the waveform model is calculated based on the difference between the intensity in the detected waveform and the intensity in the waveform model determined as a reference for the vibration waveform of the internal combustion engine. . It is determined whether knocking has occurred in the internal combustion engine based on the calculated value. Thereby, it is possible to accurately determine whether or not knocking has occurred based on the result of comparing the detected waveform with the waveform model. On the other hand, when the value that changes according to the intensity in the detected waveform is smaller than the threshold value, the possibility of occurrence of knocking is small. In this case, a predetermined value is set as the calculated value. As a result, it is possible to determine whether or not knocking has occurred without comparing the detected waveform with the waveform model. Therefore, for example, even when the detected waveform and the waveform model are very similar, it can be correctly determined that knocking has not occurred. As a result, it is possible to provide a knock determination device for an internal combustion engine that can accurately determine whether or not knocking has occurred.

第２の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置においては、第１の発明の構成に加え、検出された波形における強度に応じて変化する値は、検出された波形における強度の平均値である。   In the knock determination device for an internal combustion engine according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the value that changes according to the intensity in the detected waveform is an average value of the intensity in the detected waveform.

この構成によると、検出された波形における強度の平均値がしきい値よりも大きい場合、検出された波形と波形モデル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精度よく判定することができる。検出された波形における強度の平均値がしきい値よりも小さい場合、検出された波形と波形モデルとを比較せずにノッキングが発生したか否かを判定することができる。   According to this configuration, when the average value of the intensity in the detected waveform is larger than the threshold value, it is accurately determined whether or not knocking has occurred based on the result of comparing the detected waveform with the waveform model. be able to. When the average value of the intensity in the detected waveform is smaller than the threshold value, it can be determined whether knocking has occurred without comparing the detected waveform with the waveform model.

第３の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置においては、第２の発明の構成に加え、検出された波形における強度の最小値を、複数の点火サイクルにおいて検出するための手段と、最小値の中央値および係数の積をしきい値に設定するための手段とをさらに備える。   In the knocking determination device for an internal combustion engine according to the third invention, in addition to the configuration of the second invention, means for detecting the minimum value of the intensity in the detected waveform in a plurality of ignition cycles, And means for setting the product of the median and the coefficient as a threshold value.

この構成によると、検出された波形における強度の最小値が、複数の点火サイクルにおいて検出される。最小値の中央値および係数の積がしきい値に設定される。これにより、内燃機関で実際に発生する振動の強度に応じたしきい値を得ることができる。そのため、内燃機関の個体毎に適切なしきい値を設定することができる。   According to this configuration, the minimum value of the intensity in the detected waveform is detected in a plurality of ignition cycles. The product of the median of the minimum value and the coefficient is set as the threshold value. Thereby, a threshold value corresponding to the intensity of vibration actually generated in the internal combustion engine can be obtained. Therefore, an appropriate threshold value can be set for each individual internal combustion engine.

第４の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加え、検出された波形における強度および波形モデルにおける強度のクランク角毎の差を合計することにより第１の値を算出するための手段と、波形モデルにおける強度から正値の基準値をクランク角毎に減算した値を合計することにより第２の値を算出するための手段と、第１の値を第２の値で除算することにより第３の値を算出するための手段とをさらに備える。算出手段は、予め定められた値から第３の値を減算することにより演算値を算出するための手段を含む。判定手段は、演算値が判定値より大きい場合に内燃機関にノッキングが発生したと判定するための手段と、演算値が判定値より小さい場合に内燃機関にノッキングが発生していないと判定するための手段とを含む。   In the knock determination device for an internal combustion engine according to the fourth aspect of the invention, in addition to the configuration of any one of the first to third aspects, the difference in the detected waveform intensity and the intensity in the waveform model for each crank angle is summed up. Means for calculating the first value by means of, a means for calculating the second value by summing values obtained by subtracting a positive reference value from the intensity in the waveform model for each crank angle; And a means for calculating a third value by dividing the value by a second value. The calculating means includes means for calculating an operation value by subtracting the third value from a predetermined value. The determination means determines that knocking has occurred in the internal combustion engine when the calculated value is greater than the determination value, and determines that knocking has not occurred in the internal combustion engine when the calculated value is smaller than the determination value. Means.

この構成によると、検出された波形における強度および波形モデルにおける強度のクランク角毎の差を合計することにより第１の値が算出される。これにより、検出された波形における強度および波形モデルにおける強度の差に応じて変化する第１の値を得ることができる。波形モデルにおける強度から正値の基準値をクランク角毎に減算した値を合計することにより第２の値が算出される。これにより、第２の値に対して波形モデルにおける強度が与える影響力を小さくすることができる。第１の値を第２の値で除算することにより第３の値が算出される。これにより、第１の値の影響を強く受ける第３の値を得ることができる。予め定められた値から第３の値を減算することにより演算値が算出される。これにより、検出された波形における強度と波形モデルにおける強度との差が小さいほど演算値が大きくなるように算出することができる。逆に、検出された波形における強度と波形モデルにおける強度との差が大きいほど演算値が小さくなるように算出することができる。演算値が判定値より大きい場合、内燃機関にノッキングが発生したと判定される。演算値が判定値より小さい場合、内燃機関にノッキングが発生していないと判定される。これにより、検出された波形における強度と波形モデルにおける強度との差が小さい場合は、ノッキングが発生したと判定することができる。逆に、検出された波形における強度と波形モデルにおける強度との差が大きい場合は、ノッキングが発生していないと判定することができる。そのため、波形モデルを用いてノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。   According to this configuration, the first value is calculated by summing the differences in the detected waveform and the waveform model for each crank angle. Thereby, the 1st value which changes according to the difference in the intensity in the detected waveform and the intensity in the waveform model can be obtained. The second value is calculated by adding the values obtained by subtracting the positive reference value for each crank angle from the intensity in the waveform model. Thereby, the influence which the intensity | strength in a waveform model has with respect to a 2nd value can be made small. A third value is calculated by dividing the first value by the second value. As a result, a third value that is strongly influenced by the first value can be obtained. The calculated value is calculated by subtracting the third value from the predetermined value. Thereby, it is possible to calculate so that the calculated value becomes larger as the difference between the intensity in the detected waveform and the intensity in the waveform model is smaller. Conversely, the calculation value can be calculated to be smaller as the difference between the intensity in the detected waveform and the intensity in the waveform model is larger. When the calculated value is larger than the determination value, it is determined that knocking has occurred in the internal combustion engine. When the calculated value is smaller than the determination value, it is determined that knocking has not occurred in the internal combustion engine. Thereby, when the difference between the intensity in the detected waveform and the intensity in the waveform model is small, it can be determined that knocking has occurred. On the contrary, when the difference between the intensity in the detected waveform and the intensity in the waveform model is large, it can be determined that knocking has not occurred. Therefore, it is possible to accurately determine whether knocking has occurred using the waveform model.

第５の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置においては、第４の発明の構成に加え、基準値は、検出された波形における強度の最小値である。   In the internal combustion engine knock determination device according to the fifth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fourth aspect of the invention, the reference value is the minimum value of the intensity in the detected waveform.

この構成によると、検出された波形における強度の最小値が基準値として用いられる。これにより、最小値よりも小さい部分を波形モデルから除去することができる。そのため、第２の値を算出する際に、波形モデルの強度による影響力を小さくすることができる。   According to this configuration, the minimum intensity value in the detected waveform is used as the reference value. Thereby, a portion smaller than the minimum value can be removed from the waveform model. Therefore, when calculating the second value, the influence due to the strength of the waveform model can be reduced.

第６の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置においては、第４または５の発明の構成に加え、予め定められた値は、判定値よりも小さい値である。   In the knock determination device for an internal combustion engine according to the sixth invention, in addition to the configuration of the fourth or fifth invention, the predetermined value is smaller than the determination value.

この構成によると、検出された波形における強度に応じて変化する値がしきい値よりも小さい場合、判定値よりも小さい値が演算に設定される。これにより、検出された波形と波形モデルとが酷似していた場合であっても、ノッキングが発生していないと判定することができる。そのため、ノッキングが発生した可能性は小さい場合は、ノッキングが発生していないと正しく判定することができる。   According to this configuration, when the value that changes according to the intensity in the detected waveform is smaller than the threshold value, a value smaller than the determination value is set in the calculation. Thereby, even if the detected waveform and the waveform model are very similar, it can be determined that knocking has not occurred. Therefore, when the possibility that knocking has occurred is small, it can be correctly determined that knocking has not occurred.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

図１を参照して、本発明の実施の形態に係るノッキング判定装置を搭載した車両のエンジン１００について説明する。このエンジン１００には複数の気筒が設けられる。本実施の形態に係るノッキング判定装置は、たとえばエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００が実行するプログラムにより実現される。なお、エンジンＥＣＵ２００により実行されるプログラムをＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に記録して市場に流通させてもよい。   With reference to FIG. 1, a vehicle engine 100 equipped with a knock determination device according to an embodiment of the present invention will be described. The engine 100 is provided with a plurality of cylinders. The knocking determination device according to the present embodiment is realized by a program executed by an engine ECU (Electronic Control Unit) 200, for example. The program executed by engine ECU 200 may be recorded on a recording medium such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc) and distributed to the market.

エンジン１００は、エアクリーナ１０２から吸入された空気とインジェクタ１０４から噴射される燃料との混合気を、燃焼室内で点火プラグ１０６により点火して燃焼させる内燃機関である。点火時期は、出力トルクが最大になるＭＢＴ（Minimum advance for Best
Torque）になるように制御されるが、ノッキングが発生した場合など、エンジン１００の運転状態に応じて遅角されたり、進角されたりする。 Engine 100 is an internal combustion engine that burns an air-fuel mixture of air sucked from air cleaner 102 and fuel injected from injector 104 by igniting with an ignition plug 106 in a combustion chamber. The ignition timing is the MBT (Minimum advance for Best) that maximizes the output torque.
Torque). However, when knocking occurs, it is retarded or advanced according to the operating state of the engine 100.

混合気が燃焼すると、燃焼圧によりピストン１０８が押し下げられ、クランクシャフト１１０が回転する。燃焼後の混合気（排気ガス）は、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。エンジン１００に吸入される空気の量は、スロットルバルブ１１４により調整される。   When the air-fuel mixture burns, the piston 108 is pushed down by the combustion pressure, and the crankshaft 110 rotates. The combusted air-fuel mixture (exhaust gas) is purified by the three-way catalyst 112 and then discharged outside the vehicle. The amount of air taken into engine 100 is adjusted by throttle valve 114.

エンジン１００は、エンジンＥＣＵ２００により制御される。エンジンＥＣＵ２００には、ノックセンサ３００と、水温センサ３０２と、タイミングロータ３０４に対向して設けられたクランクポジションセンサ３０６と、スロットル開度センサ３０８と、車速センサ３１０と、イグニッションスイッチ３１２と、エアフローメータ３１４とが接続されている。   Engine 100 is controlled by engine ECU 200. The engine ECU 200 includes a knock sensor 300, a water temperature sensor 302, a crank position sensor 306 provided facing the timing rotor 304, a throttle opening sensor 308, a vehicle speed sensor 310, an ignition switch 312, and an air flow meter. 314 is connected.

ノックセンサ３００は、エンジン１００のシリンダブロックに設けられる。ノックセンサ３００は、圧電素子により構成されている。ノックセンサ３００は、エンジン１００の振動により電圧を発生する。電圧の大きさは、振動の大きさと対応した大きさとなる。ノックセンサ３００は、電圧を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。水温センサ３０２は、エンジン１００のウォータージャケット内の冷却水の温度を検出し、検出結果を表わす信号を、エンジンＥＣＵ２００に送信する。   Knock sensor 300 is provided in a cylinder block of engine 100. Knock sensor 300 is composed of a piezoelectric element. Knock sensor 300 generates a voltage due to vibration of engine 100. The magnitude of the voltage corresponds to the magnitude of the vibration. Knock sensor 300 transmits a signal representing a voltage to engine ECU 200. Water temperature sensor 302 detects the temperature of the cooling water in the water jacket of engine 100 and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 200.

タイミングロータ３０４は、クランクシャフト１１０に設けられており、クランクシャフト１１０と共に回転する。タイミングロータ３０４の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ３０６は、タイミングロータ３０４の突起に対向して設けられている。タイミングロータ３０４が回転すると、タイミングロータ３０４の突起と、クランクポジションセンサ３０６とのエアギャップが変化するため、クランクポジションセンサ３０６のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ３０６は、起電力を表わす信号を、エンジンＥＣＵ２００に送信する。エンジンＥＣＵ２００は、クランクポジションセンサ３０６から送信された信号に基づいて、クランク角およびクランクシャフト１１０の回転数を検出する。   The timing rotor 304 is provided on the crankshaft 110 and rotates together with the crankshaft 110. A plurality of protrusions are provided on the outer periphery of the timing rotor 304 at predetermined intervals. The crank position sensor 306 is provided to face the protrusion of the timing rotor 304. When the timing rotor 304 rotates, the air gap between the protrusion of the timing rotor 304 and the crank position sensor 306 changes, so that the magnetic flux passing through the coil portion of the crank position sensor 306 increases and decreases, and an electromotive force is generated in the coil portion. . Crank position sensor 306 transmits a signal representing the electromotive force to engine ECU 200. Engine ECU 200 detects the crank angle and the rotational speed of crankshaft 110 based on the signal transmitted from crank position sensor 306.

スロットル開度センサ３０８は、スロットル開度を検出し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。車速センサ３１０は、車輪（図示せず）の回転数を検出
し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。エンジンＥＣＵ２００は、車輪の回転数から、車速を算出する。イグニッションスイッチ３１２は、エンジン１００を始動させる際に、運転者によりオン操作される。エアフローメータ３１４は、エンジン１００に吸入される空気量を検出し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。 Throttle opening sensor 308 detects the throttle opening and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 200. Vehicle speed sensor 310 detects the number of rotations of a wheel (not shown) and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 200. Engine ECU 200 calculates the vehicle speed from the rotational speed of the wheel. Ignition switch 312 is turned on by the driver when engine 100 is started. Air flow meter 314 detects the amount of air taken into engine 100 and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 200.

エンジンＥＣＵ２００は、電源である補機バッテリ３２０から供給された電力により作動する。エンジンＥＣＵ２００は、各センサおよびイグニッションスイッチ３１２から送信された信号、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン１００が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。   Engine ECU 200 is operated by electric power supplied from auxiliary battery 320 as a power source. The engine ECU 200 performs arithmetic processing based on signals transmitted from the sensors and the ignition switch 312, a map and a program stored in a ROM (Read Only Memory) 202, so that the engine 100 enters a desired operating state. Control equipment.

本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００は、ノックセンサ３００から送信された信号およびクランク角に基づいて、予め定められたノック検出ゲート（予め定められた第１クランク角から予め定められた第２クランク角までの区間）におけるエンジン１００の振動の波形（以下、振動波形と記載する）を検出し、検出された振動波形に基づいて、エンジン１００にノッキングが発生したか否かを判定する。本実施の形態におけるノック検出ゲートは、燃焼行程において上死点（０度）から９０度までである。なお、ノック検出ゲートはこれに限らない。   In the present embodiment, engine ECU 200 determines a predetermined knock detection gate (a predetermined second crank angle from a predetermined first crank angle based on a signal and a crank angle transmitted from knock sensor 300). The vibration waveform of the engine 100 (hereinafter referred to as a vibration waveform) is detected in the period up to this point), and whether or not knocking has occurred in the engine 100 is determined based on the detected vibration waveform. The knock detection gate in the present embodiment is from top dead center (0 degree) to 90 degrees in the combustion stroke. The knock detection gate is not limited to this.

ノッキングが発生した場合、エンジン１００には、図２において実線で示す周波数付近の周波数の振動が発生する。ノッキングに起因して発生する振動の周波数は一定ではなく、所定の帯域幅を有する。   When knocking occurs, vibration of a frequency near the frequency indicated by the solid line in FIG. The frequency of vibration generated due to knocking is not constant and has a predetermined bandwidth.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

したがって、たとえば、２５％の減衰率で、クランク角で２０度分の強度を設定する場合、図６に示すように、２５％ずつ強度が減少する。なお、ノック波形モデルの強度を設定する方法はこれに限らない。   Therefore, for example, when an intensity of 20 degrees is set in the crank angle with an attenuation rate of 25%, the intensity decreases by 25% as shown in FIG. The method for setting the strength of the knock waveform model is not limited to this.

振動波形とノック波形モデルとは、比較区間において比較される。比較区間は、エンジン回転数ＮＥに応じて設定される。図７に示すように、比較区間は、エンジン回転数ＮＥが小さいほど小さくなるように設定される。なお、エンジン１００の負荷に応じて比較区間を設定するようにしてもよい。   The vibration waveform and the knock waveform model are compared in the comparison section. The comparison section is set according to the engine speed NE. As shown in FIG. 7, the comparison section is set to be smaller as the engine speed NE is smaller. The comparison section may be set according to the load of engine 100.

本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００は、振動波形がノック波形モデルに類似する度合いを表わす（振動波形とノック波形モデルとの偏差を表わす）相関係数Ｋを算出する。振動波形において振動の強度が最大になるタイミングとノック波形モデルにおいて振動の強度が最大になるタイミングとを一致させた状態で、振動波形における強度とノック波形モデルにおける強度との差の絶対値（ズレ量）をクランク角ごと（５度ごと）に算出することにより、相関係数Ｋが算出される。なお、５度以外のクランク角ごとに振動波形における強度とノック波形モデルにおける強度との差の絶対値を算出するようにしてもよい。   In the present embodiment, engine ECU 200 calculates a correlation coefficient K representing the degree to which the vibration waveform is similar to the knock waveform model (representing the deviation between the vibration waveform and the knock waveform model). The absolute value of the difference between the magnitude in the vibration waveform and the magnitude in the knock waveform model is the state in which the timing at which the magnitude of the vibration in the vibration waveform becomes maximum coincides with the timing at which the magnitude of vibration in the knock waveform model becomes maximum. The correlation coefficient K is calculated by calculating (quantity) for each crank angle (every 5 degrees). The absolute value of the difference between the intensity in the vibration waveform and the intensity in the knock waveform model may be calculated for each crank angle other than 5 degrees.

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

Ｋ＝（Ｓ−ΣΔＳ（Ｉ））／Ｓ＝１−ΣΔＳ（Ｉ）／Ｓ・・・（１）
ΣΔＳ（Ｉ）は、比較区間におけるΔＳ（Ｉ）の総和である。なお、相関係数Ｋを算出するために用いる式はこれにかぎらない。その他、「１」とは異なる値から、ΣΔＳ（Ｉ）／Ｓを減算することにより相関係数Ｋを算出するようにしてもよい。 K = (S−ΣΔS (I)) / S = 1−ΣΔS (I) / S (1)
ΣΔS (I) is the sum of ΔS (I) in the comparison section. Note that the formula used to calculate the correlation coefficient K is not limited to this. In addition, the correlation coefficient K may be calculated by subtracting ΣΔS (I) / S from a value different from “1”.

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

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

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

本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００は、算出されたノック強度ＮとＲＯＭ２０２に記憶された判定値Ｖ（Ｊ）とを比較し、さらに相関係数ＫとＲＯＭ２０２に記憶された判定値Ｋ（０）とを比較して、エンジン１００にノッキングが発生したか否かを１点火サイクルごとに判定する。判定値Ｋ（０）は、「０」より大きい値である。   In the present embodiment, engine ECU 200 compares calculated knock magnitude N with determination value V (J) stored in ROM 202, and further, correlation coefficient K and determination value K (0) stored in ROM 202. And whether or not knocking has occurred in engine 100 is determined for each ignition cycle. The determination value K (0) is a value larger than “0”.

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

エンジンＥＣＵ２００は、クランク角検出部２１０と、強度検出部２２０と、波形検出部２３０と、最小値検出部２４０と、平均値算出部２５０と、しきい値設定部２６０と、相関係数算出部２７０と、相関係数設定部２７２と、ノック強度算出部２８０と、ノッキング判定部２９０とを含む。   Engine ECU 200 includes a crank angle detection unit 210, an intensity detection unit 220, a waveform detection unit 230, a minimum value detection unit 240, an average value calculation unit 250, a threshold value setting unit 260, and a correlation coefficient calculation unit. 270, a correlation coefficient setting unit 272, a knock strength calculation unit 280, and a knocking determination unit 290.

クランク角検出部２１０は、クランクポジションセンサ３０６から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。   The crank angle detection unit 210 detects the crank angle based on the signal transmitted from the crank position sensor 306.

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

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

最小値検出部２４０は、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の最小値を検出する。なお、最小値の検出は、１点火サイクルごとに行なわれる。すなわち、複数の点火サイクルにおいて、最小値の検出が行なわれる。   The minimum value detection unit 240 detects the minimum value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D. The minimum value is detected every ignition cycle. That is, the minimum value is detected in a plurality of ignition cycles.

平均値算出部２５０は、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値を算出する。図１２に示すように、本実施の形態においては、１８個の５度積算値の合計を１８で除算することにより、５度積算値の平均値が算出される。   The average value calculation unit 250 calculates the average value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D. As shown in FIG. 12, in the present embodiment, the average value of the 5-degree integrated values is calculated by dividing the total of 18 5-degree integrated values by 18.

しきい値設定部２６０は、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の最小値に基づいて、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値と比較されるしきい値ＴＨＲを設定する。   The threshold value setting unit 260 sets a threshold value THR to be compared with the average value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D based on the minimum value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D. To do.

しきい値設定部２６０は、図１３に示すように、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の最小値の頻度分布に基づいて、しきい値ＴＨＲを設定する。最小値の中央値および係数の積が、しきい値ＴＨＲとして設定される。しきい値ＴＨＲを設定するために用いられる最小値は、たとえば、２００点火サイクル分の最小値である。なお、しきい値ＴＨＲを設定する際、最小値は対数変換して用いられる。したがって、頻度分布を用いて設定されたしきい値ＴＨＲは、逆対数変換して用いられる。   As shown in FIG. 13, the threshold setting unit 260 sets the threshold THR based on the frequency distribution of the minimum value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D. The product of the median value of the minimum value and the coefficient is set as the threshold value THR. The minimum value used for setting the threshold value THR is, for example, the minimum value for 200 ignition cycles. In setting the threshold value THR, the minimum value is used after logarithmic conversion. Therefore, the threshold value THR set using the frequency distribution is used after inverse logarithmic conversion.

相関係数算出部２７０は、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値がしきい値ＴＨＲより大きい場合、第４の周波数帯Ｄの振動波形およびノック波形モデルを用いて相関係数Ｋを算出する。   When the average value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D is greater than the threshold value THR, the correlation coefficient calculation unit 270 uses the vibration waveform and knock waveform model of the fourth frequency band D to calculate the correlation coefficient. K is calculated.

相関係数設定部２７２は、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値がしきい値ＴＨＲ以下である場合、「０」を相関係数Ｋに設定する。なお、判定値Ｋ（０）よりも小さい値であれば、「０」とは異なる値を相関係数Ｋに設定するようにしてもよい。   The correlation coefficient setting unit 272 sets “0” as the correlation coefficient K when the average value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D is equal to or less than the threshold value THR. If the value is smaller than the determination value K (0), a value different from “0” may be set in the correlation coefficient K.

ノック強度算出部２８０は、ノック強度Ｎを算出する。ノッキング判定部２９０は、ノック強度Ｎが判定値Ｖ（Ｊ）より大きく、かつ相関係数Ｋが判定値Ｋ（０）より大きい場合、ノッキングが発生したと判定する。   Knock strength calculator 280 calculates knock strength N. Knocking determination section 290 determines that knocking has occurred when knock magnitude N is greater than determination value V (J) and correlation coefficient K is greater than determination value K (0).

図１４を参照して、本実施の形態に係るノッキング判定装置であるエンジンＥＣＵ２０
０が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは、予め定められた周期で（たとえば１点火サイクル毎に）繰り返し実行される。 Referring to FIG. 14, engine ECU 20 that is a knock determination device according to the present embodiment.
A control structure of a program executed by 0 will be described. The program described below is repeatedly executed at a predetermined cycle (for example, every ignition cycle).

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エンジンＥＣＵ２００は、クランクポジションセンサ３０６から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。   In step (hereinafter step is abbreviated as S) 100, engine ECU 200 detects the crank angle based on the signal transmitted from crank position sensor 306.

Ｓ１０２にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノックセンサ３００から送信された信号に基づいて、クランク角に対応させて、エンジン１００の振動の強度を検出する。   In S102, engine ECU 200 detects the intensity of vibration of engine 100 in accordance with the crank angle based on the signal transmitted from knock sensor 300.

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

Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の最小値を検出する。Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の最小値に基づいて、しきい値ＴＨＲを設定する。すなわち、しきい値ＴＨＲが更新される。Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値を算出する。   In S106, engine ECU 200 detects the minimum value of the intensity in the vibration waveform of fourth frequency band D. In S108, engine ECU 200 sets threshold value THR based on the minimum value of the intensity in the vibration waveform of fourth frequency band D. That is, the threshold value THR is updated. In S110, engine ECU 200 calculates the average value of the intensity in the vibration waveform of fourth frequency band D.

Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値がしきい値ＴＨＲ以下であるか否かを判断する。平均値がしきい値ＴＨＲ以下であると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、処理はＳ１１４に移される。もしそうでないと（Ｓ１１２にてＮＯ）、処理はＳ１１６に移される。   In S112, engine ECU 200 determines whether or not the average value of the intensity in the vibration waveform of fourth frequency band D is equal to or less than threshold value THR. If the average value is equal to or smaller than threshold value THR (YES in S112), the process proceeds to S114. If not (NO in S112), the process proceeds to S116.

Ｓ１１４にて、エンジンＥＣＵ２００は、「０」を相関係数Ｋに設定する。Ｓ１１６にて、エンジンＥＣＵ２００は、第４の周波数帯Ｄの振動波形およびノック波形モデルを用いて相関係数Ｋを算出する。Ｓ１１８にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック強度Ｎを算出する。   In S114, engine ECU 200 sets correlation coefficient K to “0”. In S116, engine ECU 200 calculates correlation coefficient K using the vibration waveform and knock waveform model of fourth frequency band D. In S118, engine ECU 200 calculates knock magnitude N.

Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ２００は、相関係数Ｋが判定値Ｋ（０）より大きく、かつノック強度Ｎが判定値Ｖ（Ｊ）よりも大きいか否かを判定する。相関係数Ｋが判定値Ｋ（０）より大きく、かつノック強度Ｎが判定値Ｖ（Ｊ）よりも大きいと（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２に移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２６に移される。   In S120, engine ECU 200 determines whether or not correlation coefficient K is greater than determination value K (0) and knock magnitude N is greater than determination value V (J). If correlation coefficient K is greater than determination value K (0) and knock magnitude N is greater than determination value V (J) (YES in S120), the process proceeds to S122. If not (NO in S120), the process proceeds to S126.

Ｓ１２２にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノッキングが発生したと判定する。Ｓ１２４にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を遅角する。   In S122, engine ECU 200 determines that knocking has occurred. In S124, engine ECU 200 retards the ignition timing.

Ｓ１２６にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノッキングが発生していないと判定する。Ｓ１２８にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を進角する。   In S126, engine ECU 200 determines that knocking has not occurred. In S128, engine ECU 200 advances the ignition timing.

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るノッキング判定装置であるエンジンＥＣＵ２００の動作について説明する。   An operation of engine ECU 200 that is the knock determination device according to the present embodiment based on the above-described structure and flowchart will be described.

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

さらに、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の最小値が検出される（Ｓ１０６）。第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の最小値に基づいて、しきい値ＴＨＲが設定される（Ｓ１０８）。また、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値が算出される（Ｓ１１０）。   Further, the minimum value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D is detected (S106). A threshold value THR is set based on the minimum value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D (S108). Further, the average value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D is calculated (S110).

図１５に示すように、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値がしきい値ＴＨＲより大きいと（Ｓ１１２にてＮＯ）、強度が比較的大きい振動が発生したといえる。したがって、ノッキングが発生した可能性がある。   As shown in FIG. 15, when the average value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D is larger than the threshold value THR (NO in S112), it can be said that a vibration having a relatively large intensity has occurred. Therefore, there is a possibility that knocking has occurred.

この場合、第４の周波数帯Ｄの振動波形およびノック波形モデルを用いて相関係数Ｋが算出される（Ｓ１１６）。相関係数Ｋの他、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形の強度の合計を用いて、ノック強度Ｎが算出される（Ｓ１１８）。   In this case, the correlation coefficient K is calculated using the vibration waveform and knock waveform model of the fourth frequency band D (S116). In addition to correlation coefficient K, knock intensity N is calculated using the total intensity of the combined waveforms of first frequency band A to third frequency band C (S118).

相関係数Ｋが判定値Ｋ（０）より大きく、かつノック強度Ｎが判定値Ｖ（Ｊ）よりも大きいと（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定される（Ｓ１２２）。この場合、点火時期が遅角される（Ｓ１２４）。   If correlation coefficient K is greater than determination value K (0) and knock magnitude N is greater than determination value V (J) (YES in S120), it is determined that knocking has occurred (S122). In this case, the ignition timing is retarded (S124).

相関係数Ｋが判定値Ｋ（０）以下であったり、ノック強度Ｎが判定値Ｖ（Ｊ）以下であったりすると（Ｓ１２０にＮＯ）、ノッキングが発生していないと判定される（Ｓ１２６）。この場合、点火時期が進角される（Ｓ１２８）。   If correlation coefficient K is equal to or smaller than determination value K (0) or knock magnitude N is equal to or smaller than determination value V (J) (NO in S120), it is determined that knocking has not occurred (S126). . In this case, the ignition timing is advanced (S128).

ところで、ノッキングが発生した場合、比較的大きな強度が発生する。したがって、振動の強度が小さい場合、ノッキングが発生した可能性は小さい。そのため、図１６に示すように、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値がしきい値ＴＨＲ以下であると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、ノッキングが発生した可能性が小さい。   By the way, when knocking occurs, a relatively large strength is generated. Therefore, when the intensity of vibration is small, the possibility that knocking has occurred is small. Therefore, as shown in FIG. 16, when the average value of the intensity in the vibration waveform of fourth frequency band D is equal to or smaller than threshold value THR (YES in S112), the possibility of occurrence of knocking is small.

この場合、「０」が相関係数Ｋに設定される（Ｓ１１４）。そのため、ノッキングが発生していないと判定される（Ｓ１２６）。これにより、ノッキングが発生した可能性が小さい場合には、振動波形とノック波形モデルとが酷似した場合であっても、ノッキングが発生していないと正しく判定することができる。   In this case, “0” is set as the correlation coefficient K (S114). Therefore, it is determined that knocking has not occurred (S126). Thereby, when the possibility that knocking has occurred is small, even if the vibration waveform and the knock waveform model are very similar, it can be correctly determined that knocking has not occurred.

以上のように、本実施の形態に係るノッキング判定装置によれば、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値がしきい値ＴＨＲより大きいと、第４の周波数帯Ｄの振動波形およびノック波形モデルを用いて相関係数Ｋが算出される。この相関係数Ｋを用いて、ノッキングが発生したか否かが判定される。これにより、振動波形とノック波形モデルとを比較した結果に基づいて、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。一方、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の平均値がしきい値ＴＨＲ以下であると、「０」が相関係数Ｋに設定される。これにより、ノッキングが発生した可能性が小さい場合には、振動波形とノック波形モデルとが酷似した場合であっても、ノッキングが発生していないと正しく判定することができる。   As described above, according to the knocking determination device according to the present embodiment, if the average value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D is greater than the threshold value THR, the vibration waveform of the fourth frequency band D The correlation coefficient K is calculated using the knock waveform model. Using this correlation coefficient K, it is determined whether or not knocking has occurred. Thus, it is possible to accurately determine whether or not knocking has occurred based on the result of comparing the vibration waveform and the knock waveform model. On the other hand, if the average value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D is equal to or less than the threshold value THR, “0” is set as the correlation coefficient K. Thereby, when the possibility that knocking has occurred is small, even if the vibration waveform and the knock waveform model are very similar, it can be correctly determined that knocking has not occurred.

なお、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度の最小値を基準値として用いる代わりに、その他、最小値（対数変換した最小値）の中央値に、最小値（対数変換した最小値）の標準偏差と係数との積を加算した値を基準値として用いるようにしてもよい。この場合、基準値は逆対数変換して用いられる。   Instead of using the minimum value of the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D as a reference value, the minimum value (minimum value obtained by logarithmic transformation) is added to the median of the minimum value (logarithmically transformed minimum value). A value obtained by adding the product of the standard deviation and the coefficient may be used as the reference value. In this case, the reference value is used after inverse logarithmic conversion.

また、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度（５度積算値）の最小値と、強度が最小値になるクランク角に隣接するクランク角の強度との平均値を基準値に設定するようにしてもよい。   Further, an average value of the minimum value of the intensity (5-degree integrated value) in the vibration waveform of the fourth frequency band D and the intensity of the crank angle adjacent to the crank angle at which the intensity becomes the minimum value is set as the reference value. It may be.

さらに、強度の平均値以外の値であって、第４の周波数帯Ｄの振動波形における強度に応じて変化する値としきい値ＴＨＲとを比較するようにしてもよい。   Furthermore, the threshold value THR may be compared with a value that is a value other than the average value of the intensity and changes according to the intensity in the vibration waveform of the fourth frequency band D.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

エンジンを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an engine. ノッキング時にエンジンで発生する振動の周波数帯を示す図である。It is a figure which shows the frequency band of the vibration which generate | occur | produces with an engine at the time of knocking. エンジンＥＣＵを示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows engine ECU. エンジンの振動波形を示す図である。It is a figure which shows the vibration waveform of an engine. 振動波形とノック波形モデルとを示す図である。It is a figure which shows a vibration waveform and a knock waveform model. ノック波形モデルを示す図である。It is a figure which shows a knock waveform model. 振動波形とノック波形モデルとを比較する比較区間を示す図である。It is a figure which shows the comparison area which compares a vibration waveform and a knock waveform model. 相関係数Ｋを算出するために用いる面積Ｓを示す図（その１）である。FIG. 6 is a diagram (part 1) illustrating an area S used to calculate a correlation coefficient K. 相関係数Ｋを算出するために用いる面積Ｓを示す図（その２）である。FIG. 6 is a diagram (part 2) illustrating an area S used to calculate a correlation coefficient K. ノック強度Ｎを算出するために用いる、合成波形の強度の合計を示す図である。It is a figure which shows the sum total of the intensity | strength of a synthetic | combination waveform used in order to calculate knock intensity | strength N. FIG. エンジンＥＣＵの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of engine ECU. ５度積算値の平均値を示す図である。It is a figure which shows the average value of a 5-degree integrated value. しきい値ＴＨＲを示す図である。It is a figure which shows threshold value THR. 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. ５度積算値の平均値としきい値ＴＨＲとを示す図（その１）である。FIG. 6 is a diagram (part 1) illustrating an average value of five-degree integrated values and a threshold value THR. ５度積算値の平均値としきい値ＴＨＲとを示す図（その２）である。FIG. 5 is a diagram (part 2) illustrating an average value of 5-degree integrated values and a threshold value THR;

符号の説明Explanation of symbols

１００ エンジン、１０４ インジェクタ、１０６ 点火プラグ、１１０ クランクシャフト、１１６ 吸気バルブ、１１８ 排気バルブ、１２０ ポンプ、２００ エンジンＥＣＵ、２０２ ＲＯＭ、２１０ クランク角検出部、２２０ 強度検出部、２３０ 波形検出部、２４０ 最小値検出部、２５０ 平均値算出部、２６０ しきい値設定部、２７０ 相関係数算出部、２７２ 相関係数設定部、２８０ ノック強度算出部、２９０ ノッキング判定部、３００ ノックセンサ、３０２ 水温センサ、３０４ タイミングロータ、３０６ クランクポジションセンサ、３０８ スロットル開度センサ、３１４ エアフローメータ、３２０ 補機バッテリ。   100 Engine, 104 Injector, 106 Spark plug, 110 Crankshaft, 116 Intake valve, 118 Exhaust valve, 120 Pump, 200 Engine ECU, 202 ROM, 210 Crank angle detector, 220 Strength detector, 230 Waveform detector, 240 Minimum Value detection unit, 250 average value calculation unit, 260 threshold value setting unit, 270 correlation coefficient calculation unit, 272 correlation coefficient setting unit, 280 knock strength calculation unit, 290 knock determination unit, 300 knock sensor, 302 water temperature sensor, 304 timing rotor, 306 crank position sensor, 308 throttle opening sensor, 314 air flow meter, 320 auxiliary battery.

Claims (6)

内燃機関のクランク角を検出するための手段と、
クランク角に対応させて、前記内燃機関の振動の強度を検出するための手段と、
前記内燃機関の振動の強度に基づいて、クランク角についての予め定められた間隔における振動の波形を検出するための手段と、
前記検出された波形における強度に応じて変化する値がしきい値よりも大きい場合、前記検出された波形における強度および前記内燃機関の振動の波形の基準として定められる波形モデルにおける強度の差に基づいて、前記検出された波形および前記波形モデルが類似する度合いを示す演算値を算出するための算出手段と、
前記検出された波形における強度に応じて変化する値が前記しきい値よりも小さい場合、予め定められた値を前記演算値に設定するための手段と、
前記演算値に基づいて前記内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段とを備える、内燃機関のノッキング判定装置。 Means for detecting the crank angle of the internal combustion engine;
Means for detecting the intensity of vibration of the internal combustion engine in correspondence with the crank angle;
Means for detecting a vibration waveform at a predetermined interval for a crank angle based on the intensity of vibration of the internal combustion engine;
When a value that changes according to the intensity in the detected waveform is larger than a threshold value, based on a difference between the intensity in the detected waveform and the intensity in a waveform model defined as a reference of the waveform of the vibration of the internal combustion engine Calculating means for calculating a calculated value indicating a degree of similarity between the detected waveform and the waveform model;
Means for setting a predetermined value as the calculated value when a value that changes in accordance with the intensity in the detected waveform is smaller than the threshold value;
An internal combustion engine knock determination device comprising: determination means for determining whether knock has occurred in the internal combustion engine based on the calculated value. 前記検出された波形における強度に応じて変化する値は、前記検出された波形における強度の平均値である、請求項１に記載の内燃機関のノッキング判定装置。   2. The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the value that changes according to the intensity in the detected waveform is an average value of the intensity in the detected waveform. 前記検出された波形における強度の最小値を、複数の点火サイクルにおいて検出するための手段と、
前記最小値の中央値および係数の積を前記しきい値に設定するための手段とをさらに備える、請求項２に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 Means for detecting a minimum value of intensity in the detected waveform in a plurality of ignition cycles;
The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 2, further comprising means for setting a product of the median value of the minimum value and a coefficient as the threshold value. 前記検出された波形における強度および前記波形モデルにおける強度のクランク角毎の差を合計することにより第１の値を算出するための手段と、
前記波形モデルにおける強度から正値の基準値をクランク角毎に減算した値を合計することにより第２の値を算出するための手段と、
前記第１の値を前記第２の値で除算することにより前記第３の値を算出するための手段とをさらに備え、
前記算出手段は、予め定められた値から前記第３の値を減算することにより前記演算値を算出するための手段を含み、
前記判定手段は、
前記演算値が判定値より大きい場合に前記内燃機関にノッキングが発生したと判定するための手段と、
前記演算値が前記判定値より小さい場合に前記内燃機関にノッキングが発生していないと判定するための手段とを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のノッキング判定装置。 Means for calculating a first value by summing a difference for each crank angle of the intensity in the detected waveform and the intensity in the waveform model;
Means for calculating a second value by summing values obtained by subtracting a positive reference value for each crank angle from the intensity in the waveform model;
Means for calculating the third value by dividing the first value by the second value;
The calculating means includes means for calculating the calculated value by subtracting the third value from a predetermined value;
The determination means includes
Means for determining that knocking has occurred in the internal combustion engine when the calculated value is greater than a determination value;
The knocking determination device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising means for determining that knocking has not occurred in the internal combustion engine when the calculated value is smaller than the determination value. 前記基準値は、前記検出された波形における強度の最小値である、請求項４に記載の内燃機関のノッキング判定装置。   The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the reference value is a minimum value of intensity in the detected waveform. 前記予め定められた値は、前記判定値よりも小さい値である、請求項４または５に記載の内燃機関のノッキング判定装置。   The knock determination device for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein the predetermined value is a value smaller than the determination value.
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