JP6429938B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転状態が定常状態での点火時期学習値算出において、ノック判定閾値の下限クリップ値が弊害となる状況を回避できる内燃機関の制御装置を得る。
【解決手段】点火時期学習値に基づいてノック判定閾値の下限クリップ値を算出する下限クリップ値算出部を備え、運転状態検出部により過渡状態であると判定された場合に、ノック判定閾値に下限クリップ値を適用する。
【選択図】図３

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を検出する内燃機関のノック検出装置に関するものである。

従来から、内燃機関（以下、エンジンとも称する。）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た固有周波数の振動が発生することを利用して、所定のノック検出ウィンドウにおける固有周波数の振動成分を抽出することでノック検出を行うものである。固有周波数の振動レベルの抽出には、アナログのバンドパスフィルタ回路を用いた方法や、ＳＴＦＴ（short-time Fourier transform：短時間フーリエ変換）、ＤＦＴ（discrete Fourier transform：離散フーリエ変換）などのデジタル信号処理の実施が一般的に知られている。

そして、例えば実公平６−４１１５１号公報（特許文献１）に開示されているように、振動レベルの抽出により得られた値（以下、ノック信号と称する。）を点火毎にフィルタ処理することでノック信号のフィルタ値を求め、このフィルタ値を基に算出されるノック判定閾値とノック信号とを比較することによりノックの発生を判定する方法がある。この方法では、フィルタ処理にて使用するフィルタ係数を過渡状態時に小さくするように補正することで、過渡状態においてノック信号のフィルタ値に反映させるノック信号の割合を増大させることにより、ノック信号のフィルタ値の追従を早めて、過渡状態でのノック判定の精度を向上させるようにしている。

ただし、過渡状態と判定される同じエンジン回転数または負荷の変化率でも、低速時と高速時では要求されるノック信号のフィルタ値の追従性が異なり、例えばエンジン回転数が低回転から高回転へ変化するが、エンジン回転、負荷がそれほどの過渡状態ではなくても、エンジン回転数が低回転の領域においてはノック信号のフィルタ値の早い追従性が必要となる場合がある。そのような場合に、ノック信号のフィルタ値の早い追従性が必要であるのに、それほどの過渡状態ではないのでフィルタ係数の補正量は小さくて、フィルタ係数の補正が十分ではないために、前記特許文献１の開示技術ではノック信号のフィルタ値の追従遅れによりノックを誤判定する課題が生じる。

これに対して、特開平１０−２５９７７８号公報（特許文献２）では、ノック判定閾値に下限クリップ値を設定する方法が提案されている。この特許文献２の方法によれば、ノック判定閾値が下限クリップ値（特許文献２中の下限ガードＡ）未満の場合は、下限クリップ値をノック判定閾値とし、かつフィルタ係数を小さくするようにしている。これにより、ノック判定閾値が下限クリップ値より低い状態から加速する際に、それほどの過渡状態でなくても、ノック信号のフィルタ値の追従性を向上させることができ、ノックを誤判定するのを防止できる。

実公平６−４１１５１号公報 特開平１０−２５９７７８号公報

この発明が解決しようとする課題の説明に際し、まずは所定の定常状態における点火時期とノック信号の関係について説明する。
図１０は、エンジン回転数と充填効率が概ね一定である所定の定常状態における点火時期とノック信号の関係を示すイメージ図で、横軸は点火時期、縦軸はノック信号を示している。そして、図１０の符号ａで示す太線はノック信号の平均値（≒ノック信号のフィルタ値）、同図の符号ｂで示す２点鎖線はノック信号（ノック発生時のノック信号は除く）の上側分布を示し、符号ｂで示す２点鎖線と符号ａで示す平均値の差分はノック信号の上側分布幅を示す。そして、図１０の符号ｃで示す１点鎖線はノック信号の下側分布を示し、符号ａで示す平均値と符号ｃで示す１点鎖線の差分はノック信号の下側分布幅を示している。

また、図１０において、ＩＧ２は、エンジン制御定数を適合する際の標準条件（オクタン価、吸気温、エンジン油温、水温など）においてノックが発生し始める点火時期を示している。そして、ＩＧ１は、前記標準条件よりも低オクタン価、高吸気温、高エンジン油温、水温などの条件であってノックが発生し始める点火時期がＩＧ２よりも遅角側に位置する場合の点火時期である。また、ＩＧ３は、前記標準条件よりも高オクタン価、低吸気温、低エンジン油温、水温などの条件であってノックが発生し始める点火時期がＩＧ２よりも進角側に位置する場合の点火時期である。

ノック信号の平均値および上側分布幅について、図１０に示すように、ＩＧ２の場合に対してＩＧ１の場合の方がノック信号の平均値および上側分布幅は小さくなり、また、ＩＧ２の場合に対してＩＧ３の場合の方がノック信号の平均値および上側分布幅は大きくなる。なお、ノックが発生し始める点火時期については、一般的に知られている点火時期学習値を用いればよく、例えば、定常状態における所定サイクル間の点火遅角量（本明細書では負値とする）の平均値を算出し、所定サイクル間の点火遅角量の平均値がゼロであれば点火時期学習値は正値方向（点火進角側）に更新し、所定サイクル間の点火遅角量の平均値が所定値より小さければ負値方向（点火遅角側）に更新する方法がある。

ここで、ノック判定閾値を、ノック信号の平均値とノック信号の上側分布幅を基に算出するものとし、ノック判定閾値の下限クリップ値はノック信号の上側分布幅に適用する場合を考えると、ノック発生時のノック信号の検出を阻害しないことを考慮して、ノック判定閾値の下限クリップ値は、図１０のノック信号の上側分布幅よりも僅かに大きい値に設定し、そして点火時期学習値に応じて可変とすることが望ましいと考えられる。

しかしながら、前記特許文献２では、ノック判定閾値の下限クリップ値は定数であり、何らかのパラメータに応じて可変とする内容は考慮されていない。よって、例えば図１０のＩＧ２の場合に基づいてノック判定閾値の下限クリップ値を設定した場合には、下記の課題が生じる。

図１１は、前記特許文献２などの従来技術において、点火時期学習値が遅角側である場合の定常状態→過渡状態→定常状態を概略的に示すタイムチャートを示している。タイムチャートは上段、中段、下段の３つを記載している。上段は、横軸が時間、縦軸はエンジン回転数、充填効率などの運転状態値のタイムチャートである。中段は、横軸が時間、縦軸はノック信号のタイムチャートであり、本タイムチャート間に計６発のノックが発生している状態を示している。また、中段の符号ｄで示す太線はノック信号のフィルタ値、符号ｅで示す長破線はノック判定閾値を示している。下段は、横軸が時間、縦軸はノック強度のタイムチャートである。ノック強度は、例えば、ノック信号がノック判定閾値を上回る分の値に対して所定のゲインを乗じて算出する。

点火時期学習値が遅角側である場合には、本来ならば、例えば図１０のＩＧ１に応じたノック判定閾値の下限クリップ値が設定されるべきところで、それよりも大きいＩＧ２に応じたノック判定閾値の下限クリップ値が設定されている。よって、図１１の中段、下段に示すとおり、ノック判定閾値の下限クリップ値が大きすぎてノックを検出できない課題が生じる。

図１２は、前記特許文献２などの従来技術において、点火時期学習値が進角側である場合の定常状態→過渡状態→定常状態を概略的に示すタイムチャートを示している。タイムチャートは図１１と同様に上段、中段、下段の３つを記載しており、各タイムチャートの横軸、縦軸等は図１１と同様であるが、図１２では本タイムチャート間にノックが未発生の状態を示している。

点火時期学習値が進角側である場合には、本来ならば例えば図１０のＩＧ３に応じたノック判定閾値の下限クリップ値が設定されるべきところで、それよりも小さいＩＧ２に応じたノック判定閾値の下限クリップ値が設定されている。よって、図１２の中段、下段に示すとおり、ノック判定閾値の下限クリップ値が小さすぎてノックを誤検出してしまう課題がある。さらに、ノックが発生した時のノック信号によってノック信号のフィルタ値が不要に上昇させない目的で、ノックが発生したと判定した時のフィルタ係数をノックが発生してないと判定した時のフィルタ係数よりも大きくするようにした場合では、ノックの誤検出によりノック信号のフィルタ値の追従がさらに遅れてしまう課題がある。

上述した課題に対して、点火時期学習値からノック判定閾値の下限クリップ値を算出することで、点火時期学習値が進角側である場合でも、点火時期学習値が遅角側である場合でも、適切なノック判定閾値の下限クリップ値を適用することができる。

ただし、点火時期学習値からノック判定閾値の下限クリップ値を算出する手段を備えても以下の課題が生じる。
ノックが発生し始める点火時期が図１０のＩＧ１側にある場合には、本来ならば定常状態にてノックを検出して点火遅角量が算出され、点火学習値がゼロ値（＝点火時期がＩＧ２）からＩＧ１側に順次更新されるべきところ、ＩＧ２でのノック判定閾値の下限クリップ値が適用されることで、ＩＧ２より遅角側でノックを検出しなくて点火遅角量が算出されないので、点火学習値がＩＧ１側の値に至らない。つまり、点火時期学習値から下限クリップ値を算出する手段を備えるのみでは、下限クリップ値の適用によって点火学習値がゼロ値よりも点火遅角側に学習できないという課題がある。

そこでこの発明は、前記課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転状態が定常状態での点火時期学習値算出において、ノック判定閾値の下限クリップ値が弊害となる状況を回避できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を示す運転状態値を算出して定常状態および過渡状態を判定する運転状態判定部と、エンジンのシリンダ内で発生する振動又は圧力波を振動データとして検出する振動データ検出部と、前記振動データからノックの特徴的な振動成分を抽出してノック信号とする振動データ処理部と、前記ノック信号を点火毎にフィルタ処理して平均値を算出する平均値算出部と、前記ノック信号と前記平均値の偏差を点火毎にフィルタ処理して標準偏差を算出する標準偏差算出部と、前記平均値と前記標準偏差を用いてノック判定閾値を算出するノック判定閾値算出部と、前記ノック信号と前記ノック判定閾値とを比較してノックの発生有無を判定し、ノック強度に応じた信号を出力するノック発生有無判定部と、前記ノック判定閾値の前回値と前記ノック信号との比較結果に応じて、前記フィルタ処理に用いるフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出部と、前記ノック発生有無判定部から出力されたノック強度に応じた信号により、１点火毎のノック強度に応じた点火時期の遅角量あるいは進角量を算出する１点火毎点火遅角量算出部と、前記運転状態判定部にて定常状態と判定された場合に、前記１点火毎点火遅角量算出部で算出された点火時期の遅角量あるいは進角量を学習して点火時期学習値の遅角量あるいは進角量を更新する点火時期学習値更新部と、前記点火時期学習値から前記ノック判定閾値の下限クリップ値を算出する下限クリップ値算出部と、を備え、
前記ノック判定閾値の算出に際して、前記運転状態判定部により過渡状態であると判定された場合に、前記ノック判定閾値を前記下限クリップ値にすることを特徴とする。

この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、点火時期学習値に応じてノック判定閾値の下限クリップ値を算出することにより、点火時期学習値によって変化するノック信号および上側分布幅に対応した適切な下限クリップ値を算出できる。そして、内燃機関の運転状態を示す運転状態値が過渡状態であると判定された場合にノック判定閾値を下限クリップ値にすることで、定常状態での点火時期学習値算出においてノック判定閾値の下限クリップ値が弊害となる状況を回避できる効果が得られる。

この発明の実施の形態１に係るエンジンを概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るエンジン制御部を概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るノック制御部を概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る運転状態値取得から下限クリップ値算出までのフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るエンジン回転数と下限クリップ値の関係を示すイメージ図である。 この発明の実施の形態１に係る下限クリップ値マップである。 この発明の実施の形態１に係るフィルタ係数を算出するフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る点火時期学習値が遅角側である場合の定常状態→過渡状態→定常状態を概略的に示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態１に係る点火時期学習値が進角側である場合の定常状態→過渡状態→定常状態を概略的に示すタイムチャートである。 所定の定常状態における点火時期とノック信号の関係を示すイメージ図である。 従来技術による点火時期学習値が遅角側である場合の定常状態→過渡状態→定常状態を概略的に示すタイムチャートである。 従来技術による点火時期学習値が進角側である場合の定常状態→過渡状態→定常状態を概略的に示すタイムチャートである。

以下、この発明に係る内燃機関の制御装置の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るエンジンを概略的に示す構成図であり、図２は、実施の形態１に係るエンジン制御部を概略的に示す構成図である。
図１において、エンジン１の吸気系の上流に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（以下、スロットルバルブと称する。）２が設けられている。また、スロットルバルブ２の開度を検出するために、スロットル開度センサ３が設けられている。なお、スロットルバルブ２の代わりに図示しないアクセルペダルに直接ワイヤで繋がれた機械式スロットルバルブを用いてもよい。

更に、スロットルバルブ２の上流には吸入空気流量を検出するエアフロセンサ４が設けられており、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内の圧力を検出するインマニ圧センサ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、何れか一方のみが設けられていてもよい。

サージタンク５の下流の吸気ポートに設けられた吸気バルブには、吸気バルブの開閉タイミングやリフト量を可変制御できる可変吸気バルブ機構７が取り付けられており、また、吸気ポート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のシリンダ内に直接噴射できるように設けられてもよい。更に、エンジン１には、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および点火プラグ１０、エンジン回転数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クランク角センサ１１、エンジン１のシリンダ内で発生する振動を振動データとして検出する振動データ検出部、即ち、ノックセンサ１２、排気ガスに含まれる気体の状態（以下、Ａ／Ｆと称する。）を検出するＡ／Ｆセンサ１３が設けられている。なお、ノックセンサ１２の代わりに、例えばシリンダ内の圧力波を振動データとして計測する筒内圧センサを設けてもよい。

図２は、エンジン制御部を概略的に示す構成図である。この図２おいて、エアフロセンサ４で検出された吸入空気流量、インマニ圧センサ６で検出されたインマニ圧、スロットル開度センサ３で検出されたスロットルバルブ２の開度、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、ノックセンサ１２で検出された振動データ、およびＡ／Ｆセンサ１３で検出されたＡ／Ｆを示す各状態量は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する。）１４に入力される。

また、前記以外の各種センサからもＥＣＵ１４に検出値が入力され、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）からの信号も入力される。ＥＣＵ１４では、アクセル開度やエンジン１の運転状態などを基にして目標スロットル開度が算出されてスロットルバルブ２を制御する。また、その時の運転状態に応じて、吸気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変吸気バルブ機構７は制御され、目標空燃比を達成するようにインジェクタ８は駆動され、目標点火時期を達成するように点火コイル９への通電が行われる。なお、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に設定することによりノックの発生を抑制する制御も行われる。さらに、前記以外の各種アクチュエータへの指示値も算出される。

次に、図３を参照しながらＥＣＵ１４で行うノック制御の概要について説明する。
図３は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および１４は、それぞれ図１、図２で説明したノックセンサおよびＥＣＵを示している。
ここで、ＥＣＵ１４内のノック制御部の構成について説明する。ＥＣＵ１４はマイクロコンピュータ１４Ａと各種Ｉ／Ｆ回路１４Ｂを備え、マイクロコンピュータ１４Ａは、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部、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。また、各種Ｉ／Ｆ回路１４Ｂにおけるノック制御用のＩ／Ｆ回路１５は、振動データの高周波成分を除去するためのローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと称する。）で構成されている。

マイクロコンピュータ１４ＡのＡ／Ｄ変換は、Ａ／Ｄ変換部１６により、一定の時間間隔（例えば、１０μｓや２０μｓ等）毎に実行される。Ｉ／Ｆ回路１５、即ち、ＬＰＦ１５には、Ａ／Ｄ変換部１６で全振動データを取り込むために、例えば、２．５Ｖにバイアス（振動データの中心を２．５Ｖにする）しておく機能、２．５Ｖを中心に０〜５Ｖの範囲に振動データが収まるように、振動データが小さい場合には２．５Ｖを中心に増幅し、大きい場合には２．５Ｖを中心に減少させるゲイン変換機能も含まれている。なお、Ａ／Ｄ変換部１６でのＡ／Ｄ変換は、常時実施するようにしておいて、ノック検出ウィンドウ（本実施例ではＡＴＤＣ（After Top Dead Center：上死点後）−１０°ＣＡからＡＴＤＣ８０°ＣＡとする）の振動データのみ振動データ処理部１７以降へ送るようにしても良いし、ノック検出ウィンドウのみＡ／Ｄ変換を行い振動データ処理部１７以降へ送るようにしても良い。

振動データ処理部１７では、デジタル信号処理による時間−周波数解析が実施される。このデジタル信号処理として、例えば、ＳＴＦＴやＤＦＴにより、複数の固有周波数のスペクトル列が算出され、固有周波数のスペクトル列毎にピーク値を算出し、固有周波数毎のノック信号として出力する。なお、デジタル信号処理としては、ＩＩＲ（Infinite impulse response：無限インパルス応答）フィルタやＦＩＲ（Finite impulse response：有限インパルス応答）フィルタを用いることで固有周波数の振動レベルを抽出するようにしてもよい。なお、振動データ処理部１７の演算は、Ａ／Ｄ変換を実施しながら処理してもよいし、エンジン１の回転に同期した割込み処理にてまとめて実施しても良い。

そして、複数のセンサ（例えば、図２に示すスロットル開度センサ３、エアフロセンサ４、インマニ圧センサ６、クランク角センサ１１）の信号より検出された複数の運転状態値を用いて、運転状態判定部１８にて後述する過渡補正係数Ｋ_ｔｈの算出と、運転状態の判定を実施し、その結果をフィルタ係数算出部１９、下限クリップ値算出部２０、点火時期学習値更新部２１へ送る。なお、運転状態判定部１８における過渡補正係数Ｋ_ｔｈの算出から、下限クリップ値算出部２０における下限クリップ値ＭＩＮＣＬＩＰまでのフローについては後述する。

平均値算出部および標準偏差算出部２２では、ノック判定閾値ＶＴＨの算出にて使用するノック信号のフィルタ値ＶＢＧＬと標準偏差ＶＳＧＭを算出する。ノック信号のフィルタ値ＶＢＧＬ、標準偏差ＶＳＧＭは複数の固有周波数の各々で下記式（１）〜（３）を用いて算出する。まず、サイクルごと（気筒別にノック判定閾値を算出しない内燃機関の制御装置である場合は行程ごととなる）に算出されたノック信号に対するフィルタ処理を行い平均化する。

ノック判定閾値算出部２３では、下記式（４）にてノック判定閾値ＶＴＨを算出する。

なお、第１フィルタ係数Ｋ１、第２フィルタ係数Ｋ２は、式（１）の実施より前にフィルタ係数算出部１９にて算出されるものであり、フィルタ係数算出部１９については後述する。また、本実施の形態では、式（４）に示すように、ノック信号の上側分布幅に相当する箇所に下限クリップ値を使用しているが、ＶＴＨ自体に下限クリップ値を使用する構成にしてもよい。

ノック発生有無判定部２４では、ノック信号ＶＰとノック判定閾値ＶＴＨを比較して下記式（５）によりノックの発生有無を判定し、ノック強度に応じた信号を出力する。

１点火毎点火遅角量算出部２５では、ノック発生有無判定部２４から出力されたノック強度に応じた信号から下記式（６）により１点火毎のノック強度に応じた点火遅角量を算出する。

なお、ΔθＲ（ｎ）＞０の場合はΔθＲ（ｎ）に応じて点火時期を遅角し、ΔθＲ（ｎ）＝０の場合は所定分だけ点火を進角側に復帰させる。

点火時期学習値更新部２１では、所定期間続けて定常状態と判定して、この所定期間中に１点火毎点火遅角量算出部２５で算出された所定期間の１点火毎点火遅角量ΔθＲの平均値（負値）が所定値より小さい場合は点火時期学習値を遅角側に所定量更新し、所定期間中に１点火毎点火遅角量算出部２５で算出された所定期間の１点火毎点火遅角量ΔθＲの平均値がゼロの場合は点火時期学習値を進角側に所定量更新する。

以上において、Ａ／Ｄ変換部１６、振動データ処理部１７、運転状態判定部１８、フィルタ係数算出部１９、下限クリップ値算出部２０、点火時期学習値更新部２１、平均値算出部および標準偏差算出部２２、ノック判定閾値算出部２３、ノック発生有無判定部２４、および１点火毎点火遅角量算出部２５により、デジタル信号処理による周波数解析結果を用いたノック検出、点火時期を遅角することによるノックの回避、点火時期遅角量を用いた点火時期学習といったノック制御を実現する処理方法について説明した。
次に、運転状態判定部１８、下限クリップ値算出部２０、フィルタ係数算出部１９について詳細に説明する。

まず、図４から図６を参照しながら、運転状態判定部１８、下限クリップ値算出部２０について説明する。図４は、運転状態判定部１８における過渡補正係数Ｋ_ｔｈの算出から下限クリップ値算出部２０における下限クリップ値ＭＩＮＣＬＩＰ算出までのフローチャートであり、運転状態値および点火時期学習値の取得（ステップ１０１）、過渡補正係数の算出（ステップ１０２）、運転状態判定（ステップ１０３）、下限クリップ値の算出（ステップ１０４、１０５）で構成される。なお、図４のステップ１０４、ステップ１０５については、ノック検出に用いる複数の周波数に対して各々実施する。以下、ステップ１０１から順に説明する。

ステップ１０１において、各種のセンサ３、４、６、１１の出力値から今回サイクルのエンジン回転数ＮＥ（ｎ）、充填効率ＥＣ（ｎ）、スロットル開度ＴＰ（ｎ）を算出する。また、点火時期学習値更新部２１で算出された前回サイクルの点火時期学習値θＬｒｎ（ｎ−１）を取得し、ステップ１０２に進む。

ステップ１０２では、ステップ１０１で取得したエンジン回転数ＮＥ、充填効率ＥＣ、スロットル開度ＴＰから過渡補正係数Ｋ_ｔｈを算出する。本実施の形態では、前回サイクル値との偏差｜ΔＮＥ（ｎ）｜（＝ＮＥ（ｎ）−ＮＥ（ｎ−１）の絶対値）、｜ΔＥＣ（ｎ）｜（＝ＥＣ（ｎ）−ＥＣ（ｎ−１）の絶対値）、｜ΔＴＰ（ｎ）｜（＝ＴＰ（ｎ）−ＴＰ（ｎ−１）の絶対値）と各偏差基準値から、下記式（７）にて算出する。

ステップ１０２で過渡補正係数Ｋ_ｔｈ（ｎ）を算出し、過渡補正係数Ｋ_ｔｈ（ｎ）をフィルタ係数算出部１９へ送信した後にステップ１０３に進む。

ステップ１０３では、過渡補正係数Ｋ_ｔｈ（ｎ）と所定値ＴＲを比較して、Ｋ_ｔｈ（ｎ）≧ＴＲならば過渡状態と判定し、そうでなければ定常状態と判定する。そして、本判定結果を下限クリップ値算出部２０と点火時期学習値更新部２１に送信した後に、次ステップで下限クリップ値算出部２０にて下限クリップ値ＭＩＮＣＬＩＰを算出する。

ステップ１０３での判定により定常状態と判定した場合は、ステップ１０５にてＭＩＮＣＬＩＰ（ｎ）＝０としたうえで、下限クリップ値ＭＩＮＣＬＰをフィルタ係数算出部１９とノック判定閾値算出部２３に送信して本フローを終了する。また、ステップ１０３での判定にて過渡状態と判定した場合は、ステップ１０４に進む。

ステップ１０４では、ステップ１０１で算出および取得したエンジン回転数ＮＥ（ｎ）、前回サイクルの点火時期学習値θＬｒｎ（ｎ−１）と下限クリップ値マップとから下限クリップ値ＭＩＮＣＬＩＰを算出し、下限クリップ値ＭＩＮＣＬＰをフィルタ係数算出部１９とノック判定閾値算出部２３に送信して本フローを終了する。

次に、図５を用いてエンジン回転数と下限クリップ値の関係について、また、図６を用いて下限クリップ値マップについて説明する。
図５は、エンジン回転数と下限クリップ値の関係を示すイメージ図であり、横軸はエンジン回転数、縦軸は下限クリップ値である。図５において太線αは点火時期学習値＝０の場合の下限クリップ値、長破線βは点火時期学習値が最大値（点火進角側）の場合の下限クリップ値、破線γは点火時期学習値が最小値（点火遅角側）の場合の下限クリップ値を示している。

ノック未発生時のノック信号の大きさおよび上側分布幅の大きさは、エンジン回転数が高くなるにつれて大きくなることから、図５の太線αで示すように点火時期学習値＝０の場合の下限クリップ値は、エンジン回転数が高くなるにつれて大きく設定する。また、図１０で説明したように、点火時期学習値＝０と比べて点火進角側の場合はノック信号および上側分布幅が大きくなるため、点火時期学習値が最大値の場合の下限クリップ値は、図５の長破線βで示すとおり太線αより上側に設定する。

また、点火時期学習値＝０と比べて点火遅角側の場合はノック信号および上側分布幅が小さくなるため、図５の破線γで示すとおり太線αより下側に設定する。なお、点火時期学習値＝０の場合の下限クリップ値はエンジン制御定数を適合する際の標準条件の実機試験データを基に設定し、点火時期学習値が最大値の場合の下限クリップ値は前記標準条件よりも高オクタン価、低吸気温、低エンジン油温、水温の条件の実機試験データを基に設定し、点火時期学習値が最小値の場合の下限クリップ値は前記標準条件よりも低オクタン価、高吸気温、高エンジン油温、水温の条件の実機試験データを基に設定する。

図６の下限クリップ値マップは、ＥＣＵ１４のＲＯＭ領域に書き込まれるものであり、エンジン回転数と点火時期学習値をパラメータとし、マップには下限クリップ値が設定されている。図６において、エンジン回転数は１０００[ｒ／ｍｉｎ]刻みとしているが、本制御を実施する機種に応じて刻みを変更してもよい。また、点火時期学習値も、最大値、０、最小値の刻みであるが、これも機種に応じて最大値〜０の間と、０〜最小値の間に数ポイントずつ刻みを加えてもよい。この下限クリップ値マップに、図５で説明した下限クリップ値を設定しておき、図４のステップ１０４にて、今回サイクルのエンジン回転数ＮＥ（ｎ）、前回サイクルの点火時期学習値θＬｒｎ（ｎ−１）と、下限クリップ値マップから下限クリップ値ＭＩＮＣＬＩＰを算出する。なお、本実施例では負荷方向の下限クリップ値について言及していないが、より精度よく下限クリップ値を設定するために図１２の下限クリップ値マップを負荷毎に設けるようにしてもよい。

次に、フィルタ係数算出部１９での処理について説明する。図７は、前記式（１）にて使用する第１フィルタ係数Ｋ１（ｎ）を算出するフローチャートであり、ノック判定閾値ＶＴＨ’の算出（ステップ２０１）、ノック判定（ステップ２０２）、定常状態でのフィルタ係数の算出（ステップ２０１〜２０４）、運転状態判定（ステップ２０５）と、第１フィルタ係数Ｋ１の算出（ステップ２０６、２０７）で構成される。なお、図７のフローチャートについては、ノック検出に用いる複数の周波数に対して各々実施する。以下、ステップ２０１から順に説明する。

ステップ２０１において、下記式（８）により、ノック判定閾値ＶＴＨ’を算出する。

なお、式（４）で示したノック判定閾値ＶＴＨと似た式ではあるが、ノック信号のフィルタ値ＶＢＧＬと標準偏差ＶＳＧＭが前回サイクルの値を使用している点が異なる。これは、式（４）でノック判定閾値ＶＴＨを算出する前に、第１フィルタ係数Ｋ１を算出するためである。なお、下限クリップ値ＭＩＮＣＬＩＰは前回サイクルではなく今回サイクルの値を使用しているが、これは、前回サイクルにて定常状態で今回サイクルにて過渡状態と判定するようなケースにおいて、遅れなく下限クリップ値ＭＩＮＣＬＩＰを使用するためである。ノック判定閾値ＶＴＨ’（ｎ）を算出したあとにステップ２０２に進む。

ステップ２０２では、ノック判定閾値ＶＴＨ’（ｎ）とノック信号ＶＰ（ｎ）を比較して、ＶＰ（ｎ）＞ＶＴＨ’（ｎ）ならばノック発生によりノック信号ＶＰ（ｎ）が大きいと判定してステップ２０３に進み、そうでない場合は、ステップ２０４に進む。ステップ２０３に進んだ場合は定常状態でのフィルタ係数Ｋ１_ｓ（ｎ）にＫ１_ｋを入力、ステップ２０４に進んだ場合はフィルタ係数Ｋ１_ｓ（ｎ）にＫ１_ｎを入力して、ステップ２０５に進む。なお、Ｋ１_ｋをＫ１_ｎよりも大きな値に設定することで、ノック発生によるノック信号ＶＰ（ｎ）の増加で不要にノック信号のフィルタ値ＶＢＧＬ、標準偏差ＶＳＧＭが上昇しないようにする。

ステップ２０５では、過渡補正係数Ｋ_ｔｈ（ｎ）と所定値ＴＲを比較して、Ｋ_ｔｈ（ｎ）≧ＴＲならば過渡状態と判定してステップ２０６に進み、そうでなければ定常状態と判定して２０７に進む。なお、ステップ２０５は、図４のステップ１０３と同じ処理であるので、ステップ１０３の結果を以って過渡状態、定常状態を判定すればよい。

ステップ２０６に進んだ場合は、過渡状態でのフィルタ係数Ｋ１_ｔｒと定常状態でのフィルタ係数Ｋ１_ｓ（ｎ）を過渡補正係数Ｋ_ｔｒ（ｎ）で補間することで第１フィルタ係数Ｋ１（ｎ）を算出し、このフローを終了する。具体的には、下記式（９）にて第１フィルタ係数Ｋ１（ｎ）を算出する。

なお、過渡状態でのフィルタ係数Ｋ１_ｔｒは、ステップ２０４のＫ１_ｎよりも小さい値に設定することで、ノック信号のフィルタ値ＶＢＧＬ、標準偏差ＶＳＧＭに反映させるノック信号の割合を増大させて過渡状態での追従性を向上させる。

ステップ２０７に進んだ場合は、定常状態でのフィルタ係数Ｋ１_ｓ（ｎ）を第１フィルタ係数Ｋ１（ｎ）に設定し、このフローを終了する。なお、前記式（２）で用いる第２フィルタ係数Ｋ２（ｎ）も同様の方法にて算出することができる。

以上、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置について説明したが、次に、図８および図９を用いて、その効果について説明する。
図８は、実施の形態１に係る点火時期学習値が遅角側である場合の定常状態→過渡状態→定常状態を概略的に示すタイムチャートで、グラフ軸等は従来技術を実施した場合の図１１と同様である。図１１では、下限クリップ値が大きすぎることでノックを検出できない課題があったが、図８では適切な下限クリップ値が使用されてノックを検出できる効果を得る。

また、図９は、実施の形態１に係る点火時期学習値が進角側である場合の定常状態→過渡状態→定常状態を概略的に示すタイムチャートで、グラフ軸等は従来技術を実施した場合の図１２と同様である。図１２では、下限クリップ値が小さすぎることで過渡時にノックを誤検出する課題があったが、図９では適切な下限クリップ値が使用されて過渡時にノックを誤検出しない効果を得る。

以上説明したように、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置は、点火時期学習値からノック判定閾値の下限クリップ値を算出する下限クリップ値算出部２０を備えて、ノック判定閾値の算出に際して、運転状態判定部１８により過渡状態であると判定した場合にはノック判定閾値の下限クリップ値を使用する。このようにすることで、点火時期学習値によって変化するノック信号および上側分布幅に対応した適切なノック判定閾値の下限クリップ値を算出でき、そして定常状態での点火時期学習値算出においてノック判定閾値の下限クリップ値が弊害となる状況を回避できる効果が得られる。

また、振動データ処理部１７にて振動データを同時に複数の周波数で周波数解析を実施して周波数毎にノック信号を抽出し、ノック制御を行う場合に、下限クリップ値算出部２０では、周波数毎にノック判定閾値の下限クリップ値を算出する。このようにすることで、周波数毎にノック信号の大きさも異なることに対して、より適切なノック判定閾値の下限クリップ値を使用できる効果が得られる。

また、下限クリップ値算出部２０において、エンジン回転数毎にノック判定閾値の下限クリップ値を算出する。このようにすることで、エンジン回転数が高くなるとノック信号が大きくなる傾向があることに対して、より適切なノック判定閾値の下限クリップ値を使用できる効果が得られる。

また、点火時期学習値がゼロ値の場合の下限クリップ値に対して、点火時期学習値がゼロ値よりも点火時期遅角側となるほどノック判定閾値の下限クリップ値を小さくする。このようにすることで、図１０で示したように、同じエンジン回転数、同じ負荷におけるノック信号および上側分布幅は点火時期学習値が、点火遅角側になるほど小さくなる傾向があることに対して、より適切なノック判定閾値の下限クリップ値を使用できる効果が得られる。

また、点火時期学習値がゼロ値よりも点火時期進角側となるほどノック判定閾値の下限クリップ値を大きくする。このようにすることで、図１０で示したように、同じエンジン回転数、同じ負荷におけるノック信号および上側分布幅は、点火時期学習値が点火進角側になるほど大きくなる傾向があることに対して、より適切なノック判定閾値の下限クリップ値を使用できる効果が得られる。

以上、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ エンジン、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 可変吸気バルブ機構、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 Ａ／Ｆセンサ、１４ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）、１４Ａ マイクロコンピュータ、１４Ｂ 各種Ｉ／Ｆ回路、１５ Ｉ／Ｆ回路（ＬＰＦ）、１６ Ａ／Ｄ変換部、１７ 振動データ処理部、１８ 運転状態判定部、１９ フィルタ係数算出部、２０ 下限クリップ値算出部、２１ 点火時期学習値更新部、２２ 平均値算出部および標準偏差算出部、２３ ノック判定閾値算出部、２４ ノック発生有無判定部、２５ １点火毎点火遅角量算出部

Claims (5)

1. 内燃機関の運転状態を示す運転状態値を算出して定常状態および過渡状態を判定する運転状態判定部と、
   エンジンのシリンダ内で発生する振動又は圧力波を振動データとして検出する振動データ検出部と、
   前記振動データからノックの特徴的な振動成分を抽出してノック信号とする振動データ処理部と、
   前記ノック信号を点火毎にフィルタ処理して平均値を算出する平均値算出部と、
   前記ノック信号と前記平均値の偏差を点火毎にフィルタ処理して標準偏差を算出する標準偏差算出部と、
   前記平均値と前記標準偏差を用いてノック判定閾値を算出するノック判定閾値算出部と、
   前記ノック信号と前記ノック判定閾値とを比較してノックの発生有無を判定し、ノック強度に応じた信号を出力するノック発生有無判定部と、
   前記ノック判定閾値の前回値と前記ノック信号との比較結果に応じて、前記フィルタ処理に用いるフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出部と、
   前記ノック発生有無判定部から出力されたノック強度に応じた信号により、１点火毎のノック強度に応じた点火時期の遅角量あるいは進角量を算出する１点火毎点火遅角量算出部と、
   前記運転状態判定部にて定常状態と判定された場合に、前記１点火毎点火遅角量算出部で算出された点火時期の遅角量あるいは進角量を学習して点火時期学習値の遅角量あるいは進角量を更新する点火時期学習値更新部と、
   前記点火時期学習値から前記ノック判定閾値の下限クリップ値を算出する下限クリップ値算出部と、を備え、
   前記ノック判定閾値の算出に際して、前記運転状態判定部により過渡状態であると判定された場合に、前記ノック判定閾値を前記下限クリップ値とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記振動データ処理部で前記振動データを同時に複数の周波数で時間−周波数解析を実施して周波数毎にノック信号を抽出し、
   前記下限クリップ値算出部において、前記周波数毎に前記下限クリップ値を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記下限クリップ値算出部において、エンジン回転数毎に前記下限クリップ値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記点火時期学習値がゼロ値の場合の前記下限クリップ値に対し、前記点火時期学習値がゼロ値よりも点火時期遅角側となるほど前記下限クリップ値を小さくすることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記点火時期学習値がゼロ値の場合の前記下限クリップ値に対し、前記点火時期学習値がゼロ値よりも点火時期進角側となるほど前記下限クリップ値を大きくすることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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