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JP2008157087A - Knock detection device - Google Patents

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JP2008157087A
JP2008157087A JP2006345731A JP2006345731A JP2008157087A JP 2008157087 A JP2008157087 A JP 2008157087A JP 2006345731 A JP2006345731 A JP 2006345731A JP 2006345731 A JP2006345731 A JP 2006345731A JP 2008157087 A JP2008157087 A JP 2008157087A
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Japan
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cylinder pressure
signal
knocking
frequency
detection section
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Application number
JP2006345731A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsura Okubo
桂 大久保
Masahiro Sato
正浩 佐藤
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】エンジンのノッキングを、より高精度に検出する。
【解決手段】ノッキング検出装置は、エンジンの筒内圧に応じた信号を出力する筒内圧検出手段と、該筒内圧センサの出力信号から、ノッキング検出区間中の筒内圧成分を除去する除去手段と、該筒内圧成分が除去された信号から、ノッキングの周波数を含む所定周波数帯の信号を抽出する抽出手段と、該抽出した信号から、ノッキングの発生を判定する判定手段と、を備える。検出区間中の筒内圧成分を除去するので、検出区間を短くした場合でも、または上記抽出手段に周波数特性の粗い時系列周波数分解を使用した場合でも、筒内圧成分の影響を受けることなくノッキングを検出することができる。
【選択図】図8
Engine knocking is detected with higher accuracy.
A knocking detection device includes: an in-cylinder pressure detecting unit that outputs a signal corresponding to an in-cylinder pressure of an engine; a removing unit that removes an in-cylinder pressure component in a knocking detection section from an output signal of the in-cylinder pressure sensor; Extraction means for extracting a signal in a predetermined frequency band including knocking frequency from the signal from which the in-cylinder pressure component has been removed, and determination means for determining occurrence of knocking from the extracted signal. Since the in-cylinder pressure component in the detection section is removed, knocking can be performed without being affected by the in-cylinder pressure component even when the detection section is shortened or time series frequency decomposition with a rough frequency characteristic is used for the extraction means. Can be detected.
[Selection] Figure 8

Description

この発明は、内燃機関のノッキングを検出する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for detecting knocking of an internal combustion engine.

従来、内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ)に振動センサを設け、該振動センサの出力から、ノッキングの発生を検出することが行われている。   Conventionally, an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) is provided with a vibration sensor, and the occurrence of knocking is detected from the output of the vibration sensor.

下記の特許文献1の手法によると、振動センサは、エンジンのシリンダに設けられる。振動センサの出力にウェーブレット変換を適用し、振動周波数特性を算出する。振動周波数特性を所定値と比較することにより、ノッキングなどの燃焼不良を検出する。
特開2002−221074号公報
According to the technique disclosed in Patent Document 1 below, the vibration sensor is provided in the cylinder of the engine. The wavelet transform is applied to the output of the vibration sensor to calculate the vibration frequency characteristics. Combustion failure such as knocking is detected by comparing the vibration frequency characteristic with a predetermined value.
JP 2002-221074 A

振動センサの出力には、吸排気バルブが閉じた時のノイズ(着座ノイズとよぶ)が含まれるおそれがある。このようなノイズを、ノッキングの発生として誤って認識することを防止するため、ノッキングを検出する区間を設定する手法が考えられる。該検出区間は、ノッキング信号を着座ノイズと良好に分離するために、また、計算負荷低減のために、短めに設定されるのが望まれる場合がある。   The output of the vibration sensor may include noise when the intake / exhaust valve is closed (referred to as seating noise). In order to prevent such noise from being erroneously recognized as the occurrence of knocking, a method of setting a section for detecting knocking can be considered. In some cases, it may be desirable to set the detection interval to be short in order to separate the knocking signal from the seating noise well and to reduce the calculation load.

一方、ウェーブレット変換のような時系列周波数分解の手法により、筒内圧信号から、ノッキングの周波数を含む信号を抽出する手法が提案されている。計算負荷の低減のために、周波数特性の粗い時系列周波数分解を用いることが望まれる場合がある。   On the other hand, a technique for extracting a signal including a knocking frequency from an in-cylinder pressure signal by a time-series frequency decomposition technique such as wavelet transform has been proposed. In order to reduce the calculation load, it may be desired to use time-series frequency decomposition with a rough frequency characteristic.

しかしながら、上記検出区間を短く設定した場合、または、周波数特性の粗い時系列周波数分解を使用した場合、ノッキングとして検出された信号に、筒内圧成分の影響が残ることがある。残留する該筒内圧成分により、ノッキングの検出精度が悪化するおそれがある。   However, when the detection interval is set short, or when time-series frequency decomposition with rough frequency characteristics is used, the influence of the in-cylinder pressure component may remain on the signal detected as knocking. The remaining in-cylinder pressure component may deteriorate the knocking detection accuracy.

したがって、本願発明の目的は、周波数特性の粗い時系列周波数分解を使用した場合、および/または、検出区間を短めに設定した場合でも、ノッキングを高精度に検出することのできる装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of detecting knocking with high accuracy even when time-series frequency decomposition with rough frequency characteristics is used and / or even when a detection interval is set to be short. It is.

この発明の一つの側面によると、ノッキング検出装置は、エンジンの筒内圧を検出した該筒内圧に応じた信号を出力する筒内圧検出手段と、該筒内圧センサの出力信号から、ノッキング検出区間中の筒内圧成分を除去する除去手段と、該筒内圧成分が除去された信号から、ノッキングの周波数を含む所定周波数帯の信号を抽出する抽出手段と、該抽出した信号から、ノッキングの発生を判定する判定手段と、を備える。   According to one aspect of the present invention, the knocking detection device includes an in-cylinder pressure detecting means for outputting a signal corresponding to the in-cylinder pressure that detects the in-cylinder pressure of the engine, and an output signal of the in-cylinder pressure sensor, from the knock detection interval. Removing means for removing the in-cylinder pressure component, extracting means for extracting a signal in a predetermined frequency band including the knocking frequency from the signal from which the in-cylinder pressure component has been removed, and determining the occurrence of knocking from the extracted signal Determining means.

この発明によれば、検出区間中の筒内圧成分を除去するので、検出区間を短くした場合でも、または上記抽出手段に周波数特性の粗い時系列周波数分解を使用した場合でも、筒内圧成分の影響を受けることなくノッキングを検出することができる。   According to the present invention, since the in-cylinder pressure component in the detection section is removed, the influence of the in-cylinder pressure component can be achieved even when the detection section is shortened or when the time series frequency decomposition with a rough frequency characteristic is used for the extraction means. Knocking can be detected without receiving.

この発明の一実施形態によると、エンジンの回転を示す情報に基づいて、ノッキング検出区間を設定する手段を備える。   According to one embodiment of the present invention, there is provided means for setting a knocking detection section based on information indicating engine rotation.

この発明によれば、エンジンの運転状態に従って、ノッキングを検出すべき区間を適切に設定することができる。   According to the present invention, it is possible to appropriately set a section where knocking should be detected in accordance with the operating state of the engine.

この発明の一実施形態によると、筒内圧検出手段の出力信号から、筒内圧のピークを検出し、該ピークの時点からの所定期間に、ノッキング検出区間を設定する手段を備える。   According to one embodiment of the present invention, there is provided means for detecting a peak of the in-cylinder pressure from an output signal of the in-cylinder pressure detecting means and setting a knocking detection section in a predetermined period from the peak point.

この発明によれば、エンジンが経年劣化した場合や、可変圧縮比機構等によって筒内圧のピーク時期とノッキングの発生時期との間に相対的なずれが生じた場合でも、ノッキング検出区間を適切に設定することができる。また、着座ノイズなどの影響を受けないよう検出区間を設定することができる。   According to the present invention, even when the engine has deteriorated over time or when there is a relative deviation between the peak timing of the in-cylinder pressure and the occurrence timing of knocking due to a variable compression ratio mechanism or the like, the knocking detection section is appropriately set. Can be set. In addition, the detection section can be set so as not to be affected by the seating noise.

この発明の一実施形態によると、上記除去手段は、筒内圧成分が含まれる低周波成分をカットするフィルタにより、該筒内圧成分を除去する。   According to one embodiment of the present invention, the removing means removes the in-cylinder pressure component by a filter that cuts a low frequency component including the in-cylinder pressure component.

この発明によれば、筒内圧成分が含まれる周波数成分を除去したうえで、ノッキングの周波数帯域の信号を抽出するので、筒内圧成分がノッキング検出に影響することを回避することができる。   According to the present invention, since the signal in the knocking frequency band is extracted after removing the frequency component including the in-cylinder pressure component, it is possible to avoid the in-cylinder pressure component from affecting the knocking detection.

この発明の一実施形態によると、上記除去手段は、ノッキング検出区間の筒内圧検出手段の出力信号から、筒内圧を近似するための近似式を算出し、該筒内圧検出手段の出力信号から、該近似式により算出される筒内圧を減算することにより、該筒内圧成分を除去する。一実施例では、該近似式は、一次式である。ノッキング検出区間の始点と終点の筒内圧検出手段の出力信号から、該一次式の傾きおよび切片が求められる。   According to one embodiment of the present invention, the removing means calculates an approximate expression for approximating the in-cylinder pressure from the output signal of the in-cylinder pressure detecting means in the knocking detection section, and from the output signal of the in-cylinder pressure detecting means, By subtracting the in-cylinder pressure calculated by the approximate expression, the in-cylinder pressure component is removed. In one embodiment, the approximate expression is a linear expression. From the output signals of the in-cylinder pressure detecting means at the start point and the end point of the knocking detection section, the slope and intercept of the linear expression are obtained.

この発明によれば、簡単な演算により筒内圧成分を除去できるので、計算負荷を低減することができる。筒内圧成分が含まれる周波数成分を除去したうえで、ノッキングの周波数帯域の信号を抽出するので、筒内圧成分がノッキング検出に影響することを回避することができる。   According to the present invention, since the in-cylinder pressure component can be removed by a simple calculation, the calculation load can be reduced. Since the signal in the knocking frequency band is extracted after removing the frequency component including the in-cylinder pressure component, it is possible to avoid the in-cylinder pressure component from affecting the knocking detection.

この発明の一実施形態によると、筒内圧検出手段の出力信号は、筒内圧の微分値を表す信号である。   According to one embodiment of the present invention, the output signal of the in-cylinder pressure detecting means is a signal representing a differential value of the in-cylinder pressure.

この発明によれば、筒内圧の変化量を示す信号(微分値)を用いて、筒内圧成分の影響を受けないノッキング検出が可能となる。   According to the present invention, knocking detection that is not affected by the in-cylinder pressure component can be performed using a signal (differential value) indicating the amount of change in the in-cylinder pressure.

この発明の一実施形態によると、上記抽出手段により抽出された信号が所定値以上となる時間が、所定時間以上継続した場合、ノッキングと判定する。また、他の実施形態では、抽出された信号をノッキング検出区間にわたって積算し、該積算した値が所定値を超えたならば、ノッキングと判定する。   According to one embodiment of the present invention, if the time during which the signal extracted by the extraction unit is equal to or greater than a predetermined value continues for a predetermined time or more, it is determined that knocking has occurred. In another embodiment, the extracted signals are integrated over the knocking detection interval, and if the integrated value exceeds a predetermined value, it is determined that knocking has occurred.

この発明によれば、ノイズなどの影響を低減しつつ、ノッキングを判定することができる。   According to the present invention, knocking can be determined while reducing the influence of noise and the like.

この発明の一実施形態によると、エンジンは、燃焼室内の圧縮比を変更することのできる可変圧縮比機構を備えたエンジンである。   According to one embodiment of the present invention, the engine is an engine including a variable compression ratio mechanism that can change the compression ratio in the combustion chamber.

可変圧縮比機構によって筒内圧のピーク時期とノッキング発生時期の間の相対的なタイミングがずれる場合があるが、そのような場合でも、良好な精度でノッキングを検出することができる。   Although the relative timing between the peak time of the in-cylinder pressure and the knocking occurrence time may be shifted by the variable compression ratio mechanism, knocking can be detected with good accuracy even in such a case.

施形態に従う、内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ)およびその制御装置の全体的な構成図である。 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) and a control device thereof according to an embodiment.

電子制御ユニット(以下、「ECU」)という)1は、中央演算処理装置(CPU)およびメモリを備えるコンピュータである。メモリには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータを格納することができる。ECU1は、車両の各部から送られてくるデータを受け取って演算を行い、車両の各部を制御するための制御信号を生成する。   An electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 1 is a computer including a central processing unit (CPU) and a memory. The memory can store a computer program for realizing various controls of the vehicle and data necessary for executing the program. The ECU 1 receives data sent from each part of the vehicle, performs calculation, and generates a control signal for controlling each part of the vehicle.

エンジン2は、この実施例では4気筒を備えており、図には、そのうちの1つの気筒のみが示されている。   The engine 2 has four cylinders in this embodiment, and only one of them is shown in the figure.

エンジン2は、吸気弁3を介して吸気管4に連結され、排気弁5を介して排気管6に連結されている。燃料噴射弁7および点火プラグ9が、燃焼室8に臨むように取り付けられている。燃焼噴射弁7は、ECU1からの制御信号に従って、燃料を噴射する。燃料を噴射する時期および噴射すべき燃料の量は、該制御信号を介してECU1により制御される。点火プラグ9は、ECU1からの制御信号に従って火花を飛ばす。該火花により、噴射された燃料と空気の混合気が、燃焼室8内で燃焼する。   The engine 2 is connected to an intake pipe 4 via an intake valve 3 and connected to an exhaust pipe 6 via an exhaust valve 5. A fuel injection valve 7 and a spark plug 9 are attached so as to face the combustion chamber 8. The combustion injection valve 7 injects fuel in accordance with a control signal from the ECU 1. The timing of injecting the fuel and the amount of fuel to be injected are controlled by the ECU 1 through the control signal. The spark plug 9 blows a spark in accordance with a control signal from the ECU 1. Due to the spark, the injected fuel / air mixture burns in the combustion chamber 8.

燃焼により混合気の体積は増大し、これによりピストン10を下方に押し下げる。ピストン10の往復運動は、クランク軸11の回転運動に変換される。   Combustion increases the volume of the air-fuel mixture, thereby pushing the piston 10 downward. The reciprocating motion of the piston 10 is converted into the rotational motion of the crankshaft 11.

エンジン2には、クランク角センサ17が設けられている。クランク角センサ17は、クランク軸11の回転に伴い、CRK信号およびTDC信号をECU1に出力する。   The engine 2 is provided with a crank angle sensor 17. The crank angle sensor 17 outputs a CRK signal and a TDC signal to the ECU 1 as the crankshaft 11 rotates.

CRK信号は、所定のクランク角で出力されるパルス信号である。ECU1は、該CRK信号に応じ、エンジン2の回転数NEを算出する。TDC信号は、ピストン10のTDC位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。   The CRK signal is a pulse signal output at a predetermined crank angle. The ECU 1 calculates the rotational speed NE of the engine 2 according to the CRK signal. The TDC signal is a pulse signal output at a crank angle related to the TDC position of the piston 10.

筒内圧センサ15は、燃焼室8内の圧力(筒内圧)に応じた信号を出力するセンサであり、点火プラグ9のエンジンシリンダに接する部分に埋没されている。筒内圧センサ15が、例えば圧電素子からなるセンサである場合、筒内圧センサ15は、燃焼室8内の圧力(筒内圧)の変化を示す信号dPを出力し、該筒内圧変化信号dPを、たとえばECU1において積分することにより、筒内圧を示す筒内圧信号Pを生成することができる。代替的に、積分動作を含むよう(例えば、積分回路を組み込んで)筒内圧センサを構成してもよい。   The in-cylinder pressure sensor 15 is a sensor that outputs a signal corresponding to the pressure in the combustion chamber 8 (in-cylinder pressure), and is buried in a portion of the spark plug 9 that contacts the engine cylinder. When the in-cylinder pressure sensor 15 is a sensor made of, for example, a piezoelectric element, the in-cylinder pressure sensor 15 outputs a signal dP indicating a change in pressure in the combustion chamber 8 (in-cylinder pressure), and the in-cylinder pressure change signal dP is For example, the in-cylinder pressure signal P indicating the in-cylinder pressure can be generated by integration in the ECU 1. Alternatively, the in-cylinder pressure sensor may be configured to include an integration operation (for example, incorporating an integration circuit).

エンジン2の吸気管4には、スロットル弁18が設けられている。スロットル弁18の開度は、ECU1からの制御信号により制御される。スロットル弁18に連結されたスロットル弁開度センサ(θTH)19は、スロットル弁18の開度に応じた電気信号を、ECU1に供給する。   A throttle valve 18 is provided in the intake pipe 4 of the engine 2. The opening degree of the throttle valve 18 is controlled by a control signal from the ECU 1. A throttle valve opening sensor (θTH) 19 connected to the throttle valve 18 supplies an electrical signal corresponding to the opening of the throttle valve 18 to the ECU 1.

吸気管圧力(PB)センサ20は、スロットル弁18の下流側に設けられている。PBセンサ20によって検出された吸気管圧力PBはECU1に送られる。   The intake pipe pressure (PB) sensor 20 is provided on the downstream side of the throttle valve 18. The intake pipe pressure PB detected by the PB sensor 20 is sent to the ECU 1.

スロットル弁18の上流には、エアフローメータ(AFM)21が設けられている。エアフローメータ21は、スロットル弁18を通過する空気量を検出し、それをECU1に送る。   An air flow meter (AFM) 21 is provided upstream of the throttle valve 18. The air flow meter 21 detects the amount of air passing through the throttle valve 18 and sends it to the ECU 1.

可変圧縮比機構22は、ECU1からの制御信号に従って、燃焼室8内の圧縮比を変更することができる機構である。可変圧縮比(Cr)センサ23は、燃焼室内の圧縮比Crを検出するためのセンサである。可変圧縮比機構22および可変圧縮比センサ23は、任意の適切な手法で実現されることができる。たとえば、ピストンとクランク軸の間を複数のリンクで連結したリンク式可変圧縮機構を用いることができる。たとえばポテンショメータにより、該機構の制御軸の回転角を検出することで圧縮比を検出するセンサとして、可変圧縮比センサを実現することができる(特開2006−226133号公報)。代替の形態として、可変圧縮比センサを、可変圧縮比機構が備えるアクチュエータの作動位置を検出するポテンショメータであるよう実現することができる。該ポテンショメータは、アクチュエータの作動位置から、圧縮比(=吸気下死点における筒内圧の容積/圧縮上死点における筒内圧の容積)を検出することができる(特開2003−193872号公報)。   The variable compression ratio mechanism 22 is a mechanism that can change the compression ratio in the combustion chamber 8 in accordance with a control signal from the ECU 1. The variable compression ratio (Cr) sensor 23 is a sensor for detecting the compression ratio Cr in the combustion chamber. The variable compression ratio mechanism 22 and the variable compression ratio sensor 23 can be realized by any appropriate technique. For example, a link type variable compression mechanism in which a piston and a crankshaft are connected by a plurality of links can be used. For example, a variable compression ratio sensor can be realized as a sensor that detects the compression ratio by detecting the rotation angle of the control shaft of the mechanism with a potentiometer (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-226133). As an alternative, the variable compression ratio sensor can be realized as a potentiometer that detects the operating position of an actuator provided in the variable compression ratio mechanism. The potentiometer can detect a compression ratio (= in-cylinder pressure volume at intake bottom dead center / in-cylinder pressure volume at compression top dead center) from the operating position of the actuator (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-193872).

この実施例では、スロットル弁によって、燃焼室内に取り込まれる吸入空気の量を制御しているが、代替的に、可変バルブ機構によって制御してもよい。可変バルブ機構は、ECU1からの制御信号に従って、吸気バルブ3のリフト量を変更することにより、吸入空気量を調節する。   In this embodiment, the amount of intake air taken into the combustion chamber is controlled by the throttle valve, but may alternatively be controlled by a variable valve mechanism. The variable valve mechanism adjusts the intake air amount by changing the lift amount of the intake valve 3 in accordance with a control signal from the ECU 1.

ここで、ノッキングの検出に筒内圧成分がどう影響するおそれがあるかについて説明する。   Here, how the in-cylinder pressure component may affect the detection of knocking will be described.

筒内圧変化信号およびそれを積分した筒内圧信号には、筒内圧成分、ノッキング成分、着座ノイズ成分などが含まれることがわかっている。ここでの筒内圧成分は、ノイズとは異なり、通常の燃焼状態で生じる筒内圧を構成する周波数成分を示す。   It is known that the in-cylinder pressure change signal and the in-cylinder pressure signal obtained by integrating it include an in-cylinder pressure component, a knocking component, a seating noise component, and the like. The in-cylinder pressure component here is different from noise and indicates a frequency component constituting the in-cylinder pressure generated in the normal combustion state.

図2は、筒内圧センサの出力信号dPを、オフラインFFTで周波数解析した結果の一例を示す。参照符号25は筒内圧の周波数帯域を示し、約0〜2kHzである。参照符号26はノッキングの周波数帯域を示し、エンジンのボア径にも依存するが、約6〜8kHzである。両者の周波数帯域は、大きく異なっている。したがって、筒内圧変化信号(または筒内圧信号)を周波数分解することにより、筒内圧成分とノッキング成分とを分離することができる。   FIG. 2 shows an example of the result of frequency analysis of the output signal dP of the in-cylinder pressure sensor by offline FFT. Reference numeral 25 indicates a frequency band of in-cylinder pressure, which is approximately 0 to 2 kHz. Reference numeral 26 denotes a knocking frequency band, which is about 6 to 8 kHz, depending on the bore diameter of the engine. Both frequency bands are very different. Therefore, the in-cylinder pressure component and the knocking component can be separated by frequency-decomposing the in-cylinder pressure change signal (or in-cylinder pressure signal).

着座ノイズは、幅広い周波数帯に影響を及ぼすので、周波数分解によって分離することは難しい。しかしながら、着座ノイズは、バルブが着座するタイミングでのみ発生するので、周波数分解の対象となる区間から、このタイミングを取り除けばよい。   Since the seating noise affects a wide frequency band, it is difficult to separate it by frequency decomposition. However, since the seating noise is generated only at the timing when the valve is seated, it is only necessary to remove this timing from the section subject to frequency decomposition.

このように、より良好な精度でノッキングを検出するためには、着座ノイズを含まないよう検出区間を限定的に設定すると共に、該検出区間に対して周波数分解するのが好ましい。   As described above, in order to detect knocking with better accuracy, it is preferable to set a detection interval in a limited manner so as not to include seating noise and to perform frequency decomposition on the detection interval.

ノッキングは、筒内圧のピーク近傍で発生するので、検出区間を、該筒内圧ピークからの所定期間に設定することが考えられる。このような設定により、たとえば可変圧縮比機構および経年劣化などによってノッキング発生時期が変動しても、筒内圧を検出すべき区間を適切に設定することができる。さらに、筒内圧のピーク時期を逐次検出することにより、検出区間の適切な設定をリアルタイムに行うことができる。   Since knocking occurs in the vicinity of the peak of the in-cylinder pressure, it can be considered that the detection section is set to a predetermined period from the in-cylinder pressure peak. With such a setting, even if the knocking occurrence time fluctuates due to, for example, the variable compression ratio mechanism and aging deterioration, the section in which the in-cylinder pressure should be detected can be set appropriately. Furthermore, by sequentially detecting the peak time of the in-cylinder pressure, it is possible to perform appropriate setting of the detection section in real time.

しかしながら、前述したように、1)周波数特性の粗い周波数分解を採用した場合や、2)検出区間を短めに設定した場合などにおいては、筒内圧成分を除去しきれず、ノッキング検出に該筒内圧成分が影響するおそれがある。   However, as described above, when 1) frequency decomposition with a rough frequency characteristic is employed, or 2) when the detection interval is set to be short, the in-cylinder pressure component cannot be removed, and the in-cylinder pressure component is used for knocking detection. May affect.

ここで、上記1)の場合の筒内圧成分の影響について考察する。   Here, the influence of the in-cylinder pressure component in the case of 1) will be considered.

時系列の周波数分解を実現する手段として、Haarのアナライジングウェーブレットを使用した離散ウェーブレット変換器を例にとる。図3(a)には、3段から成る該ウェーブレット変換器の構成図が示されている。ウェーブレット変換器は、筒内圧センサの出力信号をサンプリングすることによって得られた筒内圧変化信号のサンプルdP(n)から算出された筒内圧信号P(n)を受け取る。nはサンプリング時刻を示し、サンプリング周波数は、Fsである。   As a means for realizing time-series frequency decomposition, a discrete wavelet converter using Haar's analyzing wavelet is taken as an example. FIG. 3A shows a configuration diagram of the wavelet transformer having three stages. The wavelet transformer receives an in-cylinder pressure signal P (n) calculated from a sample dP (n) of the in-cylinder pressure change signal obtained by sampling the output signal of the in-cylinder pressure sensor. n indicates the sampling time, and the sampling frequency is Fs.

第1の高周波サブバンドフィルタ31は、式(1)に従って、出力信号PH1を生成する。第1の低周波サブバンドフィルタ32は、式(2)に従って出力信号PL1を生成する。式中の下向きの矢印は、ダウンサンプリングを表している。

Figure 2008157087
The first high-frequency subband filter 31 generates the output signal PH1 according to Equation (1). The first low frequency subband filter 32 generates the output signal P L1 according to the equation (2). The downward arrow in the formula represents downsampling.
Figure 2008157087

図3(b)は、第1の高周波サブバンドフィルタ31により実行される式(1)をブロック図で表したものである。入力信号(ここでは、筒内圧信号)の今回値P(n)と、遅延子41により遅延された信号、すなわち、入力信号の前回値P(n−1)との差分を、差分器42により算出する。差分器42の出力は、増幅器43によって(1/2)が乗算される。増幅器43からの出力は、ダウンサンプリング回路44によってダウンサンプリングされる。   FIG. 3B is a block diagram showing Expression (1) executed by the first high-frequency subband filter 31. The difference between the current value P (n) of the input signal (here, the in-cylinder pressure signal) and the signal delayed by the delay element 41, that is, the previous value P (n-1) of the input signal is obtained by the differencer 42. calculate. The output of the differentiator 42 is multiplied by (1/2) by the amplifier 43. The output from the amplifier 43 is downsampled by the downsampling circuit 44.

図3の(c)は、第1の低周波サブバンドフィルタ32により実行される式(2)をブロック図で表したものである。入力信号の今回値P(n)と、遅延子46により遅延された信号、すなわち筒内圧信号の前回値P(n−1)との和を、加算器47により算出する。加算器47の出力は、増幅器48によって(1/2)が乗算される。増幅器48からの出力は、ダウンサンプリング回路49によってダウンサンプリングされる。   FIG. 3C is a block diagram showing Expression (2) executed by the first low-frequency subband filter 32. The adder 47 calculates the sum of the current value P (n) of the input signal and the signal delayed by the delay element 46, that is, the previous value P (n-1) of the in-cylinder pressure signal. The output of the adder 47 is multiplied by (1/2) by the amplifier 48. The output from the amplifier 48 is downsampled by a downsampling circuit 49.

代替的に、増幅器43および48によって乗算される値は、他の値を用いてもよい。第2および第3の高周波サブバンドフィルタ33および35も、第1の高周波サブバンドフィルタ31と同様の構成および機能を有する。第2および第3の低周波サブバンドフィルタ34および36も、第1の低周波サブバンドフィルタ32と同様の構成および機能を有する。   Alternatively, the values multiplied by amplifiers 43 and 48 may use other values. The second and third high-frequency subband filters 33 and 35 also have the same configuration and function as the first high-frequency subband filter 31. The second and third low frequency subband filters 34 and 36 also have the same configuration and function as the first low frequency subband filter 32.

サンプリング周波数がFsであるので、第1の高周波サブバンドフィルタ31および低周波サブバンドフィルタ32の出力信号PH1およびPL1は、Fn(=Fs/2)で生成され、出力信号PH1の周波数帯域は、Fn/2〜Fnであり、出力信号PL1の周波数帯域は、0〜Fn/2である。第2の高周波サブバンドフィルタ33および低周波サブバンドフィルタ34の出力信号PH2およびPL2は、Fn/2で生成され、出力信号PH2の周波数帯域は、Fn/4〜Fn/2であり、出力信号PL2の周波数帯域は、0〜Fn/4である。第3の高周波サブバンドフィルタ35および低周波サブバンドフィルタ36の出力信号PH3およびPL3は、Fn/4で生成され、出力信号PH3の周波数帯域は、Fn/8〜Fn/4であり、出力信号PL1の周波数帯域は、0〜Fn/8である。 Since the sampling frequency is Fs, the output signals P H1 and P L1 of the first high-frequency subband filter 31 and the low-frequency subband filter 32 are generated by Fn (= Fs / 2), and the frequency of the output signal P H1 The band is Fn / 2 to Fn, and the frequency band of the output signal P L1 is 0 to Fn / 2. The output signal P H2 and P L2 of the second high-frequency sub-band filter 33 and the low-frequency sub-band filter 34 is generated by the Fn / 2, the frequency band of the output signal P H2 is an Fn / 4~Fn / 2 The frequency band of the output signal P L2 is 0 to Fn / 4. The output signal P H3 and P L3 of the third high-frequency sub-band filter 35 and the low-frequency sub-band filter 36 is generated by the Fn / 4, the frequency band of the output signal P H3 is an Fn / 8~Fn / 4 The frequency band of the output signal P L1 is 0 to Fn / 8.

図4には、図3に示すウェーブレット変換器についてのウェーブレットタイリング(wavelet tiling)を示す。ノッキング周波数は約8kHzであり、筒内圧のサンプリング周波数Fsを100kHzとすると、ウェーブレット変換器の第3の高周波サブバンドフィルタ35の出力信号PH3に、ノッキングを示す信号が含まれることとなる。 FIG. 4 shows wavelet tiling for the wavelet transformer shown in FIG. When the knocking frequency is about 8 kHz and the in-cylinder pressure sampling frequency Fs is 100 kHz, the signal indicating knocking is included in the output signal PH3 of the third high-frequency subband filter 35 of the wavelet converter.

このようなウェーブレット変換では、高周波帯域を分解する時には、更新周波数が高く(更新周期が短く)、サンプリングが細かい。低周波数帯域になるにつれてサンプリングを粗くなり、よって計算負荷を軽くすることができる。   In such wavelet transform, when the high frequency band is decomposed, the update frequency is high (the update cycle is short) and the sampling is fine. Sampling becomes rougher as the frequency band becomes lower, and thus the calculation load can be reduced.

しかしながら、このようなウェーブレット変換は周波数特性が粗く、他の周波数の影響を受けやすい。ノッキング検出に該ウェーブレット変換を使用すると、筒内圧の影響を受けるおそれがある。   However, such wavelet transform has a rough frequency characteristic and is easily influenced by other frequencies. If the wavelet transform is used for knocking detection, there is a risk of being affected by in-cylinder pressure.

図5に、そのような影響の様子を示す。(a)は、ノッキングを示す信号の波形を示す(筒内圧信号はゼロ)。ノッキング信号は、この例では、7.5〜8.5kHzのほぼ正弦波の波形となっている。(b)および(c)は、ノッキングが発生した時の、筒内圧センサの出力から得た筒内圧信号を示す。(b)は、筒内圧信号の最大値が約3MPaであり、(c)は、筒内圧信号の最大値が約6MPaである場合を示す。なお、着座ノイズなどの影響を受けないよう、ウェーブレット変換の対象となるノッキング検出区間(2本の点線で示されている)を、圧縮行程のTDC後20度(deg)〜60度に設定している。   FIG. 5 shows such an influence. (A) shows the waveform of a signal indicating knocking (the cylinder pressure signal is zero). In this example, the knocking signal has a substantially sinusoidal waveform of 7.5 to 8.5 kHz. (B) and (c) show an in-cylinder pressure signal obtained from the output of the in-cylinder pressure sensor when knocking occurs. (B) shows the case where the maximum value of the in-cylinder pressure signal is about 3 MPa, and (c) shows the case where the maximum value of the in-cylinder pressure signal is about 6 MPa. Note that the knocking detection section (indicated by two dotted lines) subject to wavelet transform is set to 20 degrees (deg) to 60 degrees after TDC of the compression stroke so as not to be affected by seating noise or the like. ing.

(a1)から(c1)は、(a)から(c)の該検出区間における信号の波形を拡大した図であり、(d)〜(f)は、該検出区間における筒内圧に対して図3に示すようなウェーブレット変換を行うことにより得られる出力信号を、それぞれ示す。ここで、ウェーブレット変換の出力信号は信号PH3であり、これは、ノッキングの周波数帯に対応する信号であるので、ノッキングの強度を示す信号と考えることができる。 (A1) to (c1) are enlarged views of a signal waveform in the detection section of (a) to (c), and (d) to (f) are graphs with respect to the in-cylinder pressure in the detection section. The output signals obtained by performing the wavelet transform as shown in FIG. Here, since the output signal of the wavelet transform is the signal PH3 , which is a signal corresponding to the knocking frequency band, it can be considered as a signal indicating the strength of knocking.

これらの図から明らかなように、筒内圧の大きさが大きくなるにつれ、ウェーブレット変換の出力信号の値も増加する((d)〜(f)のピーク値の遷移を参照)。これは、ノッキング強度を表す信号に、筒内圧成分が影響していることを示す。このように、図3のような周波数特性が粗いウェーブレット変換を使用すると、ノッキング強度信号に筒内圧成分の影響が生じるおそれがある。   As is clear from these figures, as the in-cylinder pressure increases, the value of the output signal of the wavelet transform also increases (see the transition of peak values in (d) to (f)). This indicates that the in-cylinder pressure component affects the signal representing the knocking strength. As described above, when the wavelet transform having a rough frequency characteristic as shown in FIG. 3 is used, the knocking intensity signal may be influenced by the in-cylinder pressure component.

次に、上記2)の影響について説明する。たとえ周波数特性の細かい周波数分解を使用した場合でも、検出区間を短く設定すると、筒内圧成分がノッキング検出に影響するおそれがある。   Next, the effect of 2) will be described. Even when frequency resolution with fine frequency characteristics is used, if the detection interval is set short, the in-cylinder pressure component may affect knocking detection.

図6は、この影響の様子を示したものである。(a)は、ノッキングが発生していない時に筒内圧センサの出力から得た筒内圧信号の波形を示す。(b)および(c)は、図5の(b)および(c)と同じであり、ノッキングが発生した時に、筒内圧センサの出力から得た筒内圧信号を示す。(b)は、筒内圧信号の最大値が約3MPaであり、(c)は、筒内圧信号の最大値が約6MPaである場合を示す。なお、着座ノイズなどの影響を受けないよう、ウェーブレット変換の対象となるノッキング検出区間(2本の点線で示されている)を、図5と同様に、圧縮行程のTDC後20度(deg)〜60度に設定している。(a1)から(c1)は、(a)から(c)の該検出区間における信号の波形を拡大した図である。   FIG. 6 shows the state of this influence. (A) shows the waveform of the in-cylinder pressure signal obtained from the output of the in-cylinder pressure sensor when knocking has not occurred. (B) and (c) are the same as (b) and (c) of FIG. 5, and show the in-cylinder pressure signal obtained from the output of the in-cylinder pressure sensor when knocking occurs. (B) shows the case where the maximum value of the in-cylinder pressure signal is about 3 MPa, and (c) shows the case where the maximum value of the in-cylinder pressure signal is about 6 MPa. Note that the knocking detection section (indicated by two dotted lines) subject to wavelet transformation is set to 20 degrees (deg) after the TDC of the compression stroke so as not to be affected by the seating noise and the like, as in FIG. It is set to ~ 60 degrees. (A1)-(c1) is the figure which expanded the waveform of the signal in this detection area of (a)-(c).

図7の(a)は、図6の(a1)から(c1)の検出区間中の信号に対して、図3のようなウェーブレット変換より細かい周波数分解を行った結果を示す。参照符号51〜53は、それぞれ、図6の(a1)〜(c1)の波形についての結果を示す。図7の(a1)は、(a)の領域50(これは、ノッキングに対応する周波数帯域である)の拡大図である。   (A) of FIG. 7 shows the result of performing frequency resolution finer than the wavelet transform as shown in FIG. 3 on the signals in the detection sections of (a1) to (c1) of FIG. Reference numerals 51 to 53 indicate the results of the waveforms (a1) to (c1) in FIG. (A1) in FIG. 7 is an enlarged view of the region 50 in (a) (this is a frequency band corresponding to knocking).

図7に示されるように、ノッキングが発生していない時の周波数分解の結果51の波形は、ノッキングが発生した時の周波数分解の結果52および53の波形と類似している。すなわち、筒内圧信号が、ノッキングに対応する周波数帯域に影響を及ぼしていることがわかる。これは、検出区間を短く設定したことにより(この例では、クランク角度範囲が40度)、該検出区間より長い周期を持つ筒内圧の周波数帯域が不確定になるためである。筒内圧成分の影響により、ノッキングの発生が判別しにくくなるおそれがある。   As shown in FIG. 7, the waveform of the frequency decomposition result 51 when knocking does not occur is similar to the waveform of the frequency decomposition results 52 and 53 when knocking occurs. That is, it can be seen that the in-cylinder pressure signal affects the frequency band corresponding to knocking. This is because the in-cylinder pressure frequency band having a longer period than the detection interval becomes uncertain because the detection interval is set short (in this example, the crank angle range is 40 degrees). The occurrence of knocking may be difficult to determine due to the influence of the in-cylinder pressure component.

本願発明は、上記1)および2)のような影響によって、ノッキング検出の精度が低下することを回避しようとするものである。   The present invention seeks to avoid a decrease in the accuracy of knock detection due to the effects 1) and 2) above.

図8は、本願発明の一実施形態に従う、ノッキング検出装置のブロック図である。ノッキング検出装置は、ECU1(図1)に実現される。典型的には、各ブロックの機能は、ECU1のメモリに格納されているプログラムを実行することによって実現される。代替的に、これらの機能を、ハードウェアおよびソフトウェアとハードウェアの組み合わせにより実現してもよい。   FIG. 8 is a block diagram of a knocking detection device according to an embodiment of the present invention. The knocking detection device is implemented in the ECU 1 (FIG. 1). Typically, the function of each block is realized by executing a program stored in the memory of the ECU 1. Alternatively, these functions may be realized by hardware and a combination of software and hardware.

ノック検出区間設定部61は、エンジンの運転状態に従って、ノッキングを検出すべき区間を設定する。ノッキング検出区間をエンジンの運転状態に従って設定するので、着座ノイズ等の影響を排除することができる。   Knock detection section setting unit 61 sets a section in which knocking should be detected according to the operating state of the engine. Since the knocking detection section is set according to the operating state of the engine, the influence of seating noise and the like can be eliminated.

筒内圧成分除去部62は、筒内圧センサの出力を介して得た筒内圧信号から、ノッキング検出区間中の筒内圧成分を除去する。所定周波数帯抽出部63は、該筒内圧成分が除去された信号から、ノッキングの周波数を含む所定の周波数帯域の信号を抽出する。適切な任意の手法で、所定周波数帯抽出部63を実現することができるが、この実施形態では、図3に示されるようなウェーブレット変換器により、所定周波数帯抽出部63を実現する。該ウェーブレット変換器により、ノッキングに対応する周波数帯域の信号PH3を抽出することができる。筒内圧成分が除去されているので、ここで抽出される信号は、筒内圧成分の影響を受けていないノッキング信号を含んでいる。ノッキング判定部64は、該抽出された信号に基づいて、ノッキングが発生したかどうかを判定する。 The in-cylinder pressure component removing unit 62 removes the in-cylinder pressure component in the knocking detection section from the in-cylinder pressure signal obtained through the output of the in-cylinder pressure sensor. The predetermined frequency band extraction unit 63 extracts a signal in a predetermined frequency band including the knocking frequency from the signal from which the in-cylinder pressure component has been removed. Although the predetermined frequency band extraction unit 63 can be realized by any appropriate method, in this embodiment, the predetermined frequency band extraction unit 63 is realized by a wavelet transformer as shown in FIG. By the wavelet transformer, it is possible to extract the signal P H3 frequency band corresponding to knocking. Since the in-cylinder pressure component is removed, the signal extracted here includes a knocking signal that is not affected by the in-cylinder pressure component. The knocking determination unit 64 determines whether knocking has occurred based on the extracted signal.

こうして、筒内圧成分を除去した信号からノッキングを判定するので、ノッキングの検出に筒内圧成分が影響することを回避することができる。   Thus, knocking is determined from the signal from which the in-cylinder pressure component is removed, so that it is possible to avoid the influence of the in-cylinder pressure component on the detection of knocking.

以下に、これらのブロックのそれぞれについて、詳細に説明する。   Each of these blocks will be described in detail below.

ノッキング検出区間設定部61は、任意の適切な手法により、ノッキング検出区間を設定する。第1の実施形態においては、エンジンの回転を示す情報に従って、ノッキング検出区間を設定する。ノッキングは、前述したように、筒内圧ピークの近傍で発生する。すなわち、ピストンが上死点(TDC)に達した付近で発生する。したがって、たとえば、圧縮行程のTDC後の所定のクランク角度範囲を、ノッキング検出区間と設定することができる。エンジンの回転を示す情報は、たとえばクランク角センサ17(図1)から得ることができる。たとえば、クランク角センサ17の出力から検出されるクランク角度が、圧縮行程のTDC後20度に達したとき、ノッキング検出区間を開始し、TDC後60度に達した時、ノッキング検出区間を終了する。エンジンの回転を示す情報の取得元として、たとえば、TDC検出用のセンサ等を用いてもよい。   The knocking detection interval setting unit 61 sets the knocking detection interval by any appropriate method. In the first embodiment, a knocking detection section is set according to information indicating engine rotation. As described above, knocking occurs near the in-cylinder pressure peak. That is, it occurs in the vicinity where the piston reaches top dead center (TDC). Therefore, for example, a predetermined crank angle range after TDC of the compression stroke can be set as the knocking detection interval. Information indicating the rotation of the engine can be obtained from, for example, the crank angle sensor 17 (FIG. 1). For example, when the crank angle detected from the output of the crank angle sensor 17 reaches 20 degrees after the TDC of the compression stroke, the knocking detection section is started, and when the crank angle reaches 60 degrees after the TDC, the knocking detection section is ended. . For example, a sensor for detecting TDC may be used as an acquisition source of information indicating the rotation of the engine.

第2の実施形態においては、ノッキング検出区間設定部61は、筒内圧センサの出力信号から、筒内圧のピークを検出し、該ピーク時から所定期間を、ノッキング検出区間に設定する。   In the second embodiment, the knocking detection interval setting unit 61 detects the peak of the in-cylinder pressure from the output signal of the in-cylinder pressure sensor, and sets a predetermined period from the peak time as the knocking detection interval.

図9の(a)は、ノッキング検出区間設定部61のブロック図である。(b)は、筒内圧信号P、微分器65の出力信号Pedg、フラグSTknockの値、およびカウンタ値STcntを示している。   FIG. 9A is a block diagram of the knocking detection section setting unit 61. (B) shows the in-cylinder pressure signal P, the output signal Pedg of the differentiator 65, the value of the flag STknock, and the counter value STcnt.

微分器65には、筒内圧センサの出力信号dPが入力される。微分器65は、式(3)に示すように、筒内圧変化信号dPを微分して、信号Pedgを生成する。ここで、kは、演算サイクルを示す。筒内圧変化信号dPは筒内圧信号Pの一次微分信号であるので、信号Pedgは、筒内圧信号Pの2次微分信号である。このような微分により、筒内圧信号のエッジが強調された信号を得ることができ、よって、筒内圧のピークをより正確かつ効率的に求めることができる。代替的に、筒内圧信号Pを微分器65に入力して、2回微分してもよい。

Figure 2008157087
The differentiator 65 receives the output signal dP of the in-cylinder pressure sensor. The differentiator 65 differentiates the in-cylinder pressure change signal dP to generate a signal Pedg as shown in Expression (3). Here, k represents an operation cycle. Since the in-cylinder pressure change signal dP is a primary differential signal of the in-cylinder pressure signal P, the signal Pedg is a secondary differential signal of the in-cylinder pressure signal P. By such differentiation, a signal in which the edge of the in-cylinder pressure signal is emphasized can be obtained, and therefore, the peak of the in-cylinder pressure can be obtained more accurately and efficiently. Alternatively, the in-cylinder pressure signal P may be input to the differentiator 65 and differentiated twice.
Figure 2008157087

筒内圧ピーク検出装置66は、信号Pedgが得られるたびに、該信号Pedgと所定値PmaxSHとを比較する。所定値以上の値を持つ信号Pedgが得られたならば、筒内圧のピークが検出されたと判断し、フラグSTkockに値1をセットする。該所定値以上の値を持つ信号Pedgが得られなければ、フラグSTknockはゼロにセットされたままである。   The in-cylinder pressure peak detecting device 66 compares the signal Pedg with a predetermined value PmaxSH every time the signal Pedg is obtained. If the signal Pedg having a value equal to or greater than the predetermined value is obtained, it is determined that the peak of the in-cylinder pressure has been detected, and a value 1 is set in the flag STkock. If the signal Pedg having a value equal to or greater than the predetermined value is not obtained, the flag STknock remains set to zero.

ノッキング検出区間設定装置67は、ピークフラグSTknockに値1が設定されることに応じて、カウンタによる所定期間ANG3の計測を開始する。カウンタ値STcntは、演算サイクル毎に所定値だけインクリメントされる。該カウンタ値STcntが該所定期間ANG3に達するまでの区間が、ノッキング検出区間である。   The knocking detection interval setting device 67 starts measuring the predetermined period ANG3 by the counter in response to the value 1 being set in the peak flag STknock. The counter value STcnt is incremented by a predetermined value every calculation cycle. A section until the counter value STcnt reaches the predetermined period ANG3 is a knocking detection section.

代替的に、微分器65と筒内圧ピーク検出装置66の間に、信号通過許可装置を設けてもよい。着座ノイズのようなノイズに起因してインパルス信号が発生するおそれがあるが、信号通過許可装置により、このようなインパルス信号に反応して検出区間が設定されることを回避することができる。   Alternatively, a signal passage permission device may be provided between the differentiator 65 and the in-cylinder pressure peak detection device 66. Although an impulse signal may be generated due to noise such as seating noise, the signal passage permission device can avoid setting a detection interval in response to such an impulse signal.

信号通過許可装置は、現在のエンジン回転が、所定範囲内内にあるかどうかを判断する。たとえば、前述した実施形態で述べたように、検出されたクランク角度が所定範囲内(圧縮行程のTDC後20〜60度)にあるかどうかを判断することができる。   The signal passage permission device determines whether or not the current engine rotation is within a predetermined range. For example, as described in the above-described embodiment, it can be determined whether or not the detected crank angle is within a predetermined range (20 to 60 degrees after the TDC of the compression stroke).

クランク角が該所定範囲内にあるならば、信号Pedgの筒内圧ピーク検出装置66への通過を許可する。すなわち、信号Pedgが、筒内圧ピーク検出装置による処理を受ける。クランク角が該所定範囲内になければ、信号Pedgの筒内圧ピーク検出装置66への通過を禁止する。   If the crank angle is within the predetermined range, passage of the signal Pedg to the in-cylinder pressure peak detecting device 66 is permitted. That is, the signal Pedg is subjected to processing by the in-cylinder pressure peak detection device. If the crank angle is not within the predetermined range, the passage of the signal Pedg to the in-cylinder pressure peak detecting device 66 is prohibited.

次に、筒内圧成分除去部62について説明する。該除去部62は、いくつかの形態により実現可能である。以下に、これらの形態について述べる。   Next, the in-cylinder pressure component removing unit 62 will be described. The removal unit 62 can be realized in several forms. These forms are described below.

第1の実施形態は、筒内圧成分除去部62を、フィルタにより実現する。該除去部62は、ノッキング検出区間中に筒内圧信号Pが得られるたびに、該フィルタによりフィルタリングする。筒内圧信号Pは、筒内圧センサの出力信号dPをサンプリングするたびに算出されることができる。   In the first embodiment, the in-cylinder pressure component removing unit 62 is realized by a filter. The removal unit 62 performs filtering using the filter every time the in-cylinder pressure signal P is obtained during the knocking detection interval. The in-cylinder pressure signal P can be calculated every time the output signal dP of the in-cylinder pressure sensor is sampled.

該フィルタのゲイン特性の一例を、図10に示す。フィルタは、IIRバタワースフィルタであり、ハイパスフィルタである。カットオフ周波数は4kHzである。フィルタの次数は2である。   An example of the gain characteristic of the filter is shown in FIG. The filter is an IIR Butterworth filter and a high-pass filter. The cut-off frequency is 4 kHz. The filter order is 2.

除去部62を実現するフィルタの一般的な式は、式(4)のように表すことができる。Pは、筒内圧信号を示し、Pafは、フィルタ済み筒内圧信号を示す。A0〜ANおよびB1〜BNは、予め決められたフィルタ係数を示す。kは、演算サイクルを示す。フィルタ次数が2の場合には、N=2となる。

Figure 2008157087
A general expression of a filter that realizes the removing unit 62 can be expressed as Expression (4). P indicates an in-cylinder pressure signal, and Paf indicates a filtered in-cylinder pressure signal. A0 to AN and B1 to BN indicate predetermined filter coefficients. k represents an operation cycle. When the filter order is 2, N = 2.
Figure 2008157087

筒内圧の周波数成分は、エンジン回転数に依存するが、一般のエンジン(6000rpmを上限とするエンジン)では、0〜2kHz程度の低周波数領域に存在する。ノッキングの周波数帯域とは離れているので、比較的次数の低いフィルタでも筒内圧成分を良好な精度で除去することができる。   The frequency component of the in-cylinder pressure depends on the engine speed, but in a general engine (an engine whose upper limit is 6000 rpm), it exists in a low frequency region of about 0 to 2 kHz. Since it is far from the knocking frequency band, the in-cylinder pressure component can be removed with good accuracy even with a filter having a relatively low order.

代替的に、フィルタは、上記の筒内圧の周波数成分を除去するよう、他の次数のフィルタで実現してもよく、また、他の種類のフィルタ(たとえば、バンドパスフィルタ)で実現してもよい。   Alternatively, the filter may be implemented with a filter of another order so as to remove the above-mentioned in-cylinder pressure frequency component, or may be implemented with another type of filter (for example, a bandpass filter). Good.

図11は、図10のような特性を持つフィルタで筒内圧成分を除去した結果を示す。図11の(a)から(c)の信号71〜73は、図5の(a)から(c)に示される信号と同じである。信号71はノッキング信号(筒内圧信号がゼロ)を示し、信号72および73は、ノッキングが発生した時の筒内圧センサの出力から得られた筒内圧信号を示す。信号72の最大値は約3MPaであり、信号73の最大値は約6MPaである。   FIG. 11 shows the result of removing the in-cylinder pressure component with a filter having the characteristics shown in FIG. 11A to 11C are the same as the signals shown in FIGS. 5A to 5C. Signal 71 indicates a knocking signal (cylinder pressure signal is zero), and signals 72 and 73 indicate cylinder pressure signals obtained from the output of the cylinder pressure sensor when knocking occurs. The maximum value of the signal 72 is about 3 MPa, and the maximum value of the signal 73 is about 6 MPa.

(a1)から(c1)は、(a)から(c)の信号71〜73に対してフィルタを適用した後の、検出区間における信号の拡大図を示す。(a)については、フィルタを通過した後、信号71はそのまま残され、よって信号74は、検出区間中の信号71と同じである。(b)および(c)については、フィルタを通過した後の信号が、参照符号75および76で示されており、これらの信号は、(a1)と同様に、ほぼゼロ付近を推移している。これらのフィルタ通過後の信号に示されるように、フィルタを適用することにより、筒内圧成分が除去されていることがわかる。   (A1) to (c1) are enlarged views of the signal in the detection section after the filter is applied to the signals 71 to 73 of (a) to (c). For (a), after passing through the filter, the signal 71 is left as it is, so the signal 74 is the same as the signal 71 in the detection interval. As for (b) and (c), the signals after passing through the filter are indicated by reference numerals 75 and 76, and these signals are in the vicinity of zero as in (a1). . As shown in these signals after passing through the filter, it is understood that the in-cylinder pressure component is removed by applying the filter.

図11の(d)は、フィルタを通過した後の信号74〜76に対して、図3に示されるようなウェーブレット変換を適用した結果を示す。前述したように、図3の出力信号PH3が、ノッキング強度信号として得られる。出力信号77〜79は、それぞれ、信号74〜76に対応して得られたノッキング強度信号である。図から明らかなように、これらのノッキング強度信号のピーク値は、ほとんど同じである。図5の(d)〜(f)と比較して明らかなように、フィルタを通過した後の信号に対してウェーブレット変換することにより、筒内圧成分の影響が軽減されたノッキング強度信号を得ることができる。 FIG. 11D shows the result of applying the wavelet transform as shown in FIG. 3 to the signals 74 to 76 that have passed through the filter. As described above, the output signal PH3 of FIG. 3 is obtained as the knocking intensity signal. Output signals 77 to 79 are knocking intensity signals obtained corresponding to signals 74 to 76, respectively. As is apparent from the figure, the peak values of these knocking intensity signals are almost the same. As apparent from comparison with (d) to (f) of FIG. 5, a knocking intensity signal in which the influence of the in-cylinder pressure component is reduced is obtained by performing wavelet transform on the signal after passing through the filter. Can do.

図12は、第2の実施形態に従う筒内圧成分除去部62のブロック図を示す。この形態では、筒内圧除去部62は、筒内圧バッファリング部81、記憶部82、近似式算出部83、および減算部84を備える。記憶部82は、ECU1(図1)のメモリにより実現されることができる。   FIG. 12 shows a block diagram of the in-cylinder pressure component removing unit 62 according to the second embodiment. In this embodiment, the in-cylinder pressure removing unit 62 includes an in-cylinder pressure buffering unit 81, a storage unit 82, an approximate expression calculating unit 83, and a subtracting unit 84. The storage unit 82 can be realized by a memory of the ECU 1 (FIG. 1).

ノッキングの周波数帯域を良好な精度で取得するため、筒内圧センサ15の出力を高速(実施例では、96kHz)でサンプリングすることがある。フィルタによる計算周期も、該サンプリングに合わせて高速に行われる。高速な周期でのフィルタ演算は、計算負荷の増大を招くおそれがあるが、図12に示すような実施形態では、簡単な演算で筒内圧成分を除去するので、このような計算負荷の増大を抑制することができる。   In order to obtain the knocking frequency band with good accuracy, the output of the in-cylinder pressure sensor 15 may be sampled at a high speed (in the embodiment, 96 kHz). The calculation cycle by the filter is also performed at high speed in accordance with the sampling. The filter calculation at a high cycle may increase the calculation load. However, in the embodiment as shown in FIG. 12, the cylinder pressure component is removed by a simple calculation. Can be suppressed.

図5および図6に示されるような、筒内圧信号Pの波形を見ると、ノッキング検出区間が1燃焼サイクルの長さ(この例では、クランク角度範囲が720度)に対して短いので、該検出区間においては、筒内圧信号を一次の直線に近似することができる。   Looking at the waveform of the in-cylinder pressure signal P as shown in FIG. 5 and FIG. 6, the knocking detection interval is short with respect to the length of one combustion cycle (in this example, the crank angle range is 720 degrees). In the detection section, the in-cylinder pressure signal can be approximated to a primary straight line.

筒内圧バッファリング部81は、ノッキング検出区間内にわたって筒内圧信号Pをサンプリングし、記憶部82に蓄積する。筒内圧信号Pは、筒内圧センサ15の出力信号dPをサンプリングするたびに算出されることができる。図13には、該検出区間内にわたって得られた筒内圧信号Pを、参照符号91により示している。   The in-cylinder pressure buffering unit 81 samples the in-cylinder pressure signal P over the knocking detection interval and accumulates it in the storage unit 82. The in-cylinder pressure signal P can be calculated every time the output signal dP of the in-cylinder pressure sensor 15 is sampled. In FIG. 13, the in-cylinder pressure signal P obtained over the detection section is indicated by reference numeral 91.

近似式算出部83は、蓄積した筒内圧信号Pのうち、検出区間の開始時点(クランク角度:初期角度STANG)における初期値Pstと、終了時点(クランク角度:終了角度EDANG)における最終値Pedを、記憶部82から取り出す。近似算出部83は、式(5)のように、筒内圧の一次近似式を算出する。ここで、Pcyl_hatは、近似式により推定される、或るクランク角度ANGにおける筒内圧を示す。Apは、一次直線の傾きを示し、Bpは、一次直線の切片を示す。

Figure 2008157087
Of the accumulated in-cylinder pressure signal P, the approximate expression calculation unit 83 uses an initial value Pst at the start point (crank angle: initial angle STANG) of the detection section and a final value Ped at the end point (crank angle: end angle EDANG). , Taken out from the storage unit 82. The approximate calculation unit 83 calculates a primary approximate expression of the in-cylinder pressure as shown in Expression (5). Here, Pcyl_hat indicates an in-cylinder pressure at a certain crank angle ANG estimated by an approximate expression. Ap indicates the slope of the primary line, and Bp indicates the intercept of the primary line.
Figure 2008157087

たとえば、STANG=20度、EDANG=60度、Pst=6061kPa、Ped=2049kPaであるとき、Ap、BpおよびPcyl_hatは、以下のようになる。この近似式が、参照符号92により表されている。

Figure 2008157087
For example, when STANG = 20 degrees, EDANG = 60 degrees, Pst = 6061 kPa, and Ped = 2049 kPa, Ap, Bp, and Pcyl_hat are as follows. This approximate expression is represented by reference numeral 92.
Figure 2008157087

減算部84は、式(6)のように、各サンプリング時の筒内圧信号Pから、該サンプリングに対応するクランク角度を式(5)に代入することにより得られる推定筒内圧Pcyl_hatを減算する。減算された結果Pafは、筒内圧成分が除去された信号を示す。Pafの算出結果が、参照符号93として図に示されている。
Paf=P−Pcyl_hat (6)
The subtracting unit 84 subtracts the estimated in-cylinder pressure Pcyl_hat obtained by substituting the crank angle corresponding to the sampling into the equation (5) from the in-cylinder pressure signal P at each sampling, as in the equation (6). The subtraction result Paf indicates a signal from which the in-cylinder pressure component has been removed. The calculation result of Paf is shown in the figure as reference numeral 93.
Paf = P-Pcyl_hat (6)

図14は、こうして得られたPafに対し、図3のようなウェーブレット変換を適用した結果を示す。参照符号97は、図5の(a)のノッキング信号に対して筒内圧除去を行った時のウェーブレット変換の出力を示す。参照符号98および99は、図5の(b)および(c)のノッキングが発生した時の筒内圧信号に対して筒内圧除去を行った時のウェーブレット変換の出力を示す。参照符号98は、筒内圧の最大値が約3MPaの場合であり、参照符号99は、筒内圧の最大値が約6MPaの場合を示す。図5と比較して明らかなように、これらのノッキング強度信号のピーク値は、ほぼ同じであり、筒内圧成分の影響が軽減されていることがわかる。     FIG. 14 shows the result of applying the wavelet transform as shown in FIG. 3 to the Paf thus obtained. Reference numeral 97 indicates an output of the wavelet transform when the in-cylinder pressure is removed from the knocking signal of FIG. Reference numerals 98 and 99 indicate the outputs of the wavelet transform when the in-cylinder pressure is removed from the in-cylinder pressure signal when the knocking of FIGS. 5B and 5C occurs. Reference numeral 98 denotes a case where the maximum value of the in-cylinder pressure is about 3 MPa, and reference numeral 99 denotes a case where the maximum value of the in-cylinder pressure is about 6 MPa. As apparent from comparison with FIG. 5, the peak values of these knocking intensity signals are substantially the same, and it can be seen that the influence of the in-cylinder pressure component is reduced.

この実施形態では、検出区間における筒内圧信号を一次式で近似したが、代替的に、他の近似式(たとえば、2次式)により近似してもよい。   In this embodiment, the in-cylinder pressure signal in the detection section is approximated by a linear expression. Alternatively, it may be approximated by another approximate expression (for example, a quadratic expression).

前述したように、所定周波数帯抽出部63は、例えば、図3に示されるようなウェーブレット変換器により実現されることができる。該ウェーブレット変換器は、筒内圧除去部62により筒内圧成分が除去された信号Pafから、ノッキングの周波数を含む所定周波数帯域の信号(ノッキング強度信号)を抽出する。抽出される信号は、この実施例では、第3の高周波サブバンドフィルタの出力信号PH3である。該ウェーブレット変換器の動作については、図3を参照して説明したので、ここでの説明は省略する。 As described above, the predetermined frequency band extracting unit 63 can be realized by, for example, a wavelet transformer as shown in FIG. The wavelet transformer extracts a signal (knocking strength signal) in a predetermined frequency band including a knocking frequency from the signal Paf from which the in-cylinder pressure component has been removed by the in-cylinder pressure removing unit 62. In this embodiment, the extracted signal is the output signal PH3 of the third high-frequency subband filter. Since the operation of the wavelet transformer has been described with reference to FIG. 3, the description thereof is omitted here.

次に、ノッキング判定装置64を説明する。ノッキング判定装置64は、任意の適切な手法で、ノッキングを判定することができる。   Next, the knock determination device 64 will be described. The knocking determination device 64 can determine knocking by any appropriate method.

第1の実施形態では、ノッキング強度信号が所定値を超えた時間が所定時間以上であったとき、ノッキング発生と判定する。この手法によれば、ノッキング周波数帯域に混入した突発的なノイズをノッキングと誤判定することを、より回避することができる。エンジン回転数により検出区間の時間的な長さが変化するので、該所定時間は、好ましくは、クランク角度または回数で表される。しかしながら、該所定時間を、時間で表してもよい。   In the first embodiment, when the time when the knocking strength signal exceeds a predetermined value is equal to or longer than the predetermined time, it is determined that knocking has occurred. According to this method, it is possible to further avoid accidental determination of sudden noise mixed in the knocking frequency band as knocking. Since the time length of the detection section varies depending on the engine speed, the predetermined time is preferably represented by a crank angle or the number of times. However, the predetermined time may be expressed by time.

この実施例では、検出区間中において、ノッキング強度信号が所定値KnkSH以上となる時間をカウンタでカウントし、該カウンタの値が所定回数TknkSH以上に達したならば、ノッキング発生と判定する。   In this embodiment, the time during which the knocking intensity signal is equal to or greater than the predetermined value KnkSH is counted by the counter in the detection interval, and if the value of the counter reaches the predetermined number of times TknkSH, it is determined that knocking has occurred.

図15の(a)では、検出区間中のノッキング強度信号111が所定値KnkSHを超える時間を計測するカウント数112が、所定回数TknkSHを超えたので、ノッキング発生と判定される。(b)では、カウント数112が該所定回数TknkSHを超えないので、ノッキングは無いと判定される。   In (a) of FIG. 15, since the count number 112 for measuring the time during which the knocking intensity signal 111 in the detection section exceeds the predetermined value KnkSH exceeds the predetermined number TknkSH, it is determined that knocking has occurred. In (b), since the count number 112 does not exceed the predetermined number of times TknkSH, it is determined that there is no knocking.

第2の実施形態では、ノッキング強度信号の積算値が所定値以上であったとき、ノッキングが発生したと判定する。このような手法もまた、突発ノイズに起因したノッキング誤判定を回避することができる。   In the second embodiment, when the integrated value of the knocking intensity signal is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that knocking has occurred. Such a method can also avoid knocking misjudgment caused by sudden noise.

図16の(a)では、検出区間中のノッキング強度信号113の積算値114が所定値SknkSHを超えたとき、ノッキング発生と判定する。(b)では、積算値114が所定値SknkSHを超えないので、ノッキングは無いと判定される。   In FIG. 16A, when the integrated value 114 of the knocking strength signal 113 in the detection section exceeds a predetermined value SknkSH, it is determined that knocking has occurred. In (b), since the integrated value 114 does not exceed the predetermined value SknkSH, it is determined that there is no knocking.

さらに代替の実施形態では、ノッキング検出区間における、ウェーブレット変換器の出力信号(ノッキング強度信号)を調べ、該ノッキング強度信号が所定値を超えたとき、ノッキングと判定するようにしてもよい。   Further, in an alternative embodiment, the output signal (knocking intensity signal) of the wavelet transformer in the knocking detection section may be examined, and when the knocking intensity signal exceeds a predetermined value, it may be determined that knocking has occurred.

図17は、ノッキングを判定するプロセスのフローチャートを示す。該プロセスは、図8に示されるブロックにより実現されることができる。該プロセスは、所定時間間隔で繰り返し実行される。   FIG. 17 shows a flowchart of a process for determining knocking. The process can be realized by the blocks shown in FIG. The process is repeatedly executed at predetermined time intervals.

ステップS1において、現時点が、ノッキング検出区間内かどうか判断される。詳細は、図18または図19に示されている。   In step S1, it is determined whether the current time is within the knocking detection interval. Details are shown in FIG. 18 or FIG.

ステップS1の判断がNoならば、このプロセスを終了する。ステップS1の判断がYesならば、ステップS2に進み、筒内圧成分の除去が実行される。詳細は、図20または図21に示されている。   If the determination in step S1 is No, this process ends. If the determination of step S1 is Yes, it will progress to step S2 and removal of an in-cylinder pressure component will be performed. Details are shown in FIG. 20 or FIG.

ステップS3において、ウェーブレット変換を用いて、ノッキング強度信号を抽出する。ステップS4において、ノッキング強度信号に基づいて、ノッキングが発生したかどうかを判定する。   In step S3, a knocking intensity signal is extracted using wavelet transform. In step S4, it is determined whether knocking has occurred based on the knocking strength signal.

図18は、図17のステップS1において実行されるプロセスを示し、前述した、ノッキング検出区間設定部61により実現される第1の実施形態に対応する。ステップS11において、現時点で検出されたクランク角度が、ANG1からANG2までの所定のクランク角度範囲内にあるかどうかを判断する。所定のクランク角度範囲内にあるならば、ステップS12において、現時点は、ノッキング検出区間内にあると判定する。所定のクランク角度範囲内にないならば、このプロセスを終える。   FIG. 18 shows the process executed in step S1 of FIG. 17 and corresponds to the first embodiment realized by the knocking detection interval setting unit 61 described above. In step S11, it is determined whether or not the crank angle detected at the present time is within a predetermined crank angle range from ANG1 to ANG2. If it is within the predetermined crank angle range, it is determined in step S12 that the current time is within the knocking detection section. If not within the predetermined crank angle range, the process ends.

図19は、図17のステップS1において実行される他のプロセスを示し、前述した、ノッキング検出区間設定部61により実現される第2の実施形態に対応する。   FIG. 19 shows another process executed in step S1 of FIG. 17 and corresponds to the second embodiment realized by the knocking detection section setting unit 61 described above.

ステップS21において、フラグSTknockが1に設定されているかどうかを判断する。前述したように、該フラグは、筒内圧のピークが検出されたことに応じて値1に設定されるフラグである。該ピークが検出されていれば、ステップS26に進み、該ピークが未検出ならば、ステップS22に進む。   In step S21, it is determined whether or not the flag STknock is set to 1. As described above, this flag is a flag that is set to a value of 1 in response to the detection of the peak of the in-cylinder pressure. If the peak is detected, the process proceeds to step S26, and if the peak is not detected, the process proceeds to step S22.

ステップS22において、筒内圧の二次微分信号Pedgを、筒内圧センサから得られた今回値dP(k)および前回値dP(k−1)の差により算出する。筒内圧信号Pから二次微分信号Pedgを算出する場合には、ステップS22の前に、筒内圧信号Pの今回値および前回値の差により筒内圧変化信号dPを算出する。   In step S22, the secondary differential signal Pedg of the in-cylinder pressure is calculated from the difference between the current value dP (k) and the previous value dP (k-1) obtained from the in-cylinder pressure sensor. When calculating the secondary differential signal Pedg from the in-cylinder pressure signal P, the in-cylinder pressure change signal dP is calculated from the difference between the current value and the previous value of the in-cylinder pressure signal P before step S22.

ステップS23において、信号Pedgが、所定値PmaxSHを超えるかどうかを判断する。超えていなければ、ピークではないと判定され、ステップS24において、フラグSTknockにゼロが設定される。超えていれば、ピークと判定され、フラグSTknockに値1が設定されると共に、カウンタSTcntをゼロにリセットする。   In step S23, it is determined whether or not the signal Pedg exceeds a predetermined value PmaxSH. If not exceeded, it is determined that the peak is not reached, and in step S24, a flag STknock is set to zero. If it exceeds, it is determined as a peak, the value 1 is set in the flag STknock, and the counter STcnt is reset to zero.

ステップS26において、カウンタ値STcntを1だけインクリメントする。ステップS27において、カウンタ値STcntが、所定値ANG3に達したかどうか判定される。達していなければ、現時点はノッキング検出区間内と判定される(S29)。達していれば、フラグSTknockおよびカウンタSTcntをゼロにリセットする(S28)。   In step S26, the counter value STcnt is incremented by one. In step S27, it is determined whether the counter value STcnt has reached a predetermined value ANG3. If not reached, it is determined that the current time is within the knocking detection section (S29). If reached, the flag STknock and the counter STcnt are reset to zero (S28).

図20は、図17のステップS2において実行されるプロセスを示し、前述した、筒内圧除去部62により実現される第1の実施形態に対応する。ステップS31において、検出区間内の筒内圧信号Pに対し、前述した式(4)に従ってフィルタリングを実行する。このフィルタリングにより、筒内圧成分が除去された信号Pafが得られる。図20のプロセスが検出区間にわたって実施されるたびに、信号Pafが得られる。   FIG. 20 shows the process executed in step S2 of FIG. 17 and corresponds to the first embodiment realized by the in-cylinder pressure removing unit 62 described above. In step S31, the in-cylinder pressure signal P in the detection section is filtered according to the above-described equation (4). By this filtering, a signal Paf from which the in-cylinder pressure component has been removed is obtained. Each time the process of FIG. 20 is performed over a detection interval, a signal Paf is obtained.

図21は、図17のステップS2において実行される他のプロセスを示し、前述した、筒内圧除去部62により実現される第2の実施形態に対応する。ステップS41において、筒内圧信号Pをサンプリングすることによって得られるサンプル値P(k)を、バッファリングする。ステップS42において、nをインクリメントする。nは、バッファ位置を示している。ステップS43において、nがNに達したかどうか判断される。nがNに達していなければ、このプロセスを終え、次の演算サイクルで、再び、サンプリングされた筒内圧信号P(k)が、次のバッファ位置Pbuff(n)に保存される。こうして、検出区間にわたって、0〜Nのバッファ位置に、サンプル値が保存される。   FIG. 21 shows another process executed in step S2 of FIG. 17, and corresponds to the second embodiment realized by the in-cylinder pressure removing unit 62 described above. In step S41, the sample value P (k) obtained by sampling the in-cylinder pressure signal P is buffered. In step S42, n is incremented. n indicates the buffer position. In step S43, it is determined whether n has reached N. If n has not reached N, the process is terminated, and the sampled in-cylinder pressure signal P (k) is stored again in the next buffer position Pbuff (n) in the next calculation cycle. In this way, sample values are stored at 0 to N buffer positions over the detection interval.

ステップS44において、n=0のバッファ位置に保存された筒内圧サンプル値を、初期値Pstに設定し、n=Nのバッファ位置に保存された筒内圧サンプル値を、最終値Pedに設定する。前述したように、これらは、検出区間の開始時点および終了時点における筒内圧をそれぞれ表す。   In step S44, the in-cylinder pressure sample value stored in the buffer position of n = 0 is set to the initial value Pst, and the in-cylinder pressure sample value stored in the buffer position of n = N is set to the final value Ped. As described above, these represent the in-cylinder pressure at the start time and end time of the detection section, respectively.

ステップS45において、検出区間内の筒内圧信号を一次式に近似するため、傾きApおよび切片Bpを算出する。このように、一次式を近似するのに、検出区間の開始および終了時点をそれぞれ表すバッファ位置0およびNを用いているが、図13を参照して説明したように、検出区間の開始および終了時点のクランク角度を用いてもよい。   In step S45, an inclination Ap and an intercept Bp are calculated in order to approximate the in-cylinder pressure signal in the detection section to a linear expression. As described above, the buffer positions 0 and N representing the start and end times of the detection section are used to approximate the linear expression, respectively. However, as described with reference to FIG. 13, the start and end of the detection section are used. The crank angle at the time may be used.

ステップS46において、算出した傾きApおよび切片Bpを用いて、推定筒内圧Pcyl_hatを算出する。推定筒内圧Pcyl_hatは、各バッファリング時刻(0〜N)に対応して算出される。   In step S46, the estimated in-cylinder pressure Pcyl_hat is calculated using the calculated slope Ap and intercept Bp. The estimated in-cylinder pressure Pcyl_hat is calculated corresponding to each buffering time (0 to N).

ステップS47において、算出した推定筒内圧Pcyl_hatを、対応する筒内圧サンプル値Pbuffから減算して、筒内圧成分が除去された信号Pafを算出する。こうして、検出区間にわたって、0〜Nの信号Pafが得られる。   In step S47, the calculated estimated in-cylinder pressure Pcyl_hat is subtracted from the corresponding in-cylinder pressure sample value Pbuff to calculate the signal Paf from which the in-cylinder pressure component has been removed. Thus, a signal Paf of 0 to N is obtained over the detection interval.

図22は、図17のステップS3において実行される、ノッキングに対応する周波数成分を含む所定の周波数帯の信号を抽出するためのウェーブレット変換のプロセスを示す。このプロセスは、図3を参照して説明したウェーブレット変換の手法に対応している。   FIG. 22 shows a wavelet transform process for extracting a signal of a predetermined frequency band including a frequency component corresponding to knocking, which is executed in step S3 of FIG. This process corresponds to the wavelet transform method described with reference to FIG.

なお、図20のプロセスの場合には、信号Pafが算出されるたびに、図22のプロセスを実施することができる。図21のプロセスの場合には、ノッキング検出区間の終わりで、信号Paf(0)〜Paf(N)のすべてが一度に算出される。したがって、信号Paf(0)からPaf(N)について順番に、図22のプロセスが繰り返される。   In the case of the process of FIG. 20, every time the signal Paf is calculated, the process of FIG. 22 can be performed. In the case of the process of FIG. 21, all of the signals Paf (0) to Paf (N) are calculated at the end at the end of the knocking detection interval. Therefore, the process of FIG. 22 is repeated in order for signals Paf (0) to Paf (N).

ステップS51〜S55は、第1の低周波サブバンドフィルタの処理を示す。ステップS51において、筒内圧成分除去済みの信号Paf(k)を受け取るためのシフト処理が行われる。ステップS51の処理により、該信号の今回値Paf(k)はPa(k)に記憶され、前回値はPa(k−1)に記憶される。   Steps S51 to S55 show the processing of the first low-frequency subband filter. In step S51, a shift process for receiving the signal Paf (k) from which the in-cylinder pressure component has been removed is performed. By the process of step S51, the current value Paf (k) of the signal is stored in Pa (k), and the previous value is stored in Pa (k-1).

ステップS52において、図3(c)を参照して説明したように、第1の低周波サブバンドフィルタの出力PL1(k)を算出する。ステップS53〜55において、ダウンサンプリングされる。カウンタCountが設定され、Countの値がゼロならば、Countの値をインクリメントして(S55)、該プロセスを終了する。Countの値が1ならば、Countの値をリセットして(S54)、該フィルタの出力PL1(k)をウェーブレットの第2段に渡す。 In step S52, as described with reference to FIG. 3C, the output P L1 (k) of the first low-frequency subband filter is calculated. Downsampling is performed in steps S53 to S55. If the counter Count is set and the Count value is zero, the Count value is incremented (S55) and the process is terminated. If the value of Count is 1, the value of Count is reset (S54), and the output P L1 (k) of the filter is passed to the second stage of the wavelet.

ステップS56〜S58は、第2の低周波サブバンドフィルタによるプロセスを示す。ステップS56は、ステップS51と同様のシフト処理であり、ステップS57において、ステップS52と同様に、第1段から受け取った値の今回値PL1(k)と前回値PL1(k−1)を用い、第2の低周波サブバンドフィルタの出力信号PL2(n)を生成する。ステップS58のダウンサンプリングの処理では、実際には、ステップS53〜S55と同じ処理が行われるが、簡略化のため省略している。 Steps S56 to S58 show the process by the second low-frequency subband filter. Step S56 is a shift process similar to step S51. In step S57, the current value P L1 (k) and the previous value P L1 (k−1) of the values received from the first stage are obtained as in step S52. Used to generate the output signal P L2 (n) of the second low-frequency subband filter. In the downsampling process in step S58, the same processes as in steps S53 to S55 are actually performed, but are omitted for simplification.

ステップS59およびS61は、第3の高周波サブバンドフィルタによるプロセスを示す。ステップS59においてシフト処理を行い、ステップS60において、第2段から受け取った今回値PL2(k)と前回値PL2(k−1)を用い、第2の高周波サブバンドフィルタの出力信号PH3(k)を生成する。ステップS61では、ダウンサンプリング(S53〜S55と同じ)が行われる。 Steps S59 and S61 show a process by the third high-frequency subband filter. In step S59, a shift process is performed. In step S60, the current value P L2 (k) and the previous value P L2 (k−1) received from the second stage are used to output the output signal PH3 of the second high-frequency subband filter. (K) is generated. In step S61, downsampling (same as S53 to S55) is performed.

ステップS62において、出力信号PH3が、ノック強度信号KnockIntに設定される。 In step S62, the output signal P H3 is set to a knock intensity signal KnockInt.

筒内圧信号のサンプリング周波数Fsを96kHzとすると、前述したように、第1段の低周波出力信号PL1は、48kHzで生成され、該信号の周波数帯域は、0〜24kHzである。第2の低周波出力信号PL2は、24kHzで生成され、該信号の周波数帯域は、0〜12kHzである。第3の高周波出力信号は、12kHzで生成され、該信号の周波数帯域は、6〜12kHzである。こうして、第3の高周波出力信号PH3は、ノッキングを含む周波数帯域の信号である。 Assuming that the sampling frequency Fs of the in-cylinder pressure signal is 96 kHz, as described above, the first-stage low-frequency output signal P L1 is generated at 48 kHz, and the frequency band of the signal is 0 to 24 kHz. The second low frequency output signal P L2 is generated at 24 kHz, and the frequency band of the signal is 0 to 12 kHz. The third high frequency output signal is generated at 12 kHz, and the frequency band of the signal is 6 to 12 kHz. Thus, the third high-frequency output signal PH3 is a signal in a frequency band including knocking.

この実施例では、3段から構成されたウェーブレットを用いているが、これは一例であり、たとえば、2段の低周波出力信号を用いてもよい。   In this embodiment, a wavelet composed of three stages is used, but this is an example, and for example, a two-stage low-frequency output signal may be used.

図23は、図17のステップS4において実行されるプロセスを示し、前述した、ノッキング判定部64により実現され、図15に示す第1の実施形態に対応する。ステップS71において、ノッキング強度信号KnockIntが、所定値KnkSH以上であるかどうかを判定する。所定値以上ならば、ステップ72に進み、ノッキング強度信号が該所定値を超える時間を計測するカウンタTknkをインクリメントする。   FIG. 23 shows the process executed in step S4 of FIG. 17, which is realized by the aforementioned knock determination unit 64, and corresponds to the first embodiment shown in FIG. In step S71, it is determined whether or not the knocking strength signal KnockInt is greater than or equal to a predetermined value KnkSH. If it is equal to or larger than the predetermined value, the process proceeds to step 72, and the counter Tknk for measuring the time when the knocking intensity signal exceeds the predetermined value is incremented.

ステップS73において、該カウンタTknkが、所定値TknkSH以上であるかどうかを判定する。所定値以上ならば、ノッキングが発生したと判定し(S74)、そうでなければ、ノッキング無しと判定する(S75)。   In step S73, it is determined whether or not the counter Tknk is equal to or greater than a predetermined value TknkSH. If it is equal to or greater than the predetermined value, it is determined that knocking has occurred (S74). Otherwise, it is determined that knocking has not occurred (S75).

図24は、図17のステップS4において実行される他のプロセスを示し、前述した、ノッキング判定部64により実現され、図16に示す第2の実施形態に対応する。ステップS81において、ノッキング強度信号の積算値Sknkintを算出する。ステップS82において、積算値Sknkintが、所定値SknkSH以上かどうかを判断する。所定値以上ならば、ノッキングが発生したと判定し(S83)、そうでなければ、ノッキング無しと判定する(S84)。   FIG. 24 shows another process executed in step S4 of FIG. 17, which is realized by the aforementioned knock determination unit 64, and corresponds to the second embodiment shown in FIG. In step S81, an integrated value Knkint of the knocking intensity signal is calculated. In step S82, it is determined whether or not the integrated value Skinkint is greater than or equal to a predetermined value SknkSH. If it is equal to or greater than the predetermined value, it is determined that knocking has occurred (S83). Otherwise, it is determined that knocking has not occurred (S84).

上記の実施形態では、エンジンは、可変圧縮比機構を備えているが、本願発明は、可変圧縮比機構を備えていないエンジンにも適用されうる。   In the above embodiment, the engine includes a variable compression ratio mechanism, but the present invention can also be applied to an engine that does not include a variable compression ratio mechanism.

上記の実施形態では、筒内圧成分除去部62(図8)を、筒内圧信号Pを入力として動作する形態について説明した。代替的に、筒内圧変化信号dPを入力とするよう筒内圧成分除去部62を構成してもよい。この場合、フィルタを用いる第1の実施形態では、筒内圧変化信号dPに対し、たとえば図10を参照して前述したような特性を持つフィルタを適用し、筒内圧成分が除去された信号を得ることができる。また、近似を用いる第2の実施形態では、検出区間中の筒内圧変化信号dPを、直線に近似する(前述したように、筒内圧信号Pは一次式に近似できるので、筒内圧変化信号dPを、定常項(オフセット)を表す直線に近似することができる)。得られた定常項を、対応する筒内圧変化信号dPから減算することにより、筒内圧成分が除去された信号を得ることができる。どちらの実施形態でも、筒内圧成分が除去された信号を、そのままウェーブレット変換器に入力することができる。   In the above embodiment, the in-cylinder pressure component removing unit 62 (FIG. 8) has been described as operating with the in-cylinder pressure signal P as an input. Alternatively, the in-cylinder pressure component removing unit 62 may be configured to receive the in-cylinder pressure change signal dP. In this case, in the first embodiment using a filter, for example, a filter having the characteristics described above with reference to FIG. 10 is applied to the in-cylinder pressure change signal dP to obtain a signal from which the in-cylinder pressure component is removed. be able to. Further, in the second embodiment using approximation, the in-cylinder pressure change signal dP in the detection section is approximated to a straight line (as described above, the in-cylinder pressure signal P can be approximated to a linear expression, so the in-cylinder pressure change signal dP Can be approximated to a straight line representing a stationary term (offset)). A signal from which the in-cylinder pressure component is removed can be obtained by subtracting the obtained steady term from the corresponding in-cylinder pressure change signal dP. In either embodiment, the signal from which the in-cylinder pressure component has been removed can be directly input to the wavelet transformer.

本発明は、汎用の(例えば、船外機等の)内燃機関に適用可能である。   The present invention is applicable to a general-purpose internal combustion engine (such as an outboard motor).

この発明の一実施例に従う、エンジンおよびその制御装置を概略的に示す図。The figure which shows schematically the engine and its control apparatus according to one Example of this invention. 筒内圧センサの出力信号を周波数分析した結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the result of having analyzed the frequency of the output signal of a cylinder pressure sensor. この発明の一実施例に従う、ウェーブレット変換器のブロック図。1 is a block diagram of a wavelet transformer according to one embodiment of the present invention. FIG. この発明の一実施例に従う、ウェーブレットタイリングを示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating wavelet tiling according to one embodiment of the present invention. 筒内圧成分のノッキング検出に及ぼす影響を説明するための図。The figure for demonstrating the influence which it has on the knocking detection of a cylinder pressure component. 筒内圧成分のノッキング検出に及ぼす影響を説明するための図。The figure for demonstrating the influence which it has on the knocking detection of a cylinder pressure component. 筒内圧成分のノッキング検出に及ぼす影響を説明するための図。The figure for demonstrating the influence which it has on the knocking detection of a cylinder pressure component. この発明の一実施例に従う、ノッキング検出装置のブロック図。1 is a block diagram of a knocking detection device according to one embodiment of the present invention. この発明の一実施例に従う、ノッキング検出区間設定部の構成およびその手法を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of the knocking detection area setting part and its method according to one Example of this invention. この発明の一実施例に従う、筒内圧除去部により使用されるフィルタの特性を示す図。The figure which shows the characteristic of the filter used by the cylinder pressure removal part according to one Example of this invention. この発明の一実施例に従う、フィルタによる筒内圧成分の除去の効果を説明するための図。The figure for demonstrating the effect of the removal of the in-cylinder pressure component by a filter according to one Example of this invention. この発明の他の実施例に従う、筒内圧除去部の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the cylinder pressure removal part according to the other Example of this invention. この発明の他の実施例に従う、筒内圧成分を除去する手法を説明するための図。The figure for demonstrating the method of removing the in-cylinder pressure component according to the other Example of this invention. この発明の他の実施例に従う、筒内圧成分の除去の効果を説明するための図。The figure for demonstrating the effect of the removal of a cylinder pressure component according to the other Example of this invention. この発明の一実施例に従う、ノッキング判定手法を説明するための図。The figure for demonstrating the knock determination method according to one Example of this invention. この発明の他の実施例に従う、ノッキング判定手法を説明するための図。The figure for demonstrating the knock determination method according to the other Example of this invention. この発明の一実施例に従う、ノッキングを判定するプロセスのフローチャート。4 is a flowchart of a process for determining knocking, according to one embodiment of the present invention. この発明の一実施例に従う、ノッキング検出区間設定プロセスのフローチャート。The flowchart of a knocking detection area setting process according to one Example of this invention. この発明の他の実施例に従う、ノッキング検出区間設定プロセスのフローチャート。The flowchart of a knocking detection area setting process according to another embodiment of the present invention. この発明の一実施例に従う、筒内圧除去プロセスのフローチャート。The flowchart of the in-cylinder pressure removal process according to one Example of this invention. この発明の他の実施例に従う、筒内圧除去プロセスのフローチャート。The flowchart of the in-cylinder pressure removal process according to the other Example of this invention. この発明の一実施例に従う、ウェーブレット変換プロセスのフローチャート。4 is a flowchart of a wavelet transform process according to one embodiment of the present invention. この発明の一実施例に従う、ノッキング判定プロセスのフローチャート。5 is a flowchart of a knock determination process according to an embodiment of the present invention. この発明の他の実施例に従う、ノッキング判定プロセスのフローチャート。7 is a flowchart of a knock determination process according to another embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ECU
2 エンジン
8 燃焼室
15 筒内圧センサ
17 クランク角センサ
1 ECU
2 Engine 8 Combustion chamber 15 In-cylinder pressure sensor 17 Crank angle sensor

Claims (10)

エンジンの筒内圧を検出して該筒内圧に応じた信号を出力する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段の出力信号から、ノッキング検出区間中の筒内圧成分を除去する除去手段と、
前記筒内圧成分が除去された信号から、ノッキングの周波数を含む所定周波数帯の信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出した信号から、ノッキングの発生を判定する判定手段と
を備える、ノッキング検出装置。
In-cylinder pressure detecting means for detecting the in-cylinder pressure of the engine and outputting a signal corresponding to the in-cylinder pressure;
Removing means for removing an in-cylinder pressure component in the knocking detection section from an output signal of the in-cylinder pressure detecting means;
Extraction means for extracting a signal in a predetermined frequency band including a knocking frequency from the signal from which the in-cylinder pressure component has been removed;
A knocking detection apparatus comprising: a determination unit that determines occurrence of knocking from the extracted signal.
さらに、前記エンジンの回転を示す情報に基づいて、前記ノッキング検出区間を設定する手段を備える、
請求項1に記載のノッキング検出装置。
And a means for setting the knocking detection section based on information indicating rotation of the engine.
The knock detection device according to claim 1.
さらに、前記筒内圧検出手段の出力信号から、筒内圧のピークを検出し、該ピークの時点からの所定期間に、前記ノッキング検出区間を設定する手段を備える、
請求項1に記載のノッキング検出装置。
Furthermore, it comprises means for detecting the peak of the in-cylinder pressure from the output signal of the in-cylinder pressure detecting means, and setting the knocking detection section in a predetermined period from the time of the peak.
The knock detection device according to claim 1.
前記除去手段は、筒内圧成分が含まれる低周波成分をカットするよう構成されたフィルタにより、前記筒内圧成分を除去する、
請求項1から3のいずれかに記載の装置。
The removing means removes the in-cylinder pressure component by a filter configured to cut a low-frequency component including the in-cylinder pressure component.
The apparatus according to claim 1.
前記除去手段は、前記ノッキング検出区間の筒内圧検出手段の出力信号から、筒内圧を近似するための近似式を算出し、該筒内圧検出手段の出力信号から、該近似式により算出される筒内圧を減算することにより、該筒内圧成分を除去する、
請求項1から3のいずれかに記載の装置。
The removing means calculates an approximate expression for approximating the in-cylinder pressure from the output signal of the in-cylinder pressure detecting means in the knocking detection section, and the cylinder calculated by the approximate expression from the output signal of the in-cylinder pressure detecting means. The in-cylinder pressure component is removed by subtracting the internal pressure.
The apparatus according to claim 1.
前記近似式は、一次式であり、前記除去手段は、前記ノッキング検出区間の始点と終点の前記筒内圧検出手段の出力信号から、該一次式の傾きおよび切片を求めることにより、該一次式を算出する、
請求項5に記載の装置。
The approximate expression is a linear expression, and the removing means obtains the linear expression from the output signal of the in-cylinder pressure detecting means at the starting point and the ending point of the knocking detection section to obtain the slope and intercept of the linear expression. calculate,
The apparatus according to claim 5.
前記筒内圧検出手段の出力信号は、筒内圧の微分値を表す信号である、
請求項1から6のいずれかに記載の装置。
The output signal of the in-cylinder pressure detecting means is a signal representing a differential value of the in-cylinder pressure.
The apparatus according to claim 1.
前記判定手段は、前記抽出手段により抽出された信号が所定値以上となる時間が、所定時間以上継続した場合、ノッキングと判定する、
請求項1から7のいずれかに記載の装置。
The determination means determines that knocking occurs when the time that the signal extracted by the extraction means is equal to or greater than a predetermined value continues for a predetermined time or longer.
The apparatus according to claim 1.
前記判定手段は、前記抽出手段により抽出された信号を前記ノッキング検出区間にわたって積算し、該積算した値が所定値を超えたならば、ノッキングと判定する、
請求項1から7のいずれかに記載の装置。
The determination means integrates the signal extracted by the extraction means over the knocking detection section, and determines that knocking occurs if the integrated value exceeds a predetermined value.
The apparatus according to claim 1.
前記エンジンは、燃焼室内の圧縮比を変更することのできる可変圧縮比機構を備えたエンジンである、
請求項1から9のいずれかに記載の装置。
The engine is an engine having a variable compression ratio mechanism capable of changing the compression ratio in the combustion chamber.
Apparatus according to any of claims 1 to 9.
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