内燃機関の制御装置
【課題】ノックセンサの出力に基づいて、ノック及び異常着火を区別し、夫々の異常燃焼に適した方法で制御できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、内燃機関に異常着火が発生したと判定して異常着火を抑制する方向に燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部を備えた。
【解決手段】振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、内燃機関に異常着火が発生したと判定して異常着火を抑制する方向に燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置、更に詳しくは、内燃機関に発生する異常燃焼を、例えばノックと、プリイグニッションやポストイグニッション等の異常着火と、に区別して検出し、夫々の異常燃焼に適した制御を行ない得るようにした内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の運転中に、内燃機関の異常燃焼の一つであるノックが発生すると、内燃機関の構成やノックの振動モードに応じて、内燃機関に固有周波数帯の振動が発生することが知られているが、従来から、内燃機関に発生するノックを振動センサを用いて検出し、その検出値に基づいて内燃機関の制御を行なうようにした内燃機関の制御装置が提案されている。この従来の装置は、内燃機関に発生した固有周波数帯の振動強度を測定することでノックを検出し、内燃機関の点火時期をリタード補正することでノックを抑制するようにしたものである。
【０００３】
内燃機関の固有周波数の振動強度を測定する具体的な方法としては、振動センサの出力をアナログ回路により構成されるバンドパスフィルタを介してピークホールド回路に入力し、ピークホールド回路により得たバンドパスフィルタ後のピークホールド値に基づいて振動強度を測定する方法（例えば、特許文献１参照）や、振動センサの出力をＦＦＴ（高速フーリエ変換）等のデジタル信号処理を行い、固有周波数のスペクトル値により振動強度を測定する方法（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
【０００４】
内燃機関では、点火プラグによる火花点火後、点火プラグを中心に火炎が広がるが、この際、点火プラグの設置位置から遠い位置にある未燃焼の混合気であるエンドガスが、ピストンやシリンダの壁面に押しつけられて高温・高圧となり自己着火する現象が、異常燃焼としてのノックであると考えられている。ノックが発生すると衝撃波が発生し、内燃機関のブロックの振動や、金属音が発生する。
【０００５】
一方、内燃機関に発生する異常燃焼としては、前述のノック以外に、プリイグニッションやポストイグニッションと呼ばれる異常着火も存在することが知られている。又、プリイグニッションやポストイグニッションと呼ばれる異常着火には、点火プラグや筒内のデポジットが高温になり、これが熱源となって着火に至る場合（以下、熱源自着火と称する）や、圧縮比が高い場合に、圧縮行程で混合気が高温・高圧になって自己着火に至る場合（以下、圧縮自着火と称する）等があるとされる。このような異常燃焼としての異常着火の場合にも、筒内圧力や内燃機関ブロックの振動、金属音等を伴うことがある。
【０００６】
前述の異常着火のうち、正規の火花点火の前に起こる異常着火はプリイグニッション、正規の火花点火の後に起こる異常着火はポストイグニッションと称されている。これらの異常着火は、点火時期とは関係なく燃焼する現象であるため、点火時期をリタードしても抑制されない場合がある。これらの異常燃焼としての異常着火は、一般に知られるものであり（例えば、非特許文献１、２参照）、この異常着火が発生すると、不快な金属音の発生や、内燃機関出力の変動等が発生し、極端な場合には、内燃機関の破損に至る場合もある。
【０００７】
前述のプリイグニッションやポストイグニッション等の異常着火が発生した場合に、内燃機関の異常振動を伴うことがあるため、前述のノック検出方法を応用して異常着火の検出を行う方法が提案されている。その方法として、点火時期と異常振動発生時期との時間
差に基づいて異常着火の発生を判断する方法（例えば、特許文献３参照）や、所定のレベル以上の異常振動を検出していない時間間隔が所定間隔より短い状態が継続した場合に異常着火の発生を判断する方法（例えば、特許文献４参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３５７１５６号公報
【特許文献２】特許第３０９３４６７号明細書及び図面
【特許文献３】特許第３０８２６３４号明細書及び図面
【特許文献４】特許第３１１６８２６号明細書及び図面
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「大学講義 内燃機関」丸善 木村逸郎、酒井忠美著 １９８０年 （第８２〜８４ページ）
【非特許文献２】「内燃機関講義」 上巻 長尾不二夫著 １９８０年 （第２１６〜２２３ページ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、点火時期と振動発生時期との時間差に基づいて異常着火の発生を判定するようにした特許文献３に示された前述の判定方法では、運転中の内燃機関は常時振動しているため異常着火による振動発生時期を特定することは困難であり、比較的大きな振動の立ち上がり位置やピーク位置を振動発生時期として検出したとしても、これらの位置はばらつきが大きく、通常のノックを異常着火と誤判定する場合や、異常着火の検出漏れが発生する場合があるという課題が存在する。
【００１１】
又、特許文献３には点火時期を遅角したにもかかわらず振動が増大する場合にプリイグニッションと判定する方法も開示されているが、異常着火発生時には徐々に振動レベルが増加する場合のみではなく、例えば強い振動が散発する場合や、当初から強い振動レベルが発生し、それが増減する場合も多いため、この開示された方法によっても異常着火の検出漏れが発生する場合があるという課題がある。
【００１２】
更に、所定のレベル以上の異常振動を検出していない時間間隔が所定間隔より短い場合が継続した場合に、異常着火の発生を判断するようにした前述の特許文献４に示された方法では、所定のレベルを大きく超えるレベルの異常振動が発生した場合に於いても、その発生間隔が所定間隔より僅かに長い間隔で継続的に発生した場合には検出することができない場合がある、という課題がある。又、特許文献４には異常振動の発生頻度の累積値を算出し、この累積値がプリイグニッション判定値以上の場合にプリイグニッションと判定する方法も開示されているが、オクタン価の低い燃料が使用された場合には、加速時等に生じるノックでも点火リタード補正が十分にされるまでは強い振動が高い頻度で発生するため、このような頻度のみを用いた場合にはノックを異常着火と誤判定する場合があるという課題がある。
【００１３】
この発明は、従来の装置に於ける前述の課題に鑑みてなされたもので、ノック及び、プリイグニッション又はポストイグニッションと呼ばれる異常着火を早期に区別して検出し、夫々の異常燃焼に適した抑制方法にて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部
と、前記検出した内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、前記内燃機関のシリンダブロックに取り付けられ、前記内燃機関の振動を検出する振動センサと、前記内燃機関の所定のクランク角範囲の間に前記振動センサにより検出された前記振動に於ける所定周波数範囲の振動レベルを抽出する振動レベル抽出部と、前記抽出した振動レベルとノック判定値とを比較し、前記振動レベルが前記ノック判定値以上であると判定された場合は、前記内燃機関にノックが発生したと判定して前記内燃機関の点火時期をリタード補正してノックを抑制するノック制御部とを有する内燃機関の制御装置であって、前記振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、前記フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、前記ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、前記フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、前記フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、前記内燃機関に異常着火が発生したと判定して前記異常着火を抑制する方向に前記燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、前記フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、前記フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、前記フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、内燃機関に異常着火が発生したと判定して前記異常着火を抑制する方向に燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部を備えるようにしたので、ノックと異常着火を区別でき、夫々の異常燃焼に適した制御を実行できるため、適切に異常燃焼を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を適用した内燃機関全体を概略的に示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の制御部分を概略的に示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、スペクトル解析結果を示す説明図である。
【００１７】
【図５】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ノックセンサ信号を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ゲイン補正動作を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、フィルタ処理動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、内燃機関の回転速度に基づく振動レベルに対する補正量、気筒毎の振動レベルの補正量を示す説明図である。
【００１８】
【図９】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、フィルタ処理後の動作を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、振動レベルとリタード補正量を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於ける、ノック制御部と異常着火制御部を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於ける、スペクトル解析結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態１による内燃機関のノック制御装置について詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関のノック制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す構成図である。尚、自動車等車両用の内燃機関は、通常、複数のシリンダ及びピストンを備えているが、図１では説明の便宜上、一つのシリンダ及びピストンのみを示している。
【００２０】
図１に於いて、内燃機関１の吸気系１００の上流側にはエアフィルタ５０が設けられ、その下流側にエアフィルタ５０を介して吸入した空気を貯留するサージタンク５が設けられている。サージタンク５は、インテークマニホールド５１を介して内燃機関１の複数のシリンダに連結されている。
【００２１】
サージタンク５０の上流側に設けられた電子制御式スロットルバルブ２は、電子的に開度が制御されて吸気系１００の吸入空気流量を調整する。この電子制御式スロットルバルブ２の上流側に設けられたエアフローセンサ４は、吸気系１００に於ける吸入空気流量を測定し、その測定値に対応した吸入空気量信号を出力する。
【００２２】
スロットル開度センサ３は、電子制御式スロットルバルブ２の開度を測定し、その測定値に対応したスロットルバルブ開度信号を出力する。尚、電子制御式スロットルバルブ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。
【００２３】
サージタンク５に設けられたインテークマニホールド圧力センサ（以下、単に、インマニ圧センサと称する）６は、サージタンク５内の吸気圧、従ってインテークマニホールド５１内の吸気圧を測定し、その測定値に対応するインテークマニホールド圧力信号（以下、単に、インマニ圧信号と称する）を出力する。尚、この実施の形態１では、エアフローセンサ４とインマニ圧センサ６との両方を設けているが、何れか一方のみを設けるようにしても良い。
【００２４】
サージタンク５の下流の吸気ポートには電子制御式ＶＶＡ（Variable Valve Actuation：可変動弁機構）７が設けられており、吸気バルブの開閉タイミング、作動角、リフト量のうち１つ以上の可変制御が可能となっている。又、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。尚、インジェクタ８は内燃機関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。
【００２５】
又、内燃機関１には、シリンダ内の混合気に点火するための点火コイル９及び点火プラグ１０、内燃機関１の回転速度やクランク角度を検出するためにクランク軸及びカム軸に設けられたプレート１１０のエッジを検出するためのクランク角センサ１１ａ及びカム角センサ１１ｂ、及び、内燃機関１のシリンダブロックの振動を検出するためのノックセンサ１２が夫々に設けられている。車両の運転席の足元に設けられたアクセルにはアクセル開度センサ１３が取り付けられており、このアクセル開度センサ１３は、電子制御式スロットルバルブ２に後述の電子制御ユニットを介して電気的に接続されている。
【００２６】
図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の制御部分を概略的に示すブロック図である。図２於いて、エアフローセンサ４により測定され
た吸入空気流量と、インマニ圧センサ６により測定されたインマニ圧と、スロットル開度センサ３により測定された電子制御式スロットルバルブ２の開度と、クランク角センサ１１ａ及びカム角センサ１１ｂから出力され、クランク軸及びカム軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスと、ノックセンサ１２により測定された内燃機関の振動波形と、アクセル開度センサ１３により測定されたアクセル開度は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）１４に入力される。
【００２７】
又、前述以外の各種センサ３００からもＥＣＵ１４に測定値が入力され、更に、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）４００からの信号もＥＣＵ１４に入力される。ＥＣＵ１４では、クランク角センサ１１ａ及びカム角センサ１１ｂから出力されるパルスに基づいて、内燃機関１の気筒情報及び内燃機関１の回転速度、更に内燃機関１の回転に同期した処理実施のタイミングを演算する。
【００２８】
ＥＣＵ１４は、吸入空気流量や内燃機関１の回転速度等の内燃機関１の運転状態とアクセル開度に基づいて目標スロットル開度を算出して電子制御式スロットルバルブ２を制御し、更に、内燃機関１の運転状態に応じて電子制御式ＶＶＡ７を制御し、目標空燃比を達成するようにインジェクタ８を駆動し、且つ、目標点火時期を達成するように点火コイル９への通電制御を行なう。又、前述以外の各種アクチュエータ５００への指示値も算出し各種アクチュエータを制御する。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を示すブロック図である。図３に於いて、ノックセンサ１２及びＥＣＵ１４は、夫々、図１及び図２に示しノックセンサ１２及びＥＣＵ１４に対応する。ＥＣＵ１４は、各種のＩ／Ｆ回路１４１とマイクロコンピュータ１４２とからなる。マイクロコンピュータ１４２は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、制御プログラムや制御定数を記憶しておくＲＯＭ領域、プログラムを実行した際の変数を記憶しておくＲＡＭ領域等から構成されている。
【００３０】
各種のＩ／Ｆ回路１４１は、ノック制御用のＩ／Ｆ回路４０１を備えている。このノック制御用のＩ／Ｆ回路４０１は、ノックセンサ１２の信号出力の高周波成分を除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）と、ノックセンサ１２の信号出力レベルをゲイン補正するアンプ（ＡＭＰ）とから構成されている。
【００３１】
マイクロコンピュータ１４２は、Ａ／Ｄ変換部４０２と、ゲイン補正部４１２と、振動解析部４０３と、振動レベル抽出部４０４と、ノック判定値演算部４０５と、ノック判定部４０６と、ノック強度算出部４０７と、点火リタード量算出部４０８と、フィルタ処理部４０９と、異常着火判定部４１０と、燃料カット・吸入空気量低減処理部４１１とを備える。Ａ／Ｄ変換部４０２と、ゲイン補正部４１２と、振動解析部４０３と、振動レベル抽出部４０４とは、共通部分としての振動レベル算出部を構成し、フィルタ処理部４０９と、異常着火判定部４１０と、燃料カット・吸入空気量低減処理部４１１とは、異常着火抑制制御部を構成する。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部４０２は、マイクロコンピュータ１４２のＡ／Ｄ変換器により構成され、例えば、１０［μｓ］や２０［μｓ］等の一定の時間間隔毎にＩ／Ｆ回路４０１からのアナログ信号をディタル信号に変換する。尚、このＡ／Ｄ変換は常時行うようにしても良く、或いは異常着火やノックによる異常振動が発生する期間、例えば、ＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡまでのウインドウ区間のみで行うようにしてもよい。尚、ＢＴＤＣはピストンの上死点前（Before Top Death Center）、ＡＴＤＣはピストンの上死点後
（After Top Death Center）、を夫々意味する。
【００３３】
振動解析部４０３は、ノック固有の周波数離散成分を抽出するための周波数解析を行うための振動解析処理を行なう。この処理は、Ａ／Ｄ変換部４０２によるＡ／Ｄ変換の完了後、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度、例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡまでの間に実施される。前述の振動解析処理として、例えば、デジタルバンドパスフィルタによるフィルタ処理を用いても良いし、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）処理により対象周波数のスペクトル解析処理を行うようにしても良い。又、解析対象周波数としても単一に限るものでもなく、２以上の周波数帯を同時解析するようにして良い。この実施の形態１では、単一周波数帯のスペクトル解析による振動解析処理を行なう場合について説明する。
【００３４】
振動レベル抽出部４０４は、前述のウインドウ区間、例えば、ＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡ内のノックセンサ１２の出力波形をスペクトル解析して算出した結果に基づいて振動レベルを算出する。この振動レベル抽出部４０４に於ける処理は、振動解析部４０３に於ける処理と同様に、Ａ／Ｄ変換部４０２によるＡ／Ｄ変換完了後に、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度、例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡまでの間に実施される。
【００３５】
図４は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於けるスペクトル解析結果を示す説明図であり、振動解析部４０３及び振動レベル抽出部４０４によるスペクトル解析結果の例を示す。図４に於いて、(Ａ)はノック時のウインドウ区間内のスペクトル、(Ｂ)はノックなし時のウインドウ区間内のスペクトル、（Ｃ）は異常着火時のウインドウ区間内のスペクトルを夫々示し、縦軸はスペクトル、横軸はクランク角（ＣＡ）である。
【００３６】
図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に於いて、実線ａ、ｂ、ｃは、夫々短時間フーリエ変換により算出された単一周波数帯のスペクトル生値である。図４の（Ａ）に示すノック時スペクトルの生値ａは全体的に大きな値となり、（Ｂ）に示すノックなし時のスペクトルの生値ｂは全体的に小さな値となる。従って、（Ａ）に示すノックによる振動ａ１のピーク値Ｖｐは、（Ｂ）に示すノックなし時のスペクトル生値ｂのピーク値Ｖｐとは明確に区別することができ、ウインドウ区間内のスペクトル生値のピーク値Ｖｐを振動レベルとして用いることで、通常は良好なＳ／Ｎ比を確保することができる。
【００３７】
又、図４の（Ｃ）に示す異常着火発生時のスペクトル生値ｃは、ノック時のスペクトル生値ａと比べて非常に大きい値となる。このため、（Ｃ）に示す異常着火による振動ｃ１のピーク値Ｖｐは、（Ａ）、（Ｂ）に示すピーク値Ｖｐとは明確に区別することができ、ウインドウ区間内のスペクトル生値ｃのピーク値Ｖｐを振動レベルとして用いることで、異常着火時のピーク値Ｖｐと異常着火以外（ノックも含む）の良好なＳ／Ｎ比が確保することができる。
【００３８】
ところで、図４の（Ｃ）に示すような異常着火による異常振動ｃ１が発生した場合、前述のＩ／Ｆ回路４０１に於けるゲイン補正するアンプのゲイン設定によってはノックセンサ１２の出力信号の振幅が大きく、次に説明するようにＡ／Ｄ変換部４０２に於けるデジタル値変換可能なレンジを超えてしまう可能性がある。
【００３９】
図５は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ノックセンサ信号を示す説明図であり、（Ａ）はノック時のノックセンサ信号（ゲイン１倍）ａｗ、（Ｂ）はノックなし時のノックセンサ信号（ゲイン１倍）Ｂｗ、（Ｃ）は異常着火時のノックセンサ信号（ゲイン１倍）ｃｗ、（Ｄ）は異常着火時のノックセンサ信号（ゲイン０．５倍）ｃｗ１を、夫々示している。図５の（Ａ）〜（Ｄ）に於いて、縦軸は電圧、横軸はクランク角を示す。一般的なマイクロコンピュータのＡ／Ｄ変換器は、０［Ｖ］から５［Ｖ］の電圧をデジタル値化する場合が多いことから、図５（Ａ）〜（Ｄ）は、２．５［Ｖ］
にバイアスされた状態でＡ／Ｄ変換部４０２に入力されるノックセンサ信号の例を示している。
【００４０】
図５の（Ａ）に示すノック時のノックセンサ信号ａｗは、ノックによる振動ａ１の最大振幅が０［Ｖ］〜５［Ｖ］の範囲内にあり、又、（Ｂ）に示すノックなし時のノックセンサ信号ｂｗは、インパルスノイズｂ１があってもその最大振幅が０［Ｖ］〜５［Ｖ］の範囲内にあり、夫々適正なレベルのゲイン設定であると言えるが、（Ｃ）に示す異常着火時のノックセンサ信号ｃｗは、異常着火による振動ｃ１の最大振幅が０［Ｖ］〜５［Ｖ］の範囲を超えており、そのレンジオーバー部分ｃ１１、ｃ１２は、０［Ｖ］又は５［Ｖ］に固定されてしまう。このため、振動解析部４０３によるＡ／Ｄ変換の完了後のノックセンサ信号のスペクトル解析では正確なスペクトルが算出できないという問題が発生する。
【００４１】
そこで、図３に示す前述のゲイン補正部４１２によりノックセンサ信号のゲイン補正を実施するが、次に、そのゲイン補正部４１２によるゲイン補正の詳細を説明する。図６は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ゲイン補正動作を示すフローチャートである。図６のフローチャートに示す処理は、Ａ／Ｄ変換部４０２によるノックセンサ信号のＡ／Ｄ変換完了後、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度（例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡ）までの間に実施される。
【００４２】
図６に於いて、ステップＳ６０１では、例えば下記のように内燃機関１の回転速度に応じてゲイン（ＧＡＩＮ）をセットする。
ゲイン設定例
ＧＡＩＮ＝２．０倍・・・回転速度２０００［ｒ／ｍｉｎ］以下
ＧＡＩＮ＝１．０倍・・・回転速度２０００〜４０００［ｒ／ｍｉｎ］
ＧＡＩＮ＝０．５倍・・・回転速度４０００［ｒ／ｍｉｎ］以上
【００４３】
続くステップＳ６０２では、前述のウインドウ区間内に於けるゲイン補正前のノックセンサ信号のＡ／Ｄ変換値の最大値と最小値を算出する。次にステップＳ６０３に於いて、ステップ６０２にて算出した最大値が上限値（例えば、４．９［Ｖ］）以上であるか、又は、最小値が下限値（例えば、０．１［Ｖ］）以下であるかを判定する。その判定の結果、ゲイン補正前のＡ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最大値が上限値を超えていないこと、及びゲイン補正前のＡ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最小値が下限値以下ではないこと、のうちの少なくとも一方である場合（ＮＯ）には、ステップＳ６０５に進む。
【００４４】
一方、ステップＳ６０３での判定の結果、ゲイン補正前のＡ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最大値が上限値を超えておらず、且つゲイン補正前のＡ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最小値が下限値以下でなければ（ＹＥＳ）、ステップＳ６０４に進む。ステップＳ６０４では、ゲイン低減カウンタ（ＧＡＩＮＣＮＴ）（図示せず）を、例えば、２０行程にセットし、ステップＳ６０５に進む。ステップＳ６０５では、ゲイン低減カウンタ（ＧＡＩＮＣＮＴ）を図６のフローチャートによる処理の処理周期毎に「０」までデクリメントする。
【００４５】
次のステップＳ６０６では、ゲイン低減カウンタ（ＧＡＩＮＣＮＴ）が「０」でない場合に、例えば下記のようにゲイン（ＧＡＩＮ）を再セットする。
ゲイン設定例
ＧＡＩＮ＝ＧＡＩＮＬＯＷ(０．５倍)・・・ＧＡＩＮＣＮＴ≠０
【００４６】
以上のようにステップＳ６０６により最終決定したゲイン（ＧＡＩＮ）に応じて、次のステップＳ６０７に於いてＩ／Ｆ回路４０１へゲイン切換を指示し、ステップＳ６０８に進む。ステップＳ６０８では、次式（１）によりゲイン補正後のＡ／Ｄ変換値を算出する。
ゲイン補正後Ａ／Ｄ変換値＝［Ａ／Ｄ変換値］÷［ゲイン（ＧＡＩＮ）］
・・・・・・式（１）
【００４７】
以上述べたように、所定レベル以上の振動が生じた場合に、所定時間の間、ゲイン補正部４１２によりゲインを低減させるゲイン補正を実施する。これにより、連続して異常振動が発生する場合に於いて、図５の（Ｄ）に示すように２回目以降の異常着火によるノックセンサ信号ｃｗ１は、適正なゲインにてＡ／Ｄ変換を実施することができ、異常着火による振動ｃ１０の最大振幅を５［Ｖ］と０「Ｖ」の範囲内とすることができる。
【００４８】
尚、ゲイン低減を判定する条件としては、前述の方法に限らず、例えば、Ａ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最大値と最小値との差が所定値以上の場合としても良いし、振動解析部４０３又は振動レベル抽出部４０４での振動レベル抽出処理の結果、ウインドウ区間内のピーク値が所定値以上の場合としてもよい。又、ステップＳ６０８のようにＡ／Ｄ変換値をゲインで除算しておくことで、図３の振動解析部４０３以降の処理ではゲインの設定に関わらず、ゲイン「１」倍相当の値として処理することができる。以上で、Ａ／Ｄ変換部４０２、ゲイン補正部４１２、振動解析部４０３、振動レベル抽出部４０４からなる共通部分としての振動レベル算出部について説明した。
【００４９】
次に、図３に示すノック判定値演算部４０５と、ノック判定部４０６と、ノック強度算出部４０７と、点火リタード量算出部４０８とからなるノック制御部について説明する。このノック制御部による処理は、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度（例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡ）毎に実施される。振動レベル抽出部４０４にて算出されたノック制御用の振動レベルＶｐは、ノック判定値演算部４０５によるノック判定値演算により、先ず、次式（２）によりフィルタ処理を行って平均化される。
ＶＢＧＬ(ｎ)＝Ｋ×ＶＢＧＬ(ｎ−１)＋（１−Ｋ）×Ｖｐ(ｎ)
・・・・・・式（２）
ここに、ＶＢＧＬ(ｎ)：フィルタ値、Ｖｐ(ｎ)：振動レベル、Ｋ：フィルタ係数、
ｎ:現行程、ｎ−１：前行程
【００５０】
続いて、次式（３）によりノック判定のためのノック判定値ＶＴＨ(ｎ)を得る。
ＶＴＨ(ｎ)＝ｍｉｎ{ＶＢＧＬ(ｎ)×Ｋｔｈ＋Ｖｏｆｓ, ＶＴＨｍａｘ}
・・・・・・式（３）
ここに、Ｋｔｈ：ノック判定値係数、Ｖｏｆｓ：ノック判定値オフセット、
ＶＴＨｍａｘ：ノック判定値上限値
【００５１】
尚、ノック判定値の演算として、振動レベルのばらつきを正規分布と仮定して、次式（４）のように算出しても良い。
ＶＴＨ(ｎ)＝ｍｉｎ{ＶＢＧＬ(ｎ)＋Ｋｔｈ×Ｖｓｉｇｍａ(ｎ)，ＶＴＨｍａｘ}
・・・・・・式（４）
ここに、Ｖｓｉｇｍａ(ｎ)：振動レベルの標準偏差、
Ｋｔｈ：ノック判定値係数（例えば「３」）
【００５２】
次に、ノック判定部４０６では、振動レベルＶｐとノック判定値ＶＴＨとを比較し、振動レベルＶｐがノック判定値ＶＴＨ以上である場合にノック発生と判定する。続くノック強度算出部４０７では次式（５）によりノックの強さに応じた信号であるノック強度を算出する。
ＶＫ(ｎ)＝ｍａｘ{Ｖｐ(ｎ)−ＶＴＨ(ｎ),０}／ＶＴＨ(ｎ)
・・・・・・式（５）
ここに、ＶＫ(ｎ)：ノック強度
（ＶＫ(ｎ)＞０の時にノック有りと判定する）
【００５３】
点火リタード量算出部４０８ではリタード補正量を算出するが、先ず、次式（６）により、１点火毎のノック強度に応じたリタード補正量を算出する。
ΔθＲ(ｎ)＝−ＶＫ(ｎ)×Ｋｇ ・・・・・・式（６）
ここに、ΔθR(n)：１点火毎のリタード量[ｄｅｇＣＡ ＢＴＤＣ]、
Ｋｇ：リタード量反映係数（Ｋｇ＞０）
【００５４】
続いて、点火リタード量算出部４０８では１点火毎のリタード量を積算し、点火時期のノック補正量を演算するが、ノック発生がない場合は、進角復帰するようにして、リタード補正量を算出する。これは次式（７）により演算される。
θＲ(ｎ)＝ｍｉｎ{ｍａｘ{θＲ(ｎ−１)＋ΔθＲ(ｎ)＋Ｋａ,θＲｍａｘ},０}
・・・・・・式（７）
ここに、θＲ(ｎ)：リタード補正量[ｄｅｇＣＡ ＢＴＤＣ]、
Ｋａ：進角復帰定数、
θＲｍａｘ：最大リタード補正量[ｄｅｇＣＡ ＢＴＤＣ]
【００５５】
式（７）により演算したリタード補正量θＲ(ｎ)を用いて、点火時期が補正される。尚、ここではリタード補正量θＲ(ｎ)は進角方向を正としている。以上、ノック検出時に点火時期をリタードしてノックを抑制するノック制御を実現する処理方法について説明した。
【００５６】
次に、フィルタ処理部４０９と、異常着火判定部４１０と、燃料カット・吸入空気量低減処理部４１１とにより構成される異常着火抑制制御部について説明する。この異常着火抑制制御部による異常着火抑制処理も、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度（例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡ）毎に実施される。
【００５７】
振動レベル抽出部４０４により算出された振動レベルＶｐは、フィルタ処理部４０９に於いてフィルタ処理が実施されるが、次にこのフィルタ処理の詳細を説明する。図７は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、フィルタ処理動作を示すフローチャートである。図７に於いて、ステップＳ７０１では、先ず、以降の処理に用いる現行程の振動レベルＶｐ(ｎ)を取得する。続くステップＳ７０２及びステップＳ７０３では、振動レベルＶｐ(ｎ)に対し、内燃機関１の回転速度に基づく補正、及び気筒毎の補正
を実施する。
【００５８】
図８は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、内燃機関の回転速度に基づく振動レベルＶｐ（ｎ）に対する補正量、及び気筒毎に対応する振動レベルＶｐ（ｎ）に対する補正量を示す説明図であり、（Ａ）は内燃機関の回転速度に対応する補正量、（Ｂ）は気筒毎の補正量を示す。図７のステップＳ７０２による内燃機関１の回転速度に基づく振動レベルＶｐ（ｎ）の補正は、図８の（ａ）に示す内燃機関１の回転速度に基づいて検索、補間されるテーブルに補正値を記憶させておき、現在の内燃機関１の回転速度に基づいてそのテーブルから検索、補間して算出された補正量を振動レベルＶｐ(
ｎ)に乗算することで実施される。
【００５９】
前述の振動レベルＶｐ（ｎ）に対する補正値としては、図８の（Ａ）に示すように、例えば、内燃機関１の回転速度が３０００〜４０００［ｒ／ｍｉｎ］程度の場合に発生する異常着火時の振動レベルの最大値を基準として、低回転側での異常着火時の振動レベルの最大値が小さい場合には、例えば、１．２〜１．５倍程度の補正を実施し、高回転側での正常燃焼及びノック時の振動レベルの最大値が後述する異常着火判定値との余裕が少ない場合には、例えば、０．８〜０．９倍程度の補正を実施するようにすればよい。
【００６０】
又、気筒毎の補正は、図８の（Ｂ）に示すように、気筒情報に基づいて検索されるテーブルに補正値を記憶させておき、現在の気筒情報に基づいてこのテーブルから検索して算出された補正量を振動レベルＶｐ(ｎ)に乗算することで実施される。この気筒毎の補正値としては、例えば、４気筒内燃機関で２気筒と３気筒の間にノックセンサが取り付けられている場合、１気筒及び４気筒で発生する異常着火時の振動レベルの最大値が、２気筒及び３気筒で発生する異常着火時の振動レベルの最大値より小さい場合には、例えば、１．２倍程度の補正を実施することで、気筒間差を補正することができる。このようにして補正後の振動レベルＶｐｃ(ｎ)が算出される。
【００６１】
尚、この気筒毎の補正は、前述のように振動レベルＶｐ(ｎ)に対して実施してもいいし、後述する異常着火判定値を別設定することで実施してもよい。
【００６２】
図７に於いて、続くステップＳ７０４では、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)と振動レベルの上限値を比較する。補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)が上限値より大きい場合にはステップＳ７０５にて補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)に上限値を代入してステップＳ７０６に進み、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)が上限値より小さい場合には何もせずステップＳ７０６に進む。
【００６３】
次に、ステップＳ７０６では、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)と後述するフィルタ後補正後振動レベルの前行程値Ｖｐｃｆ(ｎ−１)とを比較する。ここで、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)が前回フィルタ後補正後振動レベルＶｐｃｆ(ｎ−１)以上であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ７０７にてフィルタ係数ＫＦにＫ１を代入し、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)が前回フィルタ後補正後振動レベルＶｐｃｆ(ｎ−１)より小さい場合（Ｎｏ）は、ステップＳ７０８にてフィルタ係数ＫＦにＫ２を代入する。
【００６４】
続くステップＳ７０９では、次式（８）によりフィルタ処理が実施される。
Ｖｐｃｆ(ｎ)＝ＫＦ×Ｖｐｃｆ(ｎ−１)＋（１−ＫＦ）×Ｖｐｃ(ｎ)
・・・・・・式（８）
ここに、Ｖｐｃｆ(ｎ)：フィルタ後補正後振動レベル、
Ｖｐｃ(ｎ)：補正後振動レベル、ＫＦ：フィルタ係数
【００６５】
ここで、式（８）で表されるフィルタ処理の時定数τは、次式（９）により表される。
τ＝−Δt／ｌｎ(ＫＦ) ・・・・・・式（９）
ここに、Δt：処理周期、ｌｎ：自然対数
【００６６】
処理周期Δtが一定の時、フィルタ係数Ｋ１≦Ｋ２とすると、フィルタ処理の時定数τ
は、τ１≦τ２（τ１、τ２は、夫々フィルタ係数Ｋ１、Ｋ２から算出された時定数）となる。つまり、フィルタ係数Ｋ１≦Ｋ２の場合、ステップＳ７０７で選択されるフィルタ係数Ｋ１は、ステップＳ７０８で選択されるフィルタ係数Ｋ２の場合より、現行程に於ける振動レベルの反映率が大きくなる（フィルタ処理における時定数が小さくなる）といえる。
【００６７】
図９は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、フィルタ処理後の動作を示す説明図であり、（Ａ）はフィルタ係数の切換なしの場合、（Ｂ）はフィルタ係数を切換えた場合を示し、縦軸は振動レベル、横軸は時間を示している。強い振動が断続的に発生し、振動レベルａが図示のように断続的に現われる場合、図９の（ａ）のフィルタ係数切換なしの場合では、時定数が小さい場合のフィルタ後補正後振動レベルｂ１の低下が早く、時定数が大きい場合のフィルタ後補正後振動レベルｂ２の上昇が少ないため、フィルタ後補正後振動レベルｂ１、ｂ２が異常着火判定値Ｈに到達しにくいが、（Ｂ）のフィルタ係数を切換えた場合では、フィルタ後補正後振動レベルｂの上昇側への追従を早く、下降側への追従を遅くすることができるので、フィルタ後補正後振動レベルｂを振動の大きさと頻度に応じて異常着火判定値Ｈに到達させるよう操作することが可能になる。このようにして図３のフィルタ処理部４０９でのフィルタ処理が実施される。
【００６８】
続く図３の異常着火判定部４１０では、点火リタード量と異常着火判定実行リタード量、フィルタ後補正後振動レベルＶｐｃｆ(ｎ)と異常着火判定値Ｈを夫々比較し、点火リタード量が異常着火判定実行リタード量以上にリタードしており、且つ、フィルタ後補正後振動レベルＶｐｃｆ(ｎ)が異常着火判定値Ｈ以上である場合に異常着火と判定する。
【００６９】
図１０は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、振動レベルとリタード補正量を示す説明図であり、（Ａ）は、異常着火判定時の振動レベルａ、ノック判定値Ｎ、フィルタ後補正後振動レベルｂの挙動を示し、縦軸は振動レベル、横軸は時間を示す。（Ｂ）は、点火時期の挙動を示し、縦軸はリタード量、横軸は時間である。異常着火の発生前には、図１０の(Ａ)に於いて時刻Ｔ[ｓ]までの波形に示すように、その予兆とも言える比較的大きな振動レベルａのノックが発生し、これに対応して図１０の(Ｂ)に示すように点火時期がリタード補正される。
【００７０】
しかし、異常着火が発生すると、図１０の(Ａ)に示す時刻Ｔ[ｓ]以降のように、一気に振動レベルａが大きくなり、これに対応して図１０の（Ｂ）に示すように点火リタード量ｅが異常着火判定実行リタード量ｄ以上にリタードしており、フィルタ後補正後振動レベルｂで示されれるＶｐｃｆ(ｎ)が異常着火判定値Ｈを上回った場合に、異常着火発生と判定される。
【００７１】
ここで、異常着火は点火時期に関わらず発生するので、異常着火を判定する前には点火時期を十分にリタード補正しておく必要がある。こうしておかないと、点火時期により制御できるノックを異常着火と誤判定してしまう恐れがあるためである。そこで、異常着火を判定する前に点火時期を十分にリタード補正するために、ノック判定値上限値Ｎ１を異常着火判定値Ｈより小さい値にしておくことで、異常着火発生時には必ず点火時期はリタ
ードされ、また、点火リタード量が十分にリタードしたかについても判定しているのでこのような誤検出を防ぐことができる。
【００７２】
次に、図３の燃料カット・吸入空気量低減処理部４１１では、異常着火判定時に、燃料カット、吸入空気量低減による異常着火抑制制御が実施される。異常着火が発生した場合、これを抑制するには筒内の温度を低下させることが有効である。そこで、筒内温度を低下させるための方法としては、吸入空気量の低減により内燃機関１の負荷を下げて筒内温度の低減を図ることや、数行程間燃料カットすることで強制的に筒内を掃気して筒内の温度を低下させることが有効である。これらの方法を併用して使用することで、迅速に異常着火の抑制制御を行うことができる。
【００７３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置について説明する。実施の形態の内燃機関の制御装置は、実施の形態１とほぼ同様のため、明確な違いのある、図３の振動解析部４０３及び振動レベル抽出部４０４における処理について、主として説明する。
【００７４】
図１１は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於ける、ノック制御部と異常着火制御部を示すブロック図である。前述の実施の形態１に於ける図３に示す振動解析部４０３及び振動レベル抽出部４０４では、前述のウインドウ区間（例えば、ＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡ）内のノックセンサ波形をスペクトル解析して算出した結果を基に振動レベルを算出するようにしたが、実施の形態２では、図１１に示すように、振動レベル抽出部４０４で算出される振動レベルを、ノック制御用の振動レベルＶｐと異常着火抑制制御用の振動レベルＶｐ１とで別々に算出することが特徴である。
【００７５】
図１２は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於ける、スペクトル解析結果を示す説明図であり、振動解析部４０３及び振動レベル抽出部４０４によるスペクトル解析結果の例を示し、（Ａ）はノック時スペクトル、（Ｂ）はノックなし時スペクトル、（Ｃ）は異常着火時スペクトルを、夫々示す。図１２の（Ａ）〜（Ｃ）に於いて、手て軸はスペクトル、横軸はクランク角を示す。
【００７６】
図１２に於いて、細実線ａは短時間フーリエ変換により算出された単一周波数帯のスペクトル生値である。細実線で示すスペクトル生値ａは、図１２の（Ａ）に示すノック時スペクトルでは全体的に大きな値を示し、（Ｂ）に示すノックなし時のスペクトルではスペクトル生値ｂは全体的に小さな値を示すが、例えば電気ノイズ等のインパルス的なノイズｂ１が重畳した場合、（Ｂ）のようにノック時と同等のレベルのスペクトルが生じる場合がある。
【００７７】
そのため、振動レベルとしてスペクトル生値ａのピーク値Ｖｐ１を用いた場合には、通常、ノック時と正常燃焼時は良好なＳ／Ｎ比を示すが、(Ｂ)に示すようなノイズ重畳時にはノイズ成分が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が低くなる場合がある。又、ノック検出ウインドウ内スペクトルの全平均である平均値Ｒでは、(Ｂ)に示すようなノイズ重畳時でもノイズ成分が低く抑えられ、ノック時と正常燃焼時は良好なＳ／Ｎ比を示すが、(Ａ)に示すようにノック振動の減衰が早い場合には信号成分が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が低くなる場合がある。
【００７８】
そこで、図１２の(Ａ)、(Ｂ)の太実線ｆに示すように、ノック検出ウインドウ内スペクトルの移動平均後のピークＶｐｏを用いると、(Ｂ)に示すようなインパルスノイズｂ１が重畳してもスペクトルの上昇は抑えられ、(Ａ)に示すようなノック時でもスペクトルの低下が抑えられるため、より多くの運転状態に於いてノック時と正常燃焼時の良好なＳ／Ｎ
比が確保できるようになる。
【００７９】
又、異常着火発生時のスペクトル生値は、図１２の(Ｃ)に示すように、（Ａ）に示すノック時のスペクトルと比べても十分に大きい値となる。異常着火の検出には、異常着火時の信号成分を低減させないためにスペクトル生値のピーク値Ｖｐ１を用いることで、異常着火と異常着火以外（ノックも含む）の良好なＳ／Ｎ比が確保できるようになる。
【００８０】
以上は、ノック制御用と異常着火抑制制御用で共通のウインドウ区間を用いた例であるが、夫々のウインドウ区間を別設定する方法も考えられる。例えば、図１２に於いて、ノック検出ウインドウとして例えばＴＤＣからＡＴＤＣ２０°ＣＡとした移動平均後ピーク値Ｖｐは、図１２の（Ａ)に於いては、ノック振動によるピーク値を含んでいるが、(Ｂ)
のインパルスノイズｂ１によるピーク値を含まないようにすることができる。
【００８１】
又、異常着火検出ウインドウとして例えばＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡとしたスペクトル生値のピーク値Ｖｐ１は、(Ｂ)に示すインパルスノイズｂ１は含むものの、(Ｃ)の異常着火による振動ｃ１を漏れなく検出できる。但し、(Ａ)に示すノック振動も(Ｂ)に示すインパルスノイズｂ１も(Ｃ)に示す異常着火による振動に比べると十分に小さいため、異常着火の検出性への影響は少ない。
【００８２】
以上のように、図１１に於けるノック判定値演算部４０５、ノック判定部４０６に用いるノック制御用の振動レベルＶｐには、ノック検出ウインドウ区間（例えばＴＤＣからＡＴＤＣ２０°ＣＡ）内の移動平均後ピーク値を、図１１のフィルタ処理部４０９に用いる異常着火抑制制御用の振動レベルＶｐ１として異常着火検出ウインドウ区間（例えばＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡ）内のスペクトル生値のピーク値を用いることが実施の形態２の特徴であり、これにより夫々の異常燃焼の検出性をより向上することができる。
【００８３】
以上述べた、この発明の実施の形態１、２による内燃機関の制御装置は、以下の特徴を備えるものである。
（１）この発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、前記検出した内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、前記内燃機関のシリンダブロックに取り付けられ、前記内燃機関の振動を検出する振動センサと、前記内燃機関の所定のクランク角範囲の間に前記振動センサにより検出された前記振動に於ける所定周波数範囲の振動レベルを抽出する振動レベル抽出部と、前記抽出した振動レベルとノック判定値とを比較し、前記振動レベルが前記ノック判定値以上であると判定された場合は、前記内燃機関にノックが発生したと判定して前記内燃機関の点火時期をリタード補正してノックを抑制するノック制御部とを有する内燃機関の制御装置であって、前記振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、前記フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、前記ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、前記フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、前記フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、前記内燃機関に異常着火が発生したと判定して前記異常着火を抑制する方向に前記燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部とを備えたことを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、ノックセンサの出力に基づいて、ノック及び異常着火（プリイグ、ポスイグ）を区別し、それぞれの異常燃焼に適した方法で抑制制御することができるという優れた効果がある。
【００８４】
（２）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記ノック判定値は、前記異常着火判定値より小さい値に設定されていることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、ノック判定値が異常着火判定値より小さい値に設定されているため、異常振動が発生した場合、まずノック制御により点火時期がリタード補正されるが、それにもかかわらず異常振動が継続し、フィルタ後振動レベルがノック判定値を上回るレベルの異常振動が発生した場合に、異常着火と判定して異常着火の抑制制御を実行することが可能となる。
【００８５】
（３）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記内燃機関の動作行程に於ける現行程での振動レベルが前行程での前記フィルタ処理後の振動レベル以上である場合には、前記現行程に於ける振動レベルが前記前行程に於けるフィルタ処理後振動レベルより小さい場合に比べて前記現行程に於ける振動レベルの反映率が大きくなるようにフィルタ係数を切換えることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、異常振動の頻度が低い場合においてもフィルタ後振動レベルの減衰率を低くすることができるため、高いレベルの異常振動が低い頻度で発生した場合にも異常着火として検出することが可能となる。
【００８６】
（４）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを上限値で制限するようにしたことを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、突発的に高いレベルの異常振動が発生した場合に異常着火の誤判定を防止することが可能となる。
【００８７】
（５）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを前記内燃機関の回転速度に応じて補正するようにしたことを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、振動レベルの内燃機関の回転速度による差を補正することが可能となり、回転速度が変化した場合においても、異常着火の誤検出を防止することが可能となる。
【００８８】
（６）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理後振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に算出する構成を含み、前記異常着火判定値は、前記気筒毎に設定されていることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、振動レベルの気筒間差を補正することが可能となる。
【００８９】
（７）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理後振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に算出する構成を含み、前記異常着火判定値は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に補正されることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、振動レベルの気筒間差を補正することが可能となる。
【００９０】
（８）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記異常着火抑制制御部は、前記内燃機関の異常着火の検出したときに、前記内燃機関に供給する燃料のカットと吸入空気量の低減との少なくとも一方により、前記異常着火を抑制することを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、この構成によれば、異常着火を適切に抑制することが可能となる。
【００９１】
（９）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記振動レベル抽出部は、前記フィルタ処理部で用いる振動レベルを、前記ノック制御部で用いる振動レベルを抽出するクランク角範囲より広いクランク角範囲で抽出するようにしたことを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、この構成によれば、ノックを判定するための振動レベルの抽出方法と、異常着火を判定するための振動レベルの抽出方法とを別設定できるため、それぞれの異常燃焼により適した振動レベルの抽出が実施できる。
【００９２】
（１０）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記振動レベル抽出部は、前記フィルタ処理部で用いる振動レベルを所定クランク角範囲に於けるピーク値とし、前記ノック制御部で用いる振動レベルを前記所定クランク角範囲に於ける平均化処理後のピーク値とすることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、この構成によれば、ノックを判定するための振動レベルを抽出するクランク角間より、異常着火を判定するための振動レベルを抽出するクランク角間を広く設定しているため、異常着火を判定するための振動レベルをより正確に検出でき、ノックを判定するための振動レベルにノイズ成分が混入することを防止することができる。
【００９３】
（１１）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記振動レベル抽出部は、前記振動センサから出力される信号に対してゲインを可変とし、前記所定値以上の振動レベルを検出した場合に所定期間ゲインを低減させるゲイン補正部を備えていることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、異常燃焼により振動センサの出力レベルが大きくなった場合においても、電子制御ユニット内のマイクロコンピュータにＡ／Ｄ変換器で取り込む際に、適正なレベルまでゲイン補正して取り込むことが可能となる。
【符号の説明】
【００９４】
１ 内燃機関 １００吸気系
５０ エアフィルタ ５ サージタンク
５１ インテークマニホールド ２ 電子制御式スロットルバルブ
４ エアフローセンサ ３ スロットル開度センサ
６ インテークマニホールド圧力センサ
７ 電子制御式ＶＶＡ ８ インジェクタ
９ 点火コイル １０ 点火プラグ
１１ａ クランク角センサ１１ａ １１ｂ カム角センサ
１２ ノックセンサ １３ アクセル開度センサ
２００ 排気系 １４ 電子制御ユニット
３００ 各種センサ ４００ 他のコントローラ
５００ 各種アクチュエータ １４１ Ｉ／Ｆ回路
１４２ マイクロコンピュータ ４０１ ノック制御用のＩ／Ｆ回路
４０２ Ａ／Ｄ変換部 ４１２ ゲイン補正部
４０３ 振動解析部 ４０４ 振動レベル抽出部
４０５ ノック判定値演算部 ４０６ ノック判定部
４０７ ノック強度算出部 ４０８ 点火リタード量算出部
４０９ フィルタ処理部 ４１０ 異常着火判定部
４１１ 燃料カット・吸入空気量低減処理部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置、更に詳しくは、内燃機関に発生する異常燃焼を、例えばノックと、プリイグニッションやポストイグニッション等の異常着火と、に区別して検出し、夫々の異常燃焼に適した制御を行ない得るようにした内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の運転中に、内燃機関の異常燃焼の一つであるノックが発生すると、内燃機関の構成やノックの振動モードに応じて、内燃機関に固有周波数帯の振動が発生することが知られているが、従来から、内燃機関に発生するノックを振動センサを用いて検出し、その検出値に基づいて内燃機関の制御を行なうようにした内燃機関の制御装置が提案されている。この従来の装置は、内燃機関に発生した固有周波数帯の振動強度を測定することでノックを検出し、内燃機関の点火時期をリタード補正することでノックを抑制するようにしたものである。
【０００３】
内燃機関の固有周波数の振動強度を測定する具体的な方法としては、振動センサの出力をアナログ回路により構成されるバンドパスフィルタを介してピークホールド回路に入力し、ピークホールド回路により得たバンドパスフィルタ後のピークホールド値に基づいて振動強度を測定する方法（例えば、特許文献１参照）や、振動センサの出力をＦＦＴ（高速フーリエ変換）等のデジタル信号処理を行い、固有周波数のスペクトル値により振動強度を測定する方法（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
【０００４】
内燃機関では、点火プラグによる火花点火後、点火プラグを中心に火炎が広がるが、この際、点火プラグの設置位置から遠い位置にある未燃焼の混合気であるエンドガスが、ピストンやシリンダの壁面に押しつけられて高温・高圧となり自己着火する現象が、異常燃焼としてのノックであると考えられている。ノックが発生すると衝撃波が発生し、内燃機関のブロックの振動や、金属音が発生する。
【０００５】
一方、内燃機関に発生する異常燃焼としては、前述のノック以外に、プリイグニッションやポストイグニッションと呼ばれる異常着火も存在することが知られている。又、プリイグニッションやポストイグニッションと呼ばれる異常着火には、点火プラグや筒内のデポジットが高温になり、これが熱源となって着火に至る場合（以下、熱源自着火と称する）や、圧縮比が高い場合に、圧縮行程で混合気が高温・高圧になって自己着火に至る場合（以下、圧縮自着火と称する）等があるとされる。このような異常燃焼としての異常着火の場合にも、筒内圧力や内燃機関ブロックの振動、金属音等を伴うことがある。
【０００６】
前述の異常着火のうち、正規の火花点火の前に起こる異常着火はプリイグニッション、正規の火花点火の後に起こる異常着火はポストイグニッションと称されている。これらの異常着火は、点火時期とは関係なく燃焼する現象であるため、点火時期をリタードしても抑制されない場合がある。これらの異常燃焼としての異常着火は、一般に知られるものであり（例えば、非特許文献１、２参照）、この異常着火が発生すると、不快な金属音の発生や、内燃機関出力の変動等が発生し、極端な場合には、内燃機関の破損に至る場合もある。
【０００７】
前述のプリイグニッションやポストイグニッション等の異常着火が発生した場合に、内燃機関の異常振動を伴うことがあるため、前述のノック検出方法を応用して異常着火の検出を行う方法が提案されている。その方法として、点火時期と異常振動発生時期との時間
差に基づいて異常着火の発生を判断する方法（例えば、特許文献３参照）や、所定のレベル以上の異常振動を検出していない時間間隔が所定間隔より短い状態が継続した場合に異常着火の発生を判断する方法（例えば、特許文献４参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３５７１５６号公報
【特許文献２】特許第３０９３４６７号明細書及び図面
【特許文献３】特許第３０８２６３４号明細書及び図面
【特許文献４】特許第３１１６８２６号明細書及び図面
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「大学講義 内燃機関」丸善 木村逸郎、酒井忠美著 １９８０年 （第８２〜８４ページ）
【非特許文献２】「内燃機関講義」 上巻 長尾不二夫著 １９８０年 （第２１６〜２２３ページ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、点火時期と振動発生時期との時間差に基づいて異常着火の発生を判定するようにした特許文献３に示された前述の判定方法では、運転中の内燃機関は常時振動しているため異常着火による振動発生時期を特定することは困難であり、比較的大きな振動の立ち上がり位置やピーク位置を振動発生時期として検出したとしても、これらの位置はばらつきが大きく、通常のノックを異常着火と誤判定する場合や、異常着火の検出漏れが発生する場合があるという課題が存在する。
【００１１】
又、特許文献３には点火時期を遅角したにもかかわらず振動が増大する場合にプリイグニッションと判定する方法も開示されているが、異常着火発生時には徐々に振動レベルが増加する場合のみではなく、例えば強い振動が散発する場合や、当初から強い振動レベルが発生し、それが増減する場合も多いため、この開示された方法によっても異常着火の検出漏れが発生する場合があるという課題がある。
【００１２】
更に、所定のレベル以上の異常振動を検出していない時間間隔が所定間隔より短い場合が継続した場合に、異常着火の発生を判断するようにした前述の特許文献４に示された方法では、所定のレベルを大きく超えるレベルの異常振動が発生した場合に於いても、その発生間隔が所定間隔より僅かに長い間隔で継続的に発生した場合には検出することができない場合がある、という課題がある。又、特許文献４には異常振動の発生頻度の累積値を算出し、この累積値がプリイグニッション判定値以上の場合にプリイグニッションと判定する方法も開示されているが、オクタン価の低い燃料が使用された場合には、加速時等に生じるノックでも点火リタード補正が十分にされるまでは強い振動が高い頻度で発生するため、このような頻度のみを用いた場合にはノックを異常着火と誤判定する場合があるという課題がある。
【００１３】
この発明は、従来の装置に於ける前述の課題に鑑みてなされたもので、ノック及び、プリイグニッション又はポストイグニッションと呼ばれる異常着火を早期に区別して検出し、夫々の異常燃焼に適した抑制方法にて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部
と、前記検出した内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、前記内燃機関のシリンダブロックに取り付けられ、前記内燃機関の振動を検出する振動センサと、前記内燃機関の所定のクランク角範囲の間に前記振動センサにより検出された前記振動に於ける所定周波数範囲の振動レベルを抽出する振動レベル抽出部と、前記抽出した振動レベルとノック判定値とを比較し、前記振動レベルが前記ノック判定値以上であると判定された場合は、前記内燃機関にノックが発生したと判定して前記内燃機関の点火時期をリタード補正してノックを抑制するノック制御部とを有する内燃機関の制御装置であって、前記振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、前記フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、前記ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、前記フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、前記フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、前記内燃機関に異常着火が発生したと判定して前記異常着火を抑制する方向に前記燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、前記フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、前記フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、前記フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、内燃機関に異常着火が発生したと判定して前記異常着火を抑制する方向に燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部を備えるようにしたので、ノックと異常着火を区別でき、夫々の異常燃焼に適した制御を実行できるため、適切に異常燃焼を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を適用した内燃機関全体を概略的に示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の制御部分を概略的に示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、スペクトル解析結果を示す説明図である。
【００１７】
【図５】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ノックセンサ信号を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ゲイン補正動作を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、フィルタ処理動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、内燃機関の回転速度に基づく振動レベルに対する補正量、気筒毎の振動レベルの補正量を示す説明図である。
【００１８】
【図９】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、フィルタ処理後の動作を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、振動レベルとリタード補正量を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於ける、ノック制御部と異常着火制御部を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於ける、スペクトル解析結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態１による内燃機関のノック制御装置について詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関のノック制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す構成図である。尚、自動車等車両用の内燃機関は、通常、複数のシリンダ及びピストンを備えているが、図１では説明の便宜上、一つのシリンダ及びピストンのみを示している。
【００２０】
図１に於いて、内燃機関１の吸気系１００の上流側にはエアフィルタ５０が設けられ、その下流側にエアフィルタ５０を介して吸入した空気を貯留するサージタンク５が設けられている。サージタンク５は、インテークマニホールド５１を介して内燃機関１の複数のシリンダに連結されている。
【００２１】
サージタンク５０の上流側に設けられた電子制御式スロットルバルブ２は、電子的に開度が制御されて吸気系１００の吸入空気流量を調整する。この電子制御式スロットルバルブ２の上流側に設けられたエアフローセンサ４は、吸気系１００に於ける吸入空気流量を測定し、その測定値に対応した吸入空気量信号を出力する。
【００２２】
スロットル開度センサ３は、電子制御式スロットルバルブ２の開度を測定し、その測定値に対応したスロットルバルブ開度信号を出力する。尚、電子制御式スロットルバルブ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。
【００２３】
サージタンク５に設けられたインテークマニホールド圧力センサ（以下、単に、インマニ圧センサと称する）６は、サージタンク５内の吸気圧、従ってインテークマニホールド５１内の吸気圧を測定し、その測定値に対応するインテークマニホールド圧力信号（以下、単に、インマニ圧信号と称する）を出力する。尚、この実施の形態１では、エアフローセンサ４とインマニ圧センサ６との両方を設けているが、何れか一方のみを設けるようにしても良い。
【００２４】
サージタンク５の下流の吸気ポートには電子制御式ＶＶＡ（Variable Valve Actuation：可変動弁機構）７が設けられており、吸気バルブの開閉タイミング、作動角、リフト量のうち１つ以上の可変制御が可能となっている。又、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。尚、インジェクタ８は内燃機関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。
【００２５】
又、内燃機関１には、シリンダ内の混合気に点火するための点火コイル９及び点火プラグ１０、内燃機関１の回転速度やクランク角度を検出するためにクランク軸及びカム軸に設けられたプレート１１０のエッジを検出するためのクランク角センサ１１ａ及びカム角センサ１１ｂ、及び、内燃機関１のシリンダブロックの振動を検出するためのノックセンサ１２が夫々に設けられている。車両の運転席の足元に設けられたアクセルにはアクセル開度センサ１３が取り付けられており、このアクセル開度センサ１３は、電子制御式スロットルバルブ２に後述の電子制御ユニットを介して電気的に接続されている。
【００２６】
図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の制御部分を概略的に示すブロック図である。図２於いて、エアフローセンサ４により測定され
た吸入空気流量と、インマニ圧センサ６により測定されたインマニ圧と、スロットル開度センサ３により測定された電子制御式スロットルバルブ２の開度と、クランク角センサ１１ａ及びカム角センサ１１ｂから出力され、クランク軸及びカム軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスと、ノックセンサ１２により測定された内燃機関の振動波形と、アクセル開度センサ１３により測定されたアクセル開度は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）１４に入力される。
【００２７】
又、前述以外の各種センサ３００からもＥＣＵ１４に測定値が入力され、更に、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）４００からの信号もＥＣＵ１４に入力される。ＥＣＵ１４では、クランク角センサ１１ａ及びカム角センサ１１ｂから出力されるパルスに基づいて、内燃機関１の気筒情報及び内燃機関１の回転速度、更に内燃機関１の回転に同期した処理実施のタイミングを演算する。
【００２８】
ＥＣＵ１４は、吸入空気流量や内燃機関１の回転速度等の内燃機関１の運転状態とアクセル開度に基づいて目標スロットル開度を算出して電子制御式スロットルバルブ２を制御し、更に、内燃機関１の運転状態に応じて電子制御式ＶＶＡ７を制御し、目標空燃比を達成するようにインジェクタ８を駆動し、且つ、目標点火時期を達成するように点火コイル９への通電制御を行なう。又、前述以外の各種アクチュエータ５００への指示値も算出し各種アクチュエータを制御する。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を示すブロック図である。図３に於いて、ノックセンサ１２及びＥＣＵ１４は、夫々、図１及び図２に示しノックセンサ１２及びＥＣＵ１４に対応する。ＥＣＵ１４は、各種のＩ／Ｆ回路１４１とマイクロコンピュータ１４２とからなる。マイクロコンピュータ１４２は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、制御プログラムや制御定数を記憶しておくＲＯＭ領域、プログラムを実行した際の変数を記憶しておくＲＡＭ領域等から構成されている。
【００３０】
各種のＩ／Ｆ回路１４１は、ノック制御用のＩ／Ｆ回路４０１を備えている。このノック制御用のＩ／Ｆ回路４０１は、ノックセンサ１２の信号出力の高周波成分を除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）と、ノックセンサ１２の信号出力レベルをゲイン補正するアンプ（ＡＭＰ）とから構成されている。
【００３１】
マイクロコンピュータ１４２は、Ａ／Ｄ変換部４０２と、ゲイン補正部４１２と、振動解析部４０３と、振動レベル抽出部４０４と、ノック判定値演算部４０５と、ノック判定部４０６と、ノック強度算出部４０７と、点火リタード量算出部４０８と、フィルタ処理部４０９と、異常着火判定部４１０と、燃料カット・吸入空気量低減処理部４１１とを備える。Ａ／Ｄ変換部４０２と、ゲイン補正部４１２と、振動解析部４０３と、振動レベル抽出部４０４とは、共通部分としての振動レベル算出部を構成し、フィルタ処理部４０９と、異常着火判定部４１０と、燃料カット・吸入空気量低減処理部４１１とは、異常着火抑制制御部を構成する。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部４０２は、マイクロコンピュータ１４２のＡ／Ｄ変換器により構成され、例えば、１０［μｓ］や２０［μｓ］等の一定の時間間隔毎にＩ／Ｆ回路４０１からのアナログ信号をディタル信号に変換する。尚、このＡ／Ｄ変換は常時行うようにしても良く、或いは異常着火やノックによる異常振動が発生する期間、例えば、ＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡまでのウインドウ区間のみで行うようにしてもよい。尚、ＢＴＤＣはピストンの上死点前（Before Top Death Center）、ＡＴＤＣはピストンの上死点後
（After Top Death Center）、を夫々意味する。
【００３３】
振動解析部４０３は、ノック固有の周波数離散成分を抽出するための周波数解析を行うための振動解析処理を行なう。この処理は、Ａ／Ｄ変換部４０２によるＡ／Ｄ変換の完了後、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度、例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡまでの間に実施される。前述の振動解析処理として、例えば、デジタルバンドパスフィルタによるフィルタ処理を用いても良いし、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）処理により対象周波数のスペクトル解析処理を行うようにしても良い。又、解析対象周波数としても単一に限るものでもなく、２以上の周波数帯を同時解析するようにして良い。この実施の形態１では、単一周波数帯のスペクトル解析による振動解析処理を行なう場合について説明する。
【００３４】
振動レベル抽出部４０４は、前述のウインドウ区間、例えば、ＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡ内のノックセンサ１２の出力波形をスペクトル解析して算出した結果に基づいて振動レベルを算出する。この振動レベル抽出部４０４に於ける処理は、振動解析部４０３に於ける処理と同様に、Ａ／Ｄ変換部４０２によるＡ／Ｄ変換完了後に、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度、例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡまでの間に実施される。
【００３５】
図４は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於けるスペクトル解析結果を示す説明図であり、振動解析部４０３及び振動レベル抽出部４０４によるスペクトル解析結果の例を示す。図４に於いて、(Ａ)はノック時のウインドウ区間内のスペクトル、(Ｂ)はノックなし時のウインドウ区間内のスペクトル、（Ｃ）は異常着火時のウインドウ区間内のスペクトルを夫々示し、縦軸はスペクトル、横軸はクランク角（ＣＡ）である。
【００３６】
図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に於いて、実線ａ、ｂ、ｃは、夫々短時間フーリエ変換により算出された単一周波数帯のスペクトル生値である。図４の（Ａ）に示すノック時スペクトルの生値ａは全体的に大きな値となり、（Ｂ）に示すノックなし時のスペクトルの生値ｂは全体的に小さな値となる。従って、（Ａ）に示すノックによる振動ａ１のピーク値Ｖｐは、（Ｂ）に示すノックなし時のスペクトル生値ｂのピーク値Ｖｐとは明確に区別することができ、ウインドウ区間内のスペクトル生値のピーク値Ｖｐを振動レベルとして用いることで、通常は良好なＳ／Ｎ比を確保することができる。
【００３７】
又、図４の（Ｃ）に示す異常着火発生時のスペクトル生値ｃは、ノック時のスペクトル生値ａと比べて非常に大きい値となる。このため、（Ｃ）に示す異常着火による振動ｃ１のピーク値Ｖｐは、（Ａ）、（Ｂ）に示すピーク値Ｖｐとは明確に区別することができ、ウインドウ区間内のスペクトル生値ｃのピーク値Ｖｐを振動レベルとして用いることで、異常着火時のピーク値Ｖｐと異常着火以外（ノックも含む）の良好なＳ／Ｎ比が確保することができる。
【００３８】
ところで、図４の（Ｃ）に示すような異常着火による異常振動ｃ１が発生した場合、前述のＩ／Ｆ回路４０１に於けるゲイン補正するアンプのゲイン設定によってはノックセンサ１２の出力信号の振幅が大きく、次に説明するようにＡ／Ｄ変換部４０２に於けるデジタル値変換可能なレンジを超えてしまう可能性がある。
【００３９】
図５は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ノックセンサ信号を示す説明図であり、（Ａ）はノック時のノックセンサ信号（ゲイン１倍）ａｗ、（Ｂ）はノックなし時のノックセンサ信号（ゲイン１倍）Ｂｗ、（Ｃ）は異常着火時のノックセンサ信号（ゲイン１倍）ｃｗ、（Ｄ）は異常着火時のノックセンサ信号（ゲイン０．５倍）ｃｗ１を、夫々示している。図５の（Ａ）〜（Ｄ）に於いて、縦軸は電圧、横軸はクランク角を示す。一般的なマイクロコンピュータのＡ／Ｄ変換器は、０［Ｖ］から５［Ｖ］の電圧をデジタル値化する場合が多いことから、図５（Ａ）〜（Ｄ）は、２．５［Ｖ］
にバイアスされた状態でＡ／Ｄ変換部４０２に入力されるノックセンサ信号の例を示している。
【００４０】
図５の（Ａ）に示すノック時のノックセンサ信号ａｗは、ノックによる振動ａ１の最大振幅が０［Ｖ］〜５［Ｖ］の範囲内にあり、又、（Ｂ）に示すノックなし時のノックセンサ信号ｂｗは、インパルスノイズｂ１があってもその最大振幅が０［Ｖ］〜５［Ｖ］の範囲内にあり、夫々適正なレベルのゲイン設定であると言えるが、（Ｃ）に示す異常着火時のノックセンサ信号ｃｗは、異常着火による振動ｃ１の最大振幅が０［Ｖ］〜５［Ｖ］の範囲を超えており、そのレンジオーバー部分ｃ１１、ｃ１２は、０［Ｖ］又は５［Ｖ］に固定されてしまう。このため、振動解析部４０３によるＡ／Ｄ変換の完了後のノックセンサ信号のスペクトル解析では正確なスペクトルが算出できないという問題が発生する。
【００４１】
そこで、図３に示す前述のゲイン補正部４１２によりノックセンサ信号のゲイン補正を実施するが、次に、そのゲイン補正部４１２によるゲイン補正の詳細を説明する。図６は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ゲイン補正動作を示すフローチャートである。図６のフローチャートに示す処理は、Ａ／Ｄ変換部４０２によるノックセンサ信号のＡ／Ｄ変換完了後、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度（例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡ）までの間に実施される。
【００４２】
図６に於いて、ステップＳ６０１では、例えば下記のように内燃機関１の回転速度に応じてゲイン（ＧＡＩＮ）をセットする。
ゲイン設定例
ＧＡＩＮ＝２．０倍・・・回転速度２０００［ｒ／ｍｉｎ］以下
ＧＡＩＮ＝１．０倍・・・回転速度２０００〜４０００［ｒ／ｍｉｎ］
ＧＡＩＮ＝０．５倍・・・回転速度４０００［ｒ／ｍｉｎ］以上
【００４３】
続くステップＳ６０２では、前述のウインドウ区間内に於けるゲイン補正前のノックセンサ信号のＡ／Ｄ変換値の最大値と最小値を算出する。次にステップＳ６０３に於いて、ステップ６０２にて算出した最大値が上限値（例えば、４．９［Ｖ］）以上であるか、又は、最小値が下限値（例えば、０．１［Ｖ］）以下であるかを判定する。その判定の結果、ゲイン補正前のＡ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最大値が上限値を超えていないこと、及びゲイン補正前のＡ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最小値が下限値以下ではないこと、のうちの少なくとも一方である場合（ＮＯ）には、ステップＳ６０５に進む。
【００４４】
一方、ステップＳ６０３での判定の結果、ゲイン補正前のＡ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最大値が上限値を超えておらず、且つゲイン補正前のＡ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最小値が下限値以下でなければ（ＹＥＳ）、ステップＳ６０４に進む。ステップＳ６０４では、ゲイン低減カウンタ（ＧＡＩＮＣＮＴ）（図示せず）を、例えば、２０行程にセットし、ステップＳ６０５に進む。ステップＳ６０５では、ゲイン低減カウンタ（ＧＡＩＮＣＮＴ）を図６のフローチャートによる処理の処理周期毎に「０」までデクリメントする。
【００４５】
次のステップＳ６０６では、ゲイン低減カウンタ（ＧＡＩＮＣＮＴ）が「０」でない場合に、例えば下記のようにゲイン（ＧＡＩＮ）を再セットする。
ゲイン設定例
ＧＡＩＮ＝ＧＡＩＮＬＯＷ(０．５倍)・・・ＧＡＩＮＣＮＴ≠０
【００４６】
以上のようにステップＳ６０６により最終決定したゲイン（ＧＡＩＮ）に応じて、次のステップＳ６０７に於いてＩ／Ｆ回路４０１へゲイン切換を指示し、ステップＳ６０８に進む。ステップＳ６０８では、次式（１）によりゲイン補正後のＡ／Ｄ変換値を算出する。
ゲイン補正後Ａ／Ｄ変換値＝［Ａ／Ｄ変換値］÷［ゲイン（ＧＡＩＮ）］
・・・・・・式（１）
【００４７】
以上述べたように、所定レベル以上の振動が生じた場合に、所定時間の間、ゲイン補正部４１２によりゲインを低減させるゲイン補正を実施する。これにより、連続して異常振動が発生する場合に於いて、図５の（Ｄ）に示すように２回目以降の異常着火によるノックセンサ信号ｃｗ１は、適正なゲインにてＡ／Ｄ変換を実施することができ、異常着火による振動ｃ１０の最大振幅を５［Ｖ］と０「Ｖ」の範囲内とすることができる。
【００４８】
尚、ゲイン低減を判定する条件としては、前述の方法に限らず、例えば、Ａ／Ｄ変換後のノックセンサ信号の最大値と最小値との差が所定値以上の場合としても良いし、振動解析部４０３又は振動レベル抽出部４０４での振動レベル抽出処理の結果、ウインドウ区間内のピーク値が所定値以上の場合としてもよい。又、ステップＳ６０８のようにＡ／Ｄ変換値をゲインで除算しておくことで、図３の振動解析部４０３以降の処理ではゲインの設定に関わらず、ゲイン「１」倍相当の値として処理することができる。以上で、Ａ／Ｄ変換部４０２、ゲイン補正部４１２、振動解析部４０３、振動レベル抽出部４０４からなる共通部分としての振動レベル算出部について説明した。
【００４９】
次に、図３に示すノック判定値演算部４０５と、ノック判定部４０６と、ノック強度算出部４０７と、点火リタード量算出部４０８とからなるノック制御部について説明する。このノック制御部による処理は、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度（例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡ）毎に実施される。振動レベル抽出部４０４にて算出されたノック制御用の振動レベルＶｐは、ノック判定値演算部４０５によるノック判定値演算により、先ず、次式（２）によりフィルタ処理を行って平均化される。
ＶＢＧＬ(ｎ)＝Ｋ×ＶＢＧＬ(ｎ−１)＋（１−Ｋ）×Ｖｐ(ｎ)
・・・・・・式（２）
ここに、ＶＢＧＬ(ｎ)：フィルタ値、Ｖｐ(ｎ)：振動レベル、Ｋ：フィルタ係数、
ｎ:現行程、ｎ−１：前行程
【００５０】
続いて、次式（３）によりノック判定のためのノック判定値ＶＴＨ(ｎ)を得る。
ＶＴＨ(ｎ)＝ｍｉｎ{ＶＢＧＬ(ｎ)×Ｋｔｈ＋Ｖｏｆｓ, ＶＴＨｍａｘ}
・・・・・・式（３）
ここに、Ｋｔｈ：ノック判定値係数、Ｖｏｆｓ：ノック判定値オフセット、
ＶＴＨｍａｘ：ノック判定値上限値
【００５１】
尚、ノック判定値の演算として、振動レベルのばらつきを正規分布と仮定して、次式（４）のように算出しても良い。
ＶＴＨ(ｎ)＝ｍｉｎ{ＶＢＧＬ(ｎ)＋Ｋｔｈ×Ｖｓｉｇｍａ(ｎ)，ＶＴＨｍａｘ}
・・・・・・式（４）
ここに、Ｖｓｉｇｍａ(ｎ)：振動レベルの標準偏差、
Ｋｔｈ：ノック判定値係数（例えば「３」）
【００５２】
次に、ノック判定部４０６では、振動レベルＶｐとノック判定値ＶＴＨとを比較し、振動レベルＶｐがノック判定値ＶＴＨ以上である場合にノック発生と判定する。続くノック強度算出部４０７では次式（５）によりノックの強さに応じた信号であるノック強度を算出する。
ＶＫ(ｎ)＝ｍａｘ{Ｖｐ(ｎ)−ＶＴＨ(ｎ),０}／ＶＴＨ(ｎ)
・・・・・・式（５）
ここに、ＶＫ(ｎ)：ノック強度
（ＶＫ(ｎ)＞０の時にノック有りと判定する）
【００５３】
点火リタード量算出部４０８ではリタード補正量を算出するが、先ず、次式（６）により、１点火毎のノック強度に応じたリタード補正量を算出する。
ΔθＲ(ｎ)＝−ＶＫ(ｎ)×Ｋｇ ・・・・・・式（６）
ここに、ΔθR(n)：１点火毎のリタード量[ｄｅｇＣＡ ＢＴＤＣ]、
Ｋｇ：リタード量反映係数（Ｋｇ＞０）
【００５４】
続いて、点火リタード量算出部４０８では１点火毎のリタード量を積算し、点火時期のノック補正量を演算するが、ノック発生がない場合は、進角復帰するようにして、リタード補正量を算出する。これは次式（７）により演算される。
θＲ(ｎ)＝ｍｉｎ{ｍａｘ{θＲ(ｎ−１)＋ΔθＲ(ｎ)＋Ｋａ,θＲｍａｘ},０}
・・・・・・式（７）
ここに、θＲ(ｎ)：リタード補正量[ｄｅｇＣＡ ＢＴＤＣ]、
Ｋａ：進角復帰定数、
θＲｍａｘ：最大リタード補正量[ｄｅｇＣＡ ＢＴＤＣ]
【００５５】
式（７）により演算したリタード補正量θＲ(ｎ)を用いて、点火時期が補正される。尚、ここではリタード補正量θＲ(ｎ)は進角方向を正としている。以上、ノック検出時に点火時期をリタードしてノックを抑制するノック制御を実現する処理方法について説明した。
【００５６】
次に、フィルタ処理部４０９と、異常着火判定部４１０と、燃料カット・吸入空気量低減処理部４１１とにより構成される異常着火抑制制御部について説明する。この異常着火抑制制御部による異常着火抑制処理も、内燃機関１の回転同期処理が実施されるクランク角度（例えば、ＢＴＤＣ８０°ＣＡ）毎に実施される。
【００５７】
振動レベル抽出部４０４により算出された振動レベルＶｐは、フィルタ処理部４０９に於いてフィルタ処理が実施されるが、次にこのフィルタ処理の詳細を説明する。図７は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、フィルタ処理動作を示すフローチャートである。図７に於いて、ステップＳ７０１では、先ず、以降の処理に用いる現行程の振動レベルＶｐ(ｎ)を取得する。続くステップＳ７０２及びステップＳ７０３では、振動レベルＶｐ(ｎ)に対し、内燃機関１の回転速度に基づく補正、及び気筒毎の補正
を実施する。
【００５８】
図８は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、内燃機関の回転速度に基づく振動レベルＶｐ（ｎ）に対する補正量、及び気筒毎に対応する振動レベルＶｐ（ｎ）に対する補正量を示す説明図であり、（Ａ）は内燃機関の回転速度に対応する補正量、（Ｂ）は気筒毎の補正量を示す。図７のステップＳ７０２による内燃機関１の回転速度に基づく振動レベルＶｐ（ｎ）の補正は、図８の（ａ）に示す内燃機関１の回転速度に基づいて検索、補間されるテーブルに補正値を記憶させておき、現在の内燃機関１の回転速度に基づいてそのテーブルから検索、補間して算出された補正量を振動レベルＶｐ(
ｎ)に乗算することで実施される。
【００５９】
前述の振動レベルＶｐ（ｎ）に対する補正値としては、図８の（Ａ）に示すように、例えば、内燃機関１の回転速度が３０００〜４０００［ｒ／ｍｉｎ］程度の場合に発生する異常着火時の振動レベルの最大値を基準として、低回転側での異常着火時の振動レベルの最大値が小さい場合には、例えば、１．２〜１．５倍程度の補正を実施し、高回転側での正常燃焼及びノック時の振動レベルの最大値が後述する異常着火判定値との余裕が少ない場合には、例えば、０．８〜０．９倍程度の補正を実施するようにすればよい。
【００６０】
又、気筒毎の補正は、図８の（Ｂ）に示すように、気筒情報に基づいて検索されるテーブルに補正値を記憶させておき、現在の気筒情報に基づいてこのテーブルから検索して算出された補正量を振動レベルＶｐ(ｎ)に乗算することで実施される。この気筒毎の補正値としては、例えば、４気筒内燃機関で２気筒と３気筒の間にノックセンサが取り付けられている場合、１気筒及び４気筒で発生する異常着火時の振動レベルの最大値が、２気筒及び３気筒で発生する異常着火時の振動レベルの最大値より小さい場合には、例えば、１．２倍程度の補正を実施することで、気筒間差を補正することができる。このようにして補正後の振動レベルＶｐｃ(ｎ)が算出される。
【００６１】
尚、この気筒毎の補正は、前述のように振動レベルＶｐ(ｎ)に対して実施してもいいし、後述する異常着火判定値を別設定することで実施してもよい。
【００６２】
図７に於いて、続くステップＳ７０４では、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)と振動レベルの上限値を比較する。補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)が上限値より大きい場合にはステップＳ７０５にて補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)に上限値を代入してステップＳ７０６に進み、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)が上限値より小さい場合には何もせずステップＳ７０６に進む。
【００６３】
次に、ステップＳ７０６では、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)と後述するフィルタ後補正後振動レベルの前行程値Ｖｐｃｆ(ｎ−１)とを比較する。ここで、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)が前回フィルタ後補正後振動レベルＶｐｃｆ(ｎ−１)以上であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ７０７にてフィルタ係数ＫＦにＫ１を代入し、補正後振動レベルＶｐｃ(ｎ)が前回フィルタ後補正後振動レベルＶｐｃｆ(ｎ−１)より小さい場合（Ｎｏ）は、ステップＳ７０８にてフィルタ係数ＫＦにＫ２を代入する。
【００６４】
続くステップＳ７０９では、次式（８）によりフィルタ処理が実施される。
Ｖｐｃｆ(ｎ)＝ＫＦ×Ｖｐｃｆ(ｎ−１)＋（１−ＫＦ）×Ｖｐｃ(ｎ)
・・・・・・式（８）
ここに、Ｖｐｃｆ(ｎ)：フィルタ後補正後振動レベル、
Ｖｐｃ(ｎ)：補正後振動レベル、ＫＦ：フィルタ係数
【００６５】
ここで、式（８）で表されるフィルタ処理の時定数τは、次式（９）により表される。
τ＝−Δt／ｌｎ(ＫＦ) ・・・・・・式（９）
ここに、Δt：処理周期、ｌｎ：自然対数
【００６６】
処理周期Δtが一定の時、フィルタ係数Ｋ１≦Ｋ２とすると、フィルタ処理の時定数τ
は、τ１≦τ２（τ１、τ２は、夫々フィルタ係数Ｋ１、Ｋ２から算出された時定数）となる。つまり、フィルタ係数Ｋ１≦Ｋ２の場合、ステップＳ７０７で選択されるフィルタ係数Ｋ１は、ステップＳ７０８で選択されるフィルタ係数Ｋ２の場合より、現行程に於ける振動レベルの反映率が大きくなる（フィルタ処理における時定数が小さくなる）といえる。
【００６７】
図９は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、フィルタ処理後の動作を示す説明図であり、（Ａ）はフィルタ係数の切換なしの場合、（Ｂ）はフィルタ係数を切換えた場合を示し、縦軸は振動レベル、横軸は時間を示している。強い振動が断続的に発生し、振動レベルａが図示のように断続的に現われる場合、図９の（ａ）のフィルタ係数切換なしの場合では、時定数が小さい場合のフィルタ後補正後振動レベルｂ１の低下が早く、時定数が大きい場合のフィルタ後補正後振動レベルｂ２の上昇が少ないため、フィルタ後補正後振動レベルｂ１、ｂ２が異常着火判定値Ｈに到達しにくいが、（Ｂ）のフィルタ係数を切換えた場合では、フィルタ後補正後振動レベルｂの上昇側への追従を早く、下降側への追従を遅くすることができるので、フィルタ後補正後振動レベルｂを振動の大きさと頻度に応じて異常着火判定値Ｈに到達させるよう操作することが可能になる。このようにして図３のフィルタ処理部４０９でのフィルタ処理が実施される。
【００６８】
続く図３の異常着火判定部４１０では、点火リタード量と異常着火判定実行リタード量、フィルタ後補正後振動レベルＶｐｃｆ(ｎ)と異常着火判定値Ｈを夫々比較し、点火リタード量が異常着火判定実行リタード量以上にリタードしており、且つ、フィルタ後補正後振動レベルＶｐｃｆ(ｎ)が異常着火判定値Ｈ以上である場合に異常着火と判定する。
【００６９】
図１０は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、振動レベルとリタード補正量を示す説明図であり、（Ａ）は、異常着火判定時の振動レベルａ、ノック判定値Ｎ、フィルタ後補正後振動レベルｂの挙動を示し、縦軸は振動レベル、横軸は時間を示す。（Ｂ）は、点火時期の挙動を示し、縦軸はリタード量、横軸は時間である。異常着火の発生前には、図１０の(Ａ)に於いて時刻Ｔ[ｓ]までの波形に示すように、その予兆とも言える比較的大きな振動レベルａのノックが発生し、これに対応して図１０の(Ｂ)に示すように点火時期がリタード補正される。
【００７０】
しかし、異常着火が発生すると、図１０の(Ａ)に示す時刻Ｔ[ｓ]以降のように、一気に振動レベルａが大きくなり、これに対応して図１０の（Ｂ）に示すように点火リタード量ｅが異常着火判定実行リタード量ｄ以上にリタードしており、フィルタ後補正後振動レベルｂで示されれるＶｐｃｆ(ｎ)が異常着火判定値Ｈを上回った場合に、異常着火発生と判定される。
【００７１】
ここで、異常着火は点火時期に関わらず発生するので、異常着火を判定する前には点火時期を十分にリタード補正しておく必要がある。こうしておかないと、点火時期により制御できるノックを異常着火と誤判定してしまう恐れがあるためである。そこで、異常着火を判定する前に点火時期を十分にリタード補正するために、ノック判定値上限値Ｎ１を異常着火判定値Ｈより小さい値にしておくことで、異常着火発生時には必ず点火時期はリタ
ードされ、また、点火リタード量が十分にリタードしたかについても判定しているのでこのような誤検出を防ぐことができる。
【００７２】
次に、図３の燃料カット・吸入空気量低減処理部４１１では、異常着火判定時に、燃料カット、吸入空気量低減による異常着火抑制制御が実施される。異常着火が発生した場合、これを抑制するには筒内の温度を低下させることが有効である。そこで、筒内温度を低下させるための方法としては、吸入空気量の低減により内燃機関１の負荷を下げて筒内温度の低減を図ることや、数行程間燃料カットすることで強制的に筒内を掃気して筒内の温度を低下させることが有効である。これらの方法を併用して使用することで、迅速に異常着火の抑制制御を行うことができる。
【００７３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置について説明する。実施の形態の内燃機関の制御装置は、実施の形態１とほぼ同様のため、明確な違いのある、図３の振動解析部４０３及び振動レベル抽出部４０４における処理について、主として説明する。
【００７４】
図１１は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於ける、ノック制御部と異常着火制御部を示すブロック図である。前述の実施の形態１に於ける図３に示す振動解析部４０３及び振動レベル抽出部４０４では、前述のウインドウ区間（例えば、ＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡ）内のノックセンサ波形をスペクトル解析して算出した結果を基に振動レベルを算出するようにしたが、実施の形態２では、図１１に示すように、振動レベル抽出部４０４で算出される振動レベルを、ノック制御用の振動レベルＶｐと異常着火抑制制御用の振動レベルＶｐ１とで別々に算出することが特徴である。
【００７５】
図１２は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於ける、スペクトル解析結果を示す説明図であり、振動解析部４０３及び振動レベル抽出部４０４によるスペクトル解析結果の例を示し、（Ａ）はノック時スペクトル、（Ｂ）はノックなし時スペクトル、（Ｃ）は異常着火時スペクトルを、夫々示す。図１２の（Ａ）〜（Ｃ）に於いて、手て軸はスペクトル、横軸はクランク角を示す。
【００７６】
図１２に於いて、細実線ａは短時間フーリエ変換により算出された単一周波数帯のスペクトル生値である。細実線で示すスペクトル生値ａは、図１２の（Ａ）に示すノック時スペクトルでは全体的に大きな値を示し、（Ｂ）に示すノックなし時のスペクトルではスペクトル生値ｂは全体的に小さな値を示すが、例えば電気ノイズ等のインパルス的なノイズｂ１が重畳した場合、（Ｂ）のようにノック時と同等のレベルのスペクトルが生じる場合がある。
【００７７】
そのため、振動レベルとしてスペクトル生値ａのピーク値Ｖｐ１を用いた場合には、通常、ノック時と正常燃焼時は良好なＳ／Ｎ比を示すが、(Ｂ)に示すようなノイズ重畳時にはノイズ成分が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が低くなる場合がある。又、ノック検出ウインドウ内スペクトルの全平均である平均値Ｒでは、(Ｂ)に示すようなノイズ重畳時でもノイズ成分が低く抑えられ、ノック時と正常燃焼時は良好なＳ／Ｎ比を示すが、(Ａ)に示すようにノック振動の減衰が早い場合には信号成分が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が低くなる場合がある。
【００７８】
そこで、図１２の(Ａ)、(Ｂ)の太実線ｆに示すように、ノック検出ウインドウ内スペクトルの移動平均後のピークＶｐｏを用いると、(Ｂ)に示すようなインパルスノイズｂ１が重畳してもスペクトルの上昇は抑えられ、(Ａ)に示すようなノック時でもスペクトルの低下が抑えられるため、より多くの運転状態に於いてノック時と正常燃焼時の良好なＳ／Ｎ
比が確保できるようになる。
【００７９】
又、異常着火発生時のスペクトル生値は、図１２の(Ｃ)に示すように、（Ａ）に示すノック時のスペクトルと比べても十分に大きい値となる。異常着火の検出には、異常着火時の信号成分を低減させないためにスペクトル生値のピーク値Ｖｐ１を用いることで、異常着火と異常着火以外（ノックも含む）の良好なＳ／Ｎ比が確保できるようになる。
【００８０】
以上は、ノック制御用と異常着火抑制制御用で共通のウインドウ区間を用いた例であるが、夫々のウインドウ区間を別設定する方法も考えられる。例えば、図１２に於いて、ノック検出ウインドウとして例えばＴＤＣからＡＴＤＣ２０°ＣＡとした移動平均後ピーク値Ｖｐは、図１２の（Ａ)に於いては、ノック振動によるピーク値を含んでいるが、(Ｂ)
のインパルスノイズｂ１によるピーク値を含まないようにすることができる。
【００８１】
又、異常着火検出ウインドウとして例えばＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡとしたスペクトル生値のピーク値Ｖｐ１は、(Ｂ)に示すインパルスノイズｂ１は含むものの、(Ｃ)の異常着火による振動ｃ１を漏れなく検出できる。但し、(Ａ)に示すノック振動も(Ｂ)に示すインパルスノイズｂ１も(Ｃ)に示す異常着火による振動に比べると十分に小さいため、異常着火の検出性への影響は少ない。
【００８２】
以上のように、図１１に於けるノック判定値演算部４０５、ノック判定部４０６に用いるノック制御用の振動レベルＶｐには、ノック検出ウインドウ区間（例えばＴＤＣからＡＴＤＣ２０°ＣＡ）内の移動平均後ピーク値を、図１１のフィルタ処理部４０９に用いる異常着火抑制制御用の振動レベルＶｐ１として異常着火検出ウインドウ区間（例えばＢＴＤＣ１０°ＣＡからＡＴＤＣ４０°ＣＡ）内のスペクトル生値のピーク値を用いることが実施の形態２の特徴であり、これにより夫々の異常燃焼の検出性をより向上することができる。
【００８３】
以上述べた、この発明の実施の形態１、２による内燃機関の制御装置は、以下の特徴を備えるものである。
（１）この発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、前記検出した内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、前記内燃機関のシリンダブロックに取り付けられ、前記内燃機関の振動を検出する振動センサと、前記内燃機関の所定のクランク角範囲の間に前記振動センサにより検出された前記振動に於ける所定周波数範囲の振動レベルを抽出する振動レベル抽出部と、前記抽出した振動レベルとノック判定値とを比較し、前記振動レベルが前記ノック判定値以上であると判定された場合は、前記内燃機関にノックが発生したと判定して前記内燃機関の点火時期をリタード補正してノックを抑制するノック制御部とを有する内燃機関の制御装置であって、前記振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、前記フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、前記ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、前記フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、前記フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、前記内燃機関に異常着火が発生したと判定して前記異常着火を抑制する方向に前記燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部とを備えたことを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、ノックセンサの出力に基づいて、ノック及び異常着火（プリイグ、ポスイグ）を区別し、それぞれの異常燃焼に適した方法で抑制制御することができるという優れた効果がある。
【００８４】
（２）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記ノック判定値は、前記異常着火判定値より小さい値に設定されていることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、ノック判定値が異常着火判定値より小さい値に設定されているため、異常振動が発生した場合、まずノック制御により点火時期がリタード補正されるが、それにもかかわらず異常振動が継続し、フィルタ後振動レベルがノック判定値を上回るレベルの異常振動が発生した場合に、異常着火と判定して異常着火の抑制制御を実行することが可能となる。
【００８５】
（３）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記内燃機関の動作行程に於ける現行程での振動レベルが前行程での前記フィルタ処理後の振動レベル以上である場合には、前記現行程に於ける振動レベルが前記前行程に於けるフィルタ処理後振動レベルより小さい場合に比べて前記現行程に於ける振動レベルの反映率が大きくなるようにフィルタ係数を切換えることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、異常振動の頻度が低い場合においてもフィルタ後振動レベルの減衰率を低くすることができるため、高いレベルの異常振動が低い頻度で発生した場合にも異常着火として検出することが可能となる。
【００８６】
（４）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを上限値で制限するようにしたことを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、突発的に高いレベルの異常振動が発生した場合に異常着火の誤判定を防止することが可能となる。
【００８７】
（５）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを前記内燃機関の回転速度に応じて補正するようにしたことを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、振動レベルの内燃機関の回転速度による差を補正することが可能となり、回転速度が変化した場合においても、異常着火の誤検出を防止することが可能となる。
【００８８】
（６）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理後振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に算出する構成を含み、前記異常着火判定値は、前記気筒毎に設定されていることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、振動レベルの気筒間差を補正することが可能となる。
【００８９】
（７）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理後振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に算出する構成を含み、前記異常着火判定値は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に補正されることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、振動レベルの気筒間差を補正することが可能となる。
【００９０】
（８）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記異常着火抑制制御部は、前記内燃機関の異常着火の検出したときに、前記内燃機関に供給する燃料のカットと吸入空気量の低減との少なくとも一方により、前記異常着火を抑制することを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、この構成によれば、異常着火を適切に抑制することが可能となる。
【００９１】
（９）更に、この発明による内燃機関の制御装置は、前記振動レベル抽出部は、前記フィルタ処理部で用いる振動レベルを、前記ノック制御部で用いる振動レベルを抽出するクランク角範囲より広いクランク角範囲で抽出するようにしたことを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、この構成によれば、ノックを判定するための振動レベルの抽出方法と、異常着火を判定するための振動レベルの抽出方法とを別設定できるため、それぞれの異常燃焼により適した振動レベルの抽出が実施できる。
【００９２】
（１０）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記振動レベル抽出部は、前記フィルタ処理部で用いる振動レベルを所定クランク角範囲に於けるピーク値とし、前記ノック制御部で用いる振動レベルを前記所定クランク角範囲に於ける平均化処理後のピーク値とすることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、この構成によれば、ノックを判定するための振動レベルを抽出するクランク角間より、異常着火を判定するための振動レベルを抽出するクランク角間を広く設定しているため、異常着火を判定するための振動レベルをより正確に検出でき、ノックを判定するための振動レベルにノイズ成分が混入することを防止することができる。
【００９３】
（１１）又、この発明による内燃機関の制御装置は、前記振動レベル抽出部は、前記振動センサから出力される信号に対してゲインを可変とし、前記所定値以上の振動レベルを検出した場合に所定期間ゲインを低減させるゲイン補正部を備えていることを特徴とする。
このように構成されたこの発明による内燃機関の制御装置によれば、異常燃焼により振動センサの出力レベルが大きくなった場合においても、電子制御ユニット内のマイクロコンピュータにＡ／Ｄ変換器で取り込む際に、適正なレベルまでゲイン補正して取り込むことが可能となる。
【符号の説明】
【００９４】
１ 内燃機関 １００吸気系
５０ エアフィルタ ５ サージタンク
５１ インテークマニホールド ２ 電子制御式スロットルバルブ
４ エアフローセンサ ３ スロットル開度センサ
６ インテークマニホールド圧力センサ
７ 電子制御式ＶＶＡ ８ インジェクタ
９ 点火コイル １０ 点火プラグ
１１ａ クランク角センサ１１ａ １１ｂ カム角センサ
１２ ノックセンサ １３ アクセル開度センサ
２００ 排気系 １４ 電子制御ユニット
３００ 各種センサ ４００ 他のコントローラ
５００ 各種アクチュエータ １４１ Ｉ／Ｆ回路
１４２ マイクロコンピュータ ４０１ ノック制御用のＩ／Ｆ回路
４０２ Ａ／Ｄ変換部 ４１２ ゲイン補正部
４０３ 振動解析部 ４０４ 振動レベル抽出部
４０５ ノック判定値演算部 ４０６ ノック判定部
４０７ ノック強度算出部 ４０８ 点火リタード量算出部
４０９ フィルタ処理部 ４１０ 異常着火判定部
４１１ 燃料カット・吸入空気量低減処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記検出した内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、
前記内燃機関のシリンダブロックに取り付けられ、前記内燃機関の振動を検出する振動センサと、
前記内燃機関の所定のクランク角範囲の間に前記振動センサにより検出された前記振動に於ける所定周波数範囲の振動レベルを抽出する振動レベル抽出部と、
前記抽出した振動レベルとノック判定値とを比較し、前記振動レベルが前記ノック判定値以上であると判定された場合は、前記内燃機関にノックが発生したと判定して前記内燃機関の点火時期をリタード補正してノックを抑制するノック制御部と、
を有する内燃機関の制御装置であって、
前記振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、前記フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、
前記ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、前記フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、前記フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、前記内燃機関に異常着火が発生したと判定して前記異常着火を抑制する方向に前記燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ノック判定値は、前記異常着火判定値より小さい値に設定されている、
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。
【請求項３】
前記フィルタ処理部は、前記内燃機関の動作行程に於ける現行程での振動レベルが前行程での前記フィルタ処理後の振動レベル以上である場合には、前記現行程に於ける振動レベルが前記前行程に於けるフィルタ処理後振動レベルより小さい場合に比べて前記現行程に於ける振動レベルの反映率が大きくなるようにフィルタ係数を切換える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを上限値で制限するようにした、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを前記内燃機関の回転速度に応じて補正するようにした、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理後振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に算出する構成を含み、
前記異常着火判定値は、前記気筒毎に設定されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理後振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に算出する構成を含み、
前記異常着火判定値は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に補正されること、
を特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記異常着火抑制制御部は、前記内燃機関の異常着火の検出したときに、前記内燃機関に供給する燃料のカットと吸入空気量の低減との少なくとも一方により、前記異常着火を抑制する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記振動レベル抽出部は、前記フィルタ処理部で用いる振動レベルを、前記ノック制御部で用いる振動レベルを抽出するクランク角範囲より広いクランク角範囲で抽出するようにした、
ことを特徴とする請求項１乃至８のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記振動レベル抽出部は、前記フィルタ処理部で用いる振動レベルを所定クランク角範囲に於けるピーク値とし、前記ノック制御部で用いる振動レベルを前記所定クランク角範囲に於ける平均化処理後のピーク値とする、
ことを特徴とする請求項１乃至９のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記振動レベル抽出部は、前記振動センサから出力される信号に対してゲインを可変とし、前記所定値以上の振動レベルを検出した場合に所定期間ゲインを低減させるゲイン補正部を備えている、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記検出した内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、
前記内燃機関のシリンダブロックに取り付けられ、前記内燃機関の振動を検出する振動センサと、
前記内燃機関の所定のクランク角範囲の間に前記振動センサにより検出された前記振動に於ける所定周波数範囲の振動レベルを抽出する振動レベル抽出部と、
前記抽出した振動レベルとノック判定値とを比較し、前記振動レベルが前記ノック判定値以上であると判定された場合は、前記内燃機関にノックが発生したと判定して前記内燃機関の点火時期をリタード補正してノックを抑制するノック制御部と、
を有する内燃機関の制御装置であって、
前記振動レベル抽出部により抽出した振動レベルに対してフィルタ処理を施すとともに、前記フィルタ処理後の振動レベルを算出するフィルタ処理部と、
前記ノック制御部により所定値以上のリタード補正がなされたときに、前記フィルタ処理後の振動レベルと異常着火判定値とを比較し、前記フィルタ処理後の振動レベルが前記異常着火判定値以上であると判定された場合には、前記内燃機関に異常着火が発生したと判定して前記異常着火を抑制する方向に前記燃焼制御部を補正制御する異常着火抑制制御部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ノック判定値は、前記異常着火判定値より小さい値に設定されている、
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。
【請求項３】
前記フィルタ処理部は、前記内燃機関の動作行程に於ける現行程での振動レベルが前行程での前記フィルタ処理後の振動レベル以上である場合には、前記現行程に於ける振動レベルが前記前行程に於けるフィルタ処理後振動レベルより小さい場合に比べて前記現行程に於ける振動レベルの反映率が大きくなるようにフィルタ係数を切換える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを上限値で制限するようにした、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを前記内燃機関の回転速度に応じて補正するようにした、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理後振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に算出する構成を含み、
前記異常着火判定値は、前記気筒毎に設定されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理後振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に算出する構成を含み、
前記異常着火判定値は、前記フィルタ処理を施す前記振動レベルを前記内燃機関の気筒毎に補正されること、
を特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記異常着火抑制制御部は、前記内燃機関の異常着火の検出したときに、前記内燃機関に供給する燃料のカットと吸入空気量の低減との少なくとも一方により、前記異常着火を抑制する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記振動レベル抽出部は、前記フィルタ処理部で用いる振動レベルを、前記ノック制御部で用いる振動レベルを抽出するクランク角範囲より広いクランク角範囲で抽出するようにした、
ことを特徴とする請求項１乃至８のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記振動レベル抽出部は、前記フィルタ処理部で用いる振動レベルを所定クランク角範囲に於けるピーク値とし、前記ノック制御部で用いる振動レベルを前記所定クランク角範囲に於ける平均化処理後のピーク値とする、
ことを特徴とする請求項１乃至９のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記振動レベル抽出部は、前記振動センサから出力される信号に対してゲインを可変とし、前記所定値以上の振動レベルを検出した場合に所定期間ゲインを低減させるゲイン補正部を備えている、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２５２６８（Ｐ２０１２−２２５２６８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４０４３（Ｐ２０１１−９４０４３）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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