異常燃焼検出装置及び内燃機関制御装置
【課題】コストが大きく増加することなくＡＤ変換回路の入力レンジ範囲内の小さな異常燃焼から入力レンジ範囲を超える大きな異常燃焼を検出することができる異常燃焼検出装置及び内燃機関制御装置を安価に提供する。
【解決手段】ＡＤ変換回路８から出力されたデジタルデータに基づいて異常燃焼の大きさを判定すると共に、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出した場合は大きな異常燃焼を特定する。これにより、大きな異常燃焼と小さな異常燃焼を判断するための別々のＡＤ変換回路を準備する必要がないので、安価に異常燃焼検出を実現できる。
【解決手段】ＡＤ変換回路８から出力されたデジタルデータに基づいて異常燃焼の大きさを判定すると共に、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出した場合は大きな異常燃焼を特定する。これにより、大きな異常燃焼と小さな異常燃焼を判断するための別々のＡＤ変換回路を準備する必要がないので、安価に異常燃焼検出を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の異常燃焼を検出する異常燃焼検出装置、及びこの異常燃焼検出装置を備えた内燃機関制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の異常燃焼を検出する手段として内燃機関に振動センサを取付け、その振動センサからの波形を解析することにより内燃機関の異常燃焼を検出する方法が知られている（特許文献１参照）。尚、特許文献１には、検出方法は記載されているものの、振動センサからの波形を取得する具体的な回路の構成については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５２４４８９号公報
【特許文献２】特開平５−３４０３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば過給式小型エンジンにおいて、振動センサから出力される波形を確実に取得するためには、正常燃焼による波形からその約４０倍となる大きな異常燃焼による波形までを取得する必要がある。１つのＡＤ変換回路を用いて異常燃焼を検出する場合、ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲に波形（入力電圧）を収める必要があることから、大きな異常燃焼による波形に合わせると、ゲイン回路のゲインを小さく（例えば１／４０倍）設定しなければならない。このため、小さな異常燃焼による波形が小さくなってしまうので、小さな異常燃焼の検出が困難となるという課題を生じる。
【０００５】
このような課題を解決する方法として、ゲイン切替方法（特許文献２参照）、高分解能のＡＤ変換回路を用いる方法、大きな異常燃焼と小さな異常燃焼とを判定するために別々のＡＤ変換回路を用いる方法を容易に考え付くが、ゲイン切替方法は波形の大きさを検出してからゲインを切替えることから、ゲイン切替の遅延時間が生じ、異常燃焼判定期間毎に波形が激しく変化する場合にゲインが追従できず、微小波形の異常燃焼を正しく検出できないという課題がある。
一方、ノイズ成分と見分けが可能なように波形を正確に再現させる必要があることから、高速（例えば１ＭＨｚサンプリング）且つ高分解能（例えば１６bit）のＡＤ変換回路を用いているものの、このＡＤ変換回路より更なる高分解能品や、このＡＤ変換回路を２つ用いることは大変高価になるという課題もある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、振動センサから出力される波形をＡＤ変換回路でデジタルデータに変換することにより内燃機関の異常燃焼を検出する構成において、ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲内の小さな異常燃焼から入力レンジ範囲を超える大きな異常燃焼を検出することができる異常燃焼検出装置及び内燃機関制御装置を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
小さな異常燃焼による波形は正常燃焼による波形やノイズによる波形と正確に区別する必要があることから、正確な波形再現が必要となるが、大きな異常燃焼による大振幅の波形は振幅の大きさから明らかに異常と判断できる。そこで、請求項１の発明によれば、ゲインを正常燃焼と小さな異常燃焼とを比較できる適切な設定とし、ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲を超えるような大振幅の波形では大きな異常燃焼を特定する。これにより、大きな異常燃焼と小さな異常燃焼を判定するための別々のＡＤ変換回路を準備する必要がないことから、安価に異常燃焼検出を実現できる。
【０００８】
請求項２の発明によれば、瞬間的に一定振幅を超えるノイズによる誤判定を防止することができる。
振動センサから出力される異常燃焼による波形には所定周波数以下、例えば２３ＫＨｚ以下の周波数成分を主に含むことが分っていることから、この周波数成分以外の２３ＫＨｚを超えた周波数成分はノイズと判断してフィルタにより除き、２３ＫＨｚ以下の周波数成分のみの波形にて異常燃焼検出を実施する。この場合、ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲を超える波形がＡＤ変換回路に入力された場合は、超えた部分の波形が保護ダイオードにより削られることから、フィルタから出力される周波数成分がずれてしまうが、請求項３の発明によれば、フィルタにより誤って異なった周波数成分に変換されたデータにて異常燃焼を判断してしまうことを防止できる。
【０００９】
請求項４の発明によれば、ＡＤ変換回路へ入力する波形の頂点が入力レンジ範囲の上限値と一致した場合は、波形の頂点が入力レンジ範囲の例えば上限値と点で接することになり検出が不安定となるが、このような場合であってもＡＤ変換回路の入力レンジ範囲を超えることを確実に検出することができる。
請求項５の発明によれば、異常燃焼で発生しえる波形の最大周波数（例えば２３ＫＨｚ）にて一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったとみなすことができる最小時間にて検出するようにしたので、異常燃焼で発生しえる波形が一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったことを確実に検出できると共に、瞬間的なノイズによる誤判定を防止することができる。
請求項６の発明によれば、大きな異常燃焼は自然着火であり、最適な燃焼タイミングより早く発生することから、大きな異常燃焼が発生したタイミングでのクランク角度を検出することで内燃機関の点火タイミングを適切に制御することが可能となる。
【００１０】
請求項７の発明によれば、アナログフィルタにより高周波のノイズを除去し、その後段にＡＤ変換回路と検出回路を配置することでＡＤ変換回路に入力される波形と同じ波形を検出回路に入力することができるので、ＡＤ変換回路入力する波形が一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったことを確実に検出することができる。
請求項８の発明によれば、ＡＤ変換回路の基準電圧がずれた場合であっても検出回路の検出閾値も同様にずれることから、ＡＤ変換回路の基準電圧のズレに影響なく一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったことを検出することができる。
請求項９の発明によれば、異常燃焼の大きさに応じて内燃機関を適正に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態におけるエンジン制御装置の構成を示すブロック図
【図２】集積回路を示す機能ブロック図
【図３】波形の頂点がオーバーレンジ検出閾値と一致する場合のオーバーレンジ検出を説明する図
【図４】ＡＤ変換回路の入力波形の周波数と振幅の関係を示す図
【図５】異常燃焼信号を示す図
【図６】異常燃焼判定期間設定処理を示すフローチャート
【図７】異常燃焼判定処理を示すフローチャート
【図８】オーバーレンジ検出処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、エンジン制御装置の構成を示すブロック図である。このエンジン制御装置１（異常燃焼検出装置、内燃機関制御装置に相当）は、４気筒式のガソリン式エンジン（内燃機関に相当）を制御するものである。
図示しないエンジンのシリンダブロックには振動センサ２が取付けられている。この振動センサ２はシリンダブロックの振動を検出するセンサで、異常燃焼検出時にシリンダブロックの振動に対応する信号（以下、異常燃焼信号という）を出力する。この異常燃焼信号の波形の大きさに基づいて燃焼の大きさ、つまり小さな異常燃焼か大きな異常燃焼かが判定される。小さな異常燃焼（ノック）とは、燃焼室内の混合気中に燃料と空気の混合状態が不均一となっている部分（特に、燃料が濃くなっている部分等、シリンダの端のガス（エンドガス）で自己着火し得る状態の燃料が残っている部分）が存在し、スパークプラグの点火により火炎伝播される前にその不均一部分で自己着火してしまう異常燃焼に起因してシリンダブロックが振動する現象である。大きな異常燃焼（プレイグニッション）とは、スパークプラグで点火する前にエンジン内部のカーボンが燃焼により赤熱状態になったものやスパークプラグそのものが過熱したヒートスポット（熱源）により自然着火してしまう異常燃焼に起因してシリンダブロックが振動する現象である。
【００１３】
振動センサ２からの異常燃焼信号は、コネクタ３を介してエンジン制御装置１に接続されており、入力信号のうち、異常燃焼信号に対応した高周波信号成分を通過させ、直流成分を含む不要な低周波信号成分（例えば５KHｚ以下）を除去し、２．５Ｖを中心の信号に変換する入力回路４に入力され、入力回路４から入力された信号をゲイン回路５において所定のゲイン（例えば５倍〜１／５倍）で増幅若しくは減衰されてから集積回路６に与えられる。この集積回路６は、アナログフィルタ７、ＡＤ変換回路８、デジタルフィルタ９、オーバーレンジ検出回路１０（検出回路に相当）、クランクタイマ１１から構成されており、処理したデータをエンジン制御マイコン１２（判定手段、クランク角度検出手段に相当）に出力する。
【００１４】
一方、エンジンにはクランクセンサ１３が取付けられており、クランク軸が所定のクランク角度（例えば１８０°）回転する毎にクランクタイマ１１にパルス信号を出力する。クランクタイマ１１は、クランクセンサ１３からの信号に基づいて圧縮行程上死点（以下、ＴＤＣという）から次のＴＤＣとなるまでのＴＤＣ間周期を検出してエンジン制御マイコン１２に出力する。
【００１５】
エンジン制御マイコン１２は、ＣＰＵ１４、図示しないＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成されており、ＲＯＭに記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、燃料噴射弁の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火プラグの点火時期、吸気バルブ及び排気バルブの開弁タイミング等を制御する。また、エンジン制御マイコン１２は、上記ＴＤＣ間周期に基づいてＴＤＣタイミングを基準としてクランク角度を推定し、推定したクランク角度が所定範囲角となる期間を異常燃焼判定期間に設定している。本実施形態では、各気筒のＴＤＣタイミングの−２０°ＣＡ前のタイミング（ＢＴＤＣ２０°ＣＡのタイミング）から、ＴＤＣタイミングの７０°ＣＡ後のタイミング（ＡＴＤＣ７０°ＣＡタイミング）までの期間を異常燃焼判定区間に設定している。
【００１６】
図２は集積回路６の機能ブロック図であり、アナログフィルタ７、このアナログフィルタ７の後段に並列接続されたＡＤ変換回路８及びオーバーレンジ検出回路１０、ＡＤ変換回路８の後段に接続されたデジタルフィルタ９を含んで構成されている。アナログフィルタ７の前段には内部電源ライン１５及び内部グランドライン１６とそれぞれ一端が接続されたクランプ用の保護ダイオード１７，１８の他端が接続されており、アナログフィルタ７に内部電源電位（一定電圧に相当）を超える波形が入力したときは内部電源電位にクランプされ、グランド電位（一定電圧に相当）を下回る波形が入力したときは内部グランド電位にクランプされる。
【００１７】
振動センサ２から出力される異常燃焼信号は、異常燃焼信号に対応した高周波信号成分を通過させ、直流成分を含む不要な低周波信号成分を除去し、２．５Ｖを中心の信号に変換する入力回路４に入力され、異常燃焼成分として２３ＫＨｚ以下の信号成分を主に含んでいる。アナログフィルタ７は、ＡＤ変換回路８による１ＭＨｚサンプリングに対するエイリアシング除去を目的としたアンチエイリアスフィルタであり、遮断周波数は３１８ＫＨｚに設定されている。ＡＤ変換回路８は１６ｂｉｔの分解能を有し、サンプリング周波数は１ＭＨｚである。このようにサンプリング周波数が１ＭＨｚに設定されている理由は、異常燃焼信号に含まれる最大周波数である２３ＫＨｚに対して十分なオーバーサンプリングとなるように設定することで、２３ＫＨｚ以下の信号帯域の減衰を抑制すると共に、折り返しノイズを縮小するためである。デジタルフィルタ９は、デシメーションに対するエイリアシング除去と、オーバーサンプリングによるナイキスト周波数（サンプリング周波数の１／２）以上の雑音低下を目的として設けられており、通過帯域は２３ＫＨｚ以下に設定されている。
【００１８】
オーバーレンジ検出回路１０は、ＡＤ変換回路８への入力レベルが所定のオーバーレンジ検出閾値を超えたかを検出するためのもので、第１の比較回路１９、第２の比較回路２０、アンド回路２１から構成されている。オーバーレンジ検出閾値とは、ＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲を超えたことを検出するための閾値のことで、本来はＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲の上限値及び下限値に設定すればよいが、オーバーレンジ検出閾値をＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲の上限値及び下限値と一致させた場合は後述するような不具合が発生することから、本実施形態では、オーバーレンジ検出閾値をＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内の４．４Ｖ及び０．６Ｖに設定した。即ち、第１の比較回路１９の非反転入力端子には４．４Ｖ（オーバーレンジ検出閾値に相当）の基準電圧が接続され、反転入力端子にアナログフィルタ７の出力側が接続されている。第２の比較回路２０の非反転入力端子にはアナログフィルタ７の出力側が接続され、反転入力端子に０．６Ｖ（オーバーレンジ検出閾値に相当）の基準電圧が接続されている。これらの基準電圧は、図２に示すようにＡＤ変換回路８の内部で直列接続された内部抵抗２２で生成された基準電圧を用いている。尚、図２に示す内部抵抗２２の数は実際の数とは異なっている。
【００１９】
第１の比較回路１９及び第２の比較回路２０の出力端子はアンド回路２１の入力端子と接続されており、アンド回路２１の出力端子がエンジン制御マイコン１２に接続されている。このような構成により、オーバーレンジ検出回路１０からは、ＡＤ変換回路８に入力する異常燃焼信号の信号レベルが０．６Ｖ〜４．４Ｖの場合はハイレベル信号が出力され、４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下の場合はローベレル信号が出力されるので、ローレベル信号が出力されることを検出することでオーバーレンジを検出することができる。
【００２０】
ここで、オーバーレンジ検出回路１０によるオーバーレンジ検出の考え方について説明する。ＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲が２．５Ｖを中心とした±２Ｖの０．５〜４．５Ｖであることから、例えば上限値の４．５Ｖをオーバーレンジ検出閾値として設定し、４．５Ｖを超える信号レベルをオーバーレンジとして検出すればよい。しかし、このように設定した場合において、図３に示すようにＡＤ変換回路８へ入力する波形の頂点がオーバーレンジ検出閾値である４．５Ｖであった場合には、入力波形がオーバーレンジ検出閾値に点で接することになり、オーバーレンジ検出が不安定となる。そこで、本実施形態では、異常燃焼信号の中心レベルである２．５Ｖの±２Ｖの振幅９５％である４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下（２．５中心±１．９Ｖ）をオーバーレンジ検出閾値として設定するようにした。これにより、ＡＤ変換回路８への入力波形の頂点が入力レンジ範囲の上限値或いは下限値であってもオーバーレンジを安定して検出することが可能となる。この場合、２．５Ｖ中心±２Ｖの波形がオーバーレンジ検出閾値以上となる時間は、振幅９５％（一定振幅に相当）以上の時間比率Ｔ＝ＡｒｃＳｉｎ（Ｖ／Ｖpeak）/π=２０％とした場合、１／２３ＫＨｚ（ノックＭＡＸ周波数）／２（半周期）×２０％＝４．３μｓ（所定時間に相当）と求めることができる。つまり、振幅１．９Ｖ以上を４．３μｓ間継続することを条件としてオーバーレンジを検出したと判定すればよい。この場合、２３ＫＨｚ以下の周波数の波形が入力レンジ範囲をオーバーレンジする波形（４．５Ｖ以上または０．５Ｖ以下）は検出閾値４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下の時間が４．３μｓ以上となることから、異常燃焼に対応する２３ＫＨｚ以下の異常燃焼の周波数を検出することができる。
【００２１】
図４は４．３μ以上の時間４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下となるＡＤ変換回路８の入力波形の周波数と振幅の関係を示す図である。図中に斜線で示す領域が、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出となる領域であり、それ以外はオーバーレンジを未検出となる領域である。斜線で示した領域のうち右斜線で示した領域が４．３μ以上の時間継続して４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下となる領域であり、左斜線で示した領域がそれ以外のノイズをオーバーレンジ検出として誤検出した領域である。従って、オーバーレンジ検出回路１０から出力される信号がローレベルとなる時間が４．３μ以上となることを検出することで、ＡＤ変換回路８に入力レンジ範囲を超える波形が入力したことを判定することができる。
【００２２】
さて、エンジン制御マイコン１２は、異常燃焼信号の波形から異常燃焼の大きさを判定するために異常燃焼判定期間を設定する。
図６は、エンジン制御マイコン１２による異常燃焼判定期間設定処理を示すフローチャートである。エンジン制御マイコン１２は、クランクタイマ１１からＴＤＣ間周期、つまりクランクが１８０°回転する時間を入力したときは（Ｓ６０１：ＹＥＳ）、そのＴＤＣ時間に基づいて５°ＣＡ時間、つまりクランクが５°回転する時間を演算する（Ｓ６０２）。次に、ＴＤＣタイミングに基づいて−２０°ＣＡ（ＢＴＤＣ２０°）〜７０°ＣＡ（ＡＴＤＣ７０°）となる期間を異常燃焼判定期間として設定する（Ｓ６０３）。
【００２３】
図７はエンジン制御マイコン１２による異常燃焼判定処理を示すフローチャートである。エンジン制御マイコン１２は、上述のように設定した異常燃焼判定期間の開始であると判定したときは（Ｓ７０１：ＹＥＳ）、ＡＤ変換回路８のサンプリンタイムとなったかを判定し（Ｓ７０２）、サンプリンタイムとなったときは（Ｓ７０２：ＹＥＳ）、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出、つまりオーバーレンジ検出回路１０からの検出信号がローレベルかを判定する（Ｓ７０３）。オーバーレンジを検出しなかった場合は（Ｓ７０３：ＮＯ）、ＡＤ変換回路８から出力されるデジタルデータを積算することを繰返す（Ｓ７０４、Ｓ７０５）。５°ＣＡ時間経過したときは（Ｓ７０５：ＹＥＳ）、クランクが５°回転したと判定し、積算値を記憶する（Ｓ７０６）。
【００２４】
エンジン制御マイコン１２は、上述した動作を繰返して実行し、異常燃焼判定期間が終了したときは（Ｓ７０７：ＹＥＳ）、異常燃焼を判定する（Ｓ７０８）。つまり、上述したようにＢＴＤＣ２０°〜ＡＴＤＣ７０°のサンプリングタイム毎のデジタルデータが５°ＣＡ毎に積算して記憶されているので、その積算値のレベルから異常燃焼を判定することができる。異常燃焼の判定の結果、異常燃焼を検出したときは（Ｓ７０９：ＹＥＳ）、波形の大きさを判定する（Ｓ７１０）。
【００２５】
図５は振動センサ２から出力される異常燃焼信号を示している。異常燃焼信号が示す異常燃焼は、小さな異常燃焼と大きな異常燃焼とに分類することができる。さらに、大きな異常燃焼は、波形がＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内である場合と、入力レンジ範囲を超える場合とがあり、この異常燃焼判定処理では、ＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内で異常燃焼の大きさを判定する。つまり、エンジン制御マイコン１２は、波形振幅が大きいときは（Ｓ７１０：大）、大きな異常燃焼を特定してから（Ｓ７１１）、クランク角度を特定し（Ｓ７１２）、波形振幅が小さいときは（Ｓ７１０：小）、小さな異常燃焼を特定してから（Ｓ７１３）、クランク角度を特定する（Ｓ７１４）。
そして、エンジン制御マイコン１２は、上述のようにして特定した異常燃焼の大きさに基づいて、エンジンの点火タイミングを制御したり、燃料噴射量を制御したりする。
【００２６】
一方、エンジン制御マイコン１２は、オーバーレンジ検出処理を実行している。図８は、エンジン制御マイコン１２によるオーバーレンジ検出処理を示すフローチャートである。エンジン制御マイコン１２は、オーバーレンジ検出回路１０からの検出信号がローレベル、つまりＡＤ変換回路８に入力する波形が一定電圧以上である４．４Ｖ以上若しくは一定電圧以下である０．６Ｖ以下のときは（Ｓ８０１：ＹＥＳ）、検出時間を測定し（Ｓ８０２）、検出時間は４．３μｓ以上かを判定する（Ｓ８０３）。４．３μｓ以上のときは（Ｓ８０３：ＹＥＳ）、オーバーレンジを検出することになる（Ｓ８０４）。
そして、エンジン制御マイコン１２は、上述のようにして特定した大きな異常燃焼に基づいて、エンジンの点火タイミングを制御したり、燃料噴射量を制御したりする。
【００２７】
ところで、集積回路６の入力段にはクランプ用の保護ダイオード１７，１８が設けられていること及びＡＤ変換回路８の入力レンジ以上の電圧が入力された場合は入力電圧のレンジ境界の値を出力することから、ＡＤ変換回路８に入力する波形が入力レンジ範囲を超えた場合は、オーバーレンジした入力波形が内部電源電位或いは内部グランド電位にクランプされてしまってその部分の波形が削られてしまうことから、ＡＤ変換回路８に入力する周波数成分がずれてしまい、デジタルフィルタ９により誤って異なる周波数成分に変換されたデジタルデータに基づいて異常燃焼を判定してしまうことになる。そこで、本実施形態では、エンジン制御マイコン１２は、図７の異常燃焼判定において、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出した場合は（Ｓ７０３：ＹＥＳ）、ステップＳ７０７に移行することによりそのデータを使用しないようにした。これにより、エンジン制御マイコン１２は、ＡＤ変換回路８に入力する波形の周波数成分がずれた場合であっても、デジタルデータに基づいて異常燃焼の大きさを正確に判定することが可能となる。
【００２８】
このような実施形態によれば、ＡＤ変換回路８から出力されたデジタルデータに基づいて異常燃焼の大きさを判定すると共に、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出した場合は大きな異常燃焼を特定するようにしたので、大きな異常燃焼と小さな異常燃焼を判断するための別々のＡＤ変換回路を準備する必要がなく、安価に異常燃焼検出を実現できる。
ＡＤ変換回路８に入力レンジ範囲を超える波形が入力した場合は、超えた部分の波形が保護ダイオード１７，１８により削られるにしても、入力電圧のレンジ境界の値を出力するにしても、デジタルフィルタ９により誤って異なった周波数成分に変換されたデジタルデータにて異常燃焼計算することを防止できる。
【００２９】
オーバーレンジ検出閾値としてＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内の４．４Ｖ或いは０．６Ｖに設定したので、ＡＤ変換回路８へ入力する波形の頂点が入力レンジ範囲の上限値である４．５Ｖと一致することによりオーバーレンジの検出が不安定となる場合であっても、ＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲を超えることを確実に検出することができる。
異常燃焼で発生しえる波形の最大周波数である２３ＫＨｚにてオーバーレンジしたとみなすことができる最小時間である４．３μｓにてオーバーレンジを検出するようにしたので、異常燃焼で発生しえる波形がオーバーレンジすることを確実に検出できると共に、瞬間的なノイズによる誤判定を防止することができる。
【００３０】
オーバーレンジを検出したタイミングのクランク角度を検出するようにしたので、大きな異常燃焼が最適な燃焼タイミングより早く発生するにしても、エンジンの点火タイミングを適切に制御することが可能となる。
アナログフィルタ７により高周波のノイズを除去し、その後段にＡＤ変換回路８とオーバーレンジ検出回路１０を配置することにより、ＡＤ変換回路８に入力される波形と同じ波形をオーバーレンジ検出回路１０に入力するようにしたので、ＡＤ変換回路８に入力する波形のオーバーレンジを確実に検出することができる。
オーバーレンジ検出回路１０の検出閾値としてＡＤ変換回路８の内部で生成した基準電圧を用いるようにしたので、ＡＤ変換回路８の基準電圧がずれた場合であってもオーバーレンジ検出回路１０の検出閾値も同様にずれることから、ＡＤ変換回路８の基準電圧のズレに影響なくオーバーレンジを検出することができる。
【００３１】
（その他の実施形態）
オーバーレンジ検出回路１０のオーバーレンジ検出閾値としてはＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内であれば任意に設定すれば良い。
オーバーレンジ検出回路１０のオーバーレンジレンジ検出閾値をＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲の上限値に設定しても良い。
保護ダイオード、フィルタは適宜設ければ良い。
【符号の説明】
【００３２】
図面中、１はエンジン制御装置（異常燃焼検出装置、内燃機関制御装置）、２は振動センサ、５はゲイン回路、６は集積回路、７はアナログフィルタ、８はＡＤ変換回路、９はデジタルフィルタ、１０はオーバーレンジ検出回路（検出回路）、１２はエンジン制御マイコン（判定手段、クランク角度検出手段）、１７，１８は保護ダイオードである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の異常燃焼を検出する異常燃焼検出装置、及びこの異常燃焼検出装置を備えた内燃機関制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の異常燃焼を検出する手段として内燃機関に振動センサを取付け、その振動センサからの波形を解析することにより内燃機関の異常燃焼を検出する方法が知られている（特許文献１参照）。尚、特許文献１には、検出方法は記載されているものの、振動センサからの波形を取得する具体的な回路の構成については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５２４４８９号公報
【特許文献２】特開平５−３４０３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば過給式小型エンジンにおいて、振動センサから出力される波形を確実に取得するためには、正常燃焼による波形からその約４０倍となる大きな異常燃焼による波形までを取得する必要がある。１つのＡＤ変換回路を用いて異常燃焼を検出する場合、ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲に波形（入力電圧）を収める必要があることから、大きな異常燃焼による波形に合わせると、ゲイン回路のゲインを小さく（例えば１／４０倍）設定しなければならない。このため、小さな異常燃焼による波形が小さくなってしまうので、小さな異常燃焼の検出が困難となるという課題を生じる。
【０００５】
このような課題を解決する方法として、ゲイン切替方法（特許文献２参照）、高分解能のＡＤ変換回路を用いる方法、大きな異常燃焼と小さな異常燃焼とを判定するために別々のＡＤ変換回路を用いる方法を容易に考え付くが、ゲイン切替方法は波形の大きさを検出してからゲインを切替えることから、ゲイン切替の遅延時間が生じ、異常燃焼判定期間毎に波形が激しく変化する場合にゲインが追従できず、微小波形の異常燃焼を正しく検出できないという課題がある。
一方、ノイズ成分と見分けが可能なように波形を正確に再現させる必要があることから、高速（例えば１ＭＨｚサンプリング）且つ高分解能（例えば１６bit）のＡＤ変換回路を用いているものの、このＡＤ変換回路より更なる高分解能品や、このＡＤ変換回路を２つ用いることは大変高価になるという課題もある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、振動センサから出力される波形をＡＤ変換回路でデジタルデータに変換することにより内燃機関の異常燃焼を検出する構成において、ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲内の小さな異常燃焼から入力レンジ範囲を超える大きな異常燃焼を検出することができる異常燃焼検出装置及び内燃機関制御装置を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
小さな異常燃焼による波形は正常燃焼による波形やノイズによる波形と正確に区別する必要があることから、正確な波形再現が必要となるが、大きな異常燃焼による大振幅の波形は振幅の大きさから明らかに異常と判断できる。そこで、請求項１の発明によれば、ゲインを正常燃焼と小さな異常燃焼とを比較できる適切な設定とし、ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲を超えるような大振幅の波形では大きな異常燃焼を特定する。これにより、大きな異常燃焼と小さな異常燃焼を判定するための別々のＡＤ変換回路を準備する必要がないことから、安価に異常燃焼検出を実現できる。
【０００８】
請求項２の発明によれば、瞬間的に一定振幅を超えるノイズによる誤判定を防止することができる。
振動センサから出力される異常燃焼による波形には所定周波数以下、例えば２３ＫＨｚ以下の周波数成分を主に含むことが分っていることから、この周波数成分以外の２３ＫＨｚを超えた周波数成分はノイズと判断してフィルタにより除き、２３ＫＨｚ以下の周波数成分のみの波形にて異常燃焼検出を実施する。この場合、ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲を超える波形がＡＤ変換回路に入力された場合は、超えた部分の波形が保護ダイオードにより削られることから、フィルタから出力される周波数成分がずれてしまうが、請求項３の発明によれば、フィルタにより誤って異なった周波数成分に変換されたデータにて異常燃焼を判断してしまうことを防止できる。
【０００９】
請求項４の発明によれば、ＡＤ変換回路へ入力する波形の頂点が入力レンジ範囲の上限値と一致した場合は、波形の頂点が入力レンジ範囲の例えば上限値と点で接することになり検出が不安定となるが、このような場合であってもＡＤ変換回路の入力レンジ範囲を超えることを確実に検出することができる。
請求項５の発明によれば、異常燃焼で発生しえる波形の最大周波数（例えば２３ＫＨｚ）にて一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったとみなすことができる最小時間にて検出するようにしたので、異常燃焼で発生しえる波形が一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったことを確実に検出できると共に、瞬間的なノイズによる誤判定を防止することができる。
請求項６の発明によれば、大きな異常燃焼は自然着火であり、最適な燃焼タイミングより早く発生することから、大きな異常燃焼が発生したタイミングでのクランク角度を検出することで内燃機関の点火タイミングを適切に制御することが可能となる。
【００１０】
請求項７の発明によれば、アナログフィルタにより高周波のノイズを除去し、その後段にＡＤ変換回路と検出回路を配置することでＡＤ変換回路に入力される波形と同じ波形を検出回路に入力することができるので、ＡＤ変換回路入力する波形が一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったことを確実に検出することができる。
請求項８の発明によれば、ＡＤ変換回路の基準電圧がずれた場合であっても検出回路の検出閾値も同様にずれることから、ＡＤ変換回路の基準電圧のズレに影響なく一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったことを検出することができる。
請求項９の発明によれば、異常燃焼の大きさに応じて内燃機関を適正に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態におけるエンジン制御装置の構成を示すブロック図
【図２】集積回路を示す機能ブロック図
【図３】波形の頂点がオーバーレンジ検出閾値と一致する場合のオーバーレンジ検出を説明する図
【図４】ＡＤ変換回路の入力波形の周波数と振幅の関係を示す図
【図５】異常燃焼信号を示す図
【図６】異常燃焼判定期間設定処理を示すフローチャート
【図７】異常燃焼判定処理を示すフローチャート
【図８】オーバーレンジ検出処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、エンジン制御装置の構成を示すブロック図である。このエンジン制御装置１（異常燃焼検出装置、内燃機関制御装置に相当）は、４気筒式のガソリン式エンジン（内燃機関に相当）を制御するものである。
図示しないエンジンのシリンダブロックには振動センサ２が取付けられている。この振動センサ２はシリンダブロックの振動を検出するセンサで、異常燃焼検出時にシリンダブロックの振動に対応する信号（以下、異常燃焼信号という）を出力する。この異常燃焼信号の波形の大きさに基づいて燃焼の大きさ、つまり小さな異常燃焼か大きな異常燃焼かが判定される。小さな異常燃焼（ノック）とは、燃焼室内の混合気中に燃料と空気の混合状態が不均一となっている部分（特に、燃料が濃くなっている部分等、シリンダの端のガス（エンドガス）で自己着火し得る状態の燃料が残っている部分）が存在し、スパークプラグの点火により火炎伝播される前にその不均一部分で自己着火してしまう異常燃焼に起因してシリンダブロックが振動する現象である。大きな異常燃焼（プレイグニッション）とは、スパークプラグで点火する前にエンジン内部のカーボンが燃焼により赤熱状態になったものやスパークプラグそのものが過熱したヒートスポット（熱源）により自然着火してしまう異常燃焼に起因してシリンダブロックが振動する現象である。
【００１３】
振動センサ２からの異常燃焼信号は、コネクタ３を介してエンジン制御装置１に接続されており、入力信号のうち、異常燃焼信号に対応した高周波信号成分を通過させ、直流成分を含む不要な低周波信号成分（例えば５KHｚ以下）を除去し、２．５Ｖを中心の信号に変換する入力回路４に入力され、入力回路４から入力された信号をゲイン回路５において所定のゲイン（例えば５倍〜１／５倍）で増幅若しくは減衰されてから集積回路６に与えられる。この集積回路６は、アナログフィルタ７、ＡＤ変換回路８、デジタルフィルタ９、オーバーレンジ検出回路１０（検出回路に相当）、クランクタイマ１１から構成されており、処理したデータをエンジン制御マイコン１２（判定手段、クランク角度検出手段に相当）に出力する。
【００１４】
一方、エンジンにはクランクセンサ１３が取付けられており、クランク軸が所定のクランク角度（例えば１８０°）回転する毎にクランクタイマ１１にパルス信号を出力する。クランクタイマ１１は、クランクセンサ１３からの信号に基づいて圧縮行程上死点（以下、ＴＤＣという）から次のＴＤＣとなるまでのＴＤＣ間周期を検出してエンジン制御マイコン１２に出力する。
【００１５】
エンジン制御マイコン１２は、ＣＰＵ１４、図示しないＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成されており、ＲＯＭに記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、燃料噴射弁の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火プラグの点火時期、吸気バルブ及び排気バルブの開弁タイミング等を制御する。また、エンジン制御マイコン１２は、上記ＴＤＣ間周期に基づいてＴＤＣタイミングを基準としてクランク角度を推定し、推定したクランク角度が所定範囲角となる期間を異常燃焼判定期間に設定している。本実施形態では、各気筒のＴＤＣタイミングの−２０°ＣＡ前のタイミング（ＢＴＤＣ２０°ＣＡのタイミング）から、ＴＤＣタイミングの７０°ＣＡ後のタイミング（ＡＴＤＣ７０°ＣＡタイミング）までの期間を異常燃焼判定区間に設定している。
【００１６】
図２は集積回路６の機能ブロック図であり、アナログフィルタ７、このアナログフィルタ７の後段に並列接続されたＡＤ変換回路８及びオーバーレンジ検出回路１０、ＡＤ変換回路８の後段に接続されたデジタルフィルタ９を含んで構成されている。アナログフィルタ７の前段には内部電源ライン１５及び内部グランドライン１６とそれぞれ一端が接続されたクランプ用の保護ダイオード１７，１８の他端が接続されており、アナログフィルタ７に内部電源電位（一定電圧に相当）を超える波形が入力したときは内部電源電位にクランプされ、グランド電位（一定電圧に相当）を下回る波形が入力したときは内部グランド電位にクランプされる。
【００１７】
振動センサ２から出力される異常燃焼信号は、異常燃焼信号に対応した高周波信号成分を通過させ、直流成分を含む不要な低周波信号成分を除去し、２．５Ｖを中心の信号に変換する入力回路４に入力され、異常燃焼成分として２３ＫＨｚ以下の信号成分を主に含んでいる。アナログフィルタ７は、ＡＤ変換回路８による１ＭＨｚサンプリングに対するエイリアシング除去を目的としたアンチエイリアスフィルタであり、遮断周波数は３１８ＫＨｚに設定されている。ＡＤ変換回路８は１６ｂｉｔの分解能を有し、サンプリング周波数は１ＭＨｚである。このようにサンプリング周波数が１ＭＨｚに設定されている理由は、異常燃焼信号に含まれる最大周波数である２３ＫＨｚに対して十分なオーバーサンプリングとなるように設定することで、２３ＫＨｚ以下の信号帯域の減衰を抑制すると共に、折り返しノイズを縮小するためである。デジタルフィルタ９は、デシメーションに対するエイリアシング除去と、オーバーサンプリングによるナイキスト周波数（サンプリング周波数の１／２）以上の雑音低下を目的として設けられており、通過帯域は２３ＫＨｚ以下に設定されている。
【００１８】
オーバーレンジ検出回路１０は、ＡＤ変換回路８への入力レベルが所定のオーバーレンジ検出閾値を超えたかを検出するためのもので、第１の比較回路１９、第２の比較回路２０、アンド回路２１から構成されている。オーバーレンジ検出閾値とは、ＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲を超えたことを検出するための閾値のことで、本来はＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲の上限値及び下限値に設定すればよいが、オーバーレンジ検出閾値をＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲の上限値及び下限値と一致させた場合は後述するような不具合が発生することから、本実施形態では、オーバーレンジ検出閾値をＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内の４．４Ｖ及び０．６Ｖに設定した。即ち、第１の比較回路１９の非反転入力端子には４．４Ｖ（オーバーレンジ検出閾値に相当）の基準電圧が接続され、反転入力端子にアナログフィルタ７の出力側が接続されている。第２の比較回路２０の非反転入力端子にはアナログフィルタ７の出力側が接続され、反転入力端子に０．６Ｖ（オーバーレンジ検出閾値に相当）の基準電圧が接続されている。これらの基準電圧は、図２に示すようにＡＤ変換回路８の内部で直列接続された内部抵抗２２で生成された基準電圧を用いている。尚、図２に示す内部抵抗２２の数は実際の数とは異なっている。
【００１９】
第１の比較回路１９及び第２の比較回路２０の出力端子はアンド回路２１の入力端子と接続されており、アンド回路２１の出力端子がエンジン制御マイコン１２に接続されている。このような構成により、オーバーレンジ検出回路１０からは、ＡＤ変換回路８に入力する異常燃焼信号の信号レベルが０．６Ｖ〜４．４Ｖの場合はハイレベル信号が出力され、４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下の場合はローベレル信号が出力されるので、ローレベル信号が出力されることを検出することでオーバーレンジを検出することができる。
【００２０】
ここで、オーバーレンジ検出回路１０によるオーバーレンジ検出の考え方について説明する。ＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲が２．５Ｖを中心とした±２Ｖの０．５〜４．５Ｖであることから、例えば上限値の４．５Ｖをオーバーレンジ検出閾値として設定し、４．５Ｖを超える信号レベルをオーバーレンジとして検出すればよい。しかし、このように設定した場合において、図３に示すようにＡＤ変換回路８へ入力する波形の頂点がオーバーレンジ検出閾値である４．５Ｖであった場合には、入力波形がオーバーレンジ検出閾値に点で接することになり、オーバーレンジ検出が不安定となる。そこで、本実施形態では、異常燃焼信号の中心レベルである２．５Ｖの±２Ｖの振幅９５％である４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下（２．５中心±１．９Ｖ）をオーバーレンジ検出閾値として設定するようにした。これにより、ＡＤ変換回路８への入力波形の頂点が入力レンジ範囲の上限値或いは下限値であってもオーバーレンジを安定して検出することが可能となる。この場合、２．５Ｖ中心±２Ｖの波形がオーバーレンジ検出閾値以上となる時間は、振幅９５％（一定振幅に相当）以上の時間比率Ｔ＝ＡｒｃＳｉｎ（Ｖ／Ｖpeak）/π=２０％とした場合、１／２３ＫＨｚ（ノックＭＡＸ周波数）／２（半周期）×２０％＝４．３μｓ（所定時間に相当）と求めることができる。つまり、振幅１．９Ｖ以上を４．３μｓ間継続することを条件としてオーバーレンジを検出したと判定すればよい。この場合、２３ＫＨｚ以下の周波数の波形が入力レンジ範囲をオーバーレンジする波形（４．５Ｖ以上または０．５Ｖ以下）は検出閾値４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下の時間が４．３μｓ以上となることから、異常燃焼に対応する２３ＫＨｚ以下の異常燃焼の周波数を検出することができる。
【００２１】
図４は４．３μ以上の時間４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下となるＡＤ変換回路８の入力波形の周波数と振幅の関係を示す図である。図中に斜線で示す領域が、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出となる領域であり、それ以外はオーバーレンジを未検出となる領域である。斜線で示した領域のうち右斜線で示した領域が４．３μ以上の時間継続して４．４Ｖ以上または０．６Ｖ以下となる領域であり、左斜線で示した領域がそれ以外のノイズをオーバーレンジ検出として誤検出した領域である。従って、オーバーレンジ検出回路１０から出力される信号がローレベルとなる時間が４．３μ以上となることを検出することで、ＡＤ変換回路８に入力レンジ範囲を超える波形が入力したことを判定することができる。
【００２２】
さて、エンジン制御マイコン１２は、異常燃焼信号の波形から異常燃焼の大きさを判定するために異常燃焼判定期間を設定する。
図６は、エンジン制御マイコン１２による異常燃焼判定期間設定処理を示すフローチャートである。エンジン制御マイコン１２は、クランクタイマ１１からＴＤＣ間周期、つまりクランクが１８０°回転する時間を入力したときは（Ｓ６０１：ＹＥＳ）、そのＴＤＣ時間に基づいて５°ＣＡ時間、つまりクランクが５°回転する時間を演算する（Ｓ６０２）。次に、ＴＤＣタイミングに基づいて−２０°ＣＡ（ＢＴＤＣ２０°）〜７０°ＣＡ（ＡＴＤＣ７０°）となる期間を異常燃焼判定期間として設定する（Ｓ６０３）。
【００２３】
図７はエンジン制御マイコン１２による異常燃焼判定処理を示すフローチャートである。エンジン制御マイコン１２は、上述のように設定した異常燃焼判定期間の開始であると判定したときは（Ｓ７０１：ＹＥＳ）、ＡＤ変換回路８のサンプリンタイムとなったかを判定し（Ｓ７０２）、サンプリンタイムとなったときは（Ｓ７０２：ＹＥＳ）、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出、つまりオーバーレンジ検出回路１０からの検出信号がローレベルかを判定する（Ｓ７０３）。オーバーレンジを検出しなかった場合は（Ｓ７０３：ＮＯ）、ＡＤ変換回路８から出力されるデジタルデータを積算することを繰返す（Ｓ７０４、Ｓ７０５）。５°ＣＡ時間経過したときは（Ｓ７０５：ＹＥＳ）、クランクが５°回転したと判定し、積算値を記憶する（Ｓ７０６）。
【００２４】
エンジン制御マイコン１２は、上述した動作を繰返して実行し、異常燃焼判定期間が終了したときは（Ｓ７０７：ＹＥＳ）、異常燃焼を判定する（Ｓ７０８）。つまり、上述したようにＢＴＤＣ２０°〜ＡＴＤＣ７０°のサンプリングタイム毎のデジタルデータが５°ＣＡ毎に積算して記憶されているので、その積算値のレベルから異常燃焼を判定することができる。異常燃焼の判定の結果、異常燃焼を検出したときは（Ｓ７０９：ＹＥＳ）、波形の大きさを判定する（Ｓ７１０）。
【００２５】
図５は振動センサ２から出力される異常燃焼信号を示している。異常燃焼信号が示す異常燃焼は、小さな異常燃焼と大きな異常燃焼とに分類することができる。さらに、大きな異常燃焼は、波形がＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内である場合と、入力レンジ範囲を超える場合とがあり、この異常燃焼判定処理では、ＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内で異常燃焼の大きさを判定する。つまり、エンジン制御マイコン１２は、波形振幅が大きいときは（Ｓ７１０：大）、大きな異常燃焼を特定してから（Ｓ７１１）、クランク角度を特定し（Ｓ７１２）、波形振幅が小さいときは（Ｓ７１０：小）、小さな異常燃焼を特定してから（Ｓ７１３）、クランク角度を特定する（Ｓ７１４）。
そして、エンジン制御マイコン１２は、上述のようにして特定した異常燃焼の大きさに基づいて、エンジンの点火タイミングを制御したり、燃料噴射量を制御したりする。
【００２６】
一方、エンジン制御マイコン１２は、オーバーレンジ検出処理を実行している。図８は、エンジン制御マイコン１２によるオーバーレンジ検出処理を示すフローチャートである。エンジン制御マイコン１２は、オーバーレンジ検出回路１０からの検出信号がローレベル、つまりＡＤ変換回路８に入力する波形が一定電圧以上である４．４Ｖ以上若しくは一定電圧以下である０．６Ｖ以下のときは（Ｓ８０１：ＹＥＳ）、検出時間を測定し（Ｓ８０２）、検出時間は４．３μｓ以上かを判定する（Ｓ８０３）。４．３μｓ以上のときは（Ｓ８０３：ＹＥＳ）、オーバーレンジを検出することになる（Ｓ８０４）。
そして、エンジン制御マイコン１２は、上述のようにして特定した大きな異常燃焼に基づいて、エンジンの点火タイミングを制御したり、燃料噴射量を制御したりする。
【００２７】
ところで、集積回路６の入力段にはクランプ用の保護ダイオード１７，１８が設けられていること及びＡＤ変換回路８の入力レンジ以上の電圧が入力された場合は入力電圧のレンジ境界の値を出力することから、ＡＤ変換回路８に入力する波形が入力レンジ範囲を超えた場合は、オーバーレンジした入力波形が内部電源電位或いは内部グランド電位にクランプされてしまってその部分の波形が削られてしまうことから、ＡＤ変換回路８に入力する周波数成分がずれてしまい、デジタルフィルタ９により誤って異なる周波数成分に変換されたデジタルデータに基づいて異常燃焼を判定してしまうことになる。そこで、本実施形態では、エンジン制御マイコン１２は、図７の異常燃焼判定において、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出した場合は（Ｓ７０３：ＹＥＳ）、ステップＳ７０７に移行することによりそのデータを使用しないようにした。これにより、エンジン制御マイコン１２は、ＡＤ変換回路８に入力する波形の周波数成分がずれた場合であっても、デジタルデータに基づいて異常燃焼の大きさを正確に判定することが可能となる。
【００２８】
このような実施形態によれば、ＡＤ変換回路８から出力されたデジタルデータに基づいて異常燃焼の大きさを判定すると共に、オーバーレンジ検出回路１０がオーバーレンジを検出した場合は大きな異常燃焼を特定するようにしたので、大きな異常燃焼と小さな異常燃焼を判断するための別々のＡＤ変換回路を準備する必要がなく、安価に異常燃焼検出を実現できる。
ＡＤ変換回路８に入力レンジ範囲を超える波形が入力した場合は、超えた部分の波形が保護ダイオード１７，１８により削られるにしても、入力電圧のレンジ境界の値を出力するにしても、デジタルフィルタ９により誤って異なった周波数成分に変換されたデジタルデータにて異常燃焼計算することを防止できる。
【００２９】
オーバーレンジ検出閾値としてＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内の４．４Ｖ或いは０．６Ｖに設定したので、ＡＤ変換回路８へ入力する波形の頂点が入力レンジ範囲の上限値である４．５Ｖと一致することによりオーバーレンジの検出が不安定となる場合であっても、ＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲を超えることを確実に検出することができる。
異常燃焼で発生しえる波形の最大周波数である２３ＫＨｚにてオーバーレンジしたとみなすことができる最小時間である４．３μｓにてオーバーレンジを検出するようにしたので、異常燃焼で発生しえる波形がオーバーレンジすることを確実に検出できると共に、瞬間的なノイズによる誤判定を防止することができる。
【００３０】
オーバーレンジを検出したタイミングのクランク角度を検出するようにしたので、大きな異常燃焼が最適な燃焼タイミングより早く発生するにしても、エンジンの点火タイミングを適切に制御することが可能となる。
アナログフィルタ７により高周波のノイズを除去し、その後段にＡＤ変換回路８とオーバーレンジ検出回路１０を配置することにより、ＡＤ変換回路８に入力される波形と同じ波形をオーバーレンジ検出回路１０に入力するようにしたので、ＡＤ変換回路８に入力する波形のオーバーレンジを確実に検出することができる。
オーバーレンジ検出回路１０の検出閾値としてＡＤ変換回路８の内部で生成した基準電圧を用いるようにしたので、ＡＤ変換回路８の基準電圧がずれた場合であってもオーバーレンジ検出回路１０の検出閾値も同様にずれることから、ＡＤ変換回路８の基準電圧のズレに影響なくオーバーレンジを検出することができる。
【００３１】
（その他の実施形態）
オーバーレンジ検出回路１０のオーバーレンジ検出閾値としてはＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲内であれば任意に設定すれば良い。
オーバーレンジ検出回路１０のオーバーレンジレンジ検出閾値をＡＤ変換回路８の入力レンジ範囲の上限値に設定しても良い。
保護ダイオード、フィルタは適宜設ければ良い。
【符号の説明】
【００３２】
図面中、１はエンジン制御装置（異常燃焼検出装置、内燃機関制御装置）、２は振動センサ、５はゲイン回路、６は集積回路、７はアナログフィルタ、８はＡＤ変換回路、９はデジタルフィルタ、１０はオーバーレンジ検出回路（検出回路）、１２はエンジン制御マイコン（判定手段、クランク角度検出手段）、１７，１８は保護ダイオードである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に取付けた振動センサから出力される波形により異常燃焼を検出する異常燃焼検出装置において
前記振動センサから出力される波形を増幅若しくは減衰するゲイン回路と、
前記ゲイン回路から出力された波形をデジタルデータに変換するＡＤ変換回路と、
前記ＡＤ変換回路に入力する波形が一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったことを検出する回路と、
前記ＡＤ変換回路から出力されたデジタルデータに基づいて異常燃焼を判定すると共に、前記検出回路が一定電圧以上若しくは一定電圧以下を検出したときは大きな異常燃焼であると判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする異常燃焼検出装置。
【請求項２】
前記検出回路は、一定振幅以上の波形を所定時間以上検出したときに前記一定電圧以上若しくは一定電圧以下を検出したとすることを特徴とする請求項１記載の異常燃焼検出装置。
【請求項３】
前記ＡＤ変換回路から出力されたデジタルデータから特定周波数以上の周波数成分を除去するデジタルフィルタと、前記ＡＤ変換回路に入力する一定電圧を超える若しくは一定電圧を下回る波形を所定電圧にクランプする保護ダイオードとを備えた集積回路として構成され、
前記判定手段は、前記検出回路が前記一定振幅以上を検出した場合は、前記ＡＤ変換回路から出力されたデジタルデータを異常燃焼の判定として用いないことを特徴とする請求項２記載の異常燃焼検出装置。
【請求項４】
前記一定振幅は、前記ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲内とすることを特徴とする請求項２または３に記載の異常燃焼検出装置。
【請求項５】
前記検出回路は、波形が以下の演算式で求めた継続時間Ｔ以上を満足した場合に前記一定振幅以上の波形であると判定することを特徴とする請求項２ないし４の何れかに記載の異常燃焼検出装置。
Ｔ＝Ａｒｃ Ｓｉｎ（Ｖ／Ｖpeak）π×｛１／（２×ｆ）｝
ｆ：周波数＝異常燃焼で発生しえる最大周波数
Ｖ：入力レンジ超え検出範囲
Ｖpeak：入力レンジ範囲の上限値
【請求項６】
前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段を備え、
前記クランク角度検出手段は、前記検出回路が前記一定振幅以上の波形を検出したタイミングでクランク角度を検出することを特徴とする請求項２ないし５の何れかに記載の異常燃焼検出装置。
【請求項７】
前記振動センサからの波形が入力するアナログフィルタを備え、
前記アナログフィルタの後段に前記ＡＤ変換回路及び前記検出回路が並列に設けられていることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の異常燃焼検出装置。
【請求項８】
前記一定振幅は、前記ＡＤ変換回路の内部で生成した基準電圧を用いることを特徴とする請求項２ないし７の何れかに記載の異常燃焼検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかの異常燃焼検出装置を備え、
前記異常燃焼検出装置が検出した異常燃焼の大きさに応じて前記内燃機関の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火プラグの点火時期などを制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項１】
内燃機関に取付けた振動センサから出力される波形により異常燃焼を検出する異常燃焼検出装置において
前記振動センサから出力される波形を増幅若しくは減衰するゲイン回路と、
前記ゲイン回路から出力された波形をデジタルデータに変換するＡＤ変換回路と、
前記ＡＤ変換回路に入力する波形が一定電圧以上若しくは一定電圧以下となったことを検出する回路と、
前記ＡＤ変換回路から出力されたデジタルデータに基づいて異常燃焼を判定すると共に、前記検出回路が一定電圧以上若しくは一定電圧以下を検出したときは大きな異常燃焼であると判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする異常燃焼検出装置。
【請求項２】
前記検出回路は、一定振幅以上の波形を所定時間以上検出したときに前記一定電圧以上若しくは一定電圧以下を検出したとすることを特徴とする請求項１記載の異常燃焼検出装置。
【請求項３】
前記ＡＤ変換回路から出力されたデジタルデータから特定周波数以上の周波数成分を除去するデジタルフィルタと、前記ＡＤ変換回路に入力する一定電圧を超える若しくは一定電圧を下回る波形を所定電圧にクランプする保護ダイオードとを備えた集積回路として構成され、
前記判定手段は、前記検出回路が前記一定振幅以上を検出した場合は、前記ＡＤ変換回路から出力されたデジタルデータを異常燃焼の判定として用いないことを特徴とする請求項２記載の異常燃焼検出装置。
【請求項４】
前記一定振幅は、前記ＡＤ変換回路の入力レンジ範囲内とすることを特徴とする請求項２または３に記載の異常燃焼検出装置。
【請求項５】
前記検出回路は、波形が以下の演算式で求めた継続時間Ｔ以上を満足した場合に前記一定振幅以上の波形であると判定することを特徴とする請求項２ないし４の何れかに記載の異常燃焼検出装置。
Ｔ＝Ａｒｃ Ｓｉｎ（Ｖ／Ｖpeak）π×｛１／（２×ｆ）｝
ｆ：周波数＝異常燃焼で発生しえる最大周波数
Ｖ：入力レンジ超え検出範囲
Ｖpeak：入力レンジ範囲の上限値
【請求項６】
前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段を備え、
前記クランク角度検出手段は、前記検出回路が前記一定振幅以上の波形を検出したタイミングでクランク角度を検出することを特徴とする請求項２ないし５の何れかに記載の異常燃焼検出装置。
【請求項７】
前記振動センサからの波形が入力するアナログフィルタを備え、
前記アナログフィルタの後段に前記ＡＤ変換回路及び前記検出回路が並列に設けられていることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の異常燃焼検出装置。
【請求項８】
前記一定振幅は、前記ＡＤ変換回路の内部で生成した基準電圧を用いることを特徴とする請求項２ないし７の何れかに記載の異常燃焼検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかの異常燃焼検出装置を備え、
前記異常燃焼検出装置が検出した異常燃焼の大きさに応じて前記内燃機関の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火プラグの点火時期などを制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１９３４１（Ｐ２０１３−１９３４１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３８３７（Ｐ２０１１−１５３８３７）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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