(57)【要約】【課題】単一のマイク追加のみによって聴感のノック強度と一致させた機械判定を行うノッキング検出装置および方法を得る。【解決手段】回転数信号を取得してエンジンの各気筒の燃焼が一巡する周期を求め（ＳＴ４）、マイク信号データを上記周期で平均処理を行い、算出した平均周期音データを格納し（ＳＴ５）、最新の１周期のマイク信号データを平均周期データで除算した振幅値Ｓ（ｎ）を求め（ＳＴ６）、振幅値Ｓ（ｎ）のうち、閾値ｋ１を超えた値を人間の聴感特性を考慮した積算時間Ｔ内で積算し（ＳＴ７、ＳＴ８）、積算値の大きさに基づきノッキングを検出する（ＳＴ９、ＳＴ１０）。【選択図】図２
2014029121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの回転数信号および前記エンジンに設置されたマイクからのマイク信号を取得するＡ／Ｄコンバータと、
前記回転数信号に基づき前記エンジンを構成する各気筒の燃焼が一巡する周期を求める燃焼周期検出部と、
前記マイク信号に対して、前記周期で平均処理を施す平均処理部と、
前記平均処理により算出された平均データを格納するメモリと、
最新の１周期のマイク信号データを前記平均データで除算して振幅値を算出する除算部と、
前記振幅値のうち、人間の聴感特性を考慮した所定時間内で第１の閾値を超えた値を積算して積算値を算出し、前記積算値が第２の閾値を超えた場合にノッキングを判定する判定部と、
を備えたノッキング検出装置。
【請求項２】
前記判定部は、
前記所定時間内で前記振幅値が第１の閾値を超えた回数を算出し、
前記積算値が第２の閾値を超え、かつ前記回数が第３の閾値を超えた場合にノッキングを判定することを特徴とする請求項１に記載のノッキング検出装置。
【請求項３】
前記マイク信号に対して、前記聴感特性を考慮した周波数フィルタを適用する周波数フィルタ適用部を備え、
前記平均処理部は、前記周波数フィルタを適用したマイク信号の最新の振幅値と、前回の周期平均値とを用いて、今回の周期の２乗平均値を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノッキング検出装置。
【請求項４】
前記所定時間は、２ｍｓ〜５０ｍｓの範囲内に設定されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のノッキング検出装置。
【請求項５】
エンジンの回転数信号を取得して前記エンジンを構成する各気筒の燃焼が一巡する周期を求める周期検出ステップと、
前記エンジンに設置されたマイクからのマイク信号に対して、前記周期で平均処理を施す平均処理ステップと、
前記平均処理により算出された平均データを格納するステップと、
最新の１周期のマイク信号データを前記平均データで除算して振幅値を算出する除算ステップと、
前記振幅値のうち、人間の聴感特性を考慮した所定時間内で第１の閾値を超えた値を積算して積算値を算出する積算ステップと、
前記積算値が第２の閾値を超えた場合にノッキングを判定する判定ステップと、
を備えたノッキング検出方法。
【請求項６】
前記積算ステップは、前記所定時間内で前記振幅値が第１の閾値を超えた回数を算出するステップを含み、
前記判定ステップは、前記積算値が第２の閾値を超え、かつ前記回数が第３の閾値を超えた場合にノッキングを判定することを特徴とする請求項５に記載のノッキング検出方法。
【請求項７】
前記マイク信号に対して、前記聴感特性を考慮した周波数フィルタを適用する周波数フィルタ適用ステップを備え、
前記平均処理ステップは、前記周波数フィルタを適用したマイク信号の最新の振幅値と、前回の周期平均値とを用いて、今回の周期の２乗平均値を算出するステップを含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のノッキング検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車および２輪車用のガソリンエンジンなどの燃焼機関のノッキングを検出する装置および方法に関し、聴感に基づく判定を機械判定で行う際の検出精度を改善したノッキング検出装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車および輪車用のガソリンエンジンなどの燃焼機関は、気筒内で圧縮させた混合気を最適な点火位置で燃焼させることにより、高い燃焼効率を得ることができる。しかし、点火制御において点火位置が過度に進角側に設定されると、ノッキングと呼ばれる異常燃焼が発生することが知られている。この際、ノッキング振動により気筒を損傷する可能性があることや、発生したノッキング振動が可聴音となって運転者に聴感上の不快感を与えるといった問題が生じるので、エンジン運転時のノッキング発生を検出して、気筒の点火位置を遅角側に制御する必要がある。
【０００３】
したがって、高効率の燃焼機関制御を実現するために、ノッキング振動を検出するノックセンサと、信号処理用のマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）とを用いて、点火時期を最適に制御している。
【０００４】
そこで、従来から、ＥＣＵの設計開発段階において点火時期を適合させる際に、ベンチ上でエンジンを運転し、実際にノッキングを発生させてノックセンサの設置位置や制御設定を決定している。また、この適合工程においては、聴感上のノック強度に一致させるために、運転条件ごとに、センサにより検出するノック強度を調整している。
【０００５】
従来のノッキング検出方法の一例として、ノッキングセンサにより振動を検出した後、クランク角度に応じた振動成分の大きさを過去の平均データと比較して、最終的にノッキングの発生を検出する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、ノックセンサの後段に１０ｋＨｚ以上のノック周波数を通過させるバンドパスフィルタを備え、気筒ごとに直前に発生した振動の大きさを比較することにより、ノッキングの発生を検出する方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
さらに、マイク信号と気筒内の圧力センサの信号との相互相関値を計算して、ノッキングの発生を検出する方法も提出されている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−０７９４４１号公報
【特許文献２】特許第２５９６４３６号公報
【特許文献３】特開２００３−３１４３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のノッキング検出装置および方法は、特許文献１では、クランク角度に応じた振動成分の大きさを過去の平均データと比較することにより突発的に発生するノッキングを検出し、特許文献２では、バンドパスフィルタによりノイズ成分が少ない領域でノッキングを検出し、特許文献３では、気筒内の圧力変動に関する音成分を抽出することによりノッキングを検出している。
【０００９】
しかし、エンジン構造の違いや周囲雑音の影響により、気筒内の圧力変動や振動の大きさと音の大きさとが必ずしも一致しないので、特許文献１および特許文献２のようにマイクを使用しない場合には、聴感のノック強度と一致させることが困難であり、特許文献３の場合には、音と気筒内の圧力変動との相互相関値の大きさが音の大きさと必ずしも一致しないという課題があった。
【００１０】
また、エンジン開発初期段階においては、ノッキングに起因した振動が現れやすいエンジンの部位が不明であることから、ノッキングを適切に検出可能な位置に振動センサを設置することが困難であるという課題があった。
【００１１】
また、たとえば特許文献２では、振動センサの後段に１０ｋＨｚ以上のバンドパスフィルタを適用しているが、同様にマイク信号に１０ｋＨｚ以上のバンドパスフィルタを適用した場合、聴感で聞こえやすい１０ｋＨｚ以下のノック周波数成分が除去されてしまうので、聴感のノック強度と一致しないという課題があった。
【００１２】
さらに、特許文献３では、マイクに加えて、気筒内の圧力センサや振動センサの追加が必要であり、設置コストが高くなるという課題があった。
以上のように、従来のノッキング検出装置および方法は、単一のマイク追加のみによって聴感のノック強度と一致させた機械判定を行うことができないという課題があった。
【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、単一のマイク追加のみによって、聴感のノック強度と一致させた機械判定を可能にしたノッキング検出装置および方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係るノッキング検出装置は、エンジンの回転数信号およびエンジンに設置されたマイクからのマイク信号を取得するＡ／Ｄコンバータと、回転数信号に基づきエンジンを構成する各気筒の燃焼が一巡する周期を求める燃焼周期検出部と、マイク信号に対して、周期で平均処理を施す平均処理部と、平均処理により算出された平均データを格納するメモリと、最新の１周期のマイク信号データを平均データで除算して振幅値を算出する除算部と、振幅値のうち、人間の聴感特性を考慮した所定時間内で第１の閾値を超えた値を積算して積算値を算出し、積算値が第２の閾値を超えた場合にノッキングを判定する判定部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、エンジン各気筒の燃焼が一巡する周期を１つの周期として、気筒別に平均処理を行うことにより、各気筒で異なるノイズレベルを考慮したノッキングの判定を行うことができるので、振動センサを用いることなく単一のマイクによってノッキングを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１に係るノッキング検出装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るノッキング検出方法を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１によるノッキング検出用の信号処理を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるノッキング／非ノッキングの判定処理を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るノッキング検出装置２０の機能構成を示すブロック図である。
図１において、ノッキング検出装置２０は、マイク信号１および回転数信号２を入力情報としてノッキング判定用の演算処理を行うために、Ａ／Ｄコンバータ３と、演算部４とを備えている。
【００１８】
マイク信号１は、エンジン（図示せず）の気筒近傍に設置したマイクから入力され、ノッキングを含むエンジン音を含む。
【００１９】
回転数信号２は、内燃機関のクランク軸の回転角量（エンジン回転速度）を算出するための信号であり、たとえばクランク角センサからのクランク角信号を取得してもよい。
具体的には、クランク角は、クランク軸に取り付けられた円板と、円板の外周に等間隔で形成された歯に対向してパルス信号を出力する磁気コイル式（または、光電式など）の信号出力部とを備えたセンサ手段により取得することができる。
【００２０】
演算部４は、Ａ／Ｄコンバータ３に接続された周波数フィルタ適用部５および燃焼周期検出部６と、周波数フィルタ適用部５に接続された平均処理部７と、周波数フィルタ適用部５および平均処理部７に接続された除算部８と、除算部８に接続された判定部９と、燃焼周期検出部６と平均処理部７との間に挿入されたメモリ１０と、平均処理部７と除算部８との間に挿入されたメモリ１１と、除算部８と判定部９との間に挿入されたメモリ１２と、を備えている。
【００２１】
メモリ１０は、燃焼周期長当たりに必要な離散データのサンプル数Ｌを格納し、メモリ１１は、周期の２乗平均値を格納し、メモリ１２は、周期音除去後のマイク信号Ｓ（振幅値Ｓ（ｎ））を格納する。
【００２２】
以下、図２〜図４を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１の動作について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１に係るノッキング検出方法を示すフローチャートであり、ノッキング検出装置２０内のＡ／Ｄコンバータ３および演算部４の動作手順に対応している。
【００２３】
図３はこの発明の実施の形態１に係るノッキング検出装置２０の信号処理を示す説明図であり、（ａ）マイク信号（デジタル変換後のデータ）と、（ｂ）周波数フィルタ適用後のマイク信号Ｙと、（ｃ）マイク信号Ｙの周期の２乗平均値Ｐと、（ｄ）周期音除去後のマイク信号Ｓと、（ｅ）ノッキングと判定した積算値Ｘと、の各波形を示している。
図４はこの発明の実施の形態１によるノッキング／非ノッキングの判定処理を示す説明図である。
【００２４】
図２において、ステップＳＴ１〜ＳＴ４は、Ａ／Ｄコンバータ３を介した周波数フィルタ適用部５および燃焼周期検出部６による並列処理に対応し、ステップＳＴ５は、平均処理部７の処理に対応し、ステップＳＴ６は、除算部８の処理に対応し、ステップＳＴ７〜ＳＴ１０は、判定部９の処理に対応する。
【００２５】
まず、ノッキング検出装置２０内のＡ／Ｄコンバータ３は、エンジンの気筒近傍に設置されたマイク（図示せず）から、ノッキングを含むエンジン音をマイク信号１として取得し（ステップＳＴ１）、マイク信号１をデジタル変換したデータを周波数フィルタ適用部５に入力する。
続いて、周波数フィルタ適用部５は、マイク信号１のデジタルデータに基づき、周波数フィルタ後のマイク信号Ｙを算出して（ステップＳＴ２）、平均処理部７に入力する。
【００２６】
ステップＳＴ１において、Ａ／Ｄコンバータ３を介して取得されるマイク信号１の時刻歴データは、図３（ａ）のように表される。
また、ステップＳＴ２において、周波数フィルタ適用部５を介した周波数フィルタ後のマイク信号Ｙの時刻歴データは、図３（ｂ）のように表される。
【００２７】
ステップＳＴ２の周波数フィルタとしては、ノッキング周波数ｆｍを含む周波数のハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタが使用される。
一般に、ノッキング周波数ｆｍは、同時に複数の周波数を持つことが知られており、音速Ｖ（ｍ／ｓ）、モード係数α（α＝０．５８６、０．９７２、１．２２０、１．３３７）、気筒半径Ｒ（ｍ）を用いて、以下の式（１）のように計算することができる。
【００２８】
ｆｍ＝Ｖα／２Ｒ  ・・・（１）
【００２９】
なお、一般的な自動車のエンジンまたは大型の２輪車用のエンジンであれば、最も低いノッキング周波数ｆｍは、６ｋＨｚ〜８ｋＨｚである。この周波数帯域は、ノッキング周波数ｆｍの中では、人間が聞き取りやすい周波数帯域に分類されるので、周波数フィルタの下限周波数に６ｋＨｚ〜８ｋＨｚを設定する。
【００３０】
また、バンドパスフィルタを適用する場合、下限周波数に対する上限周波数は、２番目および３番目に低いノッキング周波数ｆｍを含めるように、１．７倍〜２．１倍程度とするか、または人間の可聴周波数となるように考慮して、１５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚとする。
【００３１】
図２に戻り、Ａ／Ｄコンバータ３は、マイク信号１と並行して、クランク角センサなどから回転数信号２を取得し（ステップＳＴ３）、回転数信号２をサンプリング周波数Ｆｓでデジタル変換した離散データとして燃焼周期検出部６に入力する。
【００３２】
このとき、回転数信号２からクランク軸の回転角量が求まるので、燃焼周期検出部６は、回転数信号２の離散データに基づき、回転数信号２の取得開始からのエンジンの燃焼工程の段階を計算し、燃焼周期長当たりに必要な離散データのサンプル数Ｌを、メモリ１０に格納する（ステップＳＴ４）。
【００３３】
なお、エンジンの燃焼工程とは、たとえば４気筒４ストロークエンジンの場合、１つの気筒について、ピストンが２往復する間に混合気の吸入、混合気の圧縮、混合気の燃焼、燃焼ガスの排気、の４つの工程に含まれるものである。クランク軸が２回転する間に、４つの気筒すべてが４つの工程を終えて、最初の工程と同じ段階になる。すなわち、クランク軸の２回転で１つの燃焼周期となる。
【００３４】
回転数信号２は、パルス状の信号であることから、パルスの立ち上がりを燃焼周期の開始点としてパルス数を計数することにより、クランク角の回転角量が求まる。また、クランク角度を入力情報とした場合には、特定のクランク角度を基準として燃焼周期の開始点を設定してもよい。
【００３５】
メモリ１０に格納されたサンプル数Ｌは、平均処理部７に入力される。
平均処理部７は、データの取得開始から最後に取得したデータのサンプル数がｎ番目の場合の、最新のマイク信号の振幅値Ｙ（ｎ）と、最新の燃焼周期開始からのサンプル数Ｌｙと、前回の燃焼周期が開始してからのサンプル数がＬｙのときの周期の２乗平均値Ｐ’（Ｌｙ）と、平滑化定数ａと、を用いて、最新の周期の２乗平均値Ｐ（Ｌｙ）を、以下の式（２）により計算し、メモリ１１に格納する（ステップＳＴ５）。
【００３６】
Ｐ（Ｌｙ）＝√［ａ×｛Ｙ（ｎ）｝２＋（１−ａ）×｛Ｐ’（Ｌｙ）｝２］・・・（２）
【００３７】
式（２）において、平滑化定数ａは、燃焼周期のサンプル数Ｌおよびサンプリング周波数Ｆｓを用いて、ａ＝１−ｅ＾（−Ｌ／Ｆｓ／５）で表される。また、検出を開始した最初の１周期目の計算においては、Ｐ’（Ｌｙ）＝０とする。
この場合、最新の周期の２乗平均値Ｐは、数秒で一定範囲内の値に収束するので、実用上の問題は生じない。
【００３８】
ステップＳＴ５で算出される最新の周期の２乗平均値Ｐの時刻歴データは、図３（ｃ）のように表される。図３（ｃ）内の１周期長は、クランク軸が２回転する期間に相当する。
【００３９】
なお、エンジンを一定回転数に固定して設定していたとしても、回転数にはわずかな変動が発生するので、サンプル数Ｌについては逐次更新されていくが、回転数を固定した場合には、最大値のピークホールドでよい。
【００４０】
このように、周期の２乗平均値Ｐを求めることにより、単一のマイクを用いて、気筒ごとに異なるノイズレベルの大きさを考慮した平均処理を行うことができる。
平均処理部７で算出された周期の２乗平均値Ｐは、除算部８に入力されるとともに、メモリ１１を介して除算部８に入力される。
【００４１】
次に、除算部８は、最新のマイク信号Ｙの振幅値Ｙ（ｎ）と、最新の周期の２乗平均値Ｐ（Ｌｙ）との除算処理を行い、周期音除去後のマイク信号Ｓの振幅値Ｓ（ｎ）を、以下の式（３）のように算出し、メモリ１２に格納する（ステップＳＴ６）。
【００４２】
Ｓ（ｎ）＝Ｙ（ｎ）／Ｐ（Ｌｙ）  ・・・（３）
【００４３】
周期音除去後のマイク信号Ｓの時刻歴データは、図３（ｄ）のように表される。
除算部８で算出された振幅値Ｓ（ｎ）は、判定部９に入力されるとともに、メモリ１２を介して判定部９に入力される。
【００４４】
以下、判定部９は、除算部８およびメモリ１２からの振幅値に基づき、可聴音をともなうノッキングの発生状態を判定する。
一般に、人間の聴感特性として、発生時間が２００ｍｓ以下の衝撃的な音は、その音圧に比べて音の大きさが小さく聞こえる特性を持つので、微小時間で発生する音の大きさを人間が認識することは困難である。
【００４５】
そこで、積算時間Ｔの範囲でマイク信号Ｓを積算した値から、ノッキングを判定する。
また、積算時間Ｔの範囲について、聴感で聞き取りができるように継続時間を持たせ、最も低いノッキング周波数ｆｍ（６ｋＨｚ〜８ｋＨｚ）の成分を１０波長分以上含めるように、積算時間Ｔの下限を２ｍｓとする。また、積算時間Ｔの上限は、ノッキング音を連続的に感じる範囲の５０ｍｓとする。
【００４６】
メモリ１２に格納される周期音除去後のマイク信号Ｓのサンプル数は、「積算時間Ｔ×サンプリング周波数Ｆｓ」の小数点を切り上げた数を上限とする。
判定部９は、まず、マイク信号Ｓの振幅値Ｓ（ｎ）の絶対値と閾値ｋ１とを比較して、｜Ｓ（ｎ）｜＞ｋ１であるか否かを判定し（ステップＳＴ７）、｜Ｓ（ｎ）｜≦ｋ１（すなわち、Ｎｏ）と判定されれば、直ちに図２の処理ルーチンを終了してリターンする。
【００４７】
一方、ステップＳＴ７において、｜Ｓ（ｎ）｜＞ｋ１（すなわち、Ｙｅｓ）と判定されれば、メモリ１２に格納された振幅値Ｓ（ｎ）の積算時間Ｔの範囲について、過去の周期音除去後のマイク信号Ｓのうち、｜Ｓ｜＞ｋ１となる周期音除去後のマイク信号｜Ｓ｜の積算値Ｘと、閾値ｋ１を超えた回数Ｎとを算出する（ステップＳＴ８）。
【００４８】
なお、閾値ｋ１は、周期音除去後のマイク信号Ｓを一定に含めるレベルとして、明らかにノッキングが発生していない場合のマイク信号Ｓのレベル、または、ノッキングが発生しない運転条件における周期音除去後のマイク信号Ｓのレベルから求める。
【００４９】
続いて、判定部９は、｜Ｓ｜＞ｋ１となるマイク信号｜Ｓ｜の積算値Ｘと、閾値ｋ２とを比較して、Ｘ＞ｋ２であるか否かを判定し（ステップＳＴ９）、Ｘ≦ｋ２（すなわち、Ｎｏ）と判定されれば、図２の処理ルーチンを終了してリターンする。
【００５０】
一方、ステップＳＴ９において、Ｘ＞ｋ２（すなわち、Ｙｅｓ）と判定されれば、ノッキング発生状態と最終判定し（ステップＳＴ１０）、図２の処理ルーチンを終了してリターンする。
【００５１】
なお、閾値ｋ２は、閾値ｋ１と同様に、明らかにノッキングが発生していない場合の積算値Ｘのレベル、またはノッキングが発生しない運転条件における積算値Ｘのレベルから求める。
ノッキングと判定した積算値Ｘの時刻歴データは、図３（ｅ）のように表される。
【００５２】
図４は上記判定処理（ステップＳＴ７〜ＳＴ１０）を示す説明図であり、（ａ）ノッキングの状態と、（ｂ）非ノッキングの状態と、における振幅値Ｓ（ｎ）のレベル変動を示している。
図４において、破線枠で示す部分は、｜Ｓ（ｎ）｜＞ｋ１となるタイミングを示している。
【００５３】
図４（ａ）においては、積算時間Ｔの範囲内で、継続時間を持った大きな振幅が現れており、振幅値Ｓ（ｎ）のレベルが複数回にわたって閾値ｋ１を超えている（複数の破線枠参照）。この結果、積算値Ｘが大きくなり、閾値ｋ２を超えるので、ステップＳＴ９〜ＳＴ１０においてノッキングと判定される。
【００５４】
一方、図４（ｂ）においては、振幅値Ｓ（ｎ）が閾値ｋ１を超える回数が少ないので、図４（ａ）に比べて積算値Ｘが小さくなる。この結果、積算値Ｘが閾値ｋ２を超えないので、ステップＳＴ９〜ＳＴ１０においてノッキングと判定されることはない。
【００５５】
なお、上記説明では言及しなかったが、マイク信号１には、聴感ではノッキングに聞こえないにもかかわらず、瞬間的に大きなノイズ成分が含まれる場合がある。
このように、信号波形にひげ状の大振幅が現れた場合には、積算値Ｘが大きくなって、ノッキングでない状態をノッキングと判定する可能性がある。
【００５６】
そこで、ひげ状のノイズが継続時間を持たないことに着目して、ノッキングの判定処理（ステップＳＴ９）において、閾値ｋ１を超えた回数Ｎを閾値ｋ３と比較し、Ｎ＞ｋ３となる条件を加えることにより、瞬間的に大きなノイズ成分の影響を取り除くようにしてもよい。
【００５７】
すなわち、ステップＳＴ９において、Ｘ＞ｋ３を満たし、かつ、Ｎ＞ｋ３を満たす場合に、ステップＳＴ１０においてノッキンと判定されることになる。なお、閾値ｋ３の値は、たとえば「３〜５」の範囲内に設定すればよい。
このように、ノッキングと判定した積算値Ｘの大きさによって聴感のノック強度の大きさと対応が取れる判定をすることができる。
【００５８】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図４）に係るノッキング検出装置２０は、エンジンの回転数信号２およびエンジンに設置されたマイクからのマイク信号１を取得するＡ／Ｄコンバータ３と、回転数信号２に基づきエンジンを構成する各気筒の燃焼が一巡する周期を求める燃焼周期検出部６と、マイク信号１に対して、周期で平均処理を施す平均処理部７と、平均処理により算出された平均データ（２乗平均値Ｐ（Ｌｙ））を格納するメモリ１１と、最新の１周期のマイク信号データ（振幅値Ｙ（ｎ））を平均データ（２乗平均値Ｐ（Ｌｙ））で除算して振幅値Ｓ（ｎ）を算出する除算部８と、振幅値Ｓ（ｎ）のうち、人間の聴感特性を考慮した所定時間（積算時間Ｔ）内で第１の閾値ｋ１を超えた値を積算して積算値Ｘを算出し、積算値Ｘが第２の閾値ｋ２を超えた場合にノッキングを判定する判定部９と、を備えている。
【００５９】
また、ノッキング検出装置２０は、マイク信号に対して、聴感特性を考慮した周波数フィルタを適用する周波数フィルタ適用部５を備えており、平均処理部７は、周波数フィルタを適用したマイク信号の最新の振幅値Ｙ（ｎ）と、前回の周期平均値（２乗平均値Ｐ’（Ｌｙ））とを用いて、今回の周期の２乗平均値Ｐ（Ｌｙ）を算出する。
【００６０】
このように、エンジンの各気筒の燃焼が一巡する周期を１つの周期として、気筒別に平均処理を行うことにより、各気筒で異なるノイズレベルを考慮したノッキングの判定を行うことができる。
したがって、振動センサを用いることなく、単一のマイクのみを設置することにより、ノッキングを検出することができる。
【００６１】
また、最新の１周期のマイク信号（音信号データ）を周期の２乗平均値で除算した振幅値Ｓ（ｎ）のうち、閾値ｋ１を超えた値を人間の聴感特性を考慮した積算時間Ｔ内で積算することにより、聴感によるノック強度と同等の判定を機械的に行うことができる。
【００６２】
また、判定部９は、所定時間（積算時間Ｔ）内で振幅値Ｓ（ｎ）が第１の閾値ｋ１を超えた回数Ｎを算出し、積算値Ｘが第２の閾値ｋ２を超え、かつ回数Ｎが第３の閾値ｋ３を超えた場合にノッキングを判定する。
これにより、瞬間的に大きなノイズ成分の影響を取り除くことができ、さらに信頼性の高いノッキング判定を実現することができる。
【００６３】
また、所定時間（積算時間Ｔ）は、２ｍｓ〜５０ｍｓの範囲内に設定されているので、人間が聞き取れる範囲で、かつ、ノッキング音を連続的に感じる範囲のノッキングを正確に判定することができる。
【００６４】
また、この発明の実施の形態１に係るノッキング検出方法は、エンジンの回転数信号２を取得してエンジンを構成する各気筒の燃焼が一巡する周期を求める周期検出ステップ（ＳＴ３、ＳＴ４）と、エンジンに設置されたマイクからのマイク信号１に対して、周期で平均処理を施す平均処理ステップ（ＳＴ５）と、平均処理により算出された平均データを格納するステップ（ＳＴ５）と、最新の１周期のマイク信号データ（振幅値Ｙ（ｎ））を平均データ（２乗平均値Ｐ（Ｌｙ））で除算して振幅値Ｓ（ｎ）を算出する除算ステップと（ＳＴ６）、振幅値Ｓ（ｎ）のうち、人間の聴感特性を考慮した所定時間（積算時間Ｔ）内で第１の閾値ｋ１を超えた値を積算して積算値Ｘを算出する積算ステップ（ＳＴ７、ＳＴ８）と、積算値Ｘが第２の閾値ｋ２を超えた場合にノッキングを判定する判定ステップ（ＳＴ９、ＳＴ１０）と、を備えている。
【００６５】
積算ステップ（ＳＴ８）は、所定時間（積算時間Ｔ）内で振幅値Ｓ（ｎ）が第１の閾値ｋ１を超えた回数Ｎを算出するステップを含み、判定ステップ（ＳＴ９、ＳＴ１０）は、積算値Ｘが第２の閾値ｋ２を超え、かつ回数Ｎが第３の閾値ｋ３を超えた場合にノッキングを判定する。
【００６６】
この発明の実施の形態１に係るノッキング検出方法は、マイク信号１に対して、聴感特性を考慮した周波数フィルタを適用する周波数フィルタ適用ステップ（ＳＴ２）を備え、平均処理ステップ（ＳＴ５）は、周波数フィルタを適用したマイク信号Ｙの最新の振幅値Ｙ（ｎ）と、前回の周期平均値（２乗平均値Ｐ’（Ｌｙ））とを用いて、今回の周期の２乗平均値Ｐ’（Ｌｙ）を算出するステップを含む。
【００６７】
これにより、振動センサを用いることなく単一のマイクのみを用いてノッキングを検出するとともに、人間の聴感によるノック強度と同等の判定を、機械判定で行うことができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  マイク信号、２  回転数信号、３  Ａ／Ｄコンバータ、４  演算部、５  周波数フィルタ適用部、６  燃焼周期検出部、７  平均処理部、８  除算部、９  判定部、１０、１１、１２  メモリ、２０  ノッキング検出装置、ｋ１、ｋ２、ｋ３  閾値、Ｎ  回数、Ｐ、Ｐ（Ｌｙ）  ２乗平均値、Ｓ  周期音除去後のマイク信号、Ｓ（ｎ）  振幅値、Ｔ  積算時間、Ｘ  積算値、Ｙ  周波数フィルタ適用後のマイク信号、Ｙ（ｎ）  振幅値、ＳＴ３、ＳＴ４  周期検出ステップ、ＳＴ５  平均処理ステップ、ＳＴ６  除算ステップ、ＳＴ７、ＳＴ８  積算ステップ、ＳＴ９、ＳＴ１０  判定ステップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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