(57)【要約】【課題】  ノッキングが発生したか否かを精度よく判定する。【解決手段】  エンジンＥＣＵ２００は、シリンダブロックに設けられたノックセンサ３００から送信されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部４００と、タンジェンシャル３次の共振モードの周波数帯の振動のみを通過させるバンドパスフィルタ（１）４１０と、タンジェンシャル４次の共振モードの周波数帯の振動のみを通過させるバンドパスフィルタ（２）４１２とを含む。エンジンＥＣＵ２００は、バンドパスフィルタ（１）４１０またはバンドパスフィルタ（２）４１２により選別された振動に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する。【選択図】        図２
2006226967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の振動を検出するための手段と、
前記検出された振動から、前記内燃機関の気筒におけるタンジェンシャル３次およびタンジェンシャル４次の少なくともいずれか一方の共振モードの周波数帯の振動を抽出するための抽出手段と、
前記抽出された振動に基づいて、前記内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段とを含む、内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項２】
内燃機関の振動を検出するための手段と、
前記検出された振動から、１４ｋＨｚ以上の振動を抽出するための抽出手段と、
前記抽出された振動に基づいて、前記内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段とを含む、内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項３】
前記ノッキング判定装置は、
前記抽出された振動に基づいて、クランク角についての予め定められた間隔における振動の波形を検出するための手段と、
前記内燃機関の振動の波形を予め記憶するための手段とをさらに含み、
前記判定手段は、前記検出された波形と前記記憶された波形とを比較した結果に基づいて、前記内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段を含む、請求項１または２に記載の内燃機関のノッキング判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノッキング判定装置に関し、特に、内燃機関の特定の周波数帯の振動に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する内燃機関のノッキング判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の振動のうち、ノッキング時に特有の周波数帯の振動に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定する技術が知られている。
【０００３】
特開平１−１７８７７３号公報（特許文献１）は、ノックセンサによるノック情報のうち、１０ｋＨｚ以上の高周波帯域のノック情報を取り出し、この高周波ノック情報の振動振幅をしきい値と比較し、この比較結果を前回の点火に基づく比較結果と更に比べてその差分を検出するガソリンエンジンのノッキング検出方法を開示する。
【０００４】
この公報に記載のガソリンエンジンのノッキング検出方法によると、１０ｋＨｚのＢＰＦ（Band Pass Filter）の出力波形においては、かなり強度なノッキングでも数〜数拾行程に１回程度の発生確立しかなく、しかも同じ気筒で連続発生はしない。他方、弁着座ノイズの如く機械的ノイズは、周期性を持ち、そのノイズの増減は急激でなく同一気筒で連続する。したがって、連続不連続によりノックかその他の機械ノイズが識別できる。このため、ノックセンサ後段のＢＰＦにて高周波を通過させ、ついである程度大きな振動を検出すると共に前行程での振動検出と比較することにより、ノックか否かの判定が可能となる。
【０００５】
特開昭５５−１４４５２１号公報（特許文献２）は、互いに異なる共振特性を持つ複数の振動検出部と、内燃機関の互いに異なる周波数帯のノッキング振動を各々検出する振動検出部と、機関速度、振動検出部よりの振動ノイズ、機関負荷のうちいずれかが所定値以上か以下かを判別する機関状態判別部と、この機関状態判別部により判別された機関状態に応じて、機関速度、振動ノイズ、機関負荷のいずれかが所定値以下のときには、振動検出部の各振動出力のうち低周波数帯側を選択し、所定値以上のときには高周波帯側を選択する選択部と、この振動出力に応じて作成される振動ノイズレベルと比較してノッキングの有無を判定する判定部とを含む、内燃機関用ノッキング検出装置を開示する。高周波帯側は１１ｋＨｚ〜１３ｋＨｚの間に設定され、低周波数帯側は、７ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの間に設定される。
【０００６】
この公報に記載の内燃機関用ノッキング検出装置によれば、内燃機関の互いに異なる周波数帯のノッキング振動を各々検出し、これらの各振動出力を切り換えて、ノッキングを検出する。それにより、機関が高回転や高負荷となって振動ノイズが上昇し、ノッキングが制度よく検出できなくなり、燃費、効率が悪化するあるいは制御した結果振動プラグ溶損等が生じるといる重大な問題点に対してノイズの少ない機関運低状態では感度が比較的良い低周波数帯の出力を用い、逆にノイズの多い高回転、高負荷ではＳ／Ｎ比の良い高周波帯の出力を使用することができて、常に精度よく機関の全運転領域にわたって微弱なトレースノッキングの検出ができ、燃費、機関の効率が大幅に向上する。
【特許文献１】特開平１−１７８７７３号公報（特許第２５６４３６号公報）
【特許文献２】特開昭５５−１４４５２１号公報（特公昭６３−４１００９号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開平１−１７８７７３号公報に記載のガソリンエンジンのノッキング検出方法においては、１０ｋＨｚ以上の周波数帯の振動に基づいてノッキングが検出される。特開昭５５−１４４５２１号公報に記載のノッキング検出装置においては、１１ｋＨｚ〜１３ｋＨｚの周波数帯または７ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯の振動に基づいて、ノッキングが検出される。しかしながら、本出願人によるさらなる周波数解析により、これらの周波数帯よりもノッキングの検出にとって優位性がある周波数帯が明らかになった。１０ｋＨｚ以上の周波数帯、１１ｋＨｚ〜１３ｋＨｚの周波数帯および７ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯は、本出願人により見出された周波数帯と一致しておらず、ノッキングの有無を精度良く判定するという観点においてはさらなる改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる内燃機関のノッキング判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、内燃機関の振動を検出するための手段と、検出された振動から、内燃機関の気筒におけるタンジェンシャル３次およびタンジェンシャル４次の少なくともいずれか一方の共振モードの周波数帯の振動を抽出するための抽出手段と、抽出された振動に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段とを含む。
【００１０】
第１の発明によると、ノッキングにより、内燃機関の筒内圧が共振する。筒内圧の共振により内燃機関が振動する。すなわち、内燃機関の振動から、筒内圧共振周波数帯に含まれる振動を抽出することにより、ノッキングに特有の振動を抽出することができる。筒内圧共振周波数は、筒内気柱振動の共振モードに応じた周波数となる。ノッキング時に特に検出することができる代表的な共振モードには、タンジェンシャル１次、２次、３次および４次の共振モードがある。これらの共振モードの周波数帯のうち、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯付近には、内燃機関のシリンダブロック、ピストン、コンロッドおよびクランクシャフトなどの共振周波数が存在する。そのため、内燃機関における振動のうち、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯の振動は、内燃機関のシリンダブロック、ピストン、コンロッドおよびクランクシャフトなどの共振周波数の影響を受ける。したがって、内燃機関における振動のうち、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯の振動の特性は、タンジェンシャル１次および２次の共振モードにおける筒内圧の特性と一致しない。すなわち、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯の振動は、ノッキング以外のノイズを含む。一方、内燃機関における振動のうち、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯の振動の特性は、タンジェンシャル３次および４次の共振モードにおける筒内圧の特性と一致する。したがって、内燃機関の振動のうち、タンジェンシャル３次および４次の少なくともいずれか一方の共振モードの周波数帯の振動が抽出される。これにより、ノッキング以外のノイズが少ない振動を抽出することができる。そのため。ノッキング発生時に特有の振動を精度よく抽出することができる。この振動に基づいて、ノッキングが発生したか否かが判定される。その結果、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる内燃機関のノッキング判定装置を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、内燃機関の振動を検出するための手段と、検出された振動から、１４ｋＨｚ以上の振動を抽出するための抽出手段と、抽出された振動に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段とを含む。
【００１２】
第２の発明によると、ノッキングにより、内燃機関の筒内圧が共振する。筒内圧の共振により内燃機関が振動する。すなわち、内燃機関の振動から、筒内圧共振周波数帯に含まれる振動を抽出することにより、ノッキングに特有の振動を抽出することができる。筒内圧共振周波数は、筒内気柱振動の共振モードに応じた周波数となる。ノッキング時に特に検出することができる代表的な共振モードには、タンジェンシャル１次、２次、３次および４次の共振モードがある。これらの共振モードの周波数帯のうち、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯付近には、内燃機関のシリンダブロック、ピストン、コンロッドおよびクランクシャフトなどの共振周波数が存在する。そのため、内燃機関における振動のうち、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯の振動は、内燃機関のシリンダブロック、ピストン、コンロッドおよびクランクシャフトなどの共振周波数の影響を受ける。したがって、内燃機関における振動のうち、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯の振動の特性は、タンジェンシャル１次および２次の共振モードにおける筒内圧の特性と一致しない。すなわち、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯の振動は、ノッキング以外のノイズを含む。一方、内燃機関における振動のうち、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯の振動の特性は、タンジェンシャル３次および４次の共振モードにおける筒内圧の特性と一致する。ここで、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯は１４ｋＨｚ未満であり、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯は１４ｋＨｚ以上である。したがって、内燃機関の振動から、１４ｋＨｚ以上の振動が抽出される。これにより、ノッキング以外のノイズが少ない振動を抽出することができる。そのため。ノッキング発生時に特有の振動を精度よく抽出することができる。この振動に基づいて、ノッキングが発生したか否かが判定される。その結果、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる内燃機関のノッキング判定装置を提供することができる。
【００１３】
第３の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、第１または第２の発明の構成に加え、抽出された振動に基づいて、クランク角についての予め定められた間隔における振動の波形を検出するための手段と、内燃機関の振動の波形を予め記憶するための手段とをさらに含む。判定手段は、検出された波形と記憶された波形とを比較した結果に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段を含む。
【００１４】
第３の発明によると、たとえば実験などにより、ノッキングが発生した場合の振動の波形であるノック波形モデルを予め作成して記憶しておき、このノック波形モデルと検出された波形とを比較して、ノッキングが発生したか否かが判定される。これにより、振動の大きさに加え、振動が発生するタイミングに基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定することができる。その結果、精度よくノッキングが発生したか否かを判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係るノッキング判定装置を搭載した車両のエンジン１００について説明する。本実施の形態に係るノッキング判定装置は、たとえばエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００が実行するプログラムにより実現される。
【００１７】
エンジン１００は、エアクリーナ１０２から吸入された空気とインジェクタ１０４から噴射される燃料との混合気を、燃焼室内で点火プラグ１０６により点火して燃焼させる内燃機関である。
【００１８】
混合気が燃焼すると、燃焼圧によりピストン１０８が押し下げられ、クランクシャフト１１０が回転する。燃焼後の混合気（排気ガス）は、三元触媒１１２により浄化された後
、車外に排出される。エンジン１００に吸入される空気の量は、スロットルバルブ１１４により調整される。
【００１９】
エンジン１００は、エンジンＥＣＵ２００により制御される。エンジンＥＣＵ２００には、ノックセンサ３００と、水温センサ３０２と、タイミングロータ３０４に対向して設けられたクランクポジションセンサ３０６と、スロットル開度センサ３０８と、車速センサ３１０と、イグニッションスイッチ３１２とが接続されている。
【００２０】
ノックセンサは、エンジン１００のシリンダブロックに形成されたボス部に設けられる。ノックセンサ３００は、圧電素子により構成されている。ノックセンサ３００は、エンジン１００の振動により電圧を発生する。電圧の大きさは、振動の大きさと対応した大きさとなる。ノックセンサ３００は、電圧を表す信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。水温センサ３０２は、エンジン１００のウォータージャケット内の冷却水の温度を検出し、検出結果を表す信号を、エンジンＥＣＵ２００に送信する。
【００２１】
タイミングロータ３０４は、クランクシャフト１１０に設けられており、クランクシャフト１１０と共に回転する。タイミングロータ３０４の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ３０６は、タイミングロータ３０４の突起に対向して設けられている。タイミングロータ３０４が回転すると、タイミングロータ３０４の突起と、クランクポジションセンサ３０６とのエアギャップが変化するため、クランプポジションセンサ３０６のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ３０６は、起電力を表す信号を、エンジンＥＣＵ２００に送信する。エンジンＥＣＵ２００は、クランクポジションセンサ３０６から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。
【００２２】
スロットル開度センサ３０８は、スロットル開度を検出し、検出結果を表す信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。車速センサ３１０は、車輪（図示せず）の回転数を検出し、検出結果を表す信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。エンジンＥＣＵ２００は、車輪の回転数から、車速を算出する。イグニッションスイッチ３１２は、エンジン１００を始動させる際に、運転者によりオン操作される。
【００２３】
エンジンＥＣＵ２００は、各センサおよびイグニッションスイッチ３１２から送信された信号、メモリ２０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン１００が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。
【００２４】
本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００は、ノックセンサ３００から送信された信号およびクランク角に基づいて、予め定められたノック検出ゲート（予め定められた第１クランク角から予め定められた第２クランク角までの区間）におけるエンジン１００の振動の波形（以下、振動波形と記載する）を検出し、検出された振動波形に基づいて、エンジン１００にノッキングが発生したか否かを判定する。本実施の形態におけるノック検出ゲートは、燃焼行程において上死点（０度）から９０度までである。なお、ノック検出ゲートはこれに限らない。
【００２５】
図２を参照して、エンジンＥＣＵ２００についてさらに説明する。エンジンＥＣＵ２００は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部４００と、バンドパスフィルタ（１）４１０と、バンドパスフィルタ（２）４１２と、積算部４２０と、合成部４３０とを含む。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換部４００は、ノックセンサ３００から送信されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。バンドパスフィルタ（１）４１０は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、タンジェンシャル３次の共振モードの周波数帯の信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（１）４１０により、ノックセンサ３００が検出した振動から、タンジェンシャル３次の共振モードの周波数帯の振動のみが抽出される。バンドパスフィルタ（２）４１２は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、タンジェンシャル４次の共振モードの周波数帯の信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（２）４１２により、ノックセンサ３００が検出した振動から、タンジェンシャル４次の共振モードの周波数帯の振動のみが抽出される。
【００２７】
積算部４２０は、バンドパスフィルタ（１）４１０またはバンドパスフィルタ（２）４１２により選別された信号、すなわち振動の強度を、クランク角度で５度分づつ積算する。以下、積算された値を積算値と表す。積算値の算出は、周波数帯毎に行なわれる。合成部４３０は、周波数帯毎に算出された積算値を、対応するクランク角度毎に加算する、すなわち、周波数帯毎に算出された積算値を合成する。これにより、エンジン１００の振動波形が作成される。
【００２８】
図３〜図６を参照して、バンドパスフィルタ（１）４１０およびバンドパスフィルタ（２）４１２の周波数帯について説明する。エンジン１００の筒内でノッキングが発生すると、筒内圧が共振する。この筒内圧の共振により、エンジン１００のシリンダブロックが振動する。よって、シリンダブロックの振動、すなわちノックセンサ３００により検出される振動の周波数は、筒内圧共振周波数帯に含まれる傾向がある。
【００２９】
筒内圧共振周波数は、筒内気柱の共振モードに応じた周波数になる。ノッキング時に特有の振動が表れる周波数帯には、代表的なものとして、タンジェンシャル１次、２次、３次および４次の共振モードにおける周波数帯がある。
【００３０】
筒内圧共振周波数は、共振モード、ボア径および音速から算出される。図３に、音速を一定とし、ボア径をＸ〜Ｙまで変化させた場合における各共振モードの筒内圧共振周波数の一例を示す。図３から明らかなように、タンジェンシャル１次、２次、３次および４次の順に、筒内圧共振周波数が高くなる。また、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯は１４ｋＨｚ未満であり、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯は１４ｋＨｚ以上である。
【００３１】
図３に示す筒内圧共振周波数は、ノッキングが発生したタイミングにおける筒内圧共振周波数である。ノッキングの発生後においては、ピストンの降下により燃焼室の体積が増加するため、燃焼室内の温度および圧力が低下する。そのため、音速が低下し、筒内圧共振周波数が低下する。したがって、図４に示すように、上死点（ATDC: After Top Dead Center）からクランク角度が大きくなるにつれ、筒内圧の周波数のピーク成分が低下する。
【００３２】
このような特性を有する筒内圧の共振によりシリンダブロックが振動する。そのため、図５に示すように、ノッキングが発生した点火サイクルにおいて、ノックセンサ３００により検出された振動の中には、タンジェンシャル４次の共振モードの周波数帯と同じ周波数帯Ａの振動、およびタンジェンシャル３次の周波数帯と同じ周波数帯Ｂの振動が含まれる。
【００３３】
図４および図５から明らかなように、周波数帯Ａの振動の特性は、タンジェンシャル４次の筒内圧の振動の特性と一致する。また、周波数帯Ｂの振動の特性は、タンジェンシャル３次の振動の特性と一致する。したがって、ノックセンサ３００により検出された振動のうち、周波数帯Ａおよび周波数帯Ｂの振動は、ノッキング時に特有の振動であるといえる。
【００３４】
一方、図４および図５から明らかなように、タンジェンシャル２次の周波数帯と同じ周波数帯Ｃの振動の特性は、タンジェンシャル２次の筒内圧の振動の特性と一致しない。また、タンジェンシャル１次の周波数帯と同じ周波数帯Ｄの振動の特性は、タンジェンシャル１次の筒内圧の振動の特性と一致しない。
【００３５】
これは、図６に示すように、周波数帯Ｃおよび周波数帯Ｄ付近には、シリンダブロック、ピストン、コンロッドおよびクランクシャフトなどの共振周波数Ｅが存在し、周波数帯Ｃおよび周波数帯Ｄの振動には、ノッキングによる振動以外のノイズが含まれるからである。
【００３６】
本実施の形態においては、ノッキングによる振動以外のノイズを除去するため、ノックセンサ３００により検出された振動から、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯（周波数帯Ａおよび周波数帯Ｂ）の振動のみをバンドパスフィルタ（１）４１０およびバンドパスフィルタ（２）４１２により抽出し、エンジン１００の振動波形を作成する。
【００３７】
得られた振動波形は、エンジンＥＣＵ２００のメモリ２０２に記憶されたノック波形モデルと比較される。ノック波形モデルとは、エンジン１００にノッキングが発生した場合の振動波形のモデルである。
【００３８】
図７に示すように、ノック波形モデルにおいて、振動の強度は０〜１の無次元数として表され、振動の強度はクランク角と一義的には対応していない。すなわち、本実施の形態のノック波形モデルにおいては、振動の強度のピーク値以降、クランク角が大きくなるにつれ振動の強度が低減することが定められているが、振動の強度がピーク値となるクランク角は定められていない。また、ノック波形モデルは、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯（周波数帯Ａおよび周波数帯Ｂ）の振動の合成波である。
【００３９】
本実施の形態におけるノック波形モデルは、ノッキングにより発生した振動の強度のピーク値以降の振動に対応している。なお、ノッキングに起因した振動の立ち上がり以降の振動に対応したノック波形モデルを記憶してもよい。
【００４０】
ノック波形モデルは、実験などにより、強制的にノッキングを発生させた場合におけるエンジン１００の振動波形を検出し、この振動波形に基づいて予め作成されて記憶される。なお、ノック波形モデルを作成する方法は、これに限られない。エンジンＥＣＵ２００は、検出された波形と記憶されたノック波形モデルとを比較して、エンジン１００にノッキングが発生したか否かを判定する。
【００４１】
図８を参照して、本実施の形態に係るノッキング判定装置において、エンジンＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。
【００４２】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック
センサ３００から送信された信号に基づいて、エンジン１００の振動の強度を検出する。振動の強度は、ノックセンサ３００の出力電圧値で表される。なお、ノックセンサ３００の出力電圧値と対応した値で振動の強度を表してもよい。強度の検出は、燃焼行程において上死点から９０度（クランク角で９０度）までの間で行なわれる。
【００４３】
Ｓ１０２にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノックセンサ３００の出力電圧値（振動の強度を表す値）を、クランク角で５度ごとに（５度分だけ）積算した値（以下、積算値と記載する）を算出する。積算値の算出は、周波数帯毎に行なわれる。また、算出された積算値が合成され、エンジン１００の振動波形が作成される。
【００４４】
Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ１０２は、振動波形を正規化する。ここで、正規化とは、たとえば検出された振動波形における積算値の最大値で、各積算値を除算することにより、振動の強度を０〜１の無次元数で表すことをいう。なお、各積算値を除算する値は、積算値の最大値に限らない。
【００４５】
Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、正規化された振動波形とノック波形モデルとの偏差に関する値である相関係数Ｋを算出する。正規化後の振動波形において振動の強度が最大になるタイミングとノック波形モデルにおいて振動の強度が最大になるタイミングとを一致させた状態で、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差の絶対値（ズレ量）をクランク角ごと（５度ごと）に算出することにより、相関係数Ｋが算出される。
【００４６】
正規化後の振動波形とノック波形モデルとのクランク角ごとの偏差の絶対値をΔＳ（Ｉ）（Ｉは自然数）とし、ノック波形モデルにおける振動の強度をクランク角で積分した値（ノック波形モデルの面積）をＳとおくと、相関係数Ｋは、Ｋ＝（Ｓ−ΣΔＳ（Ｉ））／Ｓという方程式により算出される。ここで、ΣΔＳ（Ｉ）は、上死点から９０度までのΔＳ（Ｉ）の総和である。なお、相関係数Ｋの算出方法はこれに限らない。
【００４７】
Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック強度Ｎを算出する。算出された積算値の最大値をＰとし、エンジン１００にノッキングが発生していない状態におけるエンジン１００の振動の強度を表す値をＢＧＬ（Back Ground Level）とおくと、ノック強度Ｎは
、Ｎ＝Ｐ×Ｋ／ＢＧＬという方程式で算出される。ＢＧＬはメモリ２０２に記憶されている。なお、ノック強度Ｎの算出方法はこれに限らない。
【００４８】
Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック強度Ｎが予め定められた判定値よりも大きいか否かを判別する。ノック強度Ｎが予め定められた判定値よりも大きい場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。そうでない場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１６に移される。
【００４９】
Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、エンジン１００にノッキングが発生したと判定する。Ｓ１１４にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を遅角する。Ｓ１１６にて、エンジンＥＣＵ２００は、エンジン１００にノッキングが発生していないと判定する。Ｓ１１８にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を進角する。
【００５０】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るノッキング判定装置におけるエンジンＥＣＵ２００の動作について説明する。
【００５１】
運転者がイグニッションスイッチ３１２をオン操作し、エンジン１００が始動すると、ノックセンサ３００から送信された信号に基づいて、エンジン１００の振動の強度が検出される（Ｓ１００）。
【００５２】
燃焼行程における上死点から９０度までの間において、５度ごとの積算値がタンジェンシャル３次の周波数帯およびタンジェンシャル４次の周波数帯（周波数帯Ａおよび周波数帯Ｂ）の振動ごとに算出され（Ｓ１０２）、算出された積算値が合成される。これにより、図９に示すように、エンジン１００の振動波形がタンジェンシャル３次および４次の周波数帯の振動の合成波として検出される。
【００５３】
５度ごとの積算値により振動波形を検出することにより、振動の強度が細かく変化する複雑な形状の振動波形が検出されることを抑制することができる。そのため、検出された振動波形とノック波形モデルとの比較を容易にすることができる。
【００５４】
振動波形とノック波形モデルとを比較するため、最大の積算値により各積算値が除算されて、振動波形が正規化される（Ｓ１０４）。ここでは、２０度から２５度までの積算値（図９において左から５つ目の積算値）により各積算値が除算されて、振動波形が正規化されたと想定する。正規化により、振動波形における振動の強度が０〜１の無次元数で表される。これにより、振動の強度に関係なく検出された振動波形とノック波形モデルとの比較を行なうことができる。そのため、振動の強度に対応した多数のノック波形モデルを記憶しておく必要がなく、ノック波形モデルの作成を容易にすることができる。
【００５５】
図１０に示すように、正規化後の振動波形において振動の強度が最大になるタイミングとノック波形モデルにおいて振動の強度が最大になるタイミングとを一致させ、この状態で、正規化後の振動波形とノック波形モデルとのクランク角ごとの偏差の絶対値ΔＳ（Ｉ）が算出される。このΔＳ（Ｉ）の総和ΣΔＳ（Ｉ）およびノック波形モデルにおいて振動の強度をクランク角で積分した値Ｓに基づいて、Ｋ＝（Ｓ−ΣΔＳ（Ｉ））／Ｓにより相関係数Ｋが算出される（Ｓ１０６）。これにより、検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合を数値化して客観的に判定することができる。
【００５６】
このようにして算出された相関係数Ｋと積算値の最大値Ｐとの積をＢＧＬで除算することにより、ノック強度Ｎが算出される（Ｓ１０８）。これにより、検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合に加えて、振動の強度に基づいて、エンジン１００の振動がノッキングに起因した振動であるか否かをより詳細に分析することができる。ここでは、相関係数Ｋと２０度から２５度までの積算値との積をＢＧＬで除算することによりノック強度Ｋが算出されたと想定する。
【００５７】
ノック強度Ｎが予め定められた判定値よりも大きい場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定され（Ｓ１１２）、点火時期が遅角される（Ｓ１１４）。これにより、ノッキングの発生が抑制される。
【００５８】
一方、ノック強度Ｎが予め定められた判定値よりも大きくない場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、ノッキングが発生していないと判定され（Ｓ１１６）、点火時期が進角される（Ｓ１１８）。
【００５９】
以上のように、本実施の形態に係るノッキング判定装置において、エンジンＥＣＵは、ノックセンサにより検出された振動から、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯の振動のみを抽出する。ノックセンサにより検出された振動において、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯の振動の特性は、タンジェンシャル３次および４次の筒内圧の振動の特性と一致している。すなわち、ノックセンサにより検出された振動のうち、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯の振動は、ノッキング時に特有の振動であるといえる。このような振動に基づいて振動波形が検出される。これにより、ノッキングによる振動以外のノイズが少ない振動波形を得ることができる。そのため、振動波形とノック波形モデルとの比較を精度よく行なうことができる。その結果、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定することができる。
【００６０】
なお、タンジェンシャル１次および２次の周波数帯は１４ｋＨｚ未満であり、タンジェンシャル３次および４次の周波数帯は１４ｋＨｚ以上であることから、図１１に示すように、バンドパスフィルタの代わりに、ハイパスフィルタ４１４を設けてもよい。この場合、積算部４２０は周波数帯を区別せずに積算値を算出するようにして、合成部を省略するようにしてもよい。
【００６１】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態に係るノッキング判定装置により制御されるエンジンを示す概略構成図である。
【図２】図１のエンジンＥＣＵを示す制御ブロック図（その１）である。
【図３】筒内圧の振動の周波数帯を示す図（その１）である。
【図４】筒内圧の振動の周波数帯を示す図（その２）である。
【図５】ノックセンサにより検出される振動の周波数帯を示す図である。
【図６】シリンダブロック、シリンダブロック、ピストン、コンロッドおよびクランクシャフトなどの共振周波数を示す図である。
【図７】エンジンＥＣＵのメモリに記憶されたノック波形モデルを示す図である。
【図８】図１のエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図９】エンジンの振動波形を示す図である。
【図１０】正規化後の振動波形とノック波形モデルとを比較した図である。
【図１１】図１のエンジンＥＣＵを示す制御ブロック図（その２）である。
【符号の説明】
【００６３】
１００  エンジン、１０４  インジェクタ、１０６  点火プラグ、１１０  クランクシャフト、１１６  吸気バルブ、１１８  排気バルブ、１２０  ポンプ、２００  エンジンＥＣＵ、３００  ノックセンサ、３０２  水温センサ、３０４  タイミングロータ、３０６  クランクポジションセンサ、３０８  スロットル開度センサ。
【図１】
2006226967.tif 000003
【図２】
2006226967.tif 000004
【図３】
2006226967.tif 000005
【図４】
2006226967.tif 000006
【図５】
2006226967.tif 000007
【図６】
2006226967.tif 000008
【図７】
2006226967.tif 000009
【図８】
2006226967.tif 000010
【図９】
2006226967.tif 000011
【図１０】
2006226967.tif 000012
【図１１】
2006226967.tif 000013