(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ＥＣＵは、検出された波形の振動強度が連続して減少していないと、ノイズが重畳していると判定して（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、検出された波形の減衰率の平均値により波形を補正するステップ（Ｓ１１０）と、補正された波形と、算出されたノック波形モデルとを比較した結果に基づいて、ノック強度Ｎを算出するステップ（Ｓ１１４）と、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（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定するステップ（Ｓ１１８）と、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（Ｓ１１６にてＮＯ）、ノッキングが発生していないと判定するステップ（Ｓ１２２）とを含む、プログラムを実行する。【選択図】        図７
2006307663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のノッキング判定装置であって、
前記内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、
予め定められたクランク角の間における前記内燃機関の振動の波形を検出するための波形検出手段と、
前記予め定められたクランク角の間における前記内燃機関の振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、
前記検出された波形が、前記波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形であるか否かに基づいて、前記検出された波形にノイズに対応する振動が重畳しているか否かを判定するためのノイズ判定手段と、
前記検出された波形に前記ノイズに対応する振動が重畳していないと判定されると、前記検出された波形と前記記憶手段に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ノッキング判定手段とを含む、内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項２】
前記記憶手段に記憶された波形は、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形であって、
前記ノイズ判定手段は、前記検出された波形と前記記憶手段に記憶された波形とが交差する部分を有すると、前記検出された波形に前記ノイズに対応する振動が重畳していると判定するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項３】
前記ノイズ判定手段は、前記検出された波形の最も大きい振動強度から降順に抽出された振動強度に対応する角度が連続しないと、前記ノイズに対応する振動が重畳していると判定するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項４】
前記ノック判定装置は、前記検出された波形に前記ノイズに対応する振動が重畳していると判定されると、前記波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正するための補正手段をさらに含み、
前記ノッキング判定手段は、前記補正された波形と前記記憶手段に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手段を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記検出された波形において基準となる基準角度と、前記基準角度と異なる複数の角度の各々とにおける振動強度に基づいて形成される複数の波形の変化率の平均値により、前記検出された波形を補正するための手段を含む、請求項４に記載の内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項６】
前記基準角度は、前記検出された波形における振動強度のピークに対応する角度であって、
前記補正手段は、前記基準角度における振動強度と、前記基準角度と異なる第１の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率、および、前記基準角度における振動強度と、前記基準角度と異なる第２の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率の平均値により、前記検出された波形を補正するための手段を含み、
前記第１の角度および前記第２の角度は異なり、前記第１の角度および前記第２の角度は、前記基準角度よりも大きい角度である、請求項５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、内燃機関の振動の波形に基づいて、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、内燃機関のノッキングを検出する技術が知られている。特開２００１−２２７４００号公報（特許文献１）は、ノッキングの発生の有無を正確に判定することができる内燃機関用ノック制御装置を開示する。特許文献１に記載の内燃機関用ノック制御装置は、内燃機関で発生する振動波形信号を検出する信号検出部と、信号検出部で検出された振動波形信号が予め定められた値以上となる期間を発生期間として検出する発生期間検出部と、発生期間検出部で検出された発生期間におけるピーク位置を検出するピーク位置検出部と、発生期間とピーク位置との関係に基づき内燃機関におけるノック発生の有無を判定するノック判定部と、ノック判定部による判定結果に応じて内燃機関の運転状態を制御するノック制御部とを含む。ノック判定部は、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲内にあるときにはノック（ノッキング）発生有りと判定する。
【０００３】
この公報に記載の内燃機関用ノック制御装置によれば、内燃機関で発生する振動波形信号が信号検出部で検出され、その振動波形信号が予め定められた値以上となる発生期間とそのピーク位置とが発生期間検出部およびピーク位置検出部でそれぞれ検出される。このように、振動波形信号の発生期間のどの位置でピークが発生しているかが分かることで内燃機関におけるノック発生の有無がノック判定部にて判定され、このノック判定結果に応じて内燃機関の運転状態が制御される。ノック判定部では、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲内にあるとき、即ち、振動波形信号の予め定められた長さの発生期間に対してピーク位置が早めに現われるような波形形状であるときには、ノック発生時に特有のものであると認識される。これにより、内燃機関の運転状態が急変する過渡時や電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ時においても、内燃機関におけるノック発生の有無が正確に判定され、内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。
【特許文献１】特開２００１−２２７４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ノッキングが発生した場合であっても、ノッキングに起因した振動よりも大きい強度の振動がノイズとして検出される場合がある。すなわち、ノックセンサの異常や内燃機関自体の振動に起因した振動の強度が、ノッキングに起因した振動の強度よりも大きい場合がある。このような場合、特開２００１−２２７４００号公報に記載の内燃機関用ノック制御装置では、ノッキングが発生しているにも関わらず、発生期間に対するピーク位置が予め定められた範囲外にあるため、ノッキングが発生していないと誤判定されるおそれがあるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題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】
【０００６】
第１の発明に係るノッキング判定装置は、内燃機関のノッキングを判定する。このノッキング判定装置は、内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を検出するための波形検出手段と、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を予め記憶するための記憶手段と、検出された波形が、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形であるか否かに基づいて、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳しているか否かを判定するためのノイズ判定手段と、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していないと判定されると、検出された波形と記憶手段に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ノッキング判定手段とを含む。
【０００７】
第１の発明によると、クランク角検出手段が内燃機関のクランク角を検出し、波形検出手段が、予め定められたクランク角の間における内燃機関の振動の波形を検出する。記憶手段が、予め定められたクランク角の間において、内燃機関の振動の波形を記憶し、検出された波形が、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないと、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されないと、検出された波形と記憶手段に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。これにより、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を判定することができる。特に、検出された波形が、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないと、すなわち、ピークに対応する部分が複数個有する波形であると、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定することができる。したがって、ノイズに対応する振動が重畳していないと判定されると、検出された波形とノック波形モデルとを比較することにより、ノイズに起因した相関係数の悪化を抑制して、内燃機関にノッキングが発生したか否かを判定することができる。そのため、内燃機関に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ノッキング判定装置を提供することができる。
【０００８】
第２の発明に係るノッキング判定装置においては、第１の発明の構成に加えて、記憶手段に記憶された波形は、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形である。ノイズ判定手段は、検出された波形と記憶手段に記憶された波形とが交差する部分を有すると、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定するための手段を含む。
【０００９】
第２の発明によると、ノイズ判定手段は、検出された波形と記憶手段に記憶された波形とが交差する部分を有すると、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。記憶された波形は、ノッキングに対応する振動を表わしており、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形である。したがって、たとえば、検出された波形と記憶された波形のピークを合致させたときに、検出された波形が記憶された波形を下回った後に上回る区間を有する場合、検出された波形にはピークに対応する部分が複数個有する波形であると判定することができる。すなわち、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定することができる。
【００１０】
第３の発明に係るノッキング判定装置においては、第１の発明の構成に加えて、ノイズ判定手段は、検出された波形の最も大きい振動強度から降順に抽出された振動強度に対応する角度が連続しないと、ノイズに対応する振動が重畳していると判定するための手段を含む。
【００１１】
第３の発明によると、検出された波形の最も大きい振動強度から降順に抽出された振動強度に対応する角度が連続しない場合、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形にはならないため、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定することができる。
【００１２】
第４の発明に係るノッキング判定装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正するための補正手段をさらに含む。ノッキング判定手段は、補正された波形と記憶手段に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手段を含む。
【００１３】
第４の発明によると、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正する。ノッキング判定手段は、補正された波形と記憶手段に記憶された波形とを比較した結果に基づいて、内燃機関のノッキングが発生したか否かを判定する。検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると、検出された波形と記憶手段に記憶された波形とを比較したときに、ノッキングに対応する振動を含む波形が検出されていても、記憶された波形との相関係数が悪化する。そのため、ノッキングの判定の精度が悪化する場合がある。そこで、ノイズに対応する振動が重畳していると判定される場合に、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正することにより、ノッキングに対応する振動を含む波形が検出されている場合において、記憶された波形との相関係数の悪化を抑制することができる。そのため、内燃機関に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。
【００１４】
第５の発明に係るノッキング判定装置においては、第４の発明の構成に加えて、補正手段は、検出された波形において基準となる基準角度と、基準角度と異なる複数の角度の各々とにおける振動強度に基づいて形成される複数の波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正するための手段を含む。
【００１５】
第５の発明によると、補正手段は、検出された波形において基準となる基準角度と、基準角度と異なる複数の角度の各々とにおける振動強度に基づいて形成される複数の波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正する。これにより、検出された波形にノイズの振動が重畳している場合においても、検出された波形を、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形に補正することができるため、記憶手段に記憶された波形と補正された波形とにおいて、重畳したノイズの振動に起因して大きくずれが生じることを抑制できる。そのため、ノイズを含むノッキングに対応する振動が発生しても、補正された波形と記憶された波形との相関係数の悪化を抑制することができる。したがって、内燃機関に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。
【００１６】
第６の発明に係るノッキング判定装置においては、第５の発明の構成に加えて、基準角度は、検出された波形における振動強度のピークに対応する角度である。補正手段は、基準角度における振動強度と、基準角度と異なる第１の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率、および、基準角度における振動強度と、基準角度と異なる第２の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正するための手段を含む。第１の角度および第２の角度は異なる。第１の角度および第２の角度は、基準角度よりも大きい角度である。
【００１７】
第６の発明によると、振動強度のピークに対応する基準角度における振動強度と第１の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率、および、基準角度における振動強度と第２の角度における振動強度とに基づいて形成される波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正する。基準角度以降の波形の変化率の平均値により、検出された波形を補正することにより、検出された波形にノイズの振動が重畳している場合においても、検出された波形を、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形に補正することができるため、記憶手段に記憶された波形と補正された波形とにおいて、重畳したノイズの振動に起因して大きくずれが生じることを抑制できる。そのため、ノイズを含むノッキングに対応する振動が発生しても、補正された波形と記憶された波形との相関係数の悪化を抑制することができる。したがって、内燃機関に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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ノッキングが発生した場合、エンジン１００には、図２において実線で示す周波数付近の周波数の振動が発生する。すなわち、ノッキングが発生した場合、エンジン１００には、第１の周波数帯Ａ、第２の周波数帯Ｂ、第３の周波数帯Ｃおよび第４の周波数帯Ｄに含まれる周波数の振動が発生する。なお、図２におけるＣＡは、クランク角（Crank Angle）を示す。また、ノッキングに起因する振動の周波数を含む周波数帯は４つに限らない。
【００２９】
これらの周波数帯のうち、第４の周波数帯Ｄには、図２において一点鎖線で示すエンジン１００自体の共振周波数が含まれる。共振周波数の振動は、ノッキングの有無に関わらず発生する。
【００３０】
そのため、本実施の形態においては、共振周波数を含まない第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃの振動の強度（大きさ）に基づいて、振動波形を検出する。なお、振動波形の検出に用いられる周波数帯の数は３つに限らない。検出された振動波形は、後述するノック波形モデルと比較される。
【００３１】
ノッキングが発生したか否かを判定するため、エンジンＥＣＵ２００のメモリ２０２には、図３に示すように、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ノック波形モデルが記憶されている。
【００３２】
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。本実施の形態においては、たとえば、振動強度がピーク値となるクランク角をゼロとしてノック波形モデルがメモリ２０２に記憶されている。このとき、たとえば、予め定められた角度β（１）までのノック波形モデルがメモリ２０２に記憶されている。予め定められた角度β（１）は、ノックセンサ３００により検出された波形と比較する際に、検出された波形のピークに対応する角度からノック検出ゲートの区間の終端までの角度に対応する角度であれば特に限定されるものではない。また、ノック波形モデルは、第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃの振動の合成波である。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
本発明において、エンジンＥＣＵ２００は、ノックセンサ３００により検出された振動波形が、振動波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないと、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する点に特徴を有する。また、本発明において、エンジンＥＣＵ２００は、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定される場合、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように、検出された波形を補正する点に特徴を有する。
【００３７】
図４に示すように、検出された振動波形（実線）と、ノック波形モデル（細線）とを比較する場合においては、ノッキング以外の振動が重畳すると、クランク角α（３）における振動波形は、ノック波形モデルとずれが生じるため、検出された振動波形とノック波形モデルとの相関係数が悪化する場合がある。ノッキング以外の振動とは、たとえば、吸気バルブ１１６または排気バルブ１１８の着座ノイズやインジェクタ１０４の作動に起因した振動である。
【００３８】
たとえば、図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）のように、検出された波形のピークに対応する角度α（１）以降の振動強度の変化（実線）と、検出された波形のピークに対応する角度と合致させたノック波形モデル（細線）とを比較する。
【００３９】
図５（Ａ）に示す波形（実線）においては、検出された波形のピークに対応する角度α（１）以降の振動強度は、ノック波形モデル（細線）に対して連続して下回る。図５（Ｂ）に示す波形（実線）においては、検出された波形のピークに対応する角度α（１）以降の振動強度は、ノック波形モデル（細線）に対して連続して上回る。一方、図５（Ｃ）に示す波形（実線）においては、検出された波形のピークに対応する角度α（１）以降の振動強度は、角度α（２）においては、ノック波形モデル（細線）を下回った後、角度α（３）において、ノック波形モデルを上回る。
【００４０】
上述したような３つの波形は、それぞれ異なる形状を有しているにも関わらず、ノック波形モデルに対する相関係数には、ほとんど差が生じない。これは、相関係数が形状の差異を詳細に表現するものではないためである。また、ノック波形モデルは、ノッキングに対応する振動を表わしており、振動強度が連続して減少する波形を有している。したがって、図５（Ｃ）のような波形においては、角度α（２）においてノック波形モデルを下回った後、角度α（３）において上回る場合、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると考えられる。そのため、図５（Ｃ）に示すように、検出された波形にノイズが重畳している場合に、検出された波形とノック波形モデルとの相関係数に基づいて、ノッキングが発生しているか否かを判定すると、精度が悪化する場合がある。
【００４１】
そこで、エンジンＥＣＵ２００は、図５（Ｃ）に示すように、検出された波形とノック波形モデルのピークに対応する角度とを合致させたときに、検出された波形のピークに対応する角度α（１）以降に、検出された波形とノック波形モデルとが交差する部分を有するか否かを判定する。すなわち、エンジンＥＣＵ２００は、本実施の形態において、検出された波形の振動強度がノック波形モデルの振動強度を下回った後に上回る区間を有するか否かを判定する。エンジンＥＣＵ２００は、検出された波形に上述した区間を有すると、ノイズが重畳していると判定する。
【００４２】
また、エンジンＥＣＵ２００は、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定すると、ノックセンサ３００により検出された振動波形において、上死点〜９０度までのクランク角の間の基準となる基準角度と、基準角度と異なる複数の角度の各々とにおける振動強度に基づいて形成される複数の波形の変化率の平均値に基づいて、検出された波形を補正して、補正された振動波形とノック波形モデルとを比較した結果に基づいて、エンジン１００にノッキングが発生したか否かを判定する。なお、基準角度は、本実施の形態において、検出された振動波形のピークに対応する角度であるが、特に限定されるものではない。
【００４３】
本実施の形態において、ノックセンサ３００により検出された振動波形において、角度α（１）における振動波形のピークに対応する振動強度Ａ（１）と、角度α（１）と異なる角度α（２）における振動強度Ａ（２）とに基づいて形成される振動波形の変化率と、角度α（１）における振動強度Ａ（１）と、角度α（１）および角度α（２）と異なる角度α（３）における振動強度Ａ（３）とに基づいて形成される振動波形の変化率との平均値により、検出された振動波形を補正する。なお、本実施の形態において、変化率は特に振動強度のピーク以降の減衰時の変化率について言及するため、減衰率ともいう。
【００４４】
また、本実施の形態において、角度α（２）および角度α（３）のいずれも、角度α（１）に対して大きい角度である。たとえば、角度α（２）は、検出された振動波形のピークに対応する角度α（１）から１０度進めた角度であり、α（３）は、角度α（１）から５度進めた角度であるとする。
【００４５】
さらに、変化率の平均値は、角度α（２）および角度（３）の２つの角度に対応する変化率の平均値に限定されるものではない。たとえば、角度α（１）と３以上の角度の各々とにおいて形成される振動波形の変化率の平均値に基づいて、検出された振動波形を補正するようにしてもよい。
【００４６】
そして、本実施の形態において、振動強度のピーク以降の減衰波形を表わす式を後述する指数関数の式により表わすこととするが、特にこれに限定されるものではない。
【００４７】
図６に示すように、角度α（１）における振動強度Ａ（１）および角度α（２）における振動強度Ａ（２）により、減衰率λ（１）のラインが形成される。一方、角度α（１）における振動強度Ａ（１）および角度α（３）における振動強度Ａ（３）により、減衰率λ（２）のラインが形成される。そして、各ラインにおける減衰率の平均値λ（３）を、（平均値λ（３））＝（λ（１）＋λ（２））／２の式より算出する。算出された平均値λ（３）を用いて、ピークに対応する角度α（１）以降の波形が補正される。
【００４８】
一方、ノック波形モデルについては、検出された振動波形のピークにノック波形モデルのピークを合致させたときに、角度α（１）における振動波形のピークに対応する振動強度と、検出された振動波形と比較する区間の終端に対応する角度、すなわち、角度α（２）における振動強度とに基づいて、ノック波形モデルを予め形成しておき、メモリ２０２に記憶しておく。本実施の形態において、ノック波形モデルは、少なくともピークに対応する角度から１０度進めた角度までの振動強度を予め記憶しておけばよい。また、本実施の形態において、ノック波形モデルは、後述する指数関数の式で表わすこととするが、特にこれに限定されるものではなく、検出された振動波形と比較する区間の、実験による実測値を予めメモリ２０２に記憶しておくようにしてもよい。
【００４９】
本実施の形態において、上死点から９０度までのノック検出ゲートにおいて、特に、検出された波形のピークに対応する角度α（１）から予め定められた角度だけ進めた角度α（２）までを判定区間として、検出された波形とノック波形モデルとを比較する。なお、判定区間を規定する２つの判定角度は、角度α（１）および角度α（２）に特に限定されるものではなく、たとえば、ノック検出ゲートよりも短い区間を規定する判定角度であればよい。
【００５０】
エンジンＥＣＵ２００は、上述したように補正された振動波形と、形成されたノック波形モデルとを比較することにより、ノッキングが発生したか否かを判定する。
【００５１】
図７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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃの振動ごとに行なわれる。
【００５４】
Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、各周波数帯の振動波形を合成する。すなわち、算出された積算値のうち、第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃの振動の積算値が合成される。これにより、エンジン１００の振動波形が検出される。
【００５５】
Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、合成された振動波形における積算値のうち、最大の積算値を用いて波形の正規化を行なう。ここで、波形の正規化とは、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、図７に示すように、振動の強度を０〜１の無次元数で表わすことをいう。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。
【００５６】
Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、予め定められた区間において、積算された波形にノイズに対応する振動が重畳しているか否かを判定する。具体的には、エンジンＥＣＵ２００は、図８（Ａ）に示すように、角度α（１）から角度α（２）の予め定められた区間において、角度α（３）における積算された波形の振動強度Ａ（３）がノック波形モデルの対応する振動強度Ｃ（３）よりも小さく、かつ、角度α（２）における積算された波形の振動強度Ａ（２）がノック波形モデルの対応する振動強度Ｃ（３）よりも小さいと、積算された波形には、ノイズに対応する振動が重畳していないと判定される。
【００５７】
同様に、角度α（３）における積算された波形の振動強度Ａ（３）がノック波形モデルの対応する振動強度Ｃ（３）よりも大きく、かつ、角度α（２）における積算された波形の振動強度Ａ（２）がノック波形モデルの対応する振動強度Ｃ（２）よりも大きいと、積算された波形には、ノイズに対応する振動が重畳していないと判定される。
【００５８】
一方、図８（Ｂ）に示すように、エンジンＥＣＵ２００は、角度α（１）から角度α（２）の予め定められた区間において、角度α（３）における積算された波形の振動強度Ａ（３）がノック波形モデルの対応する振動強度Ｃ（３）よりも小さく、かつ、角度α（２）における積算された波形の振動強度Ａ（２）がノック波形モデルの対応する振動強度Ｃ（２）よりも大きいと、積算された波形の振動強度がノック波形モデルの振動強度を下回った後上回る区間を有するとして、積算された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。図７に戻って、積算された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。もしそうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。
【００５９】
Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、検出された振動波形を補正する。具体的には、エンジンＥＣＵ２００は、検出された振動波形のピークに対応する角度α（１）における振動強度Ａ（１）と、角度α（２）における振動強度Ａ（２）とに基づく振動波形の減衰率λ（１）を算出する。エンジンＥＣＵ２００は、角度α（１）における振動強度Ａ（１）と、角度α（３）における振動強度Ａ（２）とに基づく振動波形の減衰率λ（２）を算出する。
【００６０】
ノッキングに対応する振動波形は、振動波形のピークに対応する角度α（１）から角度α（２）までについて、減衰率をλ（１）とすると、図９に示す太線のように、（振動強度）＝ｅｘｐ（−λ（１）×クランク角）の指数関数の式で表わすことができる。なお、図９における角度ゼロは、検出された振動波形のピークに対応する角度α（１）に対応する。また、振動波形のピークに対応する振動強度Ａ（１）は、正規化されているため、「１」である。したがって、図９における角度α（２）−α（１）に対応する振動強度Ｂ（１）に基づいて、上述した指数関数の式より減衰率λ（１）を算出することができる。ここで、Ｂ（１）は、角度α（２）に対応する振動強度Ａ（２）を正規化した値（すなわち、Ａ（２）をＡ（１）で除算した値）である。
【００６１】
また、ノッキングに対応する振動波形は、振動波形のピークに対応する角度α（１）から角度α（３）までについて、減衰率をλ（２）とすると、図９に示す細線のように、（振動強度）＝ｅｘｐ（−λ（２）×クランク角）の指数関数の式で表わすことができる。なお、図９における角度ゼロは、検出された振動波形のピークに対応する角度α（１）に対応する。また、振動波形のピークに対応する振動強度Ａ（１）は正規化されているため、「１」である。したがって、図９における角度α（３）−α（１）に対応する振動強度Ｂ（２）に基づいて、上述した指数関数の式より減衰率λ（２）を算出することができる。ここで、Ｂ（２）は、角度α（３）に対応する振動強度Ａ（３）を正規化した値（Ａ（３）をＡ（１）で除算した値）である。
【００６２】
算出されたλ（１）およびλ（２）の平均値λ（３）を減衰率として、補正された振動波形（一点鎖線）は、（振動強度）＝ｅｘｐ（−λ（３）×クランク角）の指数関数の式で表わすことができる。
【００６３】
Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック波形モデルと補正された振動波形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）をに算出することにより、相関係数Ｋが算出される。
【００６４】
補正された振動波形と比較する区間に対応するノック波形モデルは、図９の破線に示すように、減衰率をλ（４）とすると、（振動強度）＝ｅｘｐ（−λ（４）×クランク角）の指数関数の式で表わすことができる。また、ノック波形モデルのピークに対応する振動強度は、「１」である。したがって、ノック波形モデルは、ピークに対応する振動強度を１として、振動強度のピークに対応する角度から角度α（２）−α（１）だけ進めた角度に対応する振動強度Ｂ（３）を実験等により計測して、減衰率λ（４）を算出しておき、上述の指数関数の式をノック波形モデルとして予めメモリ２０２に記憶しておく。
【００６５】
正規化後の振動波形を表わす式とノック波形モデルを表わす式との上死点から９０度までにおける偏差の絶対値の総和をＳ’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−Ｓ’）／Ｓという方程式により算出される。ここで、Ｓ’は、正規化後の振動波形を表わす式とノック波形モデルを表わす式との偏差を上死点から９０度までの間で積分して、図１０に示すように、正規化後の振動波形とノック波形モデルとの偏差により、上述した式を示すラインにより囲まれる図形（斜線）の面積の総和である。なお、相関係数Ｋの算出方法はこれに限らない。
【００６６】
なお、Ｓ１０８にて、検出された波形にノイズが重畳していないと判定された場合には、Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、検出された波形の正規化後の実測値と、図３に示したノック波形モデルとにおいて、振動強度が最大になるタイミングを一致させた状態で相関係数Ｋを算出するようにしてもよい。あるいは、エンジンＥＣＵ２００は、検出された波形において、判定区間の始点である角度α（１）に対応する振動強度Ａ（１）および判定区間の終点であるα（２）に対応する振動強度Ａ（２）に基づいて、上述したような指数関数の式で表わす波形を算出し、また、ノック波形モデルにおいても同様に判定区間の始点に対応する振動強度と終点に対応する振動強度と基づいて、上述したような指数関数の式で表わす波形を算出し、両式で表わされる波形の形状の相関係数Ｋを算出するようにしてもよい。
【００６７】
図７に戻って、Ｓ１１４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。
【００６８】
Ｓ１１６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（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理はＳ１１８に移される。そうでない場合（Ｓ１１６にてＮＯ）、処理はＳ１２２に移される。
【００６９】
Ｓ１１８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。Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を遅角する。Ｓ１２２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。Ｓ１２４にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を進角する。
【００７０】
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。
【００７１】
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）。
【００７２】
燃焼行程における上死点から９０度までの間において、５度ごとの積算値が第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃの周波数の振動ごとに算出され（Ｓ１０２）。算出された積算値のうち、第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃまでの振動の積算値が合成される（Ｓ１０４）。これにより、エンジン１００の振動波形が第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃにおける振動の合成波として検出される。
【００７３】
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。このようにして検出された振動波形における積算値のうち、最大の積算値を用いて波形の正規化が行なわれる（Ｓ１０６）。
【００７４】
ここでは、角度α（１）から５度まで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。
【００７５】
そして、検出された波形において、角度α（１）以降の角度α（３）における振動強度が対応する角度のノック波形モデルの振動強度を下回った後、角度α（２）における振動強度が対応する角度のノック波形モデルの振動強度を上回る区間を有すると、検出された波形にノイズが重畳していると判定される（Ｓ１０８にてＹＥＳ）。そして、検出された波形にノイズが重畳していると判定されると、角度α（１）における振動強度Ａ（１）と角度α（２）における振動強度Ａ（２）とに基づいて減衰率λ（１）が算出される。さらに、角度α（１）における振動強度Ａ（１）と角度α（２）における振動強度Ａ（３）とに基づいて減衰率λ（２）が算出される。算出されたλ（１）およびλ（２）の減衰率の平均値λ（３）により、検出された振動波形が補正される（Ｓ１１０）。
【００７６】
図１０に示すように、補正された振動波形（太線）において振動の強度が最大になるタイミングと算出されたノック波形モデル（細線）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偏差の絶対値の総和であるＳ’（斜線部の面積）が算出される。
【００７７】
算出されたＳ’と、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とに基づいて、Ｋ＝（Ｓ−Ｓ’）／Ｓにより相関係数Ｋが算出される（Ｓ１１２）。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。
【００７８】
一方、検出された波形にノイズが重畳していないと判定されると（Ｓ１０８にてＮＯ）、実測値に基づく振動波形の振動強度が最大になるタイミングと、ノック波形モデルの振動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偏差の絶対値の総和であるＳ’が算出される。算出されたＳ’に基づいて、相関係数Ｋが算出される（Ｓ１１２）。
【００７９】
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（Ｓ１１４）。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と角度α（１）から５度進めた角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。
【００８０】
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（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定され（Ｓ１１８）、点火時期が遅角される（Ｓ１２０）。これにより、ノッキングの発生が抑制される。
【００８１】
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（Ｓ１１６にてＮＯ）、ノッキングが発生していないと判定され（Ｓ１２２）、点火時期が進角される（Ｓ１２４）。
【００８２】
以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置によると、エンジンＥＣＵは、ノックセンサから送信された信号に基づいてエンジンの振動波形を検出し、振動波形とノック波形モデルとを比較して、相関係数Ｋを算出する。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を判定することができる。特に、検出された波形において、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないと、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定することができる。検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると、エンジンＥＣＵは、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正する。エンジンＥＣＵは、補正された波形とノック波形モデルとを比較した結果に基づいて、エンジンのノッキングが発生したか否かを判定する。ノイズに対応する振動が重畳していると判定される場合に、波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形になるように補正することにより、ノッキングに対応する振動を含む波形が検出されている場合に、ノック波形モデルとの形状の相関係数の悪化を抑制することができる。そのため、内燃機関に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ノッキング判定装置を提供することができる。
【００８３】
また、ノイズに対応する振動が重畳してないと判定される場合には、検出された波形の実測値とノック波形モデルとを比較することにより、ノイズに起因して相関係数が悪化することなく、エンジンにノッキングが発生したか否かを判定することができる。そのため、エンジンに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。
【００８４】
好ましくは、角度α（１）および角度α（２）は、検出ゲート区間（上死点から９０度までの区間）の前半部であることが望ましい。ゲート区間の後半部は、ノッキングに対応する信号の出力が小さくなっているため、ＢＧＬとの区別が難しい。したがって、角度α（１）および角度α（２）がゲート区間の前半部であることにより、信号の出力も大きいため、ノイズに対応する振動とノッキングに対応する振動との切り分け精度を向上させることができる。
【００８５】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置について説明する。本実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置は、上述の第１の実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置の構成と比較して、エンジンＥＣＵ２００で実行されるプログラムの制御構造が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００８６】
本実施の形態においては、検出された波形に予め定められた区間において、振動のピークに対応する部分が１つであるか２つであるかを判定する。振動のピークに対応する部分が２つであれば、エンジンＥＣＵ２００は、ノックセンサ３００により検出された振動波形が、振動波形のピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形でないとして、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。
【００８７】
本実施の形態において、振動のピークに対応する部分が２つであれば、それぞれの振動のピーク以降の波形とノック波形モデルとを比較して、その両者の形状の相関係数のうちいずれか高い方のピークに対応するノック強度を算出する点に特徴を有する。以下の説明においては、振動のピークが１つであることを一山であるとし、振動のピークが２つであることを二山であるとする。
【００８８】
具体的には、図１１に示すように、検出された波形（実線）にノッキングに対応する振動と吸気バルブ１１６あるいは排気バルブ１１８の着座ノイズに対応する振動とを含む場合を想定する。エンジンＥＣＵ２００は、検出された波形の予め定められた区間において、最も大きい振動強度から降順に３つ抽出したときに、抽出された振動強度に対応する３つの角度が連続した角度である否かに基づいて、検出された波形が予め定められた区間において、一山であるか二山であるかを判定する。
【００８９】
エンジンＥＣＵ２００は、二山であると判定すると、二山のそれぞれのピークに対応する角度から判定区間の波形と、ノック波形モデル（破線）とをそれぞれ比較して、二山の波形とノック波形モデルとの形状の相関係数を算出する。エンジンＥＣＵ２００は、算出された相関係数が大きい方の数値を用いてノック強度を算出して、ノック判定をする。
【００９０】
以下、図１２を参照して、本実施の形態において、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。
【００９１】
なお、図１２に示したフローチャートの中で、前述の図７に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００９２】
Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ２００は、後述する振動波形の一山判定処理を開始する。Ｓ２０２にて、エンジンＥＣＵ２００は、Ｓ２００における一山判定処理の結果、検出された波形が予め定められた区間において、一山であるか二山であるか否かを判定する。「予め定められた区間」とは、ノック検出ゲートよりも小さい区間であれば特に限定されるものではないが、好ましくは、ノック検出ゲートの前半区間であることが望ましい。ノッキングに対応する振動は、ノック検出ゲートの前半区間において振動のピークを有するからである。検出された波形が予め定められた区間において一山であると判定されると（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。もしそうでないと（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ２０４に移される。
【００９３】
Ｓ２０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、振動波形を修正する。具体的には、二山のそれぞれにおいて、上述した第１の実施の形態の図９において説明したように、振動のピークに対応する角度α（１）とすると、角度α（１）に対応する振動強度Ａ（１）と、角度α（１）から１０度進めた角度α（２）に対応する振動強度Ａ（２）と、角度α（１）から５度進めた角度α（３）に対応する振動強度Ａ（３）に基づいて、減衰率の平均値λ（３）を算出して、（振動強度）＝ｅｘｐ（−λ（３）×クランク角）の指数関数の式で補正された振動波形を表わす。なお、二山に対応するそれぞれのクランク角度は、後述する一山判定処理において、算出することができる。
【００９４】
Ｓ２０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、二山のそれぞれを表わす式と、ノック波形モデルとの形状の相関係数をそれぞれ算出する。相関係数の算出方法は、上述した第１の実施の形態において説明した相関係数の算出方法と同様であるため、その詳細は繰り返さない。Ｓ２０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、算出された相関係数のうちいずれか大きい方を相関係数Ｋとして選択する。Ｓ２０８の後、処理はＳ１１４に移される。
【００９５】
以下、図１３を参照して、本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００が実行する振動波形の一山判定処理のプログラムの制御構造について説明する。
【００９６】
Ｓ３００にて、エンジンＥＣＵ２００は、検出された波形の予め定められた区間において、最も大きい振動強度（以下、１位の振動強度という。）に対応する角度と、２番目に大きい振動強度（以下、２位の振動強度という。）に対応する角度と、３番目に大きい振動強度（以下、３位の振動強度という。）に対応する角度とを抽出して、抽出された３点が連続する角度であるか否かを判定する。すなわち、本実施の形態において、振動強度は、５度毎の積算値で表わしており、エンジンＥＣＵ２００は、抽出した３点が５度間隔で連続する角度であるか否かを判定する。連続していると判定されると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ３０１に移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ３０４に移される。
【００９７】
Ｓ３０１にて、エンジンＥＣＵ２００は、３位の振動強度が中央であるか否かを判定する。すなわち、エンジンＥＣＵ２００は、３位の振動強度に対応する角度が１位の振動強度に対応する角度と２位の振動強度に対応する角度との間にあるか否かを判定する。３位の振動強度が中央であると（Ｓ３０１にてＹＥＳ）、処理はＳ３０３に移される。もしそうでないと（Ｓ３０１にてＮＯ）、処理はＳ３０２に移される。
【００９８】
Ｓ３０２にて、エンジンＥＣＵ２００は、予め定められた区間における検出された振動波形は、１位の振動強度に対応する角度において振動のピークを有する一山の波形であると判定する。
【００９９】
Ｓ３０３にて、エンジンＥＣＵ２００は、予め定められた区間における検出された振動波形は１位の振動強度に対応する角度と、２位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。
【０１００】
Ｓ３０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、抽出した３点のうち、１位の振動強度に対応する角度と２位の振動強度に対応する角度とだけが連続するか否かを判定する。１位の振動強度に対応する角度と２位の振動強度に対応する角度とだけが連続すると判定されると（Ｓ３０４にてＹＥＳ）、処理はＳ３０６に移される。もしそうでないと（Ｓ３０４にてＮＯ）、処理はＳ３０８に移される。
【０１０１】
Ｓ３０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、予め定められた区間における検出された振動波形は１位の振動強度に対応する角度と、３位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。
【０１０２】
Ｓ３０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、抽出した３点のうち、２位の振動強度に対応する角度と３位の振動強度に対応する角度とだけが連続するか否かを判定する。２位の振動強度に対応する角度と３位の振動強度に対応する角度とだけが連続すると判定されると（Ｓ３０８にてＹＥＳ）、処理はＳ３１０に移される。もしそうでないと（Ｓ３０８にてＮＯ）、処理はＳ３１２に移される。
【０１０３】
Ｓ３１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、予め定められた区間における検出された振動波形は１位の振動強度に対応する角度と、２位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。
【０１０４】
Ｓ３１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、抽出した３点のうち、１位の振動強度に対応する角度と３位の振動強度に対応する角度とだけが連続するか否かを判定する。１位の振動強度に対応する角度と３位の振動強度に対応する角度とだけが連続すると判定されると（Ｓ３１２にてＹＥＳ）、処理はＳ３１４に移される。もしそうでないと（Ｓ３１２にてＮＯ）、処理はＳ３１６に移される。
【０１０５】
Ｓ３１４にて、エンジンＥＣＵ２００は、予め定められた区間における検出された振動波形は、１位の振動強度に対応する角度と、２位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。
【０１０６】
Ｓ３１６にて、エンジンＥＣＵ２００は、予め定められた区間における検出された振動波形は、１位の振動強度に対応する角度と、２位の振動強度に対応する角度とにおいてそれぞれ振動のピークを有する二山の波形であると判定する。この場合、３位の振動強度に対応する角度においても振動のピークに対応する部分を有するが、３位の振動強度によるピークについては、１位および２位の振動強度よりも小さい強度であるため、実質的には、１位および２位の振動強度に対応する角度において振動のピークを有するとして、エンジンＥＣＵ２００は、二山の波形であると判定する。
【０１０７】
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内燃機関のノッキング判定装置の動作について説明する。
【０１０８】
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）。
【０１０９】
燃焼行程における上死点から９０度までの間において、５度ごとの積算値が第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃの周波数の振動ごとに算出され（Ｓ１０２）。算出された積算値のうち、第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃまでの振動の積算値が合成される（Ｓ１０４）。これにより、エンジン１００の振動波形が第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃにおける振動の合成波として検出される。
【０１１０】
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。このようにして検出された振動波形における積算値のうち、最大の積算値を用いて波形の正規化が行なわれる（Ｓ１０６）。
【０１１１】
ここでは、角度α（１）から５度まで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。
【０１１２】
そして、検出された波形の一山判定処理が開始され（Ｓ２００）、抽出された３つの振動強度に対応する角度が連続する角度であり（Ｓ３００にてＹＥＳ）、３位の振動強度が中央でないと（Ｓ３０１にてＮＯ）、検出された波形が一山の波形であると判定される（Ｓ３０２，Ｓ２０２にてＹＥＳ）。そして、検出された波形の振動強度の積算値の最大になるタイミングとノック波形モデルの振動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偏差の絶対値の総和であるＳ’が算出される。このとき、Ｓ’は、振動のピークに対応する角度から１０度だけ進めた角度までの判定区間における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の総和であるＳ’が算出される。
【０１１３】
算出されたＳ’と、ノック波形モデルにおいて振動の強度を、この判定区間で積分した値Ｓとに基づいて、ノック波形モデルとに基づくＫ＝（Ｓ−Ｓ’）／Ｓにより相関係数Ｋが算出される（Ｓ１１２）。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。
【０１１４】
一方、抽出された３つの振動強度に対応する角度が連続する角度であり（Ｓ３００にてＹＥＳ）、３位の振動強度が中央であると（Ｓ３０１にてＹＥＳ）、検出された波形が１位の振動強度に対応する角度と２位の振動強度に対応する角度とにおいて振動のピークを有する二山の波形であると判定される（Ｓ３０３）。このとき、二山の波形のピークに対応するそれぞれの角度から１０度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され（Ｓ２０４）、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数ががそれぞれ算出され（Ｓ２０６）、大きい方を相関係数Ｋとして選択される（Ｓ２０８）。
【０１１５】
さらに、１位と２位の振動強度に対応する角度だけが連続であると（Ｓ３０４にてＹＥＳ）、検出された波形が１位の振動強度に対応する角度と３位の振動強度に対応する角度とにおいて振動のピークを有する二山の波形であると判定される（Ｓ３０６，Ｓ２０２にてＮＯ）。このとき、二山の波形のピークに対応するそれぞれの角度から１０度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され（Ｓ２０４）、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数がそれぞれ算出され（Ｓ２０６）、大きい方を相関係数Ｋとして選択される（Ｓ２０８）。
【０１１６】
そして、２位と３位の振動強度に対応する角度だけが連続であると（Ｓ３０８にてＹＥＳ）、検出された波形が１位の振動強度に対応する角度と２位の振動強度に対応する角度とにおいて振動のピークを有する二山の波形であると判定される（Ｓ３１０，Ｓ２０２にてＮＯ）。このとき、二山のピークに対応するぞれぞれの角度から１０度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され（Ｓ２０４）、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数が算出され（Ｓ２０６）、大きい方を相関係数Ｋとして選択される（Ｓ２０８）。
【０１１７】
また、図１４に示すように、１位と３位の振動強度に対応する角度だけが連続であると（Ｓ３１２にてＹＥＳ）、検出された波形が１位の振動強度に対応する角度と２位の振動強度に対応する角度とにおいて振動のピークを有する二山の波形であると判定される（Ｓ３１４，Ｓ２０２にてＮＯ）。このとき、二山のピークに対応するそれぞれの角度から１０度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され（Ｓ２０４）、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数がそれぞれ算出され（Ｓ２０６）、大きい方を相関係数Ｋとして選択される（Ｓ２０８）。
【０１１８】
そして、１位と３位の振動強度に対応する角度が連続でないと（Ｓ３１２）、すなわち、１位から３位のいずれも連続でないと、検出された波形が１位の振動強度に対応する角度と２位の振動強度に対応する角度とにおいて実質的な振動のピークを有する二山の波形であると判定される（Ｓ３１６，Ｓ２０２にてＮＯ）。このとき、二山の波形のピークに対応するぞれぞれの角度から１０度だけ進めた角度までの判定区間で振動波形が補正され（Ｓ２０４）、この判定区間のノック波形モデルとを比較した結果、両者の形状の相関係数が算出され（Ｓ２０６）、大きい方を相関係数Ｋとして選択される（Ｓ２０８）。
【０１１９】
なお、振動波形の補正において、ピークに対応する角度α（１）における振動強度Ａ（１）と角度α（２）における振動強度Ａ（２）とに基づいて減衰率λ（１）が算出される。さらに、角度α（１）における振動強度Ａ（１）と角度α（２）における振動強度Ａ（３）とに基づいて減衰率λ（２）が算出される。算出されたλ（１）およびλ（２）の減衰率の平均値λ（３）により、検出された振動波形が補正される。
【０１２０】
このようにして算出あるいは選択された相関係数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（Ｓ１１４）。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と角度α（１）から５度進めた角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。
【０１２１】
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（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定され（Ｓ１１８）、点火時期が遅角される（Ｓ１２０）。これにより、ノッキングの発生が抑制される。
【０１２２】
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（Ｓ１１６にてＮＯ）、ノッキングが発生していないと判定され（Ｓ１２２）、点火時期が進角される（Ｓ１２４）。
【０１２３】
以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関のノッキング判定装置によると、エンジンＥＣＵは、検出された波形の最も大きい振動強度から降順に抽出された振動強度に対応する角度が連続しない場合、ピークに対応する角度を起点として振動強度が連続して減少する波形にはならないため、検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定する。検出された波形にノイズに対応する振動が重畳していると判定されると、エンジンＥＣＵは、それぞれのピークに対応する角度以降の振動波形とノック波形モデルとの相関係数を算出して、いずれか大きい方の相関係数に基づいて、エンジンにノッキングが発生したか否かを判定する。したがって、ノッキングに対応する振動にノイズが重畳していても、内燃機関に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ノッキング判定装置を提供することができる。
【０１２４】
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】
【０１２５】
【図１】第１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】エンジンで発生する振動の周波数を示す図である。
【図３】エンジンＥＣＵのメモリに記憶されたノック波形モデルとを示す図である。
【図４】検出ゲートにおける振動波形とノック波形モデルとを示す図である。
【図５】ノイズに対応する振動を含む振動波形とノック波形モデルとを示す図（その１）である。
【図６】補正された振動波形を示す図である。
【図７】第１の実施の形態に係るノッキング判定装置のエンジンＥＣＵが実行す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８】ノイズに対応する振動を含む振動波形とノック波形モデルとを示す図（その２）である。
【図９】正規化後の補正された振動波形とノック波形モデルとを示す図である。
【図１０】正規化後の振動波形とノック波形モデルとを比較するタイミングを示す図である。
【図１１】二山の振動波形を示す図（その１）である。
【図１２】第２の実施の形態に係るノッキング判定装置のエンジンＥＣＵが実行す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１３】第２の実施の形態に係るノッキング判定装置のエンジンＥＣＵが実行する一山判定処理のプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図１４】二山の振動波形を示す図（その２）である。
【符号の説明】
【０１２６】
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ＥＣＵ２００、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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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