(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、ノッキングに起因した振動の波形として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（Ｓ１０８）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６
2006307664.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補間曲線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補正手段と、
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補間曲線の変化率、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補間曲線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側および小さい側のいずれか一方の側である、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】
前記判定手段は、前記補正された波形において、前記予め定められたクランク角の間における第１の判定角度と前記第１の判定角度よりも大きい第２の判定角度との間の波形と、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。
【請求項４】
前記記憶された波形は、第１の判定角度と前記第２の判定角度とにそれぞれ対応する角度の振動強度に基づいて形成される波形である、請求項３に記載の内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項５】
前記第１の判定角度と前記第２の判定角度との間は、前記内燃機関の作動に起因して発生する振動が重畳しない区間である、請求項３または４に記載の内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項６】
前記第１の判定角度と前記第２の判定角度との間には、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を含む、請求項３〜５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７】
前記第１の判定角度は、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る、請求項６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判定装置である。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補間曲線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補正手段と、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、検出された波形において基準となる基準角度（たとえば、振動波形のピークに対応する角度）と、基準角度と異なる複数の角度の各々とに基づいて形成される補間曲線の変化率（減衰率）の平均値により、検出された波形を補正する。補正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。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記憶しておき、このノック波形モデルと補正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基づいて形成される補間曲線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ッキング以外のノイズの振動が重畳している場合においても、補正された波形が、記憶手段に記憶された波形に対して、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た場合の、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、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補間曲線の変化率、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補間曲線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側および小さい側のいずれか一方の側である。
【０００９】
第２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補間曲線の変化率、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補間曲線の変化率の平均値により、検出された波形を補正する。たとえば、第１の角度および第２の角度が基準角度よりも大きい側であるとすると、基準角度以降の補間曲線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ッキング以外のノイズの振動が重畳している場合においても、検出された波形が記憶手段に記憶された波形に対して、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た場合の、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。
【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または２の発明の構成に加えて、判定手段は、補正された波形において、予め定められたクランク角の間における第１の判定角度と第１の判定角度よりも大きい第２の判定角度との間の波形と、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手段を含む。
【００１１】
第３の発明によると、補正された波形において、第１の判定角度と第２の判定角度との間の波形と、記憶された波形とを比較する。これにより、第１の判定角度と第２の判定角度との間が、ノッキングに対応する振動の波形の変化率とノッキング以外のノイズに対応する振動の波形の変化率とに差が発生する区間（たとえば、ノッキングに対応する信号出力が大きいノック検出ゲートの前半の区間）となるようにすると、ノッキングに対応する振動とノイズに対応する振動との切り分け精度（すなわち、判別の精度）を向上させることができる。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。
【００１２】
第４の発明に係るノッキング判定装置においては、第３の発明の構成に加えて、記憶された波形は、第１の判定角度と第２の判定角度とにそれぞれ対応する角度の振動強度に基づいて形成される波形である。
【００１３】
第４の発明によると、記憶された波形は、第１の判定角度と第２の判定角度とにそれぞれ対応する角度の振動強度に基づいて形成される波形である。たとえば、第１の判定角度が振動波形のピークに対応する角度であるとすると、ピークに対応する角度から第２の判定角度に対応する角度までの波形を予め記憶しておく。このようにすると、第１の判定角度と第２の判定角度との間以外の部分については、記憶する必要がないため、予め記憶しておくデータ量を低減することができる。
【００１４】
第５の発明に係るノッキング判定装置においては、第３または４の発明の構成に加えて、第１の判定角度と第２の判定角度との間は、内燃機関の作動に起因して発生する振動が重畳しない区間である。
【００１５】
第５の発明によると、第１の判定角度と第２の判定角度との間を、ノッキングに対応する振動に、ノッキング以外のノイズに対応する振動が重畳しない区間とすることにより、ノッキングに対応する振動が発生した場合には、補正された波形は、記憶された波形との相関係数が向上するため、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。
【００１６】
第６の発明に係るノッキング判定装置においては、第３〜５のいずれかの発明の構成に加えて、第１の判定角度と第２の判定角度との間には、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を含む。
【００１７】
第６の発明によると、第１の判定角度と第２の判定角度との間には、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を含む。そのため、ノッキングに対応する振動の出力が大きい区間でノッキングの判定をすることができるため、ノッキングとノイズとの切り分け精度が向上する。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。
【００１８】
第７の発明に係るノッキング判定装置においては、第６の発明の構成に加えて、第１の判定角度は、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。
【００１９】
第７の発明によると、検出された波形における振動強度のピークに対応する第１の判定角度と第２の判定角度との間の、ノッキングに対応する振動の出力が大きい区間でノッキングの判定をすることができるため、ノッキングとノイズとの切り分け精度が向上する。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】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
本発明においては、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補間曲線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点に特徴を有する。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。
【００３９】
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。
【００４０】
本発明においては、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補間曲線の変化率と、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補間曲線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。
【００４１】
また、角度α（２）および角度α（３）のいずれも、角度α（１）に対して大きい側および小さい側のいずれかの角度であれば特に限定されるものではないが、本実施の形態において、角度α（１）よりも大きい角度である。本実施の形態において、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。
【００４２】
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補間曲線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。
【００４３】
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。
【００４４】
図５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。
【００４５】
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、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。
【００４６】
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く、ノッキング以外のノイズに対応する振動が重畳しない区間を規定する判定角度であればよい。
【００４７】
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。
【００４８】
図６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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
Ｓ１０８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）とに基づく補間曲線の減衰率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）とに基づく補間曲線の減衰率λ（２）を算出する。
【００５４】
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から角度α（２）までについて、減衰率をλ（１）とすると、図７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７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）が正規化されているため、「１」である。したがって、図７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、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。
【００５５】
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から角度α（３）までについて、減衰率をλ（２）とすると、図７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７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）が正規化されているため、「１」である。したがって、図７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、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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７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。
【００５９】
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８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。
【００６０】
図６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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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）。
【００６５】
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。
【００６６】
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）。
【００６７】
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。
【００６８】
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（Ｓ１０８）。
【００６９】
図８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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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）。
【００７４】
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基準となる角度α（１）と、角度α（１）と異なる角度α（２）およびα（３）の各々とに基づいて形成される補間曲線の減衰率λ（１）およびλ（２）の平均値λ（３）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ッキング以外のノイズの振動が重畳している場合においても、補正された波形がメモリに記憶されたノック波形モデルに対し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た場合の、補正された振動波形とノック波形モデル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ノッキング判定装置を提供することができる。
【００７５】
また、ピークに対応する角度α（１）から角度α（２）に対応する判定区間のノック波形モデルを予め記憶しておくことにより、角度α（１）と角度α（２）との間に対応する判定区間以外の部分については、記憶する必要がないため、予め記憶しておくデータ量を低減することができる。
【００７６】
さらに、角度α（１）と角度α（２）との間を、ノッキングに対応する振動に、ノッキング以外のノイズに対応する振動が重畳しない区間とすることにより、ノッキングに対応する振動が発生した場合には、補正された振動波形は、ノッキングに対応する振動との相関係数が向上するため、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。
【００７７】
好ましくは、角度α（１）と角度α（２）との間に検出された波形の振動強度のピークに対応する角度を含むようにすることが望ましい。このようにすると、ノッキングに対応する振動波形の信号出力が大きい区間でノッキングの判定をすることができるため、ノッキングとノイズとの切り分け精度が向上する。
【００７８】
さらに好ましくは、本実施の形態において説明したように角度α（１）は、ピークに対応する角度とすることが望ましい。このようにすると、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α（１）と角度α（２）との間の、ノッキングに対応する振動波形の信号出力が大きい区間でノッキングの判定をすることができるため、ノッキングとノイズとの切り分け精度が向上する。
【００７９】
さらに好ましくは、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。
【００８０】
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】
【００８１】
【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】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】補正された振動波形を示す図である。
【図６】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７】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８】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。
【符号の説明】
【００８２】
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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