(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】  ノック波形モデル（太線）は、実験などにより、予め計測された振動波形の平均値を示すライン（細線）よりも傾斜が緩やかになるように補正されて作成される。ノッキング判定装置は、ノック波形モデルとノックセンサにより検出された波形との比較結果に基づいて、エンジンにノッキングが発生したか否かを判定する。【選択図】        図５
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【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いて、予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも傾斜が緩やかになるように補正された基準振動波形を記憶するための記憶手段と、
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いて、予め計測されたノッキングに対応する振動波形を記憶するための記憶手段と、
前記検出された波形と前記記憶された振動波形よりも傾斜が緩やかになるように補正された基準振動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３】
前記基準振動波形は、前記計測された振動波形の減衰率よりも小さい減衰率になるように補正された振動波形である、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】
前記基準振動波形は、前記計測された振動波形を、計測誤差の範囲内で補正された振動波形である、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。
【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いて、予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも傾斜が緩やかになるように補正された基準振動波形を記憶するための記憶手段と、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、予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも傾斜が緩やかになるように補正された基準振動波形を記憶し、判定手段が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。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基準振動波形を予め作成する際に、予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも傾斜が緩やかになるように基準振動波形を記憶しておくことで、ノッキングとノッキング以外のノイズとを判別することが可能となる。予め定められたクランク角の間において、ノッキングに対応する振動が減衰する際の傾斜とノッキング以外のノイズに対応する振動が減衰する際の傾斜とを比較すると、ノイズに対応する振動の方が傾斜が急峻になる傾向を示す。したがって、実験などにより予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも傾斜が緩やかになるように基準振動波形を作成しておくことにより、ノッキング以外のノイズに対応する振動とノッキングに対応する振動とをより精度良く判別することができる。また、作成された基準振動波形を記憶しておき、この基準振動波形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。そのため、内燃機関の振動の大きさに加え、振動が発生するクランク角に基づいて、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、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は、内燃機関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いて、予め計測されたノッキングに対応する振動波形を記憶するための記憶手段と、検出された波形と記憶された振動波形よりも傾斜が緩やかになるように補正された基準振動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。
【０００９】
第２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、予め計測されたノッキングに対応する振動波形を記憶し、判定手段が、検出された波形と、記憶された振動波形よりも傾斜が緩やかになるように補正された基準振動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波形を記憶しておき、検出された波形と、記憶された波形よりも傾斜が緩やかになるように補正された基準振動波形とを比較することにより、ノッキングとノッキング以外のノイズとを判別することが可能となる。予め定められたクランク角の間において、ノッキングに対応する振動が減衰する際の傾斜とノッキング以外のノイズに対応する振動が減衰する際の傾斜とを比較すると、ノイズに対応する振動の方が傾斜が急峻になる傾向を示す。したがって、実験などにより予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも傾斜が緩やかになるように記憶された振動波形を補正することにより、ノッキング以外のノイズに対応する振動とノッキングに対応する振動とをより精度良く判別することができる。また、この基準振動波形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。そのため、内燃機関の振動の大きさに加え、振動が発生するクランク角に基づいて、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、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。
【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、基準振動波形は、計測された振動波形の減衰率よりも小さい減衰率になるように補正された振動波形である。
【００１１】
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基準振動波形を予め作成する際に、予め計測されたノッキングに対応する振動波形の減衰率よりも小さい減衰率になるように補正された振動波形を基準振動波形として記憶しておくことで、ノッキングとノッキング以外のノイズと判別することが可能となる。予め定められたクランク角の間において、ノッキングに対応する振動の減衰率とノッキング以外のノイズに対応する振動の減衰率とを比較すると、ノイズに対応する振動の方が減衰率は大きくなる傾向を示す。したがって、実験などにより予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも減衰率が小さくなるように基準振動波形を作成しておくことにより、ノッキング以外のノイズとノッキングとを精度良く判別することができる。
【００１２】
第４の発明に係るノッキング判定装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、基準振動波形は、計測された振動波形を、計測誤差の範囲内で補正された振動波形である。
【００１３】
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基準振動波形を予め作成する際に、予め計測されたノッキングに対応する振動波形の傾斜よりも緩やかになるように補正された振動波形を基準振動波形として記憶しておく。このとき、振動波形の傾斜は、計測誤差の範囲内で緩やかになるように補正される。このようにすると、急峻に減衰するノイズに対応する振動と緩やかに減衰するノッキングに対応する振動とを精度よく判別し、さらに、基準振動波形の精度の悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、たとえば、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の振動波形を計測し、この振動波形に基づいて予め作成されて記憶される基準振動波形である。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。
【００３１】
図４に示すように、エンジン１００の作動に起因して発生するノッキング以外の振動（実線）は、ノッキングに対応する振動（破線）と比較して、振動波形の傾斜は急峻になる傾向がある。エンジン１００の作動に起因して発生す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が閉じて吸気ポートまたは排気ポートに接触する時、すなわち、吸気バルブ１１６または排気バルブ１１８が着座するときに発生する振動や、インジェクタ１０４の作動に起因して発生する振動である。
【００３２】
本発明は、上死点から９０度までの予め定められたクランク角の間において、ノック波形モデルを作成する際に、予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも傾斜が緩やかになるように補正して記憶しておき、記憶されたノック波形モデルとノックセンサ３００により検出された振動波形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。
【００３３】
具体的には、実験などにより、ノック波形モデルを作成するために、強制的にノッキングを発生させて、エンジン１００の振動波形を検出する。このとき、たとえば、実験を複数回実施することにより得られる振動波形は、図５の破線で囲まれる領域内に収まる。本実施の形態においては、得られた振動波形の平均値を示すライン（細線）よりも傾斜が緩やかになるように補正されたライン（太線）をノック波形モデルとする。
【００３４】
ノック波形モデルは、得られた振動波形の平均値を示すラインよりも緩やかなラインになるように補正されれば、特に限定されるものではないが、好ましくは、図５に示すように、角度β（１）までのピーク以降の振動波形において、平均値ラインと、平均値ラインよりも標準偏差１σ分だけ振動強度が大きい側の平均値＋１σライン（一点鎖線）との間の領域内に収まるように補正して、ノック波形モデルとすることが望ましい。
【００３５】
また、ノック波形モデルは、図３に示すような形状に特に限定されるものではなく、たとえば、図６に示すように、線形的に減衰するノック波形モデルであってもよい。この場合、上述したように、平均値ライン（細線）の傾斜よりも緩やかになるように補正されたライン（太線）をノック波形モデルとするようにしてもよい。具体的には、平均値ラインの減衰率よりも小さい減衰率を有するように補正されたラインをノック波形モデルとするようにしてもよい。なお、平均値ラインの減衰率とは、平均値ラインにおけるピークからの変化率（傾き）の絶対値を示す。ノック波形モデルは、平均値ラインの減衰率よりも小さい減衰率にすることにより、平均値ラインの傾斜よりも緩やかになるように作成することができる。
【００３６】
なお、好ましくは、ノック波形モデルは、実験時に振動波形の測定に用いられるセンサ（たとえば、ノックセンサ）の誤差の範囲内で補正されることが望ましい。また、ノック波形モデルは、補正されたラインについて、補正されたラインの最大値（クランク角ゼロにおけるピークの振動強度）で除算して正規化されて、メモリ２０２に記憶されている。これにより、ノック波形モデルの振動の強度は０〜１の無次元数として表される。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
Ｓ１０３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。
【００４１】
Ｓ１０４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。
【００４２】
図６に戻って、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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）。
【００４９】
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る（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（Ｓ１０３）。これにより、図６に示すように、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。
【００５０】
なお、図７においては、振動波形を矩形的に表しているが、各積算値を線で結び、線を用いて振動の波形を表してもよい。また、各積算値のみを点で表して振動波形を表してもよい。
【００５１】
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。
【００５２】
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（Ｓ１０４）。ここでは、１５度から２０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。
【００５３】
図８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。
【００５４】
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。
【００５５】
ここで、ノック波形モデルは、予め計測された振動波形よりも傾斜が緩やかになるように補正されるため、検出された振動がエンジン１００の作動に起因して発生するノイズに対応する振動が検出される場合には、相関係数Ｋがより悪化する傾向にある。そのため、ノイズに対応する振動とノッキングに対応する振動とを精度よく判別することが可能となる。
【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１５度から２０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Ｎ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、実験などにより予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも傾斜が緩やかになるようにノック波形モデルを作成しておくことにより、ノッキング以外のノイズに対応する振動とノッキングに対応する振動とをより精度良く判別することができる。また、作成されたノック波形モデルを記憶しておき、このノック波形モデルとノックセンサにより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。そのため、エンジンの振動の大きさに加え、振動が発生するクランク角に基づいて、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、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。
【００６０】
また、記憶されたノック波形モデルは、計測された振動波形を、計測誤差の範囲内で補正されるため、急峻に減衰するノイズに対応する振動と緩やかに減衰するノッキングに対応する振動とを精度よく判別し、さらに、ノック波形モデルの精度の悪化を抑制することができる。
【００６１】
また、以上の説明においては、予め計測されたノッキングに対応する振動波形よりも傾斜が緩やかになるように作成されたノック波形モデルを記憶しておくようにしたが、特にこれに限定されるものではない。すなわち、予め計測されたノッキングに対応する振動波形をノック波形モデルとして記憶しておき、ノッキングが発生したか否かを判定する際に、ノックセンサにより検出された波形と、記憶されたノック波形モデルよりも傾斜が緩やかになるように補正されたノック波形モデルとを比較した結果に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定するようにしてもよい。このようにしても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。
【００６２】
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】
【００６３】
【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を示す図である。
【図４】ノッキングに対応する振動波形とノッキング以外のノイズの振動波形とを示す図である。
【図５】補正されたノック波形モデルを示す図（その１）である。
【図６】補正されたノック波形モデルを示す図（その２）である。
【図７】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】正規化後の振動波形を示す図である。
【図９】正規化後の振動波形とノック波形とを比較するタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
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】
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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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