(57)【要約】【課題】大きなノッキングを早く検知することができ、ノッキング判定が容易な内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置を提供する。【解決手段】ノッキング用タイムウィンドウ及びＢＰＦ（Ｂ１〜Ｂ２）を用いて、ノックセンサ信号Ｓｇ１からノッキング周波数の波形信号を取り出し、積分して第１の演算値を求め（Ｂ３）、リファレンス用タイムウィンドウ及びＢＰＦ（Ｂ４〜Ｂ５）を用いて、ノックセンサ信号Ｓｇ１からリファレンス周波数の波形信号を取り出し、積分して第２の演算値を求め（Ｂ６）、第２の演算値の複数個の平均値を求め（Ｂ７）、第１の演算値を平均値で除算したＳ／Ｎ比を求め（Ｂ８）、Ｓ／Ｎ比に重み係数を乗算した乗算値を求め（Ｂ９）、乗算値の複数個の移動平均値を求め（Ｂ１０）、移動平均値をノック指標として用いて、ノッキングの判定、制御を行う（Ｂ１１〜Ｂ１３）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒に取り付けられ、ノッキングの強度に相関する加速度又は筒内圧を測定する加速度センサ又は筒内圧センサと、
前記加速度センサ又は前記筒内圧センサで測定されたセンサ信号に基づいて、ノッキングの判定及び制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記センサ信号からノッキング周波数の波形信号を取り出し、前記ノッキング周波数の波形信号による第１の演算値を演算し、
前記センサ信号からリファレンス周波数の波形信号を取り出し、前記リファレンス周波数の波形信号による第２の演算値を演算し、前記第２の演算値の複数個の平均値を求め、
前記第１の演算値を前記平均値で除算した比を求め、
前記比をノッキング強度とノッキング頻度とを含むノック指標に変換し、
前記ノック指標の大きさに基づいて、ノッキングの判定を行う
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記比を前記ノック指標に変換する重み係数を予め規定しておき、前記比に前記重み係数を乗算した乗算値を求め、前記乗算値の複数個の移動平均値を求め、前記移動平均値をノッキングの判定を行う前記ノック指標として用いる
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記比が大きくなるほど前記重み係数を大きくする
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記比に対する閾値と当該閾値に応じた規定回数を予め規定しておき、前記比が前記閾値を超えた回数を前記規定回数で除算した百分率を求め、前記百分率をノッキングの判定を行う前記ノック指標として用いる
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
各々異なる前記閾値と各々の前記閾値に応じた前記規定回数の組を複数組規定し、前記閾値が大きくなるほど前記規定回数を小さくする
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記センサ信号の同じ時間帯から前記ノッキング周波数の波形信号と前記リファレンス周波数の波形信号を取り出すと共に、予め規定した規定値以下のものを前記リファレンス周波数の波形信号とする
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記センサ信号の異なる時間帯から前記ノッキング周波数の波形信号と前記リファレンス周波数の波形信号を取り出すと共に、前記リファレンス周波数の波形信号の前記時間帯を、前記ノッキング周波数の波形信号の前記時間帯の直前の時間帯、又は、未点火時の時間帯とする
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
複数個の前記第２の演算値の標準偏差を求め、当該標準偏差の範囲内にある前記第２の演算値を用いて前記平均値を求める
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記内燃機関の初期の前記第２の演算値を基準値として保持しておくと共に、当該基準値に対する基準閾値を規定しておき、
新たに演算した前記第２の演算値が前記基準値に対し前記基準閾値より下がった場合、前記加速度センサ又は前記筒内圧センサの感度低下と判定して、通知を行う
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
全ての前記気筒の前記第２の演算値の平均を基準値として保持しておくと共に、当該基準値に対する基準閾値を規定しておき、
新たに演算した前記第２の演算値が前記基準値に対し前記基準閾値より下がった場合、前記加速度センサ又は前記筒内圧センサの感度低下と判定して、通知を行う
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関のノッキング判定装置を用いた内燃機関のノッキング制御装置であって、
前記制御手段は、
ノッキングの判定に応じて、前記気筒の点火時期の遅角化、前記内燃機関の出力の低下又は停止を行う
ことを特徴とする内燃機関のノッキング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンやガソリンエンジン等におけるノッキング判定及び制御を行う内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関では、筒内で燃料が異常燃焼するノッキングが生じる。ノッキングの強度が大きいと、エンジンが損傷するおそれがある。そこで、これらのエンジンでは、ノッキングを検知し、ノッキング強度に応じて点火時期の制御や出力を下げる制御を行っている。
【０００３】
ノッキング判定には、筒内圧センサを使用する場合と、例えば、加速度センサ等を使用する場合がある。ノッキング判定では、一般的に下記の手法が用いられている。
【０００４】
（１）センサ信号から、ノッキングが起こる時間帯（タイムウィンドウ）のデータを取り出す。
（２）ノッキング周波数の成分のみ通過させるバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦ）にセンサ信号を通し、ノッキング周波数の波形信号を取り出す。
（３）取り出した波形信号の演算処理を行い、ノッキング強度を求める。例えば、振幅の最大値を求める演算処理をしたり、高速フーリエ変換解析（以下、ＦＦＴ解析）を行い、ノッキング周波数付近のパワースペクトル密度の平方和であるパーシャルオーバーオール（以下、ＰＯＡ）を求める演算処理をしたり、波形信号を積分し、ＰＯＡ相当の値を求める演算処理をしたりして、ノッキング強度を求めている。
（４）これらの演算を各サイクルで行い、各サイクルで演算したノッキング強度について、所定回数のサイクル（例えば、５０サイクル）での頻度も考慮したノック指標を求めて、ノッキング判定を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３１９０３号公報
【特許文献２】特許第４９１９０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ノッキングは、各サイクルで連続して同じ強度となるわけではない。ノッキングが発生し易い状態では、上記ノック指標の平均値が上がると共に、ノック指標が大きい頻度が高くなる傾向がある。又、ノッキング強度が大きい場合、エンジンの損傷防止のため、早い検知性能が求められる。
【０００７】
従って、エンジンの損傷を防ぎ、一定のノッキングレベルを維持する制御を行うには、下記について考慮して、ノッキング判定することが必要である。
（ａ）ノッキング強度とノッキング頻度の２つの情報からノッキング判定を行う。
（ｂ）ノッキング強度が大きい場合、エンジンの損傷防止のため、早く（例えば、１サイクルで）検知する。
【０００８】
ところが、従来のノッキング検知では、ノッキング強度だけでなく、ノッキング頻度をカウントする必要があり、所定回数のサイクルが必要となり、大きいノッキングの早い検知ができなかったり（例えば、特許文献１の段落００４１参照）、ノック指標の演算（例えば、特許文献２の図８、図９参照；特に、ノック判定値Ｖｋｄｌを求めるためのｕ値の演算）が複雑であったりして、大きいノッキングを早く、容易に検知することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、大きなノッキングを早く検知することができ、ノッキング判定が容易な内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第１の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
内燃機関の各気筒に取り付けられ、ノッキングの強度に相関する加速度又は筒内圧を測定する加速度センサ又は筒内圧センサと、
前記加速度センサ又は前記筒内圧センサで測定されたセンサ信号に基づいて、ノッキングの判定及び制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記センサ信号からノッキング周波数の波形信号を取り出し、前記ノッキング周波数の波形信号による第１の演算値を演算し、
前記センサ信号からリファレンス周波数の波形信号を取り出し、前記リファレンス周波数の波形信号による第２の演算値を演算し、前記第２の演算値の複数個の平均値を求め、
前記第１の演算値を前記平均値で除算した比を求め、
前記比をノッキング強度とノッキング頻度とを含むノック指標に変換し、
前記ノック指標の大きさに基づいて、ノッキングの判定を行う
ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第２の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
上記第１の発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記比を前記ノック指標に変換する重み係数を予め規定しておき、前記比に前記重み係数を乗算した乗算値を求め、前記乗算値の複数個の移動平均値を求め、前記移動平均値をノッキングの判定を行う前記ノック指標として用いる
ことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第３の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
上記第２の発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記比が大きくなるほど前記重み係数を大きくする
ことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第４の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
上記第１の発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記比に対する閾値と当該閾値に応じた規定回数を予め規定しておき、前記比が前記閾値を超えた回数を前記規定回数で除算した百分率を求め、前記百分率をノッキングの判定を行う前記ノック指標として用いる
ことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第５の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
上記第４の発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
各々異なる前記閾値と各々の前記閾値に応じた前記規定回数の組を複数組規定し、前記閾値が大きくなるほど前記規定回数を小さくする
ことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第６の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
上記第１〜第５のいずれか１つの発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記センサ信号の同じ時間帯から前記ノッキング周波数の波形信号と前記リファレンス周波数の波形信号を取り出すと共に、予め規定した規定値以下のものを前記リファレンス周波数の波形信号とする
ことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第７の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
上記第１〜第５のいずれか１つの発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記センサ信号の異なる時間帯から前記ノッキング周波数の波形信号と前記リファレンス周波数の波形信号を取り出すと共に、前記リファレンス周波数の波形信号の前記時間帯を、前記ノッキング周波数の波形信号の前記時間帯の直前の時間帯、又は、未点火時の時間帯とする
ことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第８の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
上記第１〜７のいずれか１つの発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
複数個の前記第２の演算値の標準偏差を求め、当該標準偏差の範囲内にある前記第２の演算値を用いて前記平均値を求める
ことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第９の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
上記第１〜第８のいずれか１つの発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
前記内燃機関の初期の前記第２の演算値を基準値として保持しておくと共に、当該基準値に対する基準閾値を規定しておき、
新たに演算した前記第２の演算値が前記基準値に対し前記基準閾値より下がった場合、前記加速度センサ又は前記筒内圧センサの感度低下と判定して、通知を行う
ことを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する第１０の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、
上記第１〜第８のいずれか１つの発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置において、
前記制御手段は、
全ての前記気筒の前記第２の演算値の平均を基準値として保持しておくと共に、当該基準値に対する基準閾値を規定しておき、
新たに演算した前記第２の演算値が前記基準値に対し前記基準閾値より下がった場合、前記加速度センサ又は前記筒内圧センサの感度低下と判定して、通知を行う
ことを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する第１１の発明に係る内燃機関のノッキング制御装置は、
上記第１〜第１０のいずれか１つの発明に記載の内燃機関のノッキング判定装置を用いた内燃機関のノッキング制御装置であって、
前記制御手段は、
ノッキングの判定に応じて、前記気筒の点火時期の遅角化、前記内燃機関の出力の低下又は停止を行う
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ノッキング強度とノッキング頻度とを含むノック指標を用いるので、ノッキングを容易に判定することができ、大きいノッキングほど早く検知することができる。又、経年変化による感度低下も検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置の実施形態の一例を説明する概略構成図である。
【図２】図１に示した内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置におけるノッキング判定及び制御の一例（実施例１）を説明するブロック図である。
【図３】図２に示したブロック図におけるタイムウィンドウを説明する図である。
【図４】図１に示した内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置におけるノッキング判定及び制御の他の一例（実施例２）を説明するブロック図である。
【図５】図１に示した内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置におけるノッキング判定及び制御の他の一例（実施例３）を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は、本実施例の内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置を説明する概略構成図である。又、図２は、図１に示した内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置におけるノッキング判定及び制御を説明するブロック図であり、図３は、図２に示したブロック図におけるタイムウィンドウを説明する図である。
【００２５】
本実施例の内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置において、内燃機関（エンジン）は、図１に示すように、少なくとも１つの気筒１０（図１では、一例として、４つの気筒１０を図示）と、後述する演算処理による判定や制御を行うＥＣＵ（Electronics Control Unit）２０と、ＥＣＵ２０からの指令に基づいて、後述する点火プラグ１４を制御する点火装置２１とを有している。なお、警報装置２２については、後述の実施例４において説明する。
【００２６】
各気筒１０は、シリンダ１１と、シリンダ１１内を往復運動するピストン１２と、ピストン１２に連結されたクランク１３とを有しており、クランク１３を介して、クランク軸（図示省略）が回転駆動される。又、シリンダ１１にガスやガソリン等からなる燃料と共に空気を供給する給気弁及び給気ポート、燃焼した燃料をシリンダ１１から排気する排気弁及び排気ポート等も有しているが、図１では、図示を省略している。
【００２７】
シリンダ１１に供給された燃料は、シリンダ１１に取り付けた点火プラグ１４を用いて点火し、燃焼させる。このとき、シリンダ１１に取り付けたノックセンサ１５を用いて、各気筒１０に発生するノッキング強度に相関する物理量を、ノックセンサ信号Ｓｇ１として検出している。本実施例では、ノックセンサ１５として、加速度を検出する加速度センサを用いるが、これに代えて、筒内圧を検出する筒内圧センサを用いても、本実施例及び後述する実施例２〜４を実施可能である。
【００２８】
ノックセンサ１５で検出された各気筒１０のノックセンサ信号Ｓｇ１は、ＥＣＵ２０へ入力され、入力されたノックセンサ信号Ｓｇ１を用い、後述する演算処理を行って、ノッキング判定を行っている。そして、ＥＣＵ２０は、演算処理によるノッキング判定に基づいて、各気筒１０に対する点火時期指令Ｓｇ２を点火装置２１へ送信し、点火装置２１は、点火時期指令Ｓｇ２に基づいて、各気筒１０へ点火信号Ｓｇ３を送信している。
【００２９】
なお、図１に示した各気筒１０においては、クランク軸のクランク角を検出するクランク角センサも設けられており、このセンサからの信号もＥＣＵ２０へ入力されて、後述する演算処理に用いられている。
【００３０】
又、図１に示した内燃機関は、同等の機能を有する構成であれば、他の内燃機関でも良い。例えば、ガスエンジン、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等でも良い。
【００３１】
次に、図２、図３を参照して、図１に示した内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置におけるノッキング判定及び制御を説明する。なお、以下のノッキング判定及び制御は、各気筒、各サイクルで各々行っている。
【００３２】
（ブロックＢ１）
ノックセンサ１５で検出された各気筒１０のノックセンサ信号Ｓｇ１が、ＥＣＵ２０へ入力されると、ノッキングが起こる時間帯のノッキング用タイムウィンドウＴＷ１（図３参照）を用いて、ノックセンサ信号Ｓｇ１からノッキング用データを切り出す。ノッキング用タイムウィンドウＴＷ１としては、クランク角の範囲を予め規定しておけば良い。ここでは、一例として、点火後であって、筒内圧のピークより前のクランク角から、燃焼が終了するクランク角までを、ノッキング用タイムウィンドウＴＷ１としている。
【００３３】
（ブロックＢ２）
切り出したノッキング用データを、ノッキング周波数の成分のみを通過させるＢＰＦに通し、ノッキング周波数（例えば、３ｋＨｚ程度）の波形信号を取り出す。
【００３４】
（ブロックＢ３）
取り出したノッキング周波数の波形信号の演算処理を行い、第１の演算値を求める。例えば、波形信号の絶対値の積分値を求め、ＰＯＡ相当の値を求める演算処理を行う。なお、この演算処理に代えて、振幅の最大値を求める演算処理をしたり、又は、ＦＦＴ解析を行い、ＰＯＡを求める演算処理をしたりしても良い。なお、上記積分値とＰＯＡは数学的に等価である。
【００３５】
ＦＦＴ解析を行い、ＰＯＡを求める場合には、ＦＦＴ解析により、パワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルに基づいて、パワースペクトル密度を算出し、ノッキング周波数付近のパワースペクトル密度の平方和を算出することで、ＰＯＡを求めれば良い。
【００３６】
（ブロックＢ４）
上述したブロックＢ１と同じように、リファレンス用タイムウィンドウを用いて、ノックセンサ信号Ｓｇ１からリファレンス用データを切り出す。
【００３７】
ここで、リファレンス用タイムウィンドウ及びファレンス用データについて、図３を参照して説明を行う。リファレンス用データとしては、ノッキング未発生時のデータＤｒ１、燃焼初期段階のデータＤｒ２又は未点火時のバックグラウンドのデータＤｒ３を用いることができる。なお、図３では、参考のため、シリンダ１１の筒内圧も併記している。
【００３８】
ノッキング未発生時のデータＤｒ１を用いる場合には、ノッキングを検知するノッキング用タイムウィンドウＴＷ１と同じタイムウィンドウを用い、予め規定した規定値以下のデータを保持しておき、これをリファレンス用データとして使用する。規定値以下のデータが新たに取得できた場合には、保持するデータを逐次更新していき、これをリファレンス用データとして使用する。
【００３９】
又、燃焼初期段階のデータＤｒ２を用いる場合には、タイムウィンドウＴＷ１とは異なり、タイムウィンドウＴＷ１の直前のタイムウィンドウＴＷ２のデータを使用する。又、未点火時のバックグラウンドのデータＤｒ３を用いる場合にも、タイムウィンドウＴＷ１とは異なり、未点火時のタイムウィンドウＴＷ３のデータを使用する。
【００４０】
（ブロックＢ５）
上述したブロックＢ２と同じように、切り出したリファレンス用データを、リファレンス周波数の成分のみを通過させるＢＰＦに通し、リファレンス周波数の波形信号を取り出す。
【００４１】
ここで、リファレンス用データとノッキング用データのタイムウィンドウが同じタイムウィンドウＴＷ１を用いる場合は、ノッキング検知の周波数と同じ周波数の成分（例えば、３ｋＨｚ程度）のみを通過させるＢＰＦを用いれば良い。一方、リファレンス用データとノッキング用データのタイムウィンドウが異なり、タイムウィンドウＴＷ２又はＴＷ３を用いる場合は、リファレンス用のＢＰＦも異なるものとし、ノッキング検知の周波数と異なる周波数の成分（例えば、１ｋＨｚ程度）のみを通過させるＢＰＦを用いれば良い。
【００４２】
（ブロックＢ６）
上述したブロックＢ３と同じように、取り出したリファレンス周波数の波形信号の演算処理を行い、第２の演算値、例えば、リファレンス周波数の波形信号の絶対値の積分値又は振幅の最大値又はＰＯＡを求める。
【００４３】
（ブロックＢ７）
ブロックＢ６の演算処理により求めた第２の演算値の平均処理を行い、リファレンス平均値を求める。
【００４４】
この際、直近の複数回のサイクルの第２の演算値を用いた移動平均処理により、リファレンス平均値を求めても良いが、例えば、上限値と下限値を除くためのローパスフィルタを通した後に、リファレンス平均値を求めても良いし、複数回のサイクルの第２の演算値の標準偏差（σ）を求め、求めた１σの範囲内にある第２の演算値について、リファレンス平均値を求めても良い。予め、上限値と下限値を決めておく必要があるが、１σの範囲内にある第２の演算値を用いる場合には、上限値と下限値を決めておく必要はなく、例えば、経時変化があっても、その経時変化に追従して、リファレンス平均値を求めることができる。
【００４５】
（ブロックＢ８）
ブロックＢ３の演算処理により求めた第１の演算値を、ブロックＢ７の平均処理により求めたリファレンス平均値で除算して、第１の演算値のＳ／Ｎ比を求める。これにより、ノックセンサ１５のセンサ感度の個体差を補正することができる。
【００４６】
（ブロックＢ９）
予め、Ｓ／Ｎ比と重み係数との関係を規定しておき、ブロックＢ８で求めたＳ／Ｎ比に対して重み付けを行う。つまり、求めたＳ／Ｎ比に、対応する重み係数を乗算した乗算値を求める。この重み係数とは、求めたＳ／Ｎ比に対して、ノッキング強度と共にノッキング頻度を含む数値とする係数であり、これにより、１つの数値を１サイクルで評価するだけでノッキング判定が可能となる。従来は、ノッキング強度とノッキング頻度からノッキング判定を行っており、判定のために所定回数のサイクルが必要であったが、上述した重み付けを行うことにより、大きいノッキングを早く、容易に検知することができる。
【００４７】
Ｓ／Ｎ比と重み係数との関係は、実際は、内燃機関の試験運転を行って、マップデータとして規定している。この際、内燃機関へのダメージ（例えば、ライナ温度によるダメージ、ピストンリング、ガスケットのダメージ等）を表すノッキング・シビアリティと点火時期の進角化との関係と同等の関係となるように、Ｓ／Ｎ比と重み係数との関係を規定している。例えば、１回発生しただけでエンジンが損傷する最大のＳ／Ｎ比を基準に、ブロックＢ９に示すような曲線（例えば、ｎ次曲線）となるように、つまり、Ｓ／Ｎ比が大きくなるほど、重み係数がより大きくなるように、Ｓ／Ｎ比と重み係数との関係を規定している。
【００４８】
（ブロックＢ１０）
ブロックＢ９で重み付けしたＳ／Ｎ比（乗算値）について、移動平均値を求める。例えば、直近の複数個の重み付けしたＳ／Ｎ比についての移動平均値を求める。
【００４９】
（ブロックＢ１１）
本実施例では、ブロックＢ１０で求めた移動平均値がノック指標となる。
【００５０】
（ブロックＢ１２）
ブロックＢ１１におけるノック指標を、予め規定したノック判定閾値に基づいて、ノッキング判定を行う。なお、ノック判定閾値は、内燃機関の仕様により異なるので、その仕様に応じて設定されるが、例えば、２０〜５０％である。
【００５１】
（ブロックＢ１３）
ブロックＢ１３におけるノッキング判定に基づいて、制御を行う。例えば、ノック指標の大きさに応じて、点火時期を小さく遅らせたり、大きく遅らせたり（遅角化）、更には、出力を下げたり、機関をトリップ（停止）したりする点火時期指令Ｓｇ２を点火装置２１へ送信する。
【００５２】
このように、重み付けを行なったノック指標を用いることで、ノッキング強度と共にノッキング頻度を含む数値とすることができ、小さいノッキングから大きいノッキングまで、１つのアナログ値で取り扱うことができる。これにより、ノッキング判定が容易になり、制御しやすくなると共に、大きなノッキングを早く検出することができる。
【００５３】
（実施例２）
図４は、本実施例の内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置におけるノッキング判定及び制御を説明するブロック図である。図４を参照して、本実施例のノッキング判定及び制御を説明する。ここでは、一例として、図１に示した内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置において、以下に説明するノッキング判定及び制御が実施されるが、同等の機能を有する構成であれば、他の装置でも良い。又、以下のノッキング判定及び制御も、各気筒、各サイクルで各々行っている。
【００５４】
（ブロックＢ２１）
ノックセンサ１５で検出された各気筒１０のノックセンサ信号Ｓｇ１が、ＥＣＵ２０へ入力されると、ノックセンサ信号Ｓｇ１から、ノッキングが起こる時間帯のノッキング用タイムウィンドウＴＷ１を用いて、ノッキング用データを切り出す。ノッキング用タイムウィンドウＴＷ１については、実施例１で説明したもので良い（図３参照）。
【００５５】
（ブロックＢ２２）
切り出したノッキング用データを、ノッキング周波数の成分のみを通過させるＢＰＦに通し、ノッキング周波数（例えば、３ｋＨｚ程度）の波形信号を取り出す。
【００５６】
（ブロックＢ２３、Ｂ２４）
取り出したノッキング周波数の波形信号のＦＦＴ解析を行い、ＦＦＴ解析したノッキング周波数の波形信号のＰＯＡを求める演算処理を行う。なお、この演算処理に代えて、振幅の最大値を求める演算処理をしたり、又は、波形信号の絶対値の積分値を求め、ＰＯＡ相当の値を求める演算処理をしたりしても良い。なお、上記ＰＯＡと積分値は数学的に等価である。
【００５７】
（ブロックＢ２５、Ｂ２６）
演算処理したＰＯＡについて、下記の式１及び表１を用いて、各ノック指標、つまり、大ノック指標、中ノック指標及び小ノック指標を演算する。下記の式１において、Ｃ１は予め規定したＰＯＡに対する閾値Ｔｈを超えたサイクル回数であり、Ｃ２は規定サイクル回数であり、閾値Ｔｈを超えたサイクル回数Ｃ１を、規定サイクル回数Ｃ２で除算した百分率を求めている。
【００５８】
又、表１においては、ノッキング強度とノッキング頻度の２つの観点で、大ノック指標、中ノック指標及び小ノック指標における閾値Ｔｈと当該閾値Ｔｈに応じた規定サイクル回数Ｃ２の組を複数組規定している。なお、表１に示した閾値Ｔｈ及び規定サイクル回数Ｃ２は、例示であり、内燃機関の特性に応じて、適宜に変更可能であるが、閾値Ｔｈが大きくなるほど規定サイクル回数Ｃ２を小さくしている。
【００５９】
各ノック指標［％］＝Ｃ１／Ｃ２×１００  ・・・（式１）
【００６０】
【表１】
2015132185.tif 000003
【００６１】
（ブロックＢ２７、Ｂ２８）
予め規定した大ノック指標、中ノック指標及び小ノック指標に対するノック判定閾値に基づいて、演算した大ノック指標、中ノック指標及び小ノック指標を判定し、その判定に基づいて、制御を行う。例えば、小ノック判定の場合には、点火時期を小さく遅らせたり、中ノック判定の場合には、大きく遅らせたり（遅角化）、更に、大ノック判定の場合には、出力を下げたり、機関をトリップ（停止）したりする点火時期指令Ｓｇ２を点火装置２１へ送信する。なお、ノック判定閾値は、内燃機関の仕様により異なるので、その仕様に応じて設定されるが、例えば、２０〜５０％である。
【００６２】
（ブロックＢ２９）
ブロックＢ２４で演算処理したＰＯＡについて、移動平均を求める。例えば、直近の複数個のＰＯＡについての移動平均を求める。ＰＯＡ移動平均を求めることにより、ノッキングの傾向を把握することができる。
【００６３】
従来、ＦＦＴ解析を行い、ＰＯＡ演算を行うだけでは、検知に時間がかかり、大ノックの検知には適していなかった。しかしながら、上述したように、ＰＯＡを大ノック指標、中ノック指標及び小ノック指標に分け、各ノック指標を算出する際、ノック指標毎に規定サイクル回数を変えることで、ノック指標毎に検知の速さを変えることができ、これにより、大ノックほど早く検知することができる。
【００６４】
（実施例３）
図５は、本実施例の内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置におけるノッキング判定及び制御を説明するブロック図である。図５を参照して、本実施例のノッキング判定及び制御を説明する。ここでも、一例として、図１に示した内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置において、以下に説明するノッキング判定及び制御が実施されるが、同等の機能を有する構成であれば、他の装置でも良い。又、以下のノッキング判定及び制御も、各気筒、各サイクルで各々行っている。
【００６５】
（ブロックＢ３１）
ノックセンサ１５で検出された各気筒１０のノックセンサ信号Ｓｇ１が、ＥＣＵ２０へ入力されると、ノックセンサ信号Ｓｇ１から、ノッキングが起こる時間帯のノッキング用タイムウィンドウＴＷ１を用いて、ノッキング用データを切り出す。ノッキング用タイムウィンドウＴＷ１については、実施例１で説明したもので良い（図３参照）。
【００６６】
（ブロックＢ３２）
切り出したノッキング用データを、ノッキング周波数の成分のみを通過させるＢＰＦに通し、ノッキング周波数（例えば、３ｋＨｚ程度）の波形信号を取り出す。ノッキング用ＢＰＦについても、実施例１で説明したもので良い。
【００６７】
（ブロックＢ３３）
取り出したノッキング周波数の波形信号の演算処理を行い、第１の演算値を求める。例えば、波形信号の絶対値の積分値を求め、ＰＯＡ相当の値を求める演算処理を行う。なお、この演算処理に代えて、振幅の最大値を求める演算処理をしたり、又は、ＦＦＴ解析を行い、ＰＯＡを求める演算処理をしたりしても良い。なお、上記積分値とＰＯＡは数学的に等価である。
【００６８】
（ブロックＢ３４）
上述したブロックＢ３１と同じように、ノックセンサ信号Ｓｇ１から、リファレンス用タイムウィンドウを用いて、リファレンス用データを切り出す。リファレンス用タイムウィンドウ及びファレンス用データについても、実施例１で説明したもので良い（図３参照）。
【００６９】
（ブロックＢ３５）
上述したブロックＢ３２と同じように、切り出したリファレンス用データを、リファレンス周波数の成分のみを通過させるＢＰＦに通し、リファレンス周波数の波形信号を取り出す。リファレンス用ＢＰＦについても、実施例１で説明したもので良い。
【００７０】
（ブロックＢ３６）
上述したブロックＢ３３と同じように、取り出したリファレンス周波数の波形信号の演算処理を行い、第２の演算値、例えば、リファレンス周波数の波形信号の絶対値の積分値又は振幅の最大値又はＰＯＡを求める。
【００７１】
（ブロックＢ３７）
ブロックＢ３６の演算処理により求めた第２の演算値の平均処理を行い、リファレンス平均値を求める。ここでも、実施例１と同じように、リファレンス平均値を求めれば良い。
【００７２】
（ブロックＢ８）
ブロックＢ３３の演算処理により求めた第１の演算値を、ブロックＢ３７の平均処理により求めたリファレンス平均値で除算して、第１の演算値のＳ／Ｎ比を求める。これにより、ノックセンサ１５のセンサ感度の個体差を補正することができる。
【００７３】
（ブロックＢ３９、Ｂ４０）
演算処理したＳ／Ｎ比について、上記の式１及び表１を用いて、各ノック指標、つまり、大ノック指標、中ノック指標及び小ノック指標を演算する。なお、本実施例において、表１中の閾値Ｔｈは、Ｓ／Ｎ比に対して規定すれば良い。
【００７４】
（ブロックＢ４１、Ｂ４２）
予め規定した大ノック指標、中ノック指標及び小ノック指標に対するノック判定閾値に基づいて、演算した大ノック指標、中ノック指標及び小ノック指標を判定し、その判定に基づいて、制御を行う。例えば、小ノック判定の場合には、点火時期を小さく遅らせたり、中ノック判定の場合には、大きく遅らせたり（遅角化）、更に、大ノック判定の場合には、出力を下げたり、機関をトリップ（停止）したりする点火時期指令Ｓｇ２を点火装置２１へ送信する。なお、ノック判定閾値は、内燃機関の仕様により異なるので、その仕様に応じて設定されるが、例えば、２０〜５０％である。
【００７５】
このように、各ノック指標を算出する際、ノック指標毎に規定サイクル数を変えることで、ノック指標毎に検知の速さを変えることができる。これにより、大ノックほど早く検知することができる。
【００７６】
（実施例４）
本実施例の内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置について、図１を参照して説明する。ここでも、一例として、図１に示した内燃機関のノッキング判定装置及びノッキング制御装置を例示するが、同等の機能を有する構成であれば、他の装置でも良い。
【００７７】
本実施例では、更に、ＥＣＵ２０からの指令に基づいて、警報を発報、送信する警報装置２２を備えている。
【００７８】
ＥＣＵ２０は、実施例１で説明した第２の演算値（リファレンス周波数の波形信号の絶対値の積分値又は振幅の最大値又はＰＯＡ）について、予め、内燃機関の出荷初期段階のデータを保持しておき、これを基準値としておく。そして、その後取得した任意の気筒１０の第２の演算値が、基準値に対し、予め規定した基準閾値より下がると、経年変化による感度低下と判定する。
【００７９】
或いは、全気筒１０の第２の演算値の平均処理を行い、これを基準値としても良い。この場合も、その後取得した任意の気筒１０の第２の演算値が、基準値に対し、予め規定した基準閾値より下がると、経年変化による感度低下と判定する。
【００８０】
いずれの場合でも、経年変化として、ノックセンサ１５の劣化とケーブルの劣化の２種類を検知することができる。
【００８１】
そして、ＥＣＵ２０が、警報装置２２を用い、経年変化による感度低下の検知結果を、運用者に発報したり、遠隔監視装置に送信したりすることにより、経年変化やその予兆を通知するようにしている。
【００８２】
このようにして、ノックセンサ１５、ケーブルの経年変化の劣化による感度低下を検知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、ガスエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関に適用可能なものである。
【符号の説明】
【００８４】
１０  気筒
１１  シリンダ
１４  点火プラグ
１５  ノックセンサ
２０  ＥＣＵ（制御手段）
２１  点火装置
２２  警報装置
【図１】
2015132185.tif 000004
【図２】
2015132185.tif 000005
【図３】
2015132185.tif 000006
【図４】
2015132185.tif 000007
【図５】
2015132185.tif 000008