(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内におけるノッキングの発生を検出するノッキング検出方法において、
前記燃焼室内における混合気の燃焼により生じる振動波形を取得するステップと、
前記燃焼室内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となる最大内圧時よりも先行する第１時間ウィンドウと前記最大内圧時の直後に位置する第２時間ウィンドウを設定し、前記振動波形のうち、前記第１時間ウィンドウ内に含まれる第１波形部分と前記第２時間ウィンドウ内に含まれる第２波形部分をそれぞれ周波数領域表現に変換するステップと、
第１周波数ウィンドウと第２周波数ウィンドウを設定し、前記第１周波数ウィンドウ内における前記第１波形部分の周波数領域表現の代表値である第１代表値と、前記第２周波数ウィンドウ内における前記第２波形部分の周波数領域表現の代表値である第２代表値とを算出し、前記第２代表値と前記第１代表値との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定するステップと、
を備えるノッキング検出方法。
【請求項２】
前記第１代表値は、前記第１周波数ウィンドウ内で前記第１波形部分の周波数領域表現の振幅が最大となる第１ピーク値を備え、
前記第２代表値は、前記第２周波数ウィンドウ内で前記第２波形部分の周波数領域表現の振幅が最大となる第２ピーク値を備え、
前記ノッキングが発生したか否かを判定するステップにおいては、前記第２ピーク値と前記第１ピーク値との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する、
ことを特徴とする、請求項１記載のノッキング検出方法。
【請求項３】
前記第１代表値は、前記第１周波数ウィンドウ内で前記第１波形部分の周波数領域表現から算出されたＰＯＡ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｏｖｅｒａｌｌ）値である第１ＰＯＡ値を備え、
前記第２代表値は、前記第２周波数ウィンドウ内で前記第２波形部分の周波数領域表現から算出されたＰＯＡ値である第２ＰＯＡ値を備え、
前記ノッキングが発生したか否かを判定するステップにおいては、前記第２ＰＯＡ値と前記第１ＰＯＡ値との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する、
ことを特徴とする、請求項１記載のノッキング検出方法。
【請求項４】
前記第１周波数ウィンドウおよび前記第２周波数ウィンドウは、ノッキング発生により前記燃焼室内に生じる衝撃波の周波数成分のうち、ピーク周波数となって現れる周波数成分を含むように選択される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のノッキング検出方法。
【請求項５】
前記燃焼室は、内部に点火プラグが設けられる副室と、前記副室と噴孔を介して連通されている主室とを備え、
前記内燃機関の各燃焼サイクル中において、前記第１時間ウィンドウは、前記点火プラグの点火タイミングを含むように設定される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載されたノッキング検出方法。
【請求項６】
前記第１波形部分または前記第２波形部分の前記周波数領域表現への変換は、前記第１波形部分または前記第２波形部分の時系列サンプルを、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により、サンプリング周波数毎の振幅値から成る集合に変換する処理を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載されたノッキング検出方法。
【請求項７】
前記内燃機関において前記燃焼室を構成するシリンダは、前記内燃機関の燃焼室内における内圧変動波形を測定して出力する内圧測定器を備え、
前記振動波形は、前記内圧測定機により測定された前記内燃機関の燃焼室内における内圧変動波形から高調波成分として抽出され、前記高調波成分は、前記内圧変動波形のうち、ノッキング発生時に固有の振動周波数成分を含む、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載されたノッキング検出方法。
【請求項８】
前記内燃機関において前記燃焼室を構成するシリンダは、前記内燃機関の燃焼室内における加速度検出波形を検出して出力する加速度センサを備え、
前記振動波形は、前記内燃機関において前記加速度センサにより検出された前記加速度検出波形として取得される、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載されたノッキング検出方法。
【請求項９】
内燃機関の燃焼室内において混合気に点火する点火時期を制御する点火時期制御方法であって、
現在設定されている前記点火時期について、ノッキング発生の有無を燃焼サイクル毎に検出する検出ステップと、
前記ノッキング発生の有無の検出結果に基づいてノッキング発生頻度の現在までの変動傾向を算出し、前記点火時期の変化と前記ノッキング発生頻度との間の相関を最新の状態に更新する相関更新ステップと、
前記相関に基づいて、前記内燃機関の前記点火時期を制御する点火時期制御ステップと、
を備え、
前記検出ステップは、
前記燃焼室内における混合気の燃焼により生じる振動波形を取得し、
前記燃焼室内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となる最大内圧時よりも先行する第１時間ウィンドウと前記最大内圧時の直後に位置する第２時間ウィンドウを設定し、前記振動波形のうち、前記第１時間ウィンドウ内に含まれる第１波形部分と前記第２時間ウィンドウ内に含まれる第２波形部分をそれぞれ周波数領域表現に変換し、
第１周波数ウィンドウと第２周波数ウィンドウを設定し、前記第１周波数ウィンドウ内における前記第１波形部分の周波数領域表現の代表値である第１代表値と、前記第２周波数ウィンドウ内における前記第２波形部分の周波数領域表現の代表値である第２代表値とを抽出し、前記第２代表値と前記第１代表値との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する、動作を含む、
ことを特徴とする点火時期制御方法。
【請求項１０】
前記ノッキング発生頻度は、全燃焼サイクル中においてノッキング発生が検出された燃焼サイクルが占める比率として算出される、
ことを特徴とする、請求項９記載の点火時期制御方法。
【請求項１１】
内燃機関の燃焼室内において混合気に点火する点火時期を制御する制御システムであって、
現在設定されている前記点火時期について、ノッキング発生の有無を燃焼サイクル毎に検出するノッキング検出部と、
前記ノッキング発生の有無の検出結果に基づいてノッキング発生頻度の現在までの変動傾向を算出し、前記点火時期の変化と前記ノッキング発生頻度との間の相関を最新の状態に更新する相関更新部と、
前記相関に基づいて、前記内燃機関の最適な点火時期を決定する最適点火時期演算部と、
前記最適点火時期演算部により決定された前記最適な点火時期を制御目標値として前記点火時期を制御する点火時期制御部と、
を備え、前記ノッキング検出部は、
前記燃焼室内における混合気の燃焼により生じる振動波形を取得する振動波形取得部と、
前記燃焼室内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となる最大内圧時よりも先行する第１時間ウィンドウと前記最大内圧時の直後に位置する第２時間ウィンドウを設定し、前記振動波形のうち、前記第１時間ウィンドウ内に含まれる第１波形部分と前記第２時間ウィンドウ内に含まれる第２波形部分をそれぞれ周波数領域表現に変換する時間周波数変換部と、
第１周波数ウィンドウと第２周波数ウィンドウを設定し、前記第１周波数ウィンドウ内における前記第１波形部分の周波数領域表現の代表値である第１代表値と、前記第２周波数ウィンドウ内における前記第２波形部分の周波数領域表現の代表値である第２代表値とを抽出し、前記第２代表値と前記第１代表値との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定するノッキング判定部と、を含む、
ことを特徴とする点火時期制御システム。
【請求項１２】
前記ノッキング発生頻度は、全燃焼サイクル中においてノッキング発生が検出された燃焼サイクルが占める比率として算出される、
ことを特徴とする、請求項１１記載の点火時期制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関内におけるノッキング発生状況を検出するための検出方法と関係する。本開示はさらに、当該検出方法により検出されたノッキング発生状況に応じて、内燃機関の点火時期を適切に制御する点火時期制御方法および当該点火時期制御方法を使用して内燃機関の点火時期を制御する制御システムと関係する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関は各燃焼サイクルにおける点火タイミングが早いほど高効率となる反面、点火タイミングが早いほど燃焼室内での異常燃焼に起因してノッキングが発生する可能性が高くなる。ノッキングとは、燃焼室内で点火後も未燃のまま燃え残っているエンドガスが自己着火する事象であり、当該自己着火により生じる衝撃波が燃焼室の内壁面に形成される熱境界層を破壊してしまう。そのため、燃焼室の内壁面における表面温度を過度に上昇させ、燃焼室を損傷させてしまう。従って、ノッキングによる内燃機関の損傷をなるべく避けながら、内燃機関をできるだけ高効率に運転するためには、内燃機関の効率向上とノッキング頻度の低減との間のトレードオフに基づいて、内燃機関の点火時期を適切に制御することが望ましい。
【０００３】
そのためには、内燃機関の燃焼室内におけるノッキングの発生状況を可能な限り正確に検出することが重要となる。ノッキングの検出方法を開示した先行技術文献としては、以下の特許文献１が挙げられる。特許文献１に記載のとおり、ノッキング強度の評価指標として従来はノッキング・シビアリティが用いられてきた。しかし、当該ノッキング・シビアリティに基づいて検出されるノッキング検出結果は、実際に観測される典型的なノッキング特性とは矛盾する事例が散見されている。
【０００４】
一方、特許文献１では、ノッキング・シビアリティに基づく検出よりも優れたノッキング検出方法として、燃焼室を著しく傷める可能性がある大きなノッキングの発生を早期に検知可能なノッキング判定方法を開示している。具体的には、特許文献１記載のノッキング判定方法では、以下の判定処理を実行する。まず、燃焼室に設けたセンサにより内圧または加速度を計測した計測データから、ノッキング時間ウィンドウおよびバンドパス・フィルタを用いてノッキング周波数の波形信号を取り出し、積分して第１の演算値を求める。続いて、上記計測データからリファレンス用の時間ウィンドウ及びバンドパス・フィルタを用いて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、複数の燃焼サイクルにわたって移動平均してリファレンス平均値を求める。上記のようにして求めた第１の演算値をリファレンス平均値で除算したＳ／Ｎ比をさらに重み係数で重み付けし、複数の燃焼サイクルにわたって移動平均することにより、ノック指標を算出し、当該ノック指標に基づいてノッキングの有無を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１３２１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のノッキング判定方法では、ノッキング発生を可能な限り高精度で検出するという観点から、ノッキング時間ウィンドウとリファレンス用時間ウィンドウを設定すべき時間範囲が合理的根拠に基づいて適切に選ばれていない。具体的には、以下のとおりである。
【０００７】
上述したＳ／Ｎ比は、ノッキング発生期間内におけるノッキング周波数波形から得られた指標値とノッキングが発生していない期間内における周波数波形から得られた指標値の移動平均とを相対的に比較した場合、前者がどの程度大きいかを表す。従って、上述したＳ／Ｎ比をノッキング発生可能性と高い精度で相関させるためには、ノッキング時間ウィンドウは、ノッキングが発生する可能性が高い時間帯だけを漏らさず含むようにすべきである。その反面、リファレンス用時間ウィンドウは、ノッキングが最も発生し難い時間帯のみを含むように設定すべきである。しかし、特許文献１記載のノッキング判定方法では、ノッキング時間ウィンドウを燃焼室の燃焼期間と一致するように設定しているものの、ノッキングが発生する可能性が高い時間帯だけを漏らさず含むようには設定されていない。また、特許文献１記載のノッキング判定方法では、リファレンス用時間ウィンドウは、燃焼室の未燃期間を含むように設定しているものの、ノッキングが最も発生し難い時間帯のみを含むようには設定されていない。
【０００８】
上記問題点に鑑み、本発明に係る幾つかの実施形態は、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウの設定範囲を合理的根拠に基づいて適切に選ぶことにより、より高精度なノッキング検出が可能なノッキング検出方法を得ることを目的とする。さらに、本発明に係る幾つかの実施形態は、当該ノッキング検出方法により検出されたノッキング発生状況に応じて、内燃機関の点火時期を適切に制御する点火時期制御方法および当該点火時期制御方法を使用して内燃機関の点火時期を制御する制御システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係る幾つかの実施形態に従い、内燃機関の燃焼室内におけるノッキングの発生を検出するノッキング検出方法は、
前記燃焼室内における混合気の燃焼により生じる振動波形を取得するステップと、
前記燃焼室内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となる最大内圧時よりも先行する第１時間ウィンドウと前記最大内圧時の直後に位置する第２時間ウィンドウを設定し、前記振動波形のうち、前記第１時間ウィンドウ内に含まれる第１波形部分と前記第２時間ウィンドウ内に含まれる第２波形部分をそれぞれ周波数領域表現に変換するステップと、
第１周波数ウィンドウと第２周波数ウィンドウを設定し、前記第１周波数ウィンドウ内における前記第１波形部分の周波数領域表現の代表値である第１代表値と、前記第２周波数ウィンドウ内における前記第２波形部分の周波数領域表現の代表値である第２代表値とを抽出し、前記第２代表値と前記第１代表値との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定するステップと、を備える。
【００１０】
上記（１）の方法では、燃焼室内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となるクランク角位相に対応する時点を最大内圧時と定義し、第１時間ウィンドウが最大内圧時よりも先行する時間帯となり、第２時間ウィンドウが最大内圧時の直後に位置する時間帯となるように設定している。その結果、最大内圧時の直後に位置する第２時間ウィンドウは、ノッキングが発生する可能性が高い時間帯だけを漏らさず含むように設定されることとなる。また、最大内圧時よりも先行する時間帯に位置する第１時間ウィンドウは、ノッキングが最も発生し難い時間帯のみを含むように設定されている。従って、第２の時間ウィンドウと第１の時間ウィンドウは、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウにそれぞれ対応する。加えて、上記（１）の方法では、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウの設定範囲が合理的根拠に基づいて適切に選択されている。
【００１１】
その上で、上記（１）の方法では、混合気の燃焼により生じる振動波形のうち、第２時間ウィンドウと第１時間ウィンドウにそれぞれ含まれる２つの波形部分の周波数領域表現からそれぞれ得られた２つの代表値に基づいてノッキング発生可能性を評価している。その結果、上記（１）の方法では、ノッキング発生期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルの代表値とノッキングが発生していない期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルの代表値とを相対的に比較しながらノッキング発生可能性を評価ことができる。以上より、上記（１）の方法では、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウの設定範囲を合理的根拠に基づいて適切に選ぶことにより、より高精度なノッキング検出が可能となる。
【００１２】
（２）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（１）の方法において、前記第１代表値は、前記第１周波数ウィンドウ内で前記第１波形部分の周波数領域表現の振幅が最大となる第１ピーク値を備え、
前記第２代表値は、前記第２周波数ウィンドウ内で前記第２波形部分の周波数領域表現の振幅が最大となる第２ピーク値を備え、
前記ノッキングが発生したか否かを判定するステップにおいては、前記第２ピーク値と前記第１ピーク値との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する、
ことを特徴とする。
【００１３】
上記（２）の方法によれば、周波数領域表現の代表値を求める際、当該周波数領域表現に対応する周波数スペクトル曲線のピーク値を代表値とすれば、代表値を簡単な演算で高速に求めることができる。従って、上記（２）の方法によれば、ノッキングが発生したか否かを判定する処理を低い計算負荷で高速に実行することができる。
【００１４】
（３）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（１）の方法において、前記第１代表値は、前記第１周波数ウィンドウ内で前記第１波形部分の周波数領域表現から算出されたＰＯＡ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｏｖｅｒａｌｌ）値である第１ＰＯＡ値を備え、
前記第２代表値は、前記第２周波数ウィンドウ内で前記第２波形部分の周波数領域表現から算出されたＰＯＡ値である第２ＰＯＡ値を備え、
前記ノッキングが発生したか否かを判定するステップにおいては、前記第２ＰＯＡ値と前記第１ＰＯＡ値との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する、
ことを特徴とする。
【００１５】
上記（３）の方法によれば、周波数領域表現の代表値を求める際、当該周波数領域表現に対応する周波数スペクトル曲線のＰＯＡ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｏｖｅｒａｌｌ）値を代表値としている。ＰＯＡ値は、当該周波数領域表現の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得られる。従って、周波数領域表現の代表値を求める際、上記のようにして算出されたＰＯＡ値を代表値とすれば、当該周波数領域表現において、ノッキング周波数付近の全ての周波数成分を考慮した代表値を得ることができる。従って、上記（３）の方法によれば、ノッキングが発生したか否かを判定する処理において、当該周波数領域表現におけるノッキング周波数付近の全ての周波数成分を考慮した代表値を使用することができる。
【００１６】
（４）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（２）の方法において、前記第１周波数ウィンドウおよび前記第２周波数ウィンドウは、ノッキング発生により前記燃焼室内に生じる衝撃波の周波数成分のうち、ピーク周波数となって現れる周波数成分を含むように選択される、ことを特徴とする。
【００１７】
上記（４）の方法では、前記第１周波数ウィンドウおよび前記第２周波数ウィンドウは、ノッキング発生により燃焼室内に生じる衝撃波の周波数成分のうち、ピーク周波数となって現れる周波数成分を必ず含むように設定されている。従って、ノッキング発生期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とノッキングが発生していない期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とは、ノッキング発生時に固有のピーク周波数を囲む近傍周波数範囲から抽出されたものとなる。しかも、ノッキング発生期間内の振動波形から得られた周波数ピーク値とノッキングが発生していない期間内の振動波形から得られた周波数ピーク値とは、互いに共通のピーク近傍周波数範囲から抽出されたものとなる。その結果、上記（４）の方法では、ノッキング発生期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とノッキングが発生していない期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とを相対的に比較することにより、ノッキング発生可能性をさらに正確に評価ことができる。
【００１８】
（５）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（１）〜（４）の方法において、前記燃焼室は、内部に点火プラグが設けられる副室と、前記副室と噴孔を介して連通されている主室とを備え、
前記内燃機関の各燃焼サイクル中において、前記第１時間ウィンドウは、前記点火プラグの点火タイミングを含むように設定される、ことを特徴とする。
【００１９】
上記（５）の方法では、上述した第１時間ウィンドウは、副室内の点火プラグが点火されるタイミングを含むように設定される。ここで、副室の点火時においては、トーチ生成用の少量の燃料ガスだけが存在し、点火プラグにより直接点火されるので、異常燃焼によるノッキングは極めて発生し難い。その上、副室の点火時においては、ノッキングが発生しない状態で混合気の燃焼による振動波形を観測することが可能である。従って、副室の点火時を含む第１時間ウィンドウとノッキング期間中に対応する第２時間ウィンドウにそれぞれ含まれる２つの波形部分から得られた２つの周波数スペクトルのピーク値同士を対比することにより、ノッキング発生可能性をさらに正確に評価ことができる。
【００２０】
（６）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（１）〜（５）の方法において、前記第１波形部分または前記第２波形部分の前記周波数領域表現への変換は、前記第１波形部分または前記第２波形部分の時系列サンプルを、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により、サンプリング周波数毎の振幅値から成る集合に変換する処理を含む、ことを特徴とする。
【００２１】
上記（６）の方法では、第１波形部分または第２波形部分の周波数領域表現への変換は、第１波形部分または第２波形部分の時系列サンプルに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することにより実現される。従って、周波数軸上の複数（Ｋ個）のサンプリング周波数の各々について複数（Ｋ個）の変換器を並列に設け、複数の時系列サンプルを離散フーリエ変換する演算処理を、並列構成された複数（Ｋ個）の変換器を使用して並列的に実行することができる。その結果、第１波形部分または第２波形部分の周波数領域表現への変換を高速に実行することが可能となる。従って、クランク軸の回転速度が非常に高速となり、燃焼サイクル毎のノッキング発生を極めて短時間に検出する必要がある場合でも、当該判定の際に実行される第１波形部分または第２波形部分の周波数領域変換を高速に実行することが可能となる。
【００２２】
（７）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（１）〜（６）の方法において、前記振動波形は、前記内燃機関において前記燃焼室を構成するシリンダは、前記内燃機関の燃焼室内における内圧変動波形を測定して出力する内圧測定器を備え、前記内圧測定器により測定された前記内燃機関の燃焼室内における内圧変動波形から高調波成分として抽出され、前記高調波成分は、前記内圧変動波形のうち、ノッキング発生時に固有の振動周波数成分を含む、ことを特徴とする。
【００２３】
内燃機関の燃焼室内において計測可能な物理量のうち、ノッキング強度に最も強く相関する物理量としては、燃焼室内の内圧の変動と燃焼室内で発生する振動をもとに計測された加速度がある。上記（７）の方法では、内燃機関の燃焼室内に筒内圧センサのような簡単な構成の内圧測定器を設けるだけで、当該内圧測定機により計測された燃焼室内の内圧変動波形からノッキング検出に必要な燃焼室内の振動波形を得ることができる。その際、上記（７）の方法では、当該計測された内圧変動波形からノッキング発生時に固有の振動周波数成分を抽出している。これにより、上記（７）の方法では、当該計測された内圧変動波形のうち、燃焼サイクルの各段階に同期して変動する基本周波数成分を除いた周波数成分だけをノッキング発生時に固有の振動周波数成分として取り出すことが可能となる。
【００２４】
（８）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（１）〜（６）の方法において、前記内燃機関において前記燃焼室を構成するシリンダは、前記内燃機関の燃焼室内における加速度検出波形を検出して出力する加速度センサを備え、前記振動波形は、前記内燃機関において前記加速度センサにより検出された前記加速度検出波形として取得される、ことを特徴とする。
【００２５】
内燃機関の燃焼室内において計測可能な物理量のうち、ノッキング強度に最も強く相関する物理量としては、燃焼室内の内圧の変動と燃焼室内で発生する振動をもとに計測された加速度がある。上記（８）の方法では、内燃機関の燃焼室に簡単な構成の加速度センサを設けるだけで、当該加速度センサにより計測された加速度変動波形から、ノッキング発生時に固有の振動周波数成分に対応する振動波形を直接得ることができる。
【００２６】
（９）本発明の幾つかの実施形態に従い、内燃機関の燃焼室内において混合気に点火する点火時期を制御する点火時期制御方法であって、
現在設定されている前記点火時期について、ノッキング発生の有無を燃焼サイクル毎に検出する検出ステップと、
前記ノッキング発生の有無の検出結果に基づいてノッキング発生頻度の現在までの変動傾向を算出し、前記点火時期の変化と前記ノッキング発生頻度との間の相関を最新の状態に更新する相関更新ステップと、
前記相関に基づいて、前記内燃機関の前記点火時期を制御する点火時期制御ステップと、
を備え、
前記検出ステップは、
前記燃焼室内における混合気の燃焼により生じる振動波形を取得し、
前記燃焼室内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となる最大内圧時よりも先行する第１時間ウィンドウと前記最大内圧時の直後に位置する第２時間ウィンドウを設定し、前記振動波形のうち、前記第１時間ウィンドウ内に含まれる第１波形部分と前記第２時間ウィンドウ内に含まれる第２波形部分をそれぞれ周波数領域表現に変換し、
第１周波数ウィンドウと第２周波数ウィンドウを設定し、前記第１周波数ウィンドウ内における前記第１波形部分の周波数領域表現の代表値である第１代表値と、前記第２周波数ウィンドウ内における前記第２波形部分の周波数領域表現の代表値である第２代表値とを抽出し、前記第２代表値と前記第１代表値との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する、動作を含む、ことを特徴とする。
【００２７】
上記（９）の方法では、上記（１）と同様の方法により、燃焼サイクル毎のノッキング発生を高精度に検出し、燃焼サイクル毎のノッキング検出結果に基づいて、内燃機関の点火時期が最適となるように点火時期を制御することが可能となる。その際、各燃焼サイクルにおける点火時期が早いほど内燃機関が高効率となる反面、燃焼室内でノッキングが発生する可能性が高くなる。従って、上記（９）の方法では、内燃機関の効率向上とノッキング頻度の低減との間のトレードオフに基づいて点火時期を適切に制御するようにすれば、ノッキングによる内燃機関の損傷をなるべく避けながら、内燃機関をできるだけ高効率に運転することが可能となる。
【００２８】
（１０）本発明に係る一実施形態では、上記（９）の方法において、前記ノッキング発生頻度は、全燃焼サイクル中においてノッキング発生が検出された燃焼サイクルが占める比率として算出される、ことを特徴とする。
【００２９】
上記（１０）の方法では、ノッキング発生頻度は、全燃焼サイクル中においてノッキング発生が検出された燃焼サイクルが占める比率として算出するようにしている。その上で、上記（１０）の方法では、このようにして求めたノッキング発生頻度と点火時期の変化との間の相関を算出し、当該相関に基づいて内燃機関の点火時期を制御するようにしている。従って、上記（１０）の方法では、数多くの燃焼サイクルについてノッキング発生の有無を検出し、当該検出結果に基づいて点火時期を制御するようにすれば、燃焼サイクル毎のノッキング検出精度のばらつきによる誤差の影響を低く抑えることができる。また、上記（１０）の方法では、数多くの燃焼サイクルについて得られたノッキング検出結果に基づいて点火時期を制御するようにすれば、ノッキング検出に使用されるセンサー類の感度のばらつきによる誤差の影響を低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上より、本発明に係る幾つかの実施形態によれば、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウの設定範囲を適切に選ぶことにより、より高精度なノッキング検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の幾つかの実施形態に係る内燃機関および点火時期制御システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態に係る点火時期制御システムの制御動作の流れを説明するフローチャートである。
【図３】クランク角位相の進み具合に応じて内燃機関の熱効率とノッキング指標が変動する様子を示す図である。
【図４】本発明の幾つかの実施形態に係るノッキング検出装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の幾つかの実施形態に係るノッキング検出装置によりノッキング検出動作の流れを説明するフローチャートである。
【図６】燃焼室に設けた内圧測定器により測定された燃焼室における内圧の変動波形を示す図である。
【図７】燃焼室内で観測された振動波形に設定した２つの時間ウィンドウと当該２つの時間ウィンドウにより取り出される２つの波形部分を示す図である。
【図８】２つの時間ウィンドウにより取り出された２つの波形部分を高速フーリエ変換して得られるＦＦＴ解析結果と２つの周波数ウィンドウを示す図である。
【図９】クランク角位相の進み具合に応じてノッキング発生頻度が変化する様子を本発明の幾つかの実施形態に従って評価した結果とノッキング・シビアリティに基づいて評価した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
以下、まず本発明に係る幾つかの実施形態を説明するのに先立って、内燃機関におけるノッキングを考慮した点火時期制御の必要性と当該点火時期制御において鋭意改善すべき点について図３を参照しながら具体的に説明する。続いて、本発明の幾つかの実施形態に従ってノッキング検出結果を考慮しながら内燃機関の点火時期を制御するための制御システムについて図１および図２を参照しながら説明する。続いて、本発明の幾つかの実施形態に従い、当該制御システム内で実施されるノッキング検出方法について図４〜図９を参照しながら説明する。
【００３３】
図３は、内燃機関において、クランク角位相の進み具合に応じて内燃機関の熱効率とノッキング指標が変動する様子を示す図である。図３（ａ）においてプロットされた２本の曲線５４Ａおよび５４Ｂは、２種類の条件設定（第１の条件設定と第２の条件設定）の下で内燃機関を試験運転した際に内燃機関の点火時期θｉｇの変化に応じて熱効率がどのように変動するかを示している。ここで、条件設定とは、内燃機関を試験運転する際に空気過剰率λ、副室ガス流量Ｑｐ、メタン価ＭＮおよび吸気温度Ｔｓに設定する値を規定している。すなわち、図３（ａ）において三角の点でプロットされた熱効率変動曲線５４Ａと丸い点でプロットされた熱効率変動曲線５４Ｂは、第１の条件設定および第２の条件設定として、内燃機関の試験運転に際し、空気過剰率λ、副室ガス流量Ｑｐ、メタン価ＭＮおよび吸気温度Ｔｓに２種類の異なる値を設定することにより得られた曲線である。また、図３（ｂ）においてプロットされた２本の曲線５５Ａおよび５５Ｂは、図３（ａ）に示す例と同じ２種類の条件設定の下で、内燃機関を試験運転した際に内燃機関の点火時期θｉｇの変化に応じてノッキング・シビアリティに基づいて算出されたノッキング発生頻度がどのように変動するかを示している。ノッキング・シビアリティは、内燃機関の運転中においてノッキングが発生する頻度やノッキングが発生する確率と相関するノッキング指標である。従来においては、ノッキング・シビアリティが大きいほど、ノッキング発生頻度やノッキング発生確率が大きくなる傾向にあると言われてきた。
【００３４】
図３の（ａ）と（ｂ）に示す曲線を見比べればわかるように、各燃焼サイクルにおける点火時期θｉｇの位相が早いほど、内燃機関を高い熱効率で運転可能となる反面、点火時期θｉｇの位相が早いほど燃焼室内で異常燃焼に起因してノッキングが発生する可能性も高くなる。これに対処する方法の一例として、内燃機関の効率向上とノッキング頻度の低減との間のトレードオフに基づいて内燃機関の点火時期θｉｇを適切に制御することが考えられる。このようにすれば、ノッキングによる内燃機関の損傷をなるべく避けながら、内燃機関をできるだけ高効率に運転することが可能となる。そのためには、内燃機関の運転中に発生するノッキングの発生頻度や強度を高精度に検出し、当該ノッキングの検出結果を考慮して内燃機関の点火時期θｉｇを適切に制御する必要がある。
【００３５】
しかし、ノッキング・シビアリティに基づいて検出されるノッキング検出結果は、実際に観測される典型的なノッキング特性とは矛盾する事例が散見されている。すなわち、ノッキング・シビアリティに基づくノッキング検出技術では、ノッキングの発生を高い精度で正確に検出することが困難なケースがあり得る。例えば、点火時期θｉｇの位相を徐々に早めていった場合、点火タイミングの位相進み幅に対してノッキング・シビアリティに基づくノッキング発生頻度の変動曲線が単調増加ではなく上に凸の傾向を示す（つまり極大値よりも進み位相側で減少傾向が見られる）事例が見られた。そこで、本発明に係る幾つかの実施形態では、ノッキング・シビアリティに基づくノッキング検出技術よりも高い精度でノッキングの発生を正確に検出可能な検出機構及びそのような検出機構を組み込んだ点火時期制御システムを開示する。
【００３６】
図１は、本発明の幾つかの実施形態に従って内燃機関を制御するための制御システム１および制御対象となる内燃機関の一例であるガスエンジン２を示す図である。まず、本発明の幾つかの実施形態に係る制御システム１の構成を説明するのに先立って、制御システム１の制御対象となるガスエンジン２について図１を参照しながら説明する。なお、図１〜図９を参照しながら後述する以下の実施形態においては、説明を簡単にするために、ガスエンジン２は、単気筒のエンジンとして構成されていると仮定している。しかしながら、図１〜図９を参照しながら後述する以下の実施形態は、多気筒のエンジンを使用して同様に実施することもまた可能である。
【００３７】
ガスエンジン２は、クランク軸１０にクランク８を介して機械的に接続されたピストン６とシリンダ４とを備え、ピストン６の上面とシリンダ４の容積部分とによって画される空間が燃焼室１２となる。クランク軸１０には、クランク角検出器４２が設けられており、クランク角検出器４２は、クランク軸１０の位相角度を検出し、現在のクランク角位相を表す信号（クランク角位相信号）を後述する制御装置１００に出力する。さらに、クランク軸１０は、クランク軸１０の回転に合わせて回転子が回動するように構成された発電機４４と接続されており、発電機４４は、発電した電流レベルと電圧レベルからクランク軸１０の出力トルクの検出信号を生成するトルク・センサー４６を備えている。トルク・センサー４６は、生成した出力トルクの検出信号を後述する出力検出装置３００に出力する。
【００３８】
シリンダ４は、燃焼室１２の上面に給気弁１８、排気弁２２および点火プラグ３０を備えている。給気弁１８には、給気配管１４が接続され、給気配管１４には、空気と燃料ガスとを混合するためのミキサ２４が接続され、ミキサ２４には、燃料ガスをミキサ２４に供給するための燃料供給管２６および空気をミキサ２４に供給するための吸気管１６が接続され、ミキサ２４と燃料供給管２６との接続部分には、ミキサ２４への燃料供給量を調節するための燃料調節弁２８が設けられている。他方、排気弁２２には排気管２０が接続されている。また、ピストン６の上面とシリンダ４の容積部分とによって形成される燃焼室１２は、内部に点火プラグが設けられる副室１２ａと、副室１２ａと噴孔１２ｃを介して連通されている主室１２ｂとを備えていてもよい。この場合、副室１２ａの点火時においては、副室１２ａ内には、トーチ生成用の少量の燃料ガスだけが存在し、点火プラグにより直接点火される。また、副室１２ａと噴孔１２ｃを介して連通されている主室１２ｂに存在する混合気は、副室１２ａの点火によって噴孔１２ｃから吹き出すトーチによって点火される。
【００３９】
また、シリンダ４には燃焼室１２内部の内圧を測定するための内圧測定器４８が設けられ、内圧測定器４８は、燃焼室１２内の内圧の変化を実測し、内圧変動曲線の形で後述するノッキング検出部１１０に出力する。シリンダ４には燃焼室１２内部の内圧を測定するための内圧測定器４８が設けられ、内圧測定器４８は、燃焼室１２内の内圧の変化を実測し、内圧変動曲線の形で出力する。シリンダ４には加速度センサ４９が設けられており、加速度センサ４９は、燃焼室１２内部で混合気が燃焼する際に発生する圧力波によって燃焼室１２の内壁面上に生じる振動を加速度の形で計測し、当該加速度の計測値を加速度信号として後述するノッキング検出部１１０に出力する。
【００４０】
続いて、本発明の幾つかの実施形態に従ってガスエンジン２を制御するための制御システム１の構成について図１を参照しながら説明する。図１に示す制御システム１は、ガスエンジン２の点火時期を制御するための制御動作を実行し、点火時期とは、ガスエンジン２の各燃焼サイクルにおいて、燃焼室１２内に給気された混合気に点火するサイクル・タイミングをクランク角位相で表したものである。ところで、ガスエンジン２における燃焼サイクル毎に点火時期が最適となるように制御するためには、燃焼室内におけるノッキングの発生状況をできるだけ正確に検出し、検出したノッキング発生状況に基づいて燃焼サイクル毎の点火時期を適切に決定する必要がある。何故なら、内燃機関は各燃焼サイクルにおける点火タイミングが早いほど高効率となる反面、点火タイミングが早いほど燃焼室内での異常燃焼に起因してノッキングが発生する可能性が高くなるからである。
【００４１】
制御システム１は、燃焼室１２に供給される混合気の空気過剰率を算出する空気過剰率算出装置２００と、クランク軸１０の出力トルクを検出する出力検出装置３００と、ガスエンジン２の点火時期を制御する制御装置１００と、を備えている。空気過剰率算出装置２００は、燃料供給管２６に接続された燃料量検出器２１０から燃料ガスの供給量の検出値および副室ガス流量Ｑｐの計測値を受け取る。また、空気過剰率算出装置２００は、燃料供給管２６に接続された燃料カロリー検出器２３０から燃料ガスのカロリー値とメタン価ＭＮの検出値を受け取り、給気配管１４に接続された空気量検出器２２０から空気量の検出値を受け取る。また、空気量検出器２２０は、吸気温度Ｔｓを計測するために、図示しない温度計を内蔵しており、吸気温度Ｔｓの計測値を空気過剰率算出装置２００に出力する。続いて、空気過剰率算出装置２００は、燃料ガスの供給量の検出値、燃料ガスのカロリー値の検出値、および空気量の検出値から空気過剰率λを算出して、副室ガス流量Ｑｐ、メタン価ＭＮ、吸気温度Ｔｓと共に制御装置１００に出力する。
【００４２】
出力検出装置３００は、トルク・センサー４６からクランク軸のトルク検出値を表す電気信号（出力トルク信号）を受け取り、クランク軸の出力トルクをワット単位で表した出力トルク検出値情報を制御装置１００に出力する。また、シリンダ４に設けられた内圧測定器４８及び加速度センサ４９は、燃焼室１２内部の内圧の測定値および燃焼室１２の内壁面に生じた振動を加速度として計測した計測値を制御装置１００に出力する。
【００４３】
制御装置１００は、ノッキング検出部１１０と、相関更新部１２０と、最適点火時期演算部１３０と、点火時期制御部１４０とを備えている。ノッキング検出部１１０は、クランク角検出器４２から現在のクランク角位相θを表すクランク角位相信号を受け取り、点火時期制御部１４０から現在設定されている点火時期θｉｇを受け取る。また、ノッキング検出部１１０は、シリンダ４に設けられた内圧測定器４８及び加速度センサ４９から、燃焼室１２内部の内圧変動の測定値および燃焼室１２の内壁面に生じた振動を加速度として計測した計測値を受け取る。
【００４４】
続いて、ノッキング検出部１１０は、内圧測定器４８および加速度センサ４９から受信した内圧変動の測定値および加速度変動の計測値に基づいて、現在設定されている点火時期θｉｇについて、ノッキング発生の有無を燃焼サイクル毎に検出する。そして、ノッキング検出部１１０は、燃焼サイクル毎のノッキング検出結果としてノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋを相関更新部１２０に出力する。ここで、ノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋは、ノッキング検出部１１０によって１燃焼サイクル中にノッキングが発生したと検出された場合には、１の値を取り、１燃焼サイクル中にノッキング発生が検出されなければ０の値を取る。ノッキング検出部１１０がノッキング発生の有無を燃焼サイクル毎に検出し、燃焼サイクル毎にノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋを出力する動作は、所定の燃焼サイクル数ＣＮにわたって繰り返し実行される。
【００４５】
相関更新部１２０は、ノッキング発生の有無の検出結果として、ＣＮ回分の燃焼サイクルにわたって出力されるＣＮ個のノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋをノッキング検出部１１０から受け取る。続いて、相関更新部１２０は、上記ＣＮ個のノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋおよび過去にノッキング検出部１１０から受け取った一連のノッキング検出結果に基づいて過去から現在に至るまでの期間におけるノッキング発生頻度ｆｋの変動傾向を算出する。続いて、相関更新部１２０は、現在のノッキング発生頻度ｆｋと現在設定されている点火時期θｉｇとに基づいて、点火時期θｉｇの変化とノッキング発生頻度ｆｋの変化との間の相関を最新の状態に更新する。なお、ノッキング発生頻度ｆｋは、過去から現在までの全燃焼サイクル中においてノッキング発生が検出された燃焼サイクルが占める比率として算出される。
【００４６】
最適点火時期演算部１３０は、相関更新部１２０から点火時期θｉｇの変化とノッキング発生頻度ｆｋの変化との間の相関を記述する最新の内容を相関記述情報として受け取る。また、最適点火時期演算部１３０は、空気過剰率算出装置２００および出力検出装置３００から副室ガス流量Ｑｐ、メタン価ＭＮ、吸気温度Ｔｓ、空気過剰率λの算出値および出力トルクＰｍｉの検出値を受け取る。続いて、最適点火時期演算部１３０は、当該相関記述情報によって記述される点火時期θｉｇの変化とノッキング発生頻度ｆｋの変化との間の相関に基づいて、ガスエンジン２の点火時期θｉｇを決定する。
【００４７】
例示的な一実施形態では、最適点火時期演算部１３０は、以下のようにして、ガスエンジン２の最適な点火時期θｉｇを決定してもよい。まず、空気過剰率算出装置２００および出力検出装置３００から今までに受け取った空気過剰率λ、出力トルクＰｍｉ、副室ガス流量Ｑｐ、吸気温度Ｔｓ、メタン価ＭＮおよび点火時期θｉｇの値に基づいて、点火時期θｉｇの変化に応じたガスエンジン２の熱効率の変動傾向を推定する。続いて、点火時期θｉｇの変化とノッキング発生頻度ｆｋの変化との間における上記相関および上述した熱効率の変動傾向に基づいて、ガスエンジン２の熱効率向上とノッキング発生頻度ｆｋの低減との間のトレードオフ関係を考慮した最適な点火時期θｉｇを決定する。
【００４８】
なお、代替的な実施形態においては、最適点火時期演算部１３０は、過去から現在に至るまでの期間におけるノッキング発生頻度ｆｋの変動傾向のみを相関更新部１２０から受け取るようにしても良い。この場合、最適点火時期演算部１３０は、現時点においてノッキング発生頻度ｆｋが増加傾向にある場合には、点火時期θｉｇが現在よりも遅くなるようにガスエンジン２の新たな点火時期θｉｇを決定してもよい。逆に、最適点火時期演算部１３０は、現時点においてノッキング発生頻度ｆｋが減少傾向にある場合には、点火時期θｉｇが現在よりも早くなるようにガスエンジン２の新たな点火時期θｉｇを決定してもよい。
【００４９】
最後に、最適点火時期演算部１３０は、新たに決定した点火時期θｉｇを点火時期制御部１４０に出力し、点火時期制御部１４０は、最適点火時期演算部１３０から受け取った点火時期θｉｇを新たな制御目標値としてガスエンジン２の点火時期θｉｇを制御する。
【００５０】
続いて、本発明の幾つかの実施形態に従ってガスエンジン２を制御するための制御動作の流れについて図２のフローチャートを参照しながら説明する。図２に示すフローチャートの処理はステップＳ２１から開始し、ノッキング検出部１１０は、混合気の燃焼により燃焼室１２内で生じる振動波形を１燃焼サイクルにわたって取得する。この振動波形は、混合気が燃焼室１２内で燃焼した際に、混合気の燃焼により生じた圧力波が燃焼室１２の内壁面に作用することにより生じる振動が連続波形として観測されたものである。
【００５１】
続いて、図２のフローチャートの処理はステップＳ２２に進み、ノッキング検出部１１０は、１燃焼サイクルにわたって取得された振動波形に基づいて、現在設定されている点火時期θｉｇについて、ノッキング発生の有無を検出する。その結果、ノッキング検出部１１０は、１燃焼サイクルにわたってノッキング発生の有無を検出した結果としてノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋを出力する。
【００５２】
続いて、図２のフローチャートの処理はステップＳ２３に進み、ノッキング検出部１１０は、所定の燃焼サイクル回数ＣＮにわたってノッキング発生の有無を検出したか否かを判定する。ノッキング発生の有無を検出した燃焼サイクル回数がＣＮ未満であるならば、図２のフローチャートの処理はステップＳ２１に戻り、そうでなければ、処理はステップＳ２４に進む。
【００５３】
図２のフローチャートのステップＳ２４においては、相関更新部１２０は、ノッキング発生の有無の検出結果として、ＣＮ回分の燃焼サイクルにわたって出力されるＣＮ個のノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋをノッキング検出部１１０から受け取る。続いて、相関更新部１２０は、上記ＣＮ個のノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋおよび過去にノッキング検出部１１０から受け取った一連のノッキング検出結果に基づいて過去から現在に至るまでの期間におけるノッキング発生頻度ｆｋの変動傾向を算出する。続いて、図２のフローチャートの処理はステップＳ２５に進み、相関更新部１２０は、現在のノッキング発生頻度ｆｋと現在設定されている点火時期θｉｇとに基づいて、点火時期θｉｇの変化とノッキング発生頻度ｆｋの変化との間の相関を最新の状態に更新する。
【００５４】
続いて、図２のフローチャートの処理はステップＳ２６に進み、最適点火時期演算部１３０は、相関更新部１２０から点火時期θｉｇの変化とノッキング発生頻度ｆｋの変化との間の相関を記述する最新の内容を相関記述情報として受け取る。続いて、最適点火時期演算部１３０は、当該相関記述情報によって記述される点火時期θｉｇの変化とノッキング発生頻度ｆｋの変化との間の相関に基づいて、ガスエンジン２の最適な点火時期θｉｇを決定する。
【００５５】
続いて、図２のフローチャートの処理はステップＳ２７に進み、最適点火時期演算部１３０は、新たに決定した点火時期θｉｇを点火時期制御部１４０に出力する。続いて、点火時期制御部１４０は、最適点火時期演算部１３０から受け取った点火時期θｉｇを新たな制御目標値としてガスエンジン２の点火時期θｉｇを制御する。続いて、図２のフローチャートの処理はステップＳ２８に進み、点火時期制御動作を終了すべきか否かが判定され、終了すべきと判定された場合には図２のフローチャートの実行を終了し、そうでなければ、図２のフローチャートの実行はステップＳ２１に戻る。
【００５６】
以上より、図１および図２を参照しながら上述した制御システム１では、燃焼サイクル毎のノッキング発生を検出し、燃焼サイクル毎のノッキング検出結果に基づいて、ガスエンジン２の点火時期θｉｇが最適となるように点火時期θｉｇを制御することが可能となる。その際、各燃焼サイクルにおける点火時期が早いほど高効率となる反面、燃焼室内でノッキングが発生する可能性が高くなる。従って、この実施形態では、ガスエンジン２の効率向上とノッキング発生頻度の低減との間のトレードオフ関係に基づいて点火時期θｉｇを適切に制御するようにすれば、ノッキングによるガスエンジン２の損傷をなるべく避けながら、ガスエンジン２をできるだけ高効率に運転することが可能となる。
【００５７】
次に、図４〜図８を参照しながら、内燃機関におけるノッキングの発生状況を従来よりも高い精度で正確に検出するための仕組みが図１の制御システム１のノッキング検出部１１０においてどのように実現されるかについて説明する。図４は、図１に示す制御装置１００を構成するノッキング検出部１１０の具体的な内部構成を説明するための図である。図４において、ノッキング検出部１１０は、振動波形取得部１１１と、時間周波数変換部１１２と、ノッキング判定部１１３と、を含んで構成される。
【００５８】
振動波形取得部１１１は、燃焼室１２を構成するシリンダ４上に設けた内圧測定器４８および加速度センサ４９と電気的に接続されている。振動波形取得部１１１は、燃焼室１２内における内圧の変動を測定した測定値を内圧測定器４８から受信する。また、振動波形取得部１１１は、燃焼室１２内における燃焼による圧力波が燃焼室１２の内壁面に作用して発生する振動を加速度として計測した計測値を加速度センサ４９から受信する。また、振動波形取得部１１１は、クランク角検出器４２が現在のクランク角位相θを表す信号としてノッキング検出部１１０に対して出力したクランク角位相信号を受信する。
【００５９】
続いて、振動波形取得部１１１は、内圧測定器４８から受信した燃焼室１２内の内圧変動の測定値または加速度センサ４９から受信した加速度変動の計測値に基づいて、燃焼室１２内における混合気の燃焼により生じる振動波形を取得する。ここで、振動波形取得部１１１によって取得されるべき振動波形とは、ノッキングが発生した際に燃焼室１２の内壁面上において観測される細かい振動波形であって、ノッキング発生時に固有の振動周波数成分を含む高周波（ｋＨｚ（キロヘルツ）のオーダー）の観測波形を意味する。燃焼室１２内の燃焼により生じる振動波形を燃焼室１２内の内圧変動または加速度変動に基づいて振動波形取得部１１１がどのようにして取得するかについては、図５〜図７を用いた以下の説明において具体的に後述する。当該振動波形が取得されると、振動波形取得部１１１は、当該振動波形を表す振動波形データを時間周波数変換部１１２に出力する。
【００６０】
振動波形取得部１１１から振動波形データを受け取った時間周波数変換部１１２は、上述した振動波形が取得された時間軸上において、第１時間ウィンドウＴＷ１と第２時間ウィンドウＴＷ２を設定する。第１時間ウィンドウＴＷ１は、上記の時間軸上において、燃焼室１２内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となる最大内圧時よりも先行する位置に設定される。第２時間ウィンドウＴＷ２は、上記の時間軸上において、最大内圧時の直後に位置するに設定される。振動波形が観測された時間軸において設定される時間ウィンドウについては、図５〜図７を用いた以下の説明において具体的に後述する。続いて、時間周波数変換部１１２は、当該振動波形のうち、第１時間ウィンドウ内に含まれる第１波形部分ＷＶ１と第２時間ウィンドウ内に含まれる第２波形部分ＷＶ２をそれぞれ周波数領域表現に変換する時間周波数変換処理を実行する。最後に、時間周波数変換部１１２は、第１時間ウィンドウＴＷ１内の第１波形部分ＷＶ１を時間周波数変換した第１変換結果Ｒ１と第２時間ウィンドウＴＷ２内の第２波形部分ＷＶ２を時間周波数変換した第２変換結果Ｒ２をノッキング判定部１１３に出力する。
【００６１】
時間周波数変換部１１２から上述した第１変換結果Ｒ１と第２変換結果Ｒ２を受け取ったノッキング判定部１１３は、第１変換結果Ｒ１および第２変換結果Ｒ２が取得された周波数領域内の周波数軸上において第１周波数ウィンドウＦＷ１と第２周波数ウィンドウＦＷ２を設定する。第１変換結果Ｒ１および第２変換結果Ｒ２が取得された周波数領域内の周波数軸上において設定される周波数ウィンドウについては、図５〜図８を用いた以下の説明において具体的に後述する。続いて、ノッキング判定部１１３は、第１周波数ウィンドウＦＷ１内で第１波形部分ＷＶ１の周波数領域表現の代表値である第１代表値Ｐ１を抽出する。同様に、ノッキング判定部１１３は、第２周波数ウィンドウＦＷ２内で第２波形部分ＷＶ２の周波数領域表現の代表値である第２代表値Ｐ２を抽出する。続いて、ノッキング判定部１１３は、第２代表値Ｐ２と第１代表値Ｐ１との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する処理を実行する。
【００６２】
例示的な一実施形態では、第１代表値Ｐ１は、第１周波数ウィンドウＦＷ１内で第１波形部分ＷＶ１の周波数領域表現の振幅が最大となる第１ピーク値を備えるようにしてもよい。同様に、この実施形態では、第２代表値Ｐ２は、第２周波数ウィンドウＦＷ２内で第２波形部分ＷＶ２の周波数領域表現の振幅が最大となる第２ピーク値を備えるようにしてもよい。その上で、この実施形態では、第２代表値Ｐ２と第１代表値Ｐ１との間の関係性に基づいてノッキング発生の有無を判定する処理として、第２ピーク値と第１ピーク値との間の関係性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。
【００６３】
この実施形態によれば、周波数領域表現の代表値を求める際、当該周波数領域表現に対応する周波数スペクトル曲線のピーク値を代表値とすれば、代表値を簡単な演算で高速に求めることができる。従って、この実施形態によれば、ノッキングが発生したか否かを判定する処理を低い計算負荷で高速に実行することができる。
【００６４】
さらに別の例示的な一実施形態では、第１代表値Ｐ１は、第１周波数ウィンドウＦＷ１内で第１波形部分ＷＶ１の周波数領域表現から算出されたＰＯＡ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｏｖｅｒａｌｌ）値である第１ＰＯＡ値を備えるようにしてもよい。同様に、第２代表値Ｐ２は、第２周波数ウィンドウＦＷ２内で第２波形部分ＷＶ２の周波数領域表現から算出されたＰＯＡ値である第２ＰＯＡ値を備えるようにしても良い。その上で、第２代表値Ｐ２と第１代表値Ｐ１との間の関係性に基づいてノッキング発生の有無を判定する処理として、第２ＰＯＡ値と第１ＰＯＡ値との間の関係性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。
【００６５】
この実施形態によれば、周波数領域表現の代表値を求める際、当該周波数領域表現に対応する周波数スペクトル曲線のＰＯＡ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｏｖｅｒａｌｌ）値を代表値としている。ＰＯＡ値は、当該周波数領域表現の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得られる。従って、周波数領域表現の代表値を求める際、上記のようにして算出されたＰＯＡ値を代表値とすれば、当該周波数領域表現において、ノッキング周波数付近の全ての周波数成分を考慮した代表値を得ることができる。従って、この実施形態によれば、ノッキングが発生したか否かを判定する処理において、当該周波数領域表現におけるノッキング周波数付近の全ての周波数成分を考慮した代表値を使用することができる。
【００６６】
振動波形取得部１１１、時間周波数変換部１１２及びノッキング判定部１１３により実行される上述した一連の処理の結果、現在の１燃焼サイクルについてノッキング発生の有無が検出すされることとなる。その結果、ノッキング判定部１１３は、当該燃焼サイクルにおいてノッキング発生が検出されたか否かを表すノック・フラグＦｋｎｏｃｋを生成する。ここで、所定の燃焼サイクル数をＣＮとすると、ノッキング判定部１１３は、ＣＮ個の燃焼サイクルの各々についてＣＮ個のノック・フラグＦｋｎｏｃｋが生成されたか否かを判定する。ノッキング判定部１１３は、ＣＮ個未満の燃焼サイクルについてＣＮ個未満のノック・フラグＦｋｎｏｃｋしか生成されていなければ、実行制御を振動波形取得部１１１に戻す。続いて、振動波形取得部１１１は、次の燃焼サイクルについてノッキング発生の有無の検出処理を開始するために、燃焼室１２内における混合気の燃焼により生じる振動波形を再度取得する。
【００６７】
以上の一連の処理動作の結果、ＣＮ個の燃焼サイクルの各々についてＣＮ個のノック・フラグＦｋｎｏｃｋが生成されたとノッキング判定部１１３が判断した場合には、ノッキング判定部１１３は、ＣＮ個の燃焼サイクルの各々について上記のとおり生成されたＣＮ個のノック・フラグＦｋｎｏｃｋを相関更新部１２０に出力する。
【００６８】
次に、図５〜図８を参照しながら、図４に示すノッキング検出部１１０が本発明の幾つかの実施形態に従って実行するノッキング検出方法の動作の流れについて説明する。図５は、ノッキング検出部１１０が実行するノッキング検出方法の実行手順を示すフローチャートである。図５のフローチャートの処理はステップＳ５１から開始し、振動波形取得部１１１は、内圧測定器４８および加速度センサ４９から受信した燃焼室１２内の内圧変動の測定値および加速度変動の計測値に基づいて、燃焼室１２内における混合気の燃焼により生じる振動波形を取得する。
【００６９】
一実施形態では、当該振動波形は、ガスエンジン２の燃焼室１２内における内圧変動波形から高調波成分として抽出され、当該高調波成分は、当該内圧変動波形のうち、ノッキング発生時に固有の振動周波数成分を含むものとして抽出される。その結果、ガスエンジン２の燃焼室１２を構成するシリンダ４内に筒内圧センサのような簡単な構成の内圧測定器４８を設けるだけで、内圧測定器４８により計測された燃焼室内の内圧変動波形からノッキング検出に必要な燃焼室１２内の振動波形を得ることができる。その際、振動波形取得部１１１は、当該計測された内圧変動波形からノッキング発生時に固有の振動周波数成分を抽出している。これにより、振動波形取得部１１１は、当該計測された内圧変動波形のうち、燃焼サイクルの進行過程（燃焼サイクルの各段階）に同期して変動する基本周波数成分を除いた周波数成分だけをノッキング発生時に固有の振動周波数成分として取り出すことが可能となる。
【００７０】
代替的な実施形態では、当該振動波形は、ガスエンジン２において燃焼室１２を構成するシリンダ４に設けた加速度センサ４９により検出された加速度検出波形として取得される。従って、この実施形態では、ガスエンジン２の燃焼室１２を構成するシリンダ４に簡単な構成の加速度センサ４９を設けるだけで、加速度センサ４９により計測された加速度変動波形から、ノッキング発生時に固有の振動周波数成分に対応する振動波形を直接得ることができる。
【００７１】
振動波形取得部１１１が内圧測定器４８から受信した燃焼室１２内の内圧の変動波形の具体例を図６に示す。図６に示す２次元グラフの各々において、縦軸は燃焼室１２内の内壁面に作用する圧力の大きさを表し、横軸は時間軸に対応し、当該時間軸上の各時刻は、クランク角位相θの特定の値に対応する。図６の（Ａ）と（Ｂ）に示すグラフ曲線７０Ａおよび７０Ｂは、それぞれ第１の設定条件と第２の条件設定の下で、燃焼室１２内の内圧の変動波形を内圧測定値４８が振動波形取得部１１１に出力した結果を表す。ここで、条件設定とは、内燃機関を運転する際に空気過剰率λ、副室ガス流量Ｑｐ、メタン価ＭＮおよび吸気温度Ｔｓに設定する値を規定している。図６の（Ａ）と（Ｂ）から分かるとおり、燃焼室１２内における内圧の変動波形７０Ａおよび７０Ｂは、燃焼サイクルの進行過程（燃焼サイクルの各段階）に同期して変動する基本周波数成分とそれよりも細かい振動を表す高周波成分を含む。ここで、当該高周波成分が振動波形取得部１１１によって取得されるべき振動波形に対応する。すなわち、振動波形取得部１１１によって取得されるべき振動波形とは、ノッキングが発生した際に燃焼室１２の内壁面上において観測される細かい振動波形であって、ノッキング発生時に固有の振動周波数成分を含む高周波の観測波形を意味する。
【００７２】
一方、図７に示す２次元グラフの各々において、縦軸は燃焼室１２内の内壁面に作用する圧力の大きさ（すなわち波形の振幅）を表し、横軸は時間軸に対応し、当該時間軸上の各時刻は、クランク角位相θの特定の値に対応する。図７（Ａ）に示す波形７１Ａは、図６（Ａ）に示す内圧変動波形７０Ａのうち、燃焼サイクルの進行過程（燃焼サイクルの各段階）に同期して変動する基本周波数成分を抽出して表示したものである。他方、図７（Ａ）に示す波形７２Ａは、図６（Ａ）に示す内圧変動波形のうち、ノッキングが発生した際の燃焼室１２内において観測される細かい振動波形の成分であって、ノッキング発生時に固有の振動周波数成分を含む高調波の波形成分を抽出して表示したものである。すなわち、図６（Ａ）と同じ第１の設定条件の下でガスエンジン２を運転している場合、図６（Ａ）に示す内圧変動波形のうち、図７（Ａ）に示す波形７２Ａに対応する高周波波形成分が振動波形取得部１１１によって取得されるべき振動波形である。
【００７３】
また、図７（Ｂ）に示す波形７１Ｂは、図６（Ｂ）に示す内圧変動波形７０Ｂのうち、燃焼サイクルの進行過程（燃焼サイクルの各段階）に同期して変動する基本周波数成分を抽出して表示したものである。他方、図７（Ｂ）に示す波形７２Ｂは、図６（Ｂ）に示す内圧変動波形のうち、ノッキングが発生した際の燃焼室１２内において観測される細かい振動波形の成分であって、ノッキング発生時に固有の振動周波数成分を含む高調波の波形成分を抽出して表示したものである。すなわち、図６（Ｂ）と同じ第２の設定条件の下でガスエンジン２を運転している場合、図６（Ｂ）に示す内圧変動波形のうち、図７（Ｂ）に示す波形７２Ｂに対応する高周波波形成分が振動波形取得部１１１によって取得されるべき振動波形である。当該振動波形が取得されると、振動波形取得部１１１は、当該振動波形を表す振動波形データを時間周波数変換部１１２に出力する。
【００７４】
続いて、図５のフローチャートの処理は、ステップＳ５２ＡおよびステップＳ５２Ｂに進む。ステップＳ５２Ａでは、振動波形取得部１１１から振動波形データを受け取った時間周波数変換部１１２は、上述した振動波形が取得された時間軸上において、第１時間ウィンドウＴＷ１を設定する。また、ステップＳ５２Ｂでは、時間周波数変換部１１２は、上述した振動波形が取得された時間軸上において、第２時間ウィンドウＴＷ２を設定する。第１時間ウィンドウＴＷ１は、上記の時間軸上において、燃焼室１２内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となる最大内圧時よりも先行する位置に設定される。第２時間ウィンドウＴＷ２は、上記の時間軸上において、最大内圧時の直後に位置するに設定される。
【００７５】
時間周波数変換部１１２によって設定される第１時間ウィンドウＴＷ１と第２時間ウィンドウＴＷ２の具体例を図７（Ａ）にＴＷ１  ８１ＡおよびＴＷ２  ８２Ａとして示す。なお、図７（Ａ）は、図６（Ａ）と同じ第１の設定条件の下でガスエンジン２を運転している場合に対応する。また、時間周波数変換部１１２によって設定される第１時間ウィンドウＴＷ１と第２時間ウィンドウＴＷ２の具体例を図７（Ｂ）にＴＷ１  ８１ＢおよびＴＷ２  ８２Ｂとして示す。なお、図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）と同じ第２の設定条件の下でガスエンジン２を運転している場合に対応する。
【００７６】
以下、図７に示される第１時間ウィンドウＴＷ１（図７（Ａ）の８１Ａと図７（Ｂ）の８１Ｂ）と第２時間ウィンドウＴＷ２（図７（Ａ）の８２Ａと図７（Ｂ）の８２Ｂ）の具体例について詳細に説明する。図７（Ａ）において、時刻Ｔ１２は、燃焼室１２内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となる最大内圧時の時刻を表している。図７（Ａ）において、時刻Ｔ１１は、最大内圧時である時刻Ｔ１２よりも所定時間幅だけ先行する時刻を表し、時刻Ｔ１３は、最大内圧時である時刻Ｔ１２よりも所定時間幅だけ経過した後の時刻を表す。また、図７（Ｂ）において、時刻Ｔ２２は、燃焼室１２内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となる最大内圧時の時刻を表している。図７（Ｂ）において、時刻Ｔ２１は、最大内圧時である時刻Ｔ２２よりも所定時間幅だけ先行する時刻を表し、時刻Ｔ２３は、最大内圧時である時刻Ｔ２２よりも所定時間幅だけ経過した後の時刻を表す。
【００７７】
すなわち、図７（Ａ）においては、図７（Ａ）の第１時間ウィンドウＴＷ１  ８１Ａは、最大内圧時である時刻Ｔ１２の直前に位置する時間区間として、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２に至るまでの時間ウィンドウとして設定される。また、図７（Ａ）の第２時間ウィンドウＴＷ２  ８２Ａは、最大内圧時である時刻Ｔ１２の直後に位置する時間区間として、時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３に至るまでの時間ウィンドウとして設定される。その結果、図７（Ａ）においては、第１時間ウィンドウＴＷ１  ８１Ａと第２時間ウィンドウＴＷ２  ８２Ａは、上記振動波形が取得された時間軸上において、最大内圧時である時刻Ｔ１２を境にして互いに接する位置に配置される。
【００７８】
図７に示す具体例では、燃焼室１２内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となるクランク角位相に対応する時点を最大内圧時Ｔ１２またはＴ２２として定義し、第１時間ウィンドウＴＷ１  ８１（８１Ａ，８１Ｂ）が最大内圧時の直前に位置する時間帯となり、第２時間ウィンドウＴＷ２  ８２が最大内圧時の直後に位置する時間帯となるように設定している。その結果、最大内圧時の直後の時間帯に位置する第２時間ウィンドウＴＷ２  ８２（８２Ａ，８２Ｂ）は、ノッキングが発生する可能性が高い時間帯だけを漏らさず含むように設定されることとなる。また、最大内圧時の直前の時間帯に位置する第１時間ウィンドウＴＷ１  ８１（８１Ａ，８１Ｂ）は、ノッキングが最も発生し難い時間帯のみを含むように設定されている。従って、第２の時間ウィンドウＴＷ２  ８２（８２Ａ，８２Ｂ）と第１の時間ウィンドウＴＷ１  ８１（８１Ａ，８１Ｂ）は、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウにそれぞれ対応する。加えて、図７の具体例では、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウの設定範囲が合理的根拠に基づいて適切に選択されている。
【００７９】
なお、図７に示す例においては、第１時間ウィンドウＴＷ１が最大内圧時の直前の時間帯に位置するように選ばれているが、第１ウィンドウＴＷ１は、最大内圧時に先行する任意の時間帯に位置するように選ぶこともまた可能である。そして、その場合であっても、最大内圧時に先行する任意の時間帯に位置する第１時間ウィンドウＴＷ１は、ノッキングが最も発生し難い時間帯のみを含むように設定することが可能である。
【００８０】
続いて、図５のフローチャートの処理は、ステップＳ５３ＡおよびステップＳ５３Ｂに進む。ステップＳ５３Ａでは、時間周波数変換部１１２は、振動波形取得部１１１から受け取った振動波形のうち、第１時間ウィンドウＴＷ１内に含まれる波形部分を第１波形部分ＷＶ１として取り出す。また、ステップＳ５３Ｂでは、時間周波数変換部１１２は、第２時間ウィンドウＴＷ２内に含まれる波形部分を第２波形部分ＷＶ２として取り出す。
【００８１】
図７（Ａ）に示す一実施形態では、時間周波数変換部１１２は、振動波形取得部１１１から受け取った振動波形に相当する波形７２Ａのうち、第１時間ウィンドウＴＷ１  ８１Ａ内に含まれる波形部分を第１波形部分ＷＶ１として取り出す。図７（Ｂ）に示す一実施形態では、時間周波数変換部１１２は、振動波形取得部１１１から受け取った振動波形に相当する波形７２Ｂのうち、第１時間ウィンドウＴＷ１  ８１Ｂ内に含まれる波形部分を第１波形部分ＷＶ１として取り出す。
【００８２】
また、図７（Ａ）に示す一実施形態では、時間周波数変換部１１２は、振動波形取得部１１１から受け取った振動波形に相当する波形７２Ａのうち、第２時間ウィンドウＴＷ２  ８２Ａ内に含まれる波形部分を第２波形部分ＷＶ２として取り出す。図７（Ｂ）に示す一実施形態では、時間周波数変換部１１２は、振動波形取得部１１１から受け取った振動波形に相当する波形７２Ｂのうち、第２時間ウィンドウＴＷ２  ８２Ｂ内に含まれる波形部分を第２波形部分ＷＶ２として取り出す。
【００８３】
続いて、時間周波数変換部１１２は、振動波形取得部１１１から受け取った振動波形から第１時間ウィンドウＴＷ１に従って切り出した第１波形部分ＷＶ１を時間領域表現から周波数領域表現に変換する時間周波数変換処理を実行する（ステップＳ５３Ａ）。また、時間周波数変換部１１２は、振動波形取得部１１１から受け取った振動波形から第２時間ウィンドウＴＷ２に従って切り出した第２波形部分ＷＶ２を時間領域表現から周波数領域表現に変換する時間周波数変換処理を実行する（ステップＳ５３Ｂ）。
【００８４】
例示的な一実施形態では、第１波形部分ＷＶ１または第２波形部分ＷＶ２の時間領域表現から周波数領域表現への変換は、第１波形部分ＷＶ１または第２波形部分ＷＶ１の時系列サンプルを、高速フーリエ変換（ＦＦＴ解析）により、サンプリング周波数毎の振幅値から成る集合に変換する処理を含む。従って、この実施形態では、周波数軸上の複数（Ｋ個）のサンプリング周波数の各々について複数（Ｋ個）の変換器を並列に設け、複数の時系列サンプルを離散フーリエ変換する演算処理を、並列構成された複数（Ｋ個）の変換器を使用して並列的に実行することができる。その結果、第１波形部分ＷＶ１または第２波形部分ＷＶ２の周波数領域表現への変換を高速に実行することが可能となる。従って、クランク軸の回転速度が非常に高速となり、燃焼サイクル毎のノッキング発生を極めて短時間に検出する必要がある場合でも、当該検出の際に実行される第１波形部分ＷＶ１または第２波形部分ＷＶ２の周波数領域変換を高速に実行することが可能となる。
【００８５】
最後に、時間周波数変換部１１２は、第１時間ウィンドウＴＷ１内の第１波形部分ＷＶ１を時間周波数変換（例えば、ＦＦＴ解析）により周波数領域表現に変換した第１変換結果Ｒ１をノッキング判定部１１３に出力する（ステップＳ５３Ａ）。また、時間周波数変換部１１２は、第２時間ウィンドウＴＷ２内の第２波形部分ＷＶ２を時間周波数変換（例えば、ＦＦＴ解析）により周波数領域表現に変換した第２変換結果Ｒ２をノッキング判定部１１３に出力する（ステップＳ５３Ｂ）。
【００８６】
続いて、図５のフローチャートの処理は、ステップＳ５４ＡおよびステップＳ５４Ｂに進む。ステップＳ５４Ａでは、時間周波数変換部１１２から上述した第１変換結果Ｒ１を受け取ったノッキング判定部１１３は、第１変換結果Ｒ１が取得された周波数領域内の周波数軸上において第１周波数ウィンドウＦＷ１を設定する。また、ステップＳ５４Ｂでは、時間周波数変換部１１２から上述した第２変換結果Ｒ２を受け取ったノッキング判定部１１３は、第２変換結果Ｒ２が取得された周波数領域内の周波数軸上において第２周波数ウィンドウＦＷ２を設定する。
【００８７】
ノッキング判定部１１３によって設定される第１周波数ウィンドウＦＷ１と第２周波数ウィンドウＦＷ２の具体例を図８（Ａ）にＦＷ１  ８３ＡおよびＦＷ２  ８４Ａとして示す。なお、図８（Ａ）は、図６（Ａ）と同じ第１の設定条件の下でガスエンジン２を運転している場合に対応する。図８（Ａ）に示す２次元グラフの各々において、横軸はｋＨｚ（キロ・ヘルツ）を物理単位とする周波数軸に対応し、縦軸は特定の周波数における振幅（強度）を表す。また、図８（Ａ）に示す周波数スペクトル曲線７３Ａは、図７（Ａ）において振動波形７２Ａから第１時間ウィンドウＴＷ１  ８１Ａに従って切り出された第１波形部分ＷＶ１を時間周波数変換により時間領域から周波数領域へと変換して得られる周波数スペクトルである。また、図８（Ａ）に示す周波数スペクトル曲線７４Ａは、図７（Ａ）において振動波形７２Ａから第１時間ウィンドウＴＷ２  ８２Ａに従って切り出された第２波形部分ＷＶ２を時間周波数変換により時間領域から周波数領域へと変換して得られる周波数スペクトルである。図８（Ａ）において、第１周波数ウィンドウＦＷ１  ８３Ａは、周波数スペクトル曲線７３Ａを部分的に切り出すための周波数範囲として周波数軸上に設定されている。図８（Ａ）において、第２周波数ウィンドウＦＷ２  ８４Ａは、周波数スペクトル曲線７４Ａを部分的に切り出すための周波数範囲として周波数軸上に設定されている。
【００８８】
また、ノッキング判定部１１３によって設定される第１周波数ウィンドウＦＷ１と第２周波数ウィンドウＦＷ２の具体例を図８（Ｂ）にＦＷ１  ８３ＢおよびＦＷ２  ８４Ｂとして示す。なお、図８（Ｂ）は、図６（Ｂ）と同じ第２の設定条件の下でガスエンジン２を運転している場合に対応する。図８（Ｂ）に示す２次元グラフの各々において、横軸はｋＨｚ（キロ・ヘルツ）を物理単位とする周波数軸に対応し、縦軸は特定の周波数における振幅（強度）を表す。図８（Ｂ）に示す周波数スペクトル曲線７３Ｂは、図７（Ｂ）において振動波形７２Ｂから第１時間ウィンドウＴＷ１  ８１Ｂに従って切り出された第１波形部分ＷＶ１を時間周波数変換により時間領域から周波数領域へと変換して得られる周波数スペクトルである。図８（Ｂ）に示す周波数スペクトル曲線７４Ｂは、図７（Ｂ）において振動波形７２Ｂから第１時間ウィンドウＴＷ２  ８２Ｂに従って切り出された第２波形部分ＷＶ２を時間周波数変換により時間領域から周波数領域へと変換して得られる周波数スペクトルである。図８（Ｂ）において、第１周波数ウィンドウＦＷ１  ８３Ｂは、周波数スペクトル曲線７３Ｂを部分的に切り出すための周波数範囲として周波数軸上に設定されている。図８（Ｂ）において、第２周波数ウィンドウＦＷ２  ８４Ｂは、周波数スペクトル曲線７４Ｂを部分的に切り出すための周波数範囲として周波数軸上に設定されている。
【００８９】
続いて、図５のフローチャートの処理はステップＳ５５ＡおよびステップＳ５５Ｂに進む。ステップＳ５５Ａでは、ノッキング判定部１１３は、第１周波数ウィンドウＦＷ１内における第１波形部分ＷＶ１の周波数領域表現の代表値である第１代表値Ｐ１を算出する。例えば、例示的な一実施形態によれば、ステップＳ５５Ａでは、ノッキング判定部１１３は、第１代表値Ｐ１として、第１周波数ウィンドウＦＷ１内で第１波形部分ＷＶ１の周波数領域表現の振幅が最大となる第１ピーク値Ｐ１を抽出するようにしてもよい。さらに別の一実施形態によれば、ステップＳ５５Ａでは、ノッキング判定部１１３は、第１代表値Ｐ１として、第１周波数ウィンドウＦＷ１内で第１波形部分ＷＶ１の周波数領域表現から算出したＰＯＡ値である第１ＰＯＡ値Ｐ１を抽出するようにしてもよい。
【００９０】
同様に、ステップＳ５５Ｂでは、ノッキング判定部１１３は、第２周波数ウィンドウＦＷ２内における第２波形部分ＷＶ２の周波数領域表現の代表値である第２代表値Ｐ２を算出する。例えば、例示的な一実施形態によれば、ステップＳ５５Ｂでは、ノッキング判定部１１３は、第２代表値Ｐ２として、第２周波数ウィンドウＦＷ２内で第２波形部分ＷＶ２の周波数領域表現の振幅が最大となる第２ピーク値Ｐ２を抽出するようにしてもよい。さらに別の一実施形態によれば、ステップＳ５５Ｂでは、ノッキング判定部１１３は、第２代表値Ｐ２として、第２周波数ウィンドウＦＷ２内で第２波形部分ＷＶ２の周波数領域表現から算出したＰＯＡ値である第２ＰＯＡ値Ｐ２を抽出するようにしてもよい。
【００９１】
なお、以下において後述する実施形態においては、説明を簡単にするために、第１代表値Ｐ１および第２代表値Ｐ２は、上述した周波数領域表現の振幅が最大となる第１ピーク値Ｐ１および第２ピーク値Ｐ２としてそれぞれ算出されるものと仮定している。ただし、以下において後述する幾つかの実施形態は、第１代表値Ｐ１および第２代表値Ｐ２が、上述した上述した周波数領域表現からＰＯＡ値として求まる第１ＰＯＡ値Ｐ１および第２ＰＯＡ値Ｐ２としてそれぞれ算出される場合であっても同様に実施可能である点に留意されたい。
【００９２】
図８（Ａ）に示す一実施形態では、第１波形部分ＷＶ１の周波数領域表現は、周波数スペクトル曲線７３Ａで表されている。従って、図８（Ａ）に示す一実施形態では、ノッキング判定部１１３は、第１周波数ウィンドウＦＷ１  ８３Ａ内において、周波数スペクトル曲線７３Ａがピーク値を示すピーク周波数ｆｐｅａｋ（１）  ８７Ａとその振幅Ｐ１  ９１Ａを抽出する（ステップＳ５５Ａ）。ここで抽出されたピーク周波数ｆｐｅａｋ（１）  ８７Ａにおける振幅Ｐ１  ９１Ａが、図８（Ａ）に示す例における第１ピーク値Ｐ１  ９１Ａとなる。また、図８（Ａ）に示す一実施形態では、第２波形部分ＷＶ２の周波数領域表現は、周波数スペクトル曲線７４Ａで表されている。従って、図８（Ａ）に示す一実施形態では、ノッキング判定部１１３は、第２周波数ウィンドウＦＷ２  ８４Ａ内において、周波数スペクトル曲線７４Ａがピーク値を示すピーク周波数ｆｐｅａｋ（２）  ８８Ａとその振幅Ｐ２  ９２Ａを抽出する（ステップＳ５５Ｂ）。ここで抽出されたピーク周波数ｆｐｅａｋ（２）  ８８Ａにおける振幅Ｐ２  ９２Ａが、図８（Ａ）に示す例における第２ピーク値Ｐ２  ９２Ａとなる。つまり、第１ピーク値Ｐ１  ９１Ａは、周波数スペクトル曲線７３Ａが、第１周波数ウィンドウＦＷ１  ８３Ａの中でピークとなる極大値である。また、第２ピーク値Ｐ２  ９２Ａは、周波数スペクトル曲線７４Ａが、第２周波数ウィンドウＦＷ２  ８４Ａの中でピークとなる極大値である。
【００９３】
図８（Ｂ）に示す一実施形態では、第１波形部分ＷＶ１の周波数領域表現は、周波数スペクトル曲線７３Ｂで表されている。従って、図８（Ｂ）に示す一実施形態では、ノッキング判定部１１３は、第１周波数ウィンドウＦＷ１  ８３Ｂ内において、周波数スペクトル曲線７３Ｂがピーク値を示すピーク周波数ｆｐｅａｋ（１）  ８７Ｂとその振幅Ｐ１  ９１Ｂを抽出する（ステップＳ５５Ａ）。ここで抽出されたピーク周波数ｆｐｅａｋ（１）  ８７Ｂにおける振幅Ｐ１  ９１Ｂが、図８（Ｂ）に示す例における第１ピーク値Ｐ１  ９１Ｂとなる。また、図８（Ｂ）に示す一実施形態では、第２波形部分ＷＶ２の周波数領域表現は、周波数スペクトル曲線７４Ｂで表されている。従って、図８（Ｂ）に示す一実施形態では、ノッキング判定部１１３は、第２周波数ウィンドウＦＷ２  ８４Ｂ内において、周波数スペクトル曲線７４Ｂがピーク値を示すピーク周波数ｆｐｅａｋ（２）  ８８Ｂとその振幅Ｐ２  ９２Ｂを抽出する（ステップＳ５５Ｂ）。ここで抽出されたピーク周波数ｆｐｅａｋ（２）  ８８Ａにおける振幅Ｐ２  ９２Ｂが、図８（Ｂ）に示す例における第２ピーク値Ｐ２  ９２Ａとなる。つまり、第１ピーク値Ｐ１  ９１Ｂは、周波数スペクトル曲線７３Ｂが、第１周波数ウィンドウＦＷ１  ８３Ｂの中でピークとなる極大値である。また、第２ピーク値Ｐ２  ９２Ｂは、周波数スペクトル曲線７４Ｂが、第２周波数ウィンドウＦＷ２  ８４Ｂの中でピークとなる極大値である。
【００９４】
続いて、図５のフローチャートの処理はステップＳ５６およびステップＳ５７に進む。ステップＳ５６ステップＳ５７では、ノッキング判定部１１３は、第１周波数ウィンドウＦＷ１と第２周波数ウィンドウＦＷ２からそれぞれ抽出した第１ピーク値Ｐ１と第２ピーク値Ｐ２との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する処理を実行する。図８に示す実施形態においては、第１ピーク値Ｐ１と第２ピーク値Ｐ２は、第１ピーク値Ｐ１  ９１（９１Ａ，９１Ｂ）および第２ピーク値Ｐ２  ９２（９２Ａ，９２Ｂ）に対応する。第１ピーク値Ｐ１  ９１（９１Ａ，９１Ｂ）は、周波数スペクトル曲線７３（７３Ａ，７３Ｂ）が、第１周波数ウィンドウＦＷ１  ８３（８３Ａ，８３Ｂ）の中でピークとなる極大値である。第２ピーク値Ｐ２  ９２（９２Ａ，９２Ｂ）は、周波数スペクトル曲線７４（７４Ａ，７４Ｂ）が、第２周波数ウィンドウＦＷ２  ８４（８４Ａ，８４Ｂ）の中でピークとなる極大値である。従って、図８に示す実施形態においては、ノッキング判定部１１３は、第１周波数ウィンドウＦＷ１  ８３と第２周波数ウィンドウＦＷ２  ８４からそれぞれ抽出した第１ピーク値Ｐ１  ９１と第２ピーク値Ｐ２  ９２との間の関係性に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する処理を実行する。
【００９５】
例示的な一実施形態では、ステップＳ５６において、ノッキング判定部１１３は、第２ピーク値Ｐ２を第１ピーク値Ｐ１で除算することにより、ピーク比率（Ｐ２／Ｐ１）を求め、ステップＳ５７において、当該ピーク比率（Ｐ２／Ｐ１）が所定の閾値を超えた場合のみノッキングが発生したと判定する処理を実行する。例えば、図８に示すステップＳ５６においては、ノッキング判定部１１３は、第２周波数ウィンドウＦＷ２  ８４から抽出した第２ピーク値Ｐ２  ９２を第１周波数ウィンドウＦＷ１  ８３から抽出した第１ピーク値Ｐ１  ９１で除算することにより、ピーク比率（Ｐ２／Ｐ１）を求める。続いて、ステップＳ５７において、ノッキング判定部１１３は、当該ピーク比率が所定の閾値αを超えた（ピーク比率＞α）場合のみノッキングが発生したと判定する処理を実行する。この実施形態では、ステップＳ５７において、ノッキング判定部１１３は、ノッキングが発生したと判定した場合には、ノック・フラグＦｋｎｏｃｋ＝１と設定し、ノッキングが発生していないと判定した場合には、ノッキング判定部１１３は、ノック・フラグＦｋｎｏｃｋ＝０と設定する。
【００９６】
続いて、図５のフローチャートの処理はステップＳ５８に進む。ステップＳ５７では、所定の燃焼サイクル数をＣＮとすると、ノッキング判定部１１３は、ＣＮ個の燃焼サイクルの各々についてＣＮ個のノック・フラグＦｋｎｏｃｋが生成されたか否かを判定する。ＣＮ個未満の燃焼サイクルについてＣＮ個未満のノック・フラグＦｋｎｏｃｋしか生成されていなければ、図５のフローチャートの実行はステップＳ５１に戻り、ノッキング判定部１１３は、実行制御を振動波形取得部１１１に戻す。ステップＳ５７において、ＣＮ個の燃焼サイクルの各々についてＣＮ個のノック・フラグＦｋｎｏｃｋが生成されたとノッキング判定部１１３が判断した場合には、ノッキング判定部１１３は、ＣＮ個の燃焼サイクルの各々について生成されたＣＮ個のノック・フラグＦｋｎｏｃｋを相関更新部１２０に出力し、図５のフローチャートの実行を終える。
【００９７】
図５のフローチャートが実行された結果として、相関更新部１２０は、ノッキング発生の有無の検出結果として、ＣＮ回分の燃焼サイクルにわたって出力されるＣＮ個のノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋをノッキング検出部１１０から受け取る。続いて、相関更新部１２０は、上記ＣＮ個のノック・フラグ値Ｆｋｎｏｃｋおよび過去にノッキング検出部１１０から受け取った一連のノッキング検出結果に基づいて過去から現在に至るまでの期間におけるノッキング発生頻度ｆｋの変動傾向を算出する。なお、ノッキング発生頻度ｆｋは、過去から現在までの全燃焼サイクル中においてノッキング発生が検出された燃焼サイクルが占める比率として算出される。
【００９８】
以上より、図４〜図８を参照しながら上述したノッキング検出方法では、燃焼室内の内圧が１燃焼サイクル中において最大となるクランク角位相に対応する時点を最大内圧時と定義し、第１時間ウィンドウＴＷ１が最大内圧時よりも先行する時間帯となるように設定している。また、このノッキング検出方法では、第２時間ウィンドウＴＷ２が最大内圧時の直後に位置する時間帯となるように設定している。その結果、最大内圧時の直後に位置する第２時間ウィンドウＴＷ２は、ノッキングが発生する可能性が高い時間帯だけを漏らさず含むように設定されることとなる。また、最大内圧時よりも先行する時間帯に位置する第１時間ウィンドウＴＷ１は、ノッキングが最も発生し難い時間帯のみを含むように設定されている。従って、第２時間ウィンドウＴＷ２と第１時間ウィンドウＴＷ１は、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウにそれぞれ対応する。加えて、このノッキング検出方法では、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウの設定範囲が合理的根拠に基づいて適切に選択されている。
【００９９】
その上で、このノッキング検出方法では、混合気の燃焼により生じる振動波形のうち、第２時間ウィンドウＴＷ２と第１時間ウィンドウＴＷ１にそれぞれ含まれる２つの波形部分ＷＶ１およびＷＶ２の周波数領域表現からそれぞれ得られた２つのピーク値Ｐ１およびＰ２に基づいてノッキング発生可能性を評価している。その結果、このノッキング検出方法では、ノッキング発生期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とノッキングが発生していない期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とを相対的に比較しながらノッキング発生可能性を評価ことができる。以上より、このノッキング検出方法では、ノッキング発生期間に対応する時間ウィンドウとノッキングが発生していない期間に対応する時間ウィンドウの設定範囲を合理的根拠に基づいて適切に選ぶことにより、より高精度なノッキング検出が可能となる。
【０１００】
また、例示的な一実施形態では、点火プラグを内蔵する副室１２ａおよび副室１２ａと噴孔１２ｃを介して連通されている主室１２ｂとを燃焼室１２が備えており、この実施形態では、第１時間ウィンドウＴＷ１は以下のように設定されても良い。すなわち、第１時間ウィンドウＴＷ１は、ガスエンジン２の各燃焼サイクル中において、副室１２ａ内の点火プラグの点火タイミングを含むように設定されてもよい。ここで、副室１２ａの点火時においては、トーチ生成用の少量の燃料ガスだけが存在し、点火プラグにより直接点火されるので、異常燃焼によるノッキングは極めて発生し難い。その上、副室１２ａの点火時においては、ノッキングが発生しない状態で混合気の燃焼による振動波形を観測することが可能である。従って、この実施形態では、副室１２ａの点火時を含む第１時間ウィンドウＴＷ１とノッキング期間中に対応する第２時間ウィンドウＴＷ２にそれぞれ含まれる２つの波形部分から得られた２つの周波数スペクトルのピーク値Ｐ１とＰ２を互いに対比することにより、ノッキング発生可能性をさらに正確に評価ことができる。
【０１０１】
また、例示的な一実施形態では、第１周波数ウィンドウＦＷ１および第２周波数ウィンドウＦＷ２は、ノッキング発生により燃焼室１２内に生じる衝撃波の周波数成分のうち、ピーク周波数となって現れる周波数成分を含むように選択されるようにしてもよい。その結果、ノッキング発生期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とノッキングが発生していない期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とは、ノッキング発生時に固有のピーク周波数を囲む近傍周波数範囲にから抽出されたものとなる。しかも、ノッキング発生期間内の振動波形から得られた周波数ピーク値とノッキングが発生していない期間内の振動波形から得られた周波数ピーク値とは、互いに共通のピーク近傍周波数範囲から抽出されたものとなる。従って、この実施形態では、ノッキング発生期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とノッキングが発生していない期間内の振動波形から得られた周波数スペクトルのピーク値とを相対的に比較することにより、ノッキング発生可能性をさらに正確に評価ことができる。
【０１０２】
次に、図４〜図８を参照しながら上述したノッキング検出方法において算出されるノッキング評価指標が、従来のノッキング評価指標と比べてどのように改善されているかを、図９を参照しながら以下のとおりに検討する。具体的には、従来のノッキング評価指標の一例として、ノッキング・シビアリティを想定する。その上で、本発明に係る実施形態に従って第２ピーク値Ｐ２と第１ピーク値Ｐ１との間の比率として算出されるピーク比率が、ノッキング・シビアリティと対比した場合に、ノッキング発生可能性を表す指標としてどのように優れているかを、図９の評価データを参照しながら対比検討する。
【０１０３】
図９（ａ）においてプロットされた２本の曲線５４Ｃおよび５４Ｄは、図３の場合とは異なる２種類の条件設定（第３の条件設定と第４の条件設定）の下でガスエンジン２を試験運転した際に内燃機関の点火時期θｉｇの変化に応じて熱効率がどのように変動するかを示している。ここで、条件設定とは、ガスエンジン２を試験運転する際に空気過剰率λ、副室ガス流量Ｑｐ、メタン価ＭＮおよび吸気温度Ｔｓに設定する値を規定している。すなわち、図３（ａ）において三角の点でプロットされた熱効率変動曲線５４Ａと丸い点でプロットされた熱効率変動曲線５４Ｂは、ガスエンジン２の試験運転に際し、第３の条件設定および第４の条件設定として、空気過剰率λ、副室ガス流量Ｑｐ、メタン価ＭＮおよび吸気温度Ｔｓに２種類の異なる値を設定することにより得られた曲線である。
【０１０４】
また、図９に示す例の場合、図９（ｂ）の曲線グラフおよび図９（ｃ）の曲線グラフにおいて、縦軸はノッキング発生頻度を表し、ノッキング発生頻度は、ノッキング発生と判定された燃焼サイクルが占める割合に相当する。図９（ｂ）においてプロットされた２本の曲線５５Ｃおよび５５Ｄは、図９（ａ）に示す例と同じ２種類の条件設定（第３の条件設定と第４の条件設定）の下で得られた曲線グラフである。具体的には、曲線５５Ｃおよび５５Ｄは、ガスエンジン２を試験運転した際にガスエンジン２の点火時期θｉｇの変化に応じてノッキング・シビアリティから算出されたノッキング発生頻度がどのように変動するかを示している。また、図９（ｃ）においてプロットされた２本の曲線５６Ｃおよび５６Ｄは、図９（ａ）に示す例と同じ２種類の条件設定（第３の条件設定と第４の条件設定）の下で得られた曲線グラフである。具体的には、曲線５６Ｃおよび５６Ｄは、ガスエンジン２を試験運転した際に内燃機関の点火時期θｉｇの変化に応じて、図５のステップＳ５６において第２ピーク値Ｐ２を第１ピーク値Ｐ１で除算して得られるピーク比率から算出されたノッキング発生頻度がどのように変動するかを示している。
【０１０５】
図９（ｂ）において第３の条件設定の下で点火時期θｉｇの関数として示されるノッキング発生頻度の変動曲線（図９（ｂ）の５５Ｃ）および第４の条件設定の下で点火時期θｉｇの関数として示されるノッキング発生頻度の変動曲線（図９（ｂ）の５５Ｄ）を見比べると、以下が理解できる。すなわち、図９（ｂ）の変動曲線５５Ｃと変動曲線５５Ｄでは条件設定が異なるにもかかわらず、ノッキング発生頻度の大きさに目立った差異がみられない。これは、条件設定の設定項目に含まれる空気過剰率λ、副室ガス流量Ｑｐ、メタン価ＭＮおよび吸気温度Ｔｓの値を大きく異ならせた場合でもほぼ同様である。これに対し、図９（ｃ）において第３の条件設定の下で点火時期θｉｇの関数として示されるノッキング発生頻度の変動曲線（図９（ｂ）の５６Ｃ）および第４の条件設定の下で点火時期θｉｇの関数として示されるノッキング発生頻度の変動曲線（図９（ｂ）の５５Ｄ）を見比べると、以下が理解できる。すなわち、図９（ｃ）の変動曲線５６Ｃと変動曲線５６Ｄとの間において条件設定が異なることにより、ノッキング発生頻度の大きさに明確な有意差が見られる。
【０１０６】
つまり、ノッキング・シビアリティに基づいて点火時期θｉｇの関数として得られたノッキング発生頻度の変動曲線は、条件設定を大きく変えてもノッキング発生率の推移において有意差を示さない。これに対して、本発明の実施形態に従って点火時期θｉｇの関数として得られたノッキング発生頻度の変動曲線は、条件設定を変えることにより、ノッキング発生率の推移において明確な有意差を示す。
【０１０７】
また、図９において第３の条件設定の下で点火時期θｉｇの関数として示される熱効率の変動曲線（図９（ａ）の５４Ｃ）、ノッキング・シビアリティから得られたノッキング発生頻度の変動曲線（図９（ｂ）の５５Ｃ）および本発明の実施形態に従ってピーク比率から得られたノッキング発生頻度の変動曲線（図９（ｃ）の５６Ｃ）を見比べると、以下が理解できる。すなわち、熱効率が点火時期θｉｇの遅れに伴って徐々に微減している一方で、ノッキング・シビアリティから得られたノッキング発生率は、高い値のまま推移している。このノッキング発生率の推移は、実際に観測されるノッキング発生頻度から見て不自然に高いものとなっている。これに対して、熱効率が点火時期θｉｇの遅れに伴って徐々に微減している一方で、本発明の実施形態に従ってピーク比率から得られたノッキング発生率は低い値で推移しており、実際に観測されるノッキング発生率からみて不自然ではない。
【０１０８】
また、図９において第４の条件設定の下で点火時期θｉｇの関数として示される熱効率の変動曲線（図９（ａ）の５４Ｄ）、ノッキング・シビアリティから得られたノッキング発生頻度の変動曲線（図９（ｂ）の５５Ｄ）および本発明の実施形態に従って得られたノッキング発生頻度の変動曲線（図９（ｃ）の５６Ｄ）を見比べると、以下が理解できる。すなわち、熱効率が点火時期θｉｇの遅れに伴って減少するのに応じて、ノッキング・シビアリティから得られたノッキング発生率も減少しているものの、ノッキング発生率のこの推移は、実際に観測されるノッキング発生頻度から見てやはり不自然に高いものとなっている。これに対して、熱効率が点火時期θｉｇの遅れに伴って減少するのに、本発明の実施形態に従ってピーク比率から得られたノッキング発生頻度は低い値の範囲内で推移しながら減少傾向を示しており、実際に観測されるノッキング発生率からみて不自然ではない。
【０１０９】
以上のように、本発明の実施形態に従って第１ピーク値Ｐ１と第２ピーク値Ｐ２との間の比率として算出されるピーク比率をノッキング評価指標として使用することにより、従来のノッキング評価指標よりも高精度なノッキング発生検出が可能となる。これは、従来のノッキング評価指標に基づいてノッキング発生を検出する場合とは異なり、本発明に係る実施形態では、以下のようして求めたピーク比率に基づいてノッキング発生可能性を評価しているからである。すなわち、本発明の実施形態では、１燃焼サイクルにわたる時間周期内に２つの時間ウィンドウを設けて時間周波数変換（例えば、ＦＦＴ解析）を行い、その結果得られた２つの周波数スペクトル同士の間のピーク比率を求めている。また、本発明の実施形態に従って、ピーク比率に基づいてノッキング発生の有無を評価することにより、点火タイミングに対するノッキングの一般的な傾向を検出することが可能となる。また、本発明の実施形態に従って、ピーク比率に基づいてノッキング発生の有無を評価することにより、ノッキング発生時に見られる燃焼室１２内の最大内圧時の近傍での不連続な熱発生の傾向とおおむね合致するノッキング発生傾向を検出することが可能となる。
【符号の説明】
【０１１０】
１  制御システム
２  ガスエンジン
４  シリンダ
６  ピストン
８  クランク
１０  クランク軸
１２  燃焼室
１２ａ  副室
１２ｂ  主室
１２ｃ  噴孔
１４  給気配管
１６  吸気管
１８  給気弁
２０  排気管
２２  排気弁
２４  ミキサ
２６  燃料供給管
２８  燃料調節弁
３０  点火プラグ
４２  クランク角検出器
４４  発電機
４６  トルク・センサー
４８  内圧測定器
４９  加速度センサ
５４（５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ）  熱効率の変動曲線
５５（５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄ）  ノッキング発生率の変動曲線
５６（５６Ｃ，５６Ｄ）  ノッキング発生率の変動曲線
７０Ａ，７０Ｂ  内圧変動曲線
７１（７１Ａ，７１Ｂ）  基本周波数成分
７２（７２Ａ，７２Ｂ）  振動波形
７３（７３Ａ，７３Ｂ）  周波数スペクトル曲線
７４（７４Ａ，７４Ｂ）  周波数スペクトル曲線
１００  制御装置
１１０  ノッキング検出部
１１１  振動波形取得部
１１２  時間周波数変換部
１１３  ノッキング判定部
１２０  相関更新部
１３０  最適点火時期演算部
１４０  点火時期制御部
２００  空気過剰率算出装置
２１０  燃料量検出器
２２０  空気量検出器
２３０  燃料カロリー検出器
３００  出力検出装置
ＣＮ  燃焼サイクル回数
ＦＷ１  第１周波数ウィンドウ
ＦＷ２  第２周波数ウィンドウ
Ｆｋｎｏｃｋ  ノック・フラグ値
ＭＮ  メタン価
Ｐ１  第１ピーク値
Ｐ２  第２ピーク値
Ｐｍｉ  出力トルク
Ｑｐ  副室ガス流量
Ｒ１  第１変換結果
Ｒ２  第２変換結果
ＴＷ１  第１時間ウィンドウ
ＴＷ２  第２時間ウィンドウ
Ｔｓ  吸気温度
ＷＶ１  第１波形部分
ＷＶ２  第２波形部分
ｆｋ  ノッキング発生頻度
ｆｐｅａｋ  ピーク周波数
【図１】
0006541586.tif 000002
【図２】
0006541586.tif 000003
【図３】
0006541586.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006541586.tif 000006
【図６】
0006541586.tif 000007
【図７】
0006541586.tif 000008
【図８】
0006541586.tif 000009
【図９】
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