(57)【要約】【課題】  低負荷で精度よくノッキングを検出可能とする内燃機関のノッキング検出装置およびノッキング検出方法の提供。【解決手段】  内燃機関１は、燃料および空気の混合気を燃焼室３内で燃焼させて動力を発生するものであり、燃焼室３内の筒内圧力を取得するための筒内圧センサ１５と、ＥＣＵ２０とを有する。ＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１５を用いて所定クランク角ごとに取得される筒内圧力Ｐ（θｋ）に基づいて、筒内圧力Ｐ（θｋ）の取得時における熱発生率の変化度合を算出し、当該熱発生率の変化度合に基づいてノッキングの有無を判定する。そして、熱発生率の変化度合の算出のために筒内圧力Ｐ（θｋ）を取得するタイミングであるＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒは、燃焼サイクルごとに所定角度だけ変化させられる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関のノッキング検出装置において、
前記燃焼室内の筒内圧力を取得するための筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段を用いて所定クランク角ごとに取得される筒内圧力に基づいて、熱発生率の変化度合を算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出される前記熱発生率の変化度合に基づいてノッキングの有無を判定する判定手段と、
前記筒内圧力を取得するタイミングを燃焼サイクルごとに変化させる手段とを備えることを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記燃焼室を複数備えており、前記筒内圧力を取得するタイミングが複数の燃焼室間で変化させられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノッキング検出装置。
【請求項３】
前記筒内圧力を取得するタイミングの変化量は、想定されるノッキングの発生期間よりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のノッキング検出装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記筒内圧検出手段を用いて取得された筒内圧力と、当該筒内圧力の取得時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積である制御パラメータに基づいて前記熱発生率の変化度合を算出することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関のノッキング検出装置。
【請求項５】
燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関のノッキング検出方法において、
（ａ）前記燃焼室内の筒内圧力を所定クランク角ごとに取得するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）で取得された筒内圧力に基づいて熱発生率の変化度合を算出するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で算出された前記熱発生率の変化度合に基づいてノッキングの有無を判定するステップとを含み、
前記筒内圧力を取得するタイミングを燃焼サイクルごとに変化させることを特徴とする内燃機関のノッキング検出方法。
【請求項６】
前記内燃機関は、前記燃焼室を複数備えており、前記筒内圧力を取得するタイミングを複数の燃焼室間で変化させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のノッキング検出方法。
【請求項７】
前記筒内圧力を取得するタイミングの変化量を、想定されるノッキングの発生期間よりも短くすることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関のノッキング検出方法。
【請求項８】
ステップ（ｂ）では、筒内圧力と、当該筒内圧力の取得時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積である制御パラメータに基づいて前記熱発生率の変化度合を算出することを特徴とする請求項５から７の何れかに記載の内燃機関のノッキング検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関のノッキング検出装置およびノッキング検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関のノッキングを防止するための装置として、燃焼室内の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、筒内圧検出手段からの検出信号に基づいて熱発生率の変化状況（変化度合）を演算する演算手段と、当該内燃機関における熱発生率の変化状況を記憶した記憶手段とを備えたものが知られている。この装置では、ノッキングの発生によって筒内における熱発生率が一時的かつ急峻に上昇することに着目し、演算手段によって求められた熱発生率の変化状況と、記憶手段に記憶された熱発生率の変化状況とを比較することにより内燃機関の燃焼状態を判定し、ノッキングを回避すべく燃焼制御が実行される。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８２６５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来の装置では、熱発生率の変化状況の算出精度は、筒内圧力のサンプリング周期に依存する。すなわち、筒内圧力のサンプリング周期が長いと、実際にはノッキングが発生しているにも拘らず、算出された熱発生率の変化状況が本来の一時的かつ急峻な状態を反映せず、記憶された熱発生率の変化状況との差が小さくなってしまい、上記比較処理を行ってもノッキングを検出し得なくなることがある。その一方で、筒内圧力のサンプリング周期を大幅に短くすれば、ノッキングの検出精度を向上させることが可能となるものの、演算負荷は過大なものとなり、ノッキングを検出するための装置を例えば車両用内燃機関等に適用することが実際上困難となる。
【０００５】
そこで、本発明は、低負荷で精度よくノッキングを検出可能とする内燃機関のノッキング検出装置およびノッキング検出方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による内燃機関のノッキング検出装置は、燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関のノッキング検出装置において、燃焼室内の筒内圧力を取得するための筒内圧検出手段と、筒内圧検出手段を用いて所定クランク角ごとに取得される筒内圧力に基づいて熱発生率の変化度合を算出する演算手段と、演算手段によって算出される熱発生率の変化度合に基づいてノッキングの有無を判定する判定手段と、筒内圧力を取得するタイミングを燃焼サイクルごとに変化させる手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、内燃機関は、燃焼室を複数備えており、筒内圧力を取得するタイミングが複数の燃焼室間で変化させられると好ましい。
【０００８】
更に、筒内圧力を取得するタイミングの変化量は、想定されるノッキングの発生期間よりも短いと好ましい。
【０００９】
また、演算手段は、筒内圧検出手段を用いて取得された筒内圧力と、当該筒内圧力の取得時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積である制御パラメータに基づいて熱発生率の変化度合を算出すると好ましい。
【００１０】
本発明による内燃機関のノッキング検出方法は、燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関のノッキング検出方法において、（ａ）燃焼室内の筒内圧力を所定クランク角ごとに取得するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）で取得された筒内圧力に基づいて熱発生率の変化度合を算出するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）で算出された熱発生率に基づいてノッキングの有無を判定するステップとを含み、筒内圧力を取得するタイミングを燃焼サイクルごとに変化させることを特徴とする。
【００１１】
また、内燃機関は、燃焼室を複数備えており、筒内圧力を取得するタイミングを複数の燃焼室間で変化させると好ましい。更に、筒内圧力を取得するタイミングの変化量を、想定されるノッキングの発生期間よりも短くすると好ましい。そして、ステップ（ｂ）では、筒内圧力と、当該筒内圧力の取得時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積である制御パラメータに基づいて熱発生率の変化度合を算出すると好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低負荷で精度よくノッキングを検出可能とする内燃機関のノッキング検出装置およびノッキング検出方法の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明者は、筒内圧検出手段を用いて所定クランク角ごとに取得される筒内圧力に基づいて、取得した筒内圧力に基づいて熱発生率の変化度合を算出すると共に、算出した熱発生率の変化度合に基づいてノッキングの有無を判定する際に、演算負荷を低減させると共に、ノッキングの検出精度を向上させるべく鋭意研究を行った。そして、研究の結果、本発明者は、筒内圧力を取得（サンプリング）するタイミングに着目するに至った。
【００１４】
すなわち、所定のクランク角（例えば６°）ごとに筒内圧力を取得し、取得した筒内圧力に基づいて熱発生率の変化度合を算出する場合、図１に示されるように、筒内圧力を取得するタイミングと、燃焼室内でノッキングが発生するタイミングとがうまく合致すれば、筒内圧力に基づいて算出される所定のタイミングにおける熱発生率の変化度合（図１において実線で示される２つの計測点間の傾き参照）は、ノッキングが発生していない場合における熱発生率の変化度合（図１において一点鎖線で示される２つの計測点間の傾き参照）と大きく異なることになるので、上記熱発生率の変化度合を用いてノッキングの有無を判定することが可能となる。
【００１５】
これに対して、図２に示されるように、筒内圧力を取得するタイミングと、燃焼室内でノッキングが発生するタイミングとがうまく合致しない場合、筒内圧力に基づいて算出される所定のタイミングにおける熱発生率の変化度合（図２において実線で示される２つの計測点間の傾き参照）は、ノッキングが発生していない場合における熱発生率の変化度合（図２において一点鎖線で示される２つの計測点間の傾き参照）と殆ど変わらなくなることがあり、これでは、上記熱発生率の変化度合を用いてノッキングの有無を判定することは困難となる。
【００１６】
これらの点を踏まえて、本発明では、熱発生率の変化度合の算出のために筒内圧力を取得するタイミングが燃焼サイクルごとに変化させられる。これにより、上記所定クランク角、すなわち、筒内圧力のサンプリング周期を必要以上に短くしなくても、筒内圧力を取得するタイミングと、燃焼室内でノッキングが発生するタイミングとがうまく合致する確率を増加させることができる。従って、本発明によれば、低負荷で精度よく内燃機関のノッキングを検出することが可能となる。
【００１７】
また、熱発生率の変化度合の算出のために筒内圧力を取得するタイミングは、複数の燃焼室間で変化させられると好ましい。これにより、ある燃焼室に関しては、筒内圧力を取得するタイミングと燃焼室内でノッキングが発生するタイミングとが合致しなくても、他の燃焼室において両タイミングをうまく合致させることができるようになる。従って、かかる構成によれば、筒内圧力を取得するタイミングと、燃焼室内でノッキングが発生するタイミングとがうまく合致する確率をより一層増加させて、ノッキングの検出精度を向上させることができる。更に、熱発生率の変化度合の算出のために筒内圧力を取得するタイミングの変化量は、想定されるノッキングの発生期間よりも短くされるとよい。これにより、筒内圧力を取得するタイミングと、燃焼室内でノッキングが発生するタイミングとがうまく合致する確率をより一層増加させることが可能となる。
【００１８】
一方、本発明者は、上述の熱発生率やその変化度合を低負荷で算出すべく更に研究を行い、その過程で、筒内圧検出手段を用いて取得された筒内圧力と、当該筒内圧力の取得時における筒内容積とに基づいて算出される制御パラメータに着目した。より詳細には、本発明者は、クランク角がθである際に筒内圧検出手段を用いて取得される筒内圧力をＰ（θ）とし、クランク角がθである際の筒内容積をＶ（θ）とし、比熱比をκとした場合に、筒内圧力Ｐ（θ）と、筒内容積Ｖ（θ）を比熱比（所定の指数）κで累乗した値Ｖκ（θ）との積として得られる制御パラメータＰ（θ）・Ｖκ（θ）（以下、適宜「ＰＶκ」と記す）に着目した。そして、本発明者は、クランク角に対する内燃機関の筒内における熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する制御パラメータＰＶκの変化パターンとが、図３に示されるような相関を有していることを見出した。ただし、図３において、−３６０°，０°および３６０°は、上死点に、−１８０°および１８０°は、下死点に対応する。
【００１９】
図３において、実線は、所定のモデル気筒において所定の微小クランク角ごとに取得された筒内圧力と、当該筒内圧力の取得時における筒内容積を所定の比熱比κで累乗した値との積である制御パラメータＰＶκをプロットしたものである。また、図３において、破線は、上記モデル気筒における熱発生量Ｑを、熱発生率を示す次の（１）式に基づき、Ｑ＝∫ｄＱとして算出・プロットしたものである。なお、何れの場合も、簡単のために、κ＝１．３２とした。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
図３に示される結果からわかるように、クランク角に対する熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する制御パラメータＰＶκの変化パターンとは、概ね一致（相似）しており、特に、筒内の混合気の燃焼開始（火花点火時または圧縮着火時）の前後（例えば、図３における約−１８０°から約１３５°までの範囲）では、熱発生量Ｑの変化パターンと、制御パラメータＰＶκの変化パターンとは極めて良好に一致することがわかる。
【００２２】
本発明では、このような熱発生量Ｑと制御パラメータＰＶκとの相関を利用し、筒内圧検出手段を用いて取得される筒内圧力と、当該筒内圧力の取得時における筒内容積とから算出される制御パラメータＰＶκに基づいて、熱発生率ｄＱ／ｄθ（以下、制御パラメータＰＶκを用いて算出したことを表すため、適宜「ｄ（ＰＶκ）」と示す）が求められる。すなわち、制御パラメータＰＶκを用いれば、任意のタイミング（クランク角＝θとなるタイミング）における熱発生率は、所定の２点間（微小クランク角δ間）における制御パラメータＰＶκの差分として、すなわち、
【００２３】
【数２】
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【００２４】
として表される。
【００２５】
ここで、図４において、実線は、上述のモデル気筒においてクランク角＝θとなるタイミングにおける熱発生率ｄ（ＰＶκ）を制御パラメータＰＶκに基づいて算出し、プロットしたものである。ただし、簡単のために、κ＝１．３２とし、δ＝１°（１ＣＡ）とした。また、図４において、破線は、上述のモデル気筒においてクランク角＝θとなるタイミングにおける熱発生率ｄＱ／ｄθを、上記（１）式に従うと共に筒内圧力Ｐ（θ）に基づいて算出し、プロットしたものである。この場合も、簡単のために、κ＝１．３２とした。図４からわかるように、クランク角に対するｄ（ＰＶκ）の変化パターン（同図における実線参照）は、（１）式に基づいて求められる熱発生率ｄＱ／ｄθのクランク角に対する変化パターン（同図における破線参照）とほぼ一致（相似）している。従って、制御パラメータＰＶκを用いれば、燃焼室における熱発生率およびその変化度合を高負荷な演算処理を要することなく精度よく得ることができる。なお、クランク角＝θとなるタイミングにおける熱発生率ｄＱ／ｄθ〔ｄ（ＰＶκ）〕は、熱発生量Ｑをエネルギ変化率へ変換するための変換係数αを用いて、
【００２６】
【数３】
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【００２７】
として表されてもよい。
【００２８】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。
【００２９】
図５は、本発明によるノッキング検出装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図５には１気筒のみが示されるが、内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、４気筒エンジンとして構成される。
【００３０】
各燃焼室３の吸気ポートは、吸気マニホールドを介して吸気管５に接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気管６に接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構（図示省略）によって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、点火プラグ７は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００３１】
吸気管５は、図５に示されるように、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、給気管Ｌ１が接続されており、給気管Ｌ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気管Ｌ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。一方、排気管６には、図５に示されるように、三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。
【００３２】
更に、内燃機関１は、図５に示されるように、複数のインジェクタ１２を有し、インジェクタ１２は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。また、内燃機関１の各ピストン４は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、凹部４ａが形成されている。そして、内燃機関１では、各燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ１２から各燃焼室３内のピストン４の凹部４ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。これにより、内燃機関１では、点火プラグ７の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。また、本発明がディーゼルエンジンに適用され得ることはいうまでもない。
【００３３】
上述の各点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、吸入空気量を検出するエアフローメータＡＦＭ等の各種センサがＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構等を制御する。
【００３４】
図５に示されるように、ＥＣＵ２０に接続されるセンサ類には、クランク角センサ１４が含まれる。クランク角センサ１４は、クランクシャフトに固定されるロータプレート（シグナルプレート）等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、クランクシャフトの回転角度を示すパルス信号を微小時間ごとにＥＣＵ２０に与える。また、内燃機関１は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１５を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器１６を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されている。各筒内圧センサ１５は、燃焼室３内でその受圧面に加わる圧力（筒内圧力）に応じた電圧信号（検出値を示す信号）を出力する。そして、本発明では、これらの筒内圧センサ１５およびＥＣＵ２０等により、内燃機関１の燃焼室３におけるノッキングを検出するノッキング検出装置が構成される。
【００３５】
次に、図６〜図８を参照しながら、上述の内燃機関１の各燃焼室３におけるノッキングを検出する手順について説明する。
【００３６】
内燃機関１が始動されると、ＥＣＵ２０は、ノッキングの検出のためのパラメータであるＡＤ変換実行間隔Ｔａｄ（本実施形態では、例えば６°）、およびタイミング変化率Ｎｒを読み出すと共に、タイミング設定フラグを初期値（この場合「０」）に設定する。ＡＤ変換実行間隔Ｔａｄは、実用性を考慮して、本実施形態では例えば６°とされる。また、タイミング変化率Ｎｒは、想定されるノッキングの発生期間Ｔｎとしたときに、Ｔｎ≧Ｔａｄ／Ｎｒを満たすように定められ、本実施形態では、例えば「２」とされる。そして、ＥＣＵ２０は、図６に示されるように、クランク角センサ１４からの信号に基づいて、ノック判定期間が到来している燃焼室３を判別する（Ｓ１０）。
【００３７】
本実施形態において、ノック判定期間は、各燃焼室３について概ね圧縮上死点から膨張下死点までの間と定められている。すなわち、第１の燃焼室３（以下、「１番気筒＃１」という）のノック判定期間は、クランク角が概ね０°〜１８０°となる範囲とされ、第３の燃焼室３（以下、「３番気筒＃３」という）のノック判定期間は、クランク角が概ね１８０°〜３６０°となる範囲とされる。また、第４の燃焼室３（以下、「４番気筒＃４」という）のノック判定期間は、クランク角が概ね３６０°〜５４０°となる範囲とされ、第２の燃焼室３（以下、「２番気筒＃２」という）のノック判定期間は、クランク角が概ね５４０°〜７２０°となる範囲とされる。
【００３８】
ＥＣＵ２０は、Ｓ１２にて、クランク角センサ１４からの信号に基づいて１番気筒＃１がノック判定期間にあると判別すると、更に、クランク角センサ１４からの信号に基づいて１番気筒＃１においてピストン４が圧縮上死点にあるか否か（クランク角が０°となっているか否か）判定する（Ｓ１４）。１番気筒＃１においてピストン４が圧縮上死点にあると判断すると、ＥＣＵ２０は、タイミング設定フラグを前回値から反転させる（Ｓ１６）。すなわち、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の始動直後であれば、タイミング設定フラグを「０」から「１」に設定し、タイミング設定フラグが「１」である場合、それを「０」に設定する。
【００３９】
Ｓ１６の処理を実行とすると、ＥＣＵ２０は、タイミング設定フラグが「１」であるか否か判定を行う（Ｓ１８）。ＥＣＵ２０は、Ｓ１８にてタイミング設定フラグが「１」であると判断すると、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔを「０°」とした上で、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｓｔ＝０°として設定する（Ｓ２０）。一方、Ｓ１８にてタイミング設定フラグが「１」ではなく、「０」であると判断すると、ＥＣＵ２０は、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔを、Ｔａｄｓｔ＝（Ｔａｄ／Ｎｒ）°（本実施形態では、３°）とした上で、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｓｔ＝３°として設定する（Ｓ２２）。
【００４０】
その後、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０またはＳ２２にて設定されたＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒに従って、１番気筒＃１用のＡＤ変換器１６に、１番気筒＃１の筒内圧センサ１５からの信号に対するＡＤ変換処理を実行させ（Ｓ２４）、それにより得られたＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ（この時点におけるクランク角をθｋとする。ただしｋは、１以上の整数である。）における１番気筒＃１の筒内圧力の値Ｐ（θｋ）に基づいて、ノック判定ルーチン（Ｓ２６）を実行する。
【００４１】
図８は、ノック判定ルーチンを説明するためのフローチャートである。同図に示されるように、ノック判定に際して、ＥＣＵ２０は、まず、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ（クランク角がθｋとなった時点）における１番気筒＃１の筒内圧力の値Ｐ（θｋ）を取得し（Ｓ２６０）、更に、上記（３）式を用いて、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒにおける熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ）を、ｄＱ／ｄｓ（θｋ）＝α・Ｐ（θｋ）・Ｖκ（θｋ）として算出する（Ｓ２６１）。このように、上述の制御パラメータＰＶκを用いれば、熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ）およびその変化度合を高負荷な演算処理を要することなく精度よく把握することが可能となる。
【００４２】
そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ２６１で算出した熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ）と、前回算出した熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ−１）との偏差をとることにより、前回および今回のＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ同士間における熱発生率の変化度合を算出し、熱発生率の変化度合｛ｄＱ／ｄｓ（θｋ）−ｄＱ／ｄｓ（θｋ−１）｝が予め定められた閾値βを下回っているか否か判定する（Ｓ２６２）。ただし、ｋ＝１の場合、ｄＱ／ｄｓ（θｋ−１）＝０である。また、閾値βは、ノッキングが発生していない場合における熱発生率の変化度合に基づいて定められる値であり、例えば、−０．０３とされる。
【００４３】
Ｓ２６２にて、熱発生率の変化度合｛ｄＱ／ｄｓ（θｋ）−ｄＱ／ｄｓ（θｋ−１）｝が閾値βを下回っていると判断されるということは、当該ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ（筒内圧力Ｐ（θｋ）の取得時）付近における熱発生率の変動が急峻であり、許容範囲から外れていることを示す。従って、ＥＣＵ２０は、Ｓ２６２にて肯定判断を行った場合、１番気筒＃１おいてノッキングが発生していると判断する（Ｓ２６３）。一方、変化度合｛ｄＱ／ｄｓ（θｋ）−ｄＱ／ｄｓ（θｋ−１）｝が閾値βを下回っていないと判断されるということは、当該ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ付近における熱発生率の変動が許容範囲内にあることになる。従って、ＥＣＵ２０は、Ｓ２６２にて否定判断を行った場合、１番気筒＃１おいてノッキングが発生していないと判断する（Ｓ２６４）。Ｓ２６３またはＳ２６４における判断後、ＥＣＵ２０は、Ｓ２６１で算出した熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ）によって前回の熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ−１）を置き換えた上で（Ｓ２６５）、ノック判定ルーチンを一旦終了させる。
【００４４】
図６に示されるように、ノック判定ルーチン（Ｓ２６）の実行後、ＥＣＵ２０は、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｒ＋Ｔａｄとして設定し（Ｓ２８）、再度、Ｓ１０以降の処理を実行する。この際、１番気筒＃１がノック判定期間にある場合であっても、Ｓ１４にてピストン４が圧縮上死点にあると判断されなければ、Ｓ１６からＳ２２までの処理はスキップされる。従って、上述のように、Ｓ２０の処理が一旦実行された場合、１番気筒＃１については、クランク角が０°となる時点から１８０°となる時点まで６°ごとにＡＤ変換処理（Ｓ２４）およびノック判定ルーチン（Ｓ２６）が実行されることになる。また、Ｓ２２の処理が一旦実行された場合、１番気筒＃１については、クランク角が３°となる時点から１７７°となる時点まで６°ごとにＡＤ変換処理（Ｓ２４）およびノック判定ルーチン（Ｓ２６）が実行されることになる。
【００４５】
１番気筒＃１についてのノック判定が終了すると、本実施形態では、３番気筒＃３についてノック判定期間が到来することになる。ＥＣＵ２０は、Ｓ３０にて、クランク角センサ１４からの信号に基づいて３番気筒＃３がノック判定期間にあると判別すると、更に、クランク角センサ１４からの信号に基づいて３番気筒＃３においてピストン４が圧縮上死点にあるか否か（クランク角が１８０°となっているか否か）判定する（Ｓ３２）。
【００４６】
３番気筒＃３においてピストン４が圧縮上死点にあると判断すると（Ｓ３２）、ＥＣＵ２０は、タイミング設定フラグが「１」であるか否か判定を行う（Ｓ３４）。ＥＣＵ２０は、Ｓ３４にてタイミング設定フラグが「１」であると判断すると、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔを、Ｔａｄｓｔ＝（１８０＋Ｔａｄ／Ｎｒ）°（本実施形態では、１８３°）とした上で、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｓｔ＝１８３°として設定する（Ｓ３６）。一方、Ｓ３４にてタイミング設定フラグが「１」ではなく、「０」であると判断すると、ＥＣＵ２０は、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔを「１８０°」とした上で、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｓｔ＝１８０°として設定する（Ｓ３８）。
【００４７】
その後、ＥＣＵ２０は、Ｓ３６またはＳ３８にて設定されたＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒに従って、３番気筒＃３用のＡＤ変換器１６に、３番気筒＃３の筒内圧センサ１５からの信号に対するＡＤ変換処理を実行させ（Ｓ４０）、それにより得られたＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ（この時点におけるクランク角をθｋとする。ただしｋは、１以上の整数である。）における３番気筒＃３の筒内圧力の値Ｐ（θｋ）に基づいて、ノック判定ルーチン（Ｓ４２）を実行する。Ｓ４２のノック判定ルーチンは、図８に示されるＳ２６のルーチンと同様のものである。
【００４８】
Ｓ４２のノック判定ルーチン（Ｓ４２）の実行後、ＥＣＵ２０は、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｒ＋Ｔａｄとして設定し（Ｓ４４）、再度、Ｓ３０以降の処理を実行する。この際、３番気筒＃３がノック判定期間にある場合であっても、Ｓ３２にてピストン４が圧縮上死点にあると判断されなければ、Ｓ３４からＳ３８までの処理はスキップされる。従って、上述のように、Ｓ３６の処理が一旦実行された場合、３番気筒＃３については、クランク角が１８３°となる時点から３５７°となる時点まで６°ごとにＡＤ変換処理（Ｓ４０）およびノック判定ルーチン（Ｓ４２）が実行されることになる。また、Ｓ３８の処理が一旦実行された場合、３番気筒＃３については、クランク角が１８０°となる時点から３６０°となる時点まで６°ごとにＡＤ変換処理（Ｓ４０）およびノック判定ルーチン（Ｓ４２）が実行されることになる。
【００４９】
３番気筒＃３についてのノック判定が終了すると、本実施形態では、４番気筒＃４についてノック判定期間が到来することになる。そして、４番気筒＃４については、上述のＳ３０，Ｓ３２，Ｓ３４，Ｓ３６，Ｓ３８，Ｓ４０，Ｓ４２，Ｓ４４に順番に対応したＳ４６，Ｓ４８，Ｓ５０，Ｓ５２，Ｓ５４，Ｓ５６，Ｓ５８，Ｓ６０の処理（図７参照）が実行される。この場合、ＥＣＵ２０は、Ｓ５０にてタイミング設定フラグが「１」であると判断すると、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔを「３６０°」とした上で、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｓｔ＝３６０°として設定する（Ｓ５２）。一方、Ｓ５０にてタイミング設定フラグが「１」ではなく、「０」であると判断すると、ＥＣＵ２０は、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔを、Ｔａｄｓｔ＝（３６０＋Ｔａｄ／Ｎｒ）°（本実施形態では、３６３°）とした上で、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｓｔ＝３６３°として設定する（Ｓ５４）。
【００５０】
これにより、Ｓ５２の処理が一旦実行された場合、４番気筒＃４については、クランク角が３６０°となる時点から５４０°となる時点まで６°ごとに、ＡＤ変換処理（Ｓ５６）およびノック判定ルーチン（Ｓ５８）が実行されることになる。また、Ｓ５４の処理が一旦実行された場合、４番気筒＃４については、クランク角が３６３°となる時点から５３７°となる時点まで６°ごとに、ＡＤ変換処理（Ｓ５６）およびノック判定ルーチン（Ｓ５８）が実行されることになる。
【００５１】
そして、４番気筒＃４についてのノック判定が終了すると、本実施形態では、２番気筒＃２についてノック判定期間が到来することになる。２番気筒＃２についても、上述のＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３６，Ｓ３８，Ｓ４０，Ｓ４２，Ｓ４４に順番に対応したＳ６２，Ｓ６４，Ｓ６６，Ｓ６８，Ｓ７０，Ｓ７２，Ｓ７４の処理（図７参照）が実行される。この場合、ＥＣＵ２０は、Ｓ６４にてタイミング設定フラグが「１」であると判断すると、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔを、Ｔａｄｓｔ＝（５４０＋Ｔａｄ／Ｎｒ）°（本実施形態では、５４３°）とした上で、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｓｔ＝５４３°として設定する（Ｓ６６）。一方、Ｓ６４にてタイミング設定フラグが「１」ではなく、「０」であると判断すると、ＥＣＵ２０は、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔを「５４０°」とした上で、ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒを、Ｔａｄｒ＝Ｔａｄｓｔ＝５４０°として設定する（Ｓ６８）。
【００５２】
これにより、Ｓ６６の処理が一旦実行された場合、２番気筒＃２については、クランク角が５４３°となる時点から７１７°となる時点まで６°ごとにＡＤ変換処理（Ｓ７０）およびノック判定ルーチン（Ｓ７２）が実行されることになる。また、Ｓ６８の処理が一旦実行された場合、４番気筒＃４については、クランク角が５４０°となる時点から７２０°となる時点まで６°ごとにＡＤ変換処理（Ｓ７０）およびノック判定ルーチン（Ｓ７２）が実行されることになる。４番気筒＃４についてのノック判定が終了すると、本実施形態では、再度、１番気筒＃１についてノック判定期間が到来することになり、以後、上述の１番気筒＃１、３番気筒＃３、４番気筒＃４および２番気筒＃２についてのノッキング判定が繰り返し実行される。
【００５３】
さて、４番気筒＃４についてのノック判定の終了後、再度、１番気筒＃１についてノック判定期間が到来し、かつ、１番気筒＃１においてピストン４が圧縮上死点に達すると、Ｓ１６にてタイミング設定フラグが反転される。そして、内燃機関１の１番気筒＃１では、タイミング設定フラグが反転されるたびに、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔが０°とＴａｄ／Ｎｒ＝３°との間で変化させられ、それに伴って、Ｓ２８で設定されるＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒも変化する。
【００５４】
同様に、３番気筒＃３では、タイミング設定フラグが反転されるたびに、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔが１８３°と１８０°との間で変化させられ、それに伴って、Ｓ４４で設定されるＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒも変化する。また、４番気筒＃４では、タイミング設定フラグが反転されるたびに、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔが３６０°と３６３０°との間で変化させられ、それに伴って、Ｓ６０で設定されるＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒも変化する。更に、２番気筒＃２では、タイミング設定フラグが反転されるたびに、ＡＤ変換開始時期Ｔａｄｓｔが５４３°と５４０°との間で変化させられ、それに伴って、Ｓ７４で設定されるＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒも変化する。
【００５５】
ここで、Ｓ１６にてタイミング設定フラグが反転されるのは、１番気筒＃１がノック判定期間にあり、かつ、１番気筒＃１においてピストン４が圧縮上死点に達したときであるから、１回の燃焼サイクル中に、１回だけタイミング設定フラグが反転される。すなわち、内燃機関１では、熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ）の変化度合の算出のために筒内圧力を取得するタイミングであるＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒが燃焼サイクルごとにＴａｄ／Ｎｒ＝３°だけ変化させられる（ずらされる）。これにより、筒内圧力のサンプリング周期であるＡＤ変換実行間隔Ｔａｄを必要以上に短くしなくても、筒内圧力Ｐ（θｋ）を取得するタイミング（ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ）と、燃焼室３内でノッキングが発生するタイミングとがうまく合致する確率を増加させることができる。従って、本発明によれば、Ｓ２６，Ｓ４２，Ｓ５８，Ｓ７２のノック判定ルーチンにおいて低負荷で精度よく内燃機関１のノッキングを検出することが可能となる。
【００５６】
また、上述のように、タイミング設定フラグが「１」である場合、１番気筒＃１については、クランク角が０°となる時点から１８０°となる時点まで、３番気筒＃３については、クランク角が１８３°となる時点から３５７°となる時点まで、４番気筒＃４については、クランク角が３６０°となる時点から５４０°となる時点まで、２番気筒＃２については、クランク角が５４３°となる時点から７１７°となる時点まで、６°ごとにＡＤ変換処理およびノック判定ルーチンが実行される。
【００５７】
一方、タイミング設定フラグが「０」である場合、１番気筒＃１については、クランク角が３°となる時点から１７７°となる時点まで、３番気筒＃３については、クランク角が１８０°となる時点から３６０°となる時点まで、４番気筒＃４については、クランク角が３６３°となる時点から５３７°となる時点まで、２番気筒＃２については、クランク角が５４０°となる時点から７２０°となる時点まで、６°ごとにＡＤ変換処理およびノック判定ルーチンが実行される。
【００５８】
すなわち、内燃機関１の１番気筒＃１と３番気筒＃３との間では、熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ）の変化度合の算出のために筒内圧力Ｐ（θｋ）を取得するタイミングであるＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒが圧縮上死点を基準としてＴａｄ／Ｎｒ＝３°だけ変化させられる（ずらされる）。同様に、内燃機関１の４番気筒＃４と２番気筒＃２との間でも、熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ）の変化度合の算出のために筒内圧力Ｐ（θｋ）を取得するタイミングであるＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒが圧縮上死点を基準として３°だけ変化させられる（ずらされる）。
【００５９】
これにより、一方の燃焼室３（例えば１番気筒＃１）に関しては、筒内圧力Ｐ（θｋ）を取得するタイミング（ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ）と燃焼室３内でノッキングが発生するタイミングとが合致しなくても、他方の燃焼室３（例えば３番気筒＃３）において両タイミングをうまく合致させることができるようになる。従って、内燃機関１では、筒内圧力Ｐ（θｋ）を取得するタイミング（ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ）と、燃焼室３内でノッキングが発生するタイミングとがうまく合致する確率をより一層増加させて、ノッキングの検出精度を向上させることができる。
【００６０】
そして、燃焼サイクルごとに、および、燃焼室３同士の間（１番気筒＃１と３番気筒＃３との間、および４番気筒＃４と２番気筒＃２との間）で熱発生率ｄＱ／ｄｓ（θｋ）の変化度合の算出のために筒内圧力Ｐ（θｋ）を取得するタイミング（ＡＤ変換実行時期Ｔａｄｒ）を変化させる量（本実施形態では、Ｔａｄ／Ｎｒ＝３°）は、想定されるノッキングの発生期間（例えば５°）よりも短くされると好ましい。これにより、筒内圧力Ｐ（θｋ）を取得するタイミングと、燃焼室３内でノッキングが発生するタイミングとがうまく合致する確率をより一層増加させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】筒内圧力を取得するタイミングと、燃焼室内でノッキングが発生するタイミングとがうまく合致した状態を説明するためのグラフである。
【図２】筒内圧力を取得するタイミングと、燃焼室内でノッキングが発生するタイミングとが合致しない状態を説明するためのグラフである。
【図３】本発明において用いられる制御パラメータＰＶκと、燃焼室内における熱発生量との相関を示すグラフである。
【図４】制御パラメータＰＶκに基づいて求められる熱発生率と、理論式に従って求められる熱発生率との相関を示すグラフである。
【図５】本発明による内燃機関を示す概略構成図である。
【図６】図５の内燃機関におけるノッキングの検出手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】図５の内燃機関におけるノッキングの検出手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】図６および図７に示されるノック判定ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１  内燃機関
３  燃焼室
４  ピストン
７  点火プラグ
１２  インジェクタ
１４  クランク角センサ
１５  筒内圧センサ
２０  ＥＣＵ
Ｖｅ  排気弁
Ｖｉ  吸気弁
【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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