(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の振動を検出するための手段と、
前記検出された振動から、予め定められた周波数帯の、ノッキング時に特有の振動を抽出するための第１の抽出手段と、
前記検出された振動から、前記予め定められた周波数帯を含む前記予め定められた周波数帯よりも広い周波数帯の、ノッキング時に特有の振動およびノイズ成分に起因する振動を含む振動を抽出するための第２の抽出手段と、
前記第２の抽出手段により抽出された振動に基づいて、クランク角についての予め定められた間隔における振動の波形を検出するための手段と、
前記内燃機関の振動の波形を予め記憶するための手段と、
ノッキング時に特有の振動およびノイズ成分に起因する振動を含む振動に基づいて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および前記予め定められた周波数帯の振動の強度に基づいて、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】
前記予め定められた周波数帯は、複数定められるものである、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】
複数の前記予め定められた周波数帯は、帯域幅が同じである、請求項２に記載の内燃機関のノッキング判定装置。
【請求項４】
前記ノッキング判定装置は、
前記第１の抽出手段により抽出された振動の強度が最大になる第１のタイミングを検出するための第１の検出手段と、
前記第１のタイミングに基づいて設定される範囲内で、前記第２の抽出手段により抽出された振動の強度が最大になる第２のタイミングを検出するための第２の検出手段とをさらに含み、
前記判定手段は、前記第２のタイミングと前記記憶された波形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、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手段を含む、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。信号検出部は、ノック信号に特有の所定周波数成分を振動波形信号として検出する。
【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】
特開２００１−２２７４００号公報に記載の内燃機関用ノック制御装置においては、ノッキングに特有の周波数成分が振動波形信号として検出されるが、ノッキングに特有の周波数成分は一定ではない。そのため、予め定められた周波数帯に含まれる周波数成分を検出する必要がある。したがって、検出される周波数成分には、ノック特有の周波数成分ではないものも含まれ得る。特開２００１−２２７４００号公報に記載の内燃機関用ノック制御装置においては、このような問題を何等考慮していない。そのため、周波数帯によっては、ノイズ成分を多く含む場合もありうる。この場合、振動のピークの大きさや位置を適切に検出することができず、ノッキング判定の精度が低下す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の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、内燃機関の振動を検出するための手段と、検出された振動から、予め定められた周波数帯の振動を抽出するための第１の抽出手段と、検出された振動から、予め定められた周波数帯よりも広い周波数帯の振動を抽出するための第２の抽出手段と、第２の抽出手段により抽出された振動に基づいて、クランク角についての予め定められた間隔における振動の波形を検出するための手段と、内燃機関の振動の波形を予め記憶するための手段と、検出された波形と記憶された波形とを比較した結果および第１の抽出手段により抽出された振動の強度に基づいて、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、第１の抽出手段により、内燃機関の振動から予め定められた周波数帯の振動が抽出される。第２の抽出手段により、内燃機関の振動から、予め定められた周波数帯よりも広い周波数帯の振動が抽出される。これにより、狭帯域の周波数帯の振動と広帯域の周波数帯の振動とを抽出することができる。ところで、ノッキング時に特有の振動は、特定の周波数帯において発生する。したがって、抽出する周波数帯の帯域幅を狭くすることにより、ノッキング時に特有の振動、特に振動の強度を精度よく抽出することができる。ところがその反面、周波数帯の帯域幅を狭くすると、ノイズ成分の振動が除去される結果、振動の波形からもノイズ成分の特徴的な部分（振動の発生タイミングや減衰率など）が除去される。この場合、実際はノイズ成分に起因する振動であっても、ノイズ成分を含まない波形、すなわちノッキング時のおける波形に類似した波形が検出される。そのため、波形からノッキング時の振動とノイズ成分による振動とを区別し難くなる。そこで、広帯域幅の周波数帯における振動から波形が検出される。これにより、ノイズ成分による振動が含まれ得る波形を検出することができる。このようにして検出された波形と記憶された波形（たとえばノッキング時における波形として記憶された波形）とを比較した結果および狭帯域幅の周波数帯の振動の強度に基づいて、内燃機関にノッキングが発生したか否かが判定される。これにより、振動の波形および強度がノッキング時に特有のものであるか否かを考慮して、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。そのため、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の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、第１の発明の構成に加え、第２の抽出手段は、予め定められた周波数帯を含む周波数帯の振動を抽出するための手段を含む。
【０００９】
第２の発明によると、広帯域幅の周波数帯は、狭帯域幅の周波数帯を含む。これにより、ノッキングに起因する振動を精度良く取込み得る波形を検出することができる。そのため、ノッキングが発生したか否かを精度良く判定することができる。
【００１０】
第３の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、第１または２の発明の構成に加え、予め定められた周波数帯は、複数定められるものである。
【００１１】
第３の発明によると、ノッキングに起因して発生する振動の周波数帯は複数あるため、複数の狭帯域幅の周波数帯の振動が抽出される。これにより、ノッキングに起因して発生する振動を精度良く抽出することができる。その結果、ノッキングが発生したか否かを制度よく判定することができる。
【００１２】
第４の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、第３の発明の構成に加え、複数の予め定められた周波数帯は、帯域幅が同じである。
【００１３】
第４の発明によると、ノッキング時に特有の振動は、周波数帯に関わりなく、周波数帯の中央値±Ｘ（Ｘは自然数）ｋＨｚの範囲内に収まるため、帯域幅を同じにして、複数の周波数帯から振動が抽出される。これにより、周波数帯の帯域幅が必要以上に大きくなり、ノイズを多く検出することを抑制することができる。そのため、ノッキングに特有の振動を精度よく検出することができる。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。
【００１４】
第５の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、第１〜４のいずれかの発明の構成に加え、第１の抽出手段により抽出された振動の強度が最大になる第１のタイミングを検出するための第１の検出手段と、第１のタイミングに基づいて、第２の抽出手段により抽出された振動の強度が最大になる第２のタイミングを検出するための第２の検出手段とをさらに含む。判定手段は、第２のタイミングと記憶された波形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、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手段を含む。
【００１５】
第５の発明によると、狭帯域幅の周波数帯の振動の強度が最大になる第１のタイミングと広帯域幅の周波数帯の振動の強度が最大になる第２のタイミングとが一致するとは限らないため、第１のタイミングに基づいて第２のタイミングが検出される。この第２のタイミングと記憶された波形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、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、ノッキングが発生したか否かが判定される。これにより、ノッキングが発生したと考えられるタイミングを起点として、検出された波形と記憶された波形とを比較することができる。そのため、ノッキングが発生した場合における振動の挙動を考慮して、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の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置においては、第５の発明の構成に加え、第１の検出手段は、第１のタイミングに基づいて設定される範囲内で、第２のタイミングを検出するための手段を含む。
【００１７】
第６の発明によると、第１のタイミングに基づいて設定される範囲内で、第２のタイミングが検出される。これにより、広帯域幅の周波数帯の振動の強度が最大になる第２のタイミングを精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
ノックセンサ３００は、エンジン１００のシリンダブロックに設けられる。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。ノッキングに起因して発生する振動の周波数は一定ではなく、所定の帯域幅を有する。そのため、本実施の形態においては、図２に示すように、第１の周波数帯Ａ、第２の周波数帯Ｂおよび第３の周波数帯Ｃに含まれる振動を検出する。なお、図２におけるＣＡは、クランク角（Crank Angle）を示す。なお、ノッキングに起因して発生する振動の周波数帯は３つに限られない。
【００２９】
このとき、各周波数帯の帯域幅が過大であると、ノッキングに起因して発生する振動以外のノイズ（たとえば筒内噴射用インジェクタや給排気バルブの着座による振動）を含む可能性が高くなる。
【００３０】
ところが、図３に示すように、ノッキング時に各周波数帯に表れる振動は、各周波帯の中央値±Ｘ（Ｘは自然数）ｋＨｚの範囲内に収まる。したがって、本実施の形態においては、第１の周波数帯Ａ、第２の周波数帯Ｂおよび第３の周波数帯Ｃの帯域幅を固定数値幅とし、周波数帯によらず、帯域幅を同じにして振動を検出する。帯域幅は２×ＸｋＨｚ以内に設定される。後述するように、第１の周波数帯Ａ、第２の周波数帯Ｂおよび第３の周波数帯Ｃの振動は、振動の強度のピーク値を算出するために用いられる。
【００３１】
なお、帯域幅が過大にならない範囲であれば、帯域幅を固定数値幅にする代わりに、各周波数帯における帯域幅を周波数帯ごとに異なるようにしてもよい。たとえば、いずれかの周波数帯の帯域幅を２×ＸｋＨｚとし、残りの周波数帯のいずれかの帯域幅を２×ＸｋＨｚよりも小さい帯域幅にするようにしてもよい。
【００３２】
このように振動を検出する帯域幅を狭くすると、検出される振動の強度に含まれるノイズ成分を抑制することができる反面、振動波形からもノイズ成分の特徴的な部分（振動の発生タイミングや減衰率など）が除去される。この場合、実際はノイズ成分に起因する振動であっても、ノイズ成分を含まない振動波形、すなわちノッキング時における振動波形に類似した波形が検出される。そのため、振動波形からノッキングに起因する振動とノイズに起因する振動とを区別し難くなる。
【００３３】
そこで、本実施の形態においては、ノイズの発生時にはノイズを考慮してノッキングが発生したか否かを判定するため、ノイズを取り込むように、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃを含む広域の第４の周波数帯Ｄにおける振動を検出する。後述するように、第４の周波数帯Ｄにおける振動は、エンジン１００の振動波形を検出するために用いられる。
【００３４】
図４を参照して、エンジンＥＣＵ２００についてさらに説明する。エンジンＥＣＵ２００は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部４００と、バンドパスフィルタ（１）４１０と、バンドパスフィルタ（２）４２０と、バンドパスフィルタ（３）４３０と、バンドパスフィルタ（４）４４０と、積算部４５０とを含む。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換部４００は、ノックセンサ３００から送信されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。バンドパスフィルタ（１）４１０は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、第１の周波数帯Ａの信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（１）４１０により、ノックセンサ３００が検出した振動から、第１の周波数帯Ａの振動のみが抽出される。
【００３６】
バンドパスフィルタ（２）４２０は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、第２の周波数帯Ｂの信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（２）４２０により、ノックセンサ３００が検出した振動から、第２の周波数帯Ｂの振動のみが抽出される。
【００３７】
バンドパスフィルタ（３）４３０は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、第３の周波数帯Ｃの信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（３）４３０により、ノックセンサ３００が検出した振動から、第３の周波数帯Ｃの振動のみが抽出される。
【００３８】
バンドパスフィルタ（４）４４０は、ノックセンサ３００から送信された信号のうち、第４の周波数帯Ｄの信号のみを通過させる。すなわち、バンドパスフィルタ（４）４４０により、ノックセンサ３００が検出した振動から、第４の周波数帯Ｄを含む周波数帯の振動のみが抽出される。
【００３９】
積算部４５０は、バンドパスフィルタ（１）４１０〜バンドパスフィルタ（４）４４０により選別された信号、すなわち振動の強度を、クランク角度で５度分づつ積算する。以下、積算された値を積算値と表す。積算値の算出は、周波数帯毎に行なわれる。
【００４０】
算出された積算値のうち、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの積算値は、クランク角度に対応して加算される。すなわち、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの振動波形が合成される。また、第４の周波数帯Ｄの積算値が、エンジン１００の振動波形として用いられる。
【００４１】
第４の周波数帯Ｄの積算値により検出された振動波形と、図５に示すノック波形モデルとが比較され、ノッキングが発生したか否かが判定される。ノック波形モデルとは、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。ノック波形モデルは、エンジンＥＣＵ２００のメモリ２０２に記憶される。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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（積算値）を算出する。積算値の算出は、第１の周波数帯Ａ〜第４の周波数帯Ｄの振動ごとに行なわれる。このとき、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの積算値は、クランク角度に対応して加算される（波形が合成される）。また、第４の周波数帯Ｄの積算値が算出されることにより、エンジン１００の振動波形が検出される。
【００４８】
Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形における積算値うち、最も大きい積算値（ピーク値）を算出する。Ｓ１０６にて、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形におけるピーク値の位置（クランク角度）を検出する。以下、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形におけるピーク値の位置を「ピーク位置（１）」と記載する。
【００４９】
Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、ピーク値の位置（クランク角度）から予め定められた範囲（クランク角度）内で、第４の周波数帯Ｄにおけるピーク値の位置を検出する。以下、第４の周波数帯Ｄにおけるピーク値の位置を「ピーク位置（２）」と記載する。
【００５０】
本実施の形態において、ピーク位置（２）は、ピーク位置（１）以前の範囲内から検出される。たとえば、ピーク位置（１）以前の３つの積算値の位置の中からピーク位置（２）検出される。ピーク位置（１）以前の範囲内において最も大きい第４の周波数帯Ｄの積算値の位置が、ピーク位置（２）として検出される。なお、ピーク値（２）が検出される範囲はこれに限られず、ピーク位置（１）以後の範囲であってもよい。
【００５１】
Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、第４の周波数帯Ｄの積算値（エンジン１００の振動波形）を正規化する。ここで、正規化とは、Ｓ１０４にて算出されたピーク値で、各積算値を除算することにより、振動の強度を無次元数（たとえば０〜１の無次元数）で表すことをいう。なお、正規化の方法はこれに限られず、その他、たとえばピーク位置（２）における積算値で、各積算値を除算するようにしてもよい。
【００５２】
Ｓ１１２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。ピーク位置（２）とノック波形モデルにおいて振動の強度が最大になる位置（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。
【００５３】
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、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。
【００５４】
Ｓ１１４にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック強度Ｎを算出する。算出されたピーク値を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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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）。
【００５９】
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４の周波数帯Ｄの振動ごとに算出される（Ｓ１０２）。このとき、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの積算値がクランク角度に対応して加算され、図７において一点鎖線で示すように、振動波形が合成される。また、図７において実線で示す第４の周波数帯Ｄの積算値は、エンジン１００の振動波形として用いられる。
【００６０】
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。
【００６１】
算出された積算値に基づいて、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形における積算値のピーク値Ｐが算出される（Ｓ１０４）。このとき、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの帯域幅は、ノッキングに起因した振動を取込むのに必要な程度の幅で統一されているため、必要以上に帯域幅が広くなることが抑制される。これにより、検出される振動に含まれるノイズを抑制することができる。そのため、ノイズによりピーク値Ｐが誤って算出されることを抑制することができる。
【００６２】
このピーク値Ｐの位置（ピーク位置（１））が検出される（Ｓ１０６）。ここでは、図７に示すように、ピーク値（１）が左から６番目の位置（２５度〜３０度までの積算値の位置）であると想定する。
【００６３】
このピーク位置（１）よりも以前の３つの積算値（左から４番目、５番目および６番目の積算値）の位置の中から、ピーク位置（２）が検出される（Ｓ１０８）。具体的には、第４の周波数帯Ｄにおいて、左から４番目、５番目および６番目の積算値のうち、隣接する２つの積算値よりも大きい積算値の位置がピーク位置（２）として検出される。
【００６４】
ここでは、図７に示すように、左から５番目の積算値が、隣接する２つの積算値（左から４番目および６番目の積算値）よりも大きいため、左から５番目の積算値の位置がピーク位置（２）として検出されると想定する。
【００６５】
第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形におけるピーク値Ｐで第４の周波数帯Ｄにおける積算値が除算されて、図８において実線で示すように、振動波形が正規化される（Ｓ１１０）。
【００６６】
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。
【００６７】
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、すなわちピーク位置（２）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。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（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。また、振動波形とノック波形モデルとを比較することで、振動の減衰傾向など、振動の挙動からノッキング時の振動であるか否かを分析することができる。
【００６８】
このようにして算出された相関係数Ｋとピーク値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２０度から２５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。
【００６９】
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。
【００７０】
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）。
【００７１】
以上のように、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ＥＣＵは、ノックセンサにより検出された振動のうち、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１〜第３の周波数帯を含む第４の周波数帯の振動を抽出する。各周波数帯に含まれる振動の強度が、クランク角度で５度づつ積算される。狭帯域幅である第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの積算値が、クランク角度に対応して加算され、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの振動波形が合成される。この合成波形における積算値のピーク値が算出される。これにより、ノイズ成分による影響が少ないピーク値を得ることができる。また、広帯域幅である第４の周波数帯の積算値から、エンジンの振動波形が検出される。これにより、ノイズ成分に起因する振動を含み、ノッキングに起因する振動とノイズに起因する振動とが区別しやすい振動波形を得ることができる。このような振動波形とノック波形モデルとが比較された結果およびした結果および第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形における積算値のピーク値に基づいて、ノッキングが発生したか否かが判定される。これにより、振動の波形および強度がノッキング時に特有のものであるか否かを考慮して、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。
【００７２】
なお、本実施の形態において、振動波形を検出するために用いられる狭帯域幅の周波数帯は３つであったが、その他、１つや２つでもよく、４つ以上であってもよい。
【００７３】
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】
【００７４】
【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】ノッキング時にシリンダブロックで発生する振動の周波数を示す図である。
【図４】エンジンＥＣＵを示す制御ブロック図である。
【図５】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】第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形と第４の周波数帯Ｄの振動波形とを示す図である。
【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】
【００７５】
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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