(57)【要約】【課題】ノッキングによる振動であるか否かを精度よく判定して、ノッキングの有無を制度よく判定する。【解決手段】エンジンＥＣＵは、エンジンの共振周波数を含む周波数帯の振動の波形とノッキング時の振動の波形として予め作成されたノック波形モデルとを比較した結果に基づいて相関係数Ｋを算出するステップ（Ｓ１１２）と、エンジンの共振周波数を含まない周波数帯の振動の強度からノック強度Ｎを算出するステップ（Ｓ１１４）と、ノック強度Ｎが判定値よりも大きく、かつ相関係数Ｋがしきい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するステップ（Ｓ１１８）と、ノック強度Ｎが判定値よりも小さい場合および相関係数Ｋがしきい値よりも小さい場合のうちの少なくともいずれか一方の場合ノッキングが発生していないと判定するステップ（Ｓ１２２）とを含む、プログラムを実行する。【選択図】図８
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【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第１の検出手段と、
前記検出された振動から、前記内燃機関の共振周波数を含まない第１の周波数帯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、前記第１の周波数帯および前記内燃機関の共振周波数を含む第２の周波数帯の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第２の検出手段と、
前記内燃機関の振動の波形の基準である波形を予め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および前記第１の抽出手段により抽出された振動の強度に基づいて、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】
前記第１の周波数帯は、前記共振周波数に加えて、前記共振周波数に２以上の整数を乗じた周波数を含まない周波数帯であり、
前記第２の周波数帯は、前記共振周波数に加えて、前記共振周波数に２以上の整数を乗じた周波数を含む周波数帯である、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】
前記２以上の整数は、２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。
【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。しかしながら、ノッキングに特有の周波数成分を検出するようにした場合、ノッキングに起因しない振動成分であるノイズ成分が除去される結果、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。したがって、ノイズによる振動であっても、ノッキングによる振動の波形に類似した波形が得られる場合がある。この場合、ノッキングによる振動とノイズによる振動とを区別し難く、ノッキングの有無を精度よく判定することができない。しかしながら、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。
【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内燃機関の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第１の検出手段と、検出された振動から、内燃機関の共振周波数を含まない第１の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、第１の周波数帯および内燃機関の共振周波数を含む第２の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第２の検出手段と、内燃機関の振動の波形の基準である波形を予め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の検出手段により内燃機関の振動が検出される。ノッキング時に特有の振動は、内燃機関の共振周波数を含む特定の周波数帯において発生する。しかしながら、内燃機関の共振周波数の振動は、ノッキングが発生した場合およびノッキングが発生していない場合の両方の場合において発生し得る。そこで、第１の抽出手段により、内燃機関の振動から内燃機関の共振周波数を含まない第１の周波数帯の振動が抽出される。これにより、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、抽出された振動に含まれ得るノイズ成分が除去される結果、強度以外の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。したがって、ノイズによる振動であっても、ノッキングによる振動の波形に類似した波形が得られる場合がある。そのため、振動の波形からでは、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、第２の抽出手段により、第１の周波数帯および内燃機関の共振周波数を含む第２の周波数帯の振動が抽出される。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が検出される。これにより、振動の波形においてノイズ成分の特徴的な部分も取り込むことができる。このような波形と、振動の波形の基準として記憶された波形（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においては、第１の発明の構成に加え、第１の周波数帯は、共振周波数に加えて、共振周波数に２以上の整数を乗じた周波数を含まない周波数帯である。第２の周波数帯は、共振周波数に加えて、共振周波数に２以上の整数を乗じた周波数を含む周波数帯である。
【０００９】
第２の発明によると、ノッキングが発生したか否かを判定する際において振動の強度が用いられる第１の周波数帯は、共振周波数に加えて、共振周波数に２以上の整数を乗じた周波数を含まない周波数帯である。これは、ノッキングが発生していない場合であっても、共振周波数に２以上の整数を乗じた周波数において振動が発生する場合があるからである。このようは周波数を含まない第１の周波数帯の振動が抽出される。これにより、ノッキング時に特有の振動をさらに精度よく抽出することができる。一方、ノッキングが発生したか否かを判定する際において振動の波形が用いられる第２の周波数帯は、共振周波数に加えて、共振周波数に２以上の整数を乗じた周波数を含む周波数帯である。これにより、振動の波形においてノイズ成分の特徴的な部分を取り込むことができる。そのため、検出された振動がノッキングによる振動であるかノイズによる振動であるかを精度よ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２の発明の構成に加え、２以上の整数は、２である。
【００１１】
第３の発明によると、ノッキングが発生したか否かを判定する際において振動の強度が用いられる第１の周波数帯は、共振周波数に加えて、共振周波数に「２」を乗じた周波数を含まない周波数帯である。これは、ノッキングが発生していない場合であっても、共振周波数に「２」を乗じた周波数において振動が発生する場合があるからである。このようは周波数を含まない第１の周波数帯の振動が抽出される。これにより、ノッキング時に特有の振動をさらに精度よく抽出することができる。一方、ノッキングが発生したか否かを判定する際において振動の波形が用いられる第２の周波数帯は、共振周波数に加えて、共振周波数に「２」を乗じた周波数を含む周波数帯である。これにより、振動の波形においてノイズ成分の特徴的な部分を取り込むことができる。そのため、検出された振動がノッキングによる振動であるかノイズによる振動であるかを精度よく判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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）を検出する。後述するように、検出された振動波形と予め作成されたノック波形モデルとを比較して、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。
【００２２】
エンジン１００の筒内でノッキングが発生すると、筒内圧が共振する。この筒内圧の共振により、エンジン１００のシリンダブロックが振動する。よって、シリンダブロックの振動、すなわちノックセンサ３００により検出される振動の周波数は、筒内圧共振周波数帯に含まれる傾向がある。
【００２３】
筒内圧共振周波数は、筒内気柱の共振モードに応じた周波数になる。ノッキング時に特有の振動が現れる周波数帯には、代表的なものとして、タンジェンシャル１次、２次、３次、４次およびラジアル１次の共振モードにおける周波数帯がある。
【００２４】
筒内圧共振周波数は、共振モード、ボア径および音速から算出される。図２に、音速を一定とし、ボア径をＸ〜Ｙまで変化させた場合における各共振モードの筒内圧共振周波数の一例を示す。図２から明らかなように、タンジェンシャル１次、タンジェンシャル２次、ラジアル１次、タンジェンシャル３次およびタンジェンシャル４次の順に、筒内圧共振周波数が高くなる。
【００２５】
図２に示す筒内圧共振周波数は、ノッキングが発生したタイミングにおける筒内圧共振周波数である。ノッキングの発生後においては、ピストンの降下により燃焼室の体積が増加するため、燃焼室内の温度および圧力が低下する。そのため、音速が低下し、筒内圧共振周波数が低下する。したがって、図３に示すように、上死点（ATDC: After Top Dead Center）からクランク角度が大きくなるにつれ、筒内圧の周波数のピーク成分が低下する。
【００２６】
このような特性を有する筒内圧の共振によりシリンダブロックが振動する。そのため、ノッキングが発生した点火サイクルにおいて、ノックセンサ３００により検出された振動の中には、タンジェンシャル１次の共振モードの周波数帯と同じ周波数帯Ａの振動、タンジェンシャル２次の共振モードの周波数帯と同じ周波数帯Ｂの振動、ラジアル１次の周波数帯と同じ周波数帯Ｃの振動、タンジェンシャル３次の周波数帯と同じ周波数帯Ｄの振動およびタンジェンシャル４次の共振モードの周波数帯と同じ周波数帯Ｅの振動が含まれる。
【００２７】
ところで、図３に示すように、タンジェンシャル１次の共振モードの周波数帯Ａは、シリンダブロック、ピストン１０８、コンロッドおよびクランクシャフト１１０などの共振周波数を含む。
【００２８】
したがって、図４に示すように、周波数帯Ａには、ノッキングが発生していなくても、インジェクタ１０４、ピストン１０８、吸気バルブ１１６、排気バルブ１１８、インジェクタ１０４に燃料を圧送するポンプ１２０などの作動にともない必然的に発生する振動が現れる。また、このような振動は、共振周波数の２倍の周波数付近において現れる場合がある。共振周波数の２倍の周波数の振動は、ラジアル１次の共振モードの周波数帯Ｃに含まれる。
【００２９】
そこで、本実施の形態においては、ノッキングによらない振動であるノイズを除去するために、周波数帯Ａ〜Ｅの周波数帯のうち、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅの振動を抽出する。これにより、ノッキングに特有の振動を精度よく抽出することができる。
【００３０】
ところが、振動を検出する帯域幅が狭いと、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。
【００３１】
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、周波数帯Ａ〜周波数帯Ｅのすべてを含む広域の周波数帯Ｆにおける振動を検出する。この周波数帯Ｆにおける振動が、エンジン１００の振動波形を検出するために用いられる。
【００３２】
図５に示すように、周波数帯Ｆにおいて、ノッキングが発生した場合の振動波形は、実線で示すように、振動波形のピーク値以降、振動が緩やかに減衰する形状になる。一方、ノッキングが発生しておらず、ノイズによる振動が発生した場合の振動波形は、一点鎖線で示すように、ドーム状になる。したがって、周波数帯Ｆの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精度よく区別することができる。
【００３３】
図６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。
【００３４】
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、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（１）４１０により、ノックセンサ３００が検出した振動から、周波数帯Ｂの振動のみが抽出される。
【００３５】
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、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（２）４２０により、ノックセンサ３００が検出した振動から、周波数帯Ｄの振動のみが抽出される。
【００３６】
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、周波数帯Ｅ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、周波数帯Ｅの振動のみが抽出される。
【００３７】
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、周波数帯Ｆ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、周波数帯Ｆの振動のみが抽出される。
【００３８】
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。
【００３９】
算出された積算値のうち、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅ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、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅの振動波形が合成される。また、周波数帯Ｆの積算値が、エンジン１００の振動波形として用いられる。
【００４０】
周波数帯Ｆの振動波形と、図７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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
図８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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、周波数帯ごとに行なわれる。このとき、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅ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、周波数帯Ｆ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。
【００４７】
Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅ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、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅ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、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅ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。
【００４８】
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、周波数帯Ｆにおけるピーク値の位置を検出する。以下、周波数帯Ｆにおけるピーク値の位置を「ピーク位置（２）」と記載する。
【００４９】
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周波数帯Ｆの積算値の位置が、ピーク位置（２）として検出される。なお、ピーク位置（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。
【００５０】
Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、周波数帯Ｆ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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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／ＢＧＬという式で算出される。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。
【００５４】
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く、かつ相関係数Ｋがしきい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く、かつ相関係数Ｋがしきい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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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）。
【００５８】
燃焼行程における上死点から９０度までの間において、５度ごとの積算値が周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄ、周波数帯Ｅおよび周波数帯Ｆの振動ごとに算出される（Ｓ１０２）。このとき、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅの積算値がクランク角度に対応して加算され、図９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９において実線で示す周波数帯Ｆの積算値は、エンジン１００の振動波形として用いられる。
【００５９】
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ことが抑制された振動波形を検出することができる。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。
【００６０】
算出された積算値に基づいて、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅ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）。ここで、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅは、エンジン１００の共振周波数および共振周波数の２倍の周波数を含まない周波数である。これにより、検出される振動に含まれるノイズを少なくすることができる。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。
【００６１】
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９に示すように、ピーク位置（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。
【００６２】
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、周波数帯Ｆ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。
【００６３】
ここでは、図９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。
【００６４】
周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅの合成波形におけるピーク値Ｐで周波数帯Ｆにおける積算値が除算されて、図１０において実線で示すように、振動波形が正規化される（Ｓ１１０）。
【００６５】
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。
【００６６】
図１０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。
【００６７】
さらに、ピーク値Ｐ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）。ノック強度Ｎが予め定められた判定値よりも大きく、かつ相関係数Ｋがしきい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。
【００６８】
一方、ノック強度Ｎが予め定められた判定値よりも小さい場合および相関係数Ｋがしきい値よりも小さい場合のうちの少なくともいずれか一方の場合（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）。
【００６９】
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、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄ、周波数帯Ｅおよび周波数帯Ａから周波数帯Ｅの全ての周波数帯を含む周波数帯Ｆの振動を抽出する。周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄ、周波数帯Ｅおよび周波数帯Ｆ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。狭帯域幅である周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅの積算値が、クランク角度に対応して加算され、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅ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Ｐ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Ｐを得ることができる。また、広帯域幅である周波数帯Ｆ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と、周波数帯Ｂ、周波数帯Ｄおよび周波数帯Ｅの合成波形における積算値のピーク値Ｐとに基づいて、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。
【００７０】
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。
【００７１】
また、共振周波数に２以上の整数を乗じた周波数を全て除外するように、振動を抽出する周波数帯を設定するようにしてもよい。
【００７２】
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】
【００７３】
【図１】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を示す概略構成図である。
【図２】筒内圧の振動の周波数帯を示す図（その１）である。
【図３】ノックセンサにより検出される振動の周波数帯を示す図（その１）である。
【図４】ノックセンサにより検出される振動の周波数帯を示す図（その２）である。
【図５】周波数帯Ｆにおける振動波形を示す図である。
【図６】図１のエンジンＥＣＵを示す制御ブロック図である。
【図７】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８】図１のエンジンＥＣＵで実行され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９】エンジンの振動波形を示す図である。
【図１０】正規化後の振動波形とノック波形モデルとを比較した図である。
【符号の説明】
【００７４】
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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【図１０】
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