(57)【要約】【課題】３つ以上の気筒（気筒２ａ〜２ｄ）が並設された多気筒内燃機関（エンジン１）の複数の気筒におけるノッキングを、それぞれ精度良く検出できるノック検出装置を提供する。【解決手段】気筒列方向に延びる機関側壁（シリンダブロック２の吸気側側壁２２）における、気筒列方向の内側の部位に、気筒軸線Ｚの方向について上死点側および下死点側に離間させて第１および第２の振動センサ（ノックセンサ２８，２９）を配設する。気筒列方向の外側に位置する外側気筒（気筒２ａ，２ｄ）のノッキングを第１の振動センサからの信号に基づいて検出する。気筒列方向の内側に位置する内側気筒（気筒２ｂ，２ｃ）のノッキングを第２の振動センサからの信号に基づいて検出する。【選択図】図６
2013249809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つ以上の気筒が並設された多気筒内燃機関の気筒列方向に延びる側壁に振動センサを配設し、この振動センサからの信号に基づいてノッキングを検出するようにしたノック検出装置であって、
前記振動センサとしては、前記側壁において気筒軸線方向に上死点側および下死点側に離間させて第１および第２の振動センサを配設し、
前記複数の気筒のうち、気筒列方向の外側に位置する外側気筒のノッキングを前記第１の振動センサからの信号に基づいて検出する一方、気筒列方向の内側に位置する内側気筒のノッキングを前記第２の振動センサからの信号に基づいて検出する構成とした、ことを特徴とする多気筒内燃機関のノック検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のノック検出装置において、
前記内燃機関は、前記複数の気筒が一体化されたサイアミーズ型のものである、多気筒内燃機関のノック検出装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のノック検出装置において、
前記第１の振動センサは、シリンダヘッドの組み付けられるシリンダブロックの上端部の近傍に配設されている、多気筒内燃機関のノック検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のノック検出装置において、
前記第２の振動センサは、前記側壁の内部に形成された冷却ジャケットの底部の近傍に配設されている、多気筒内燃機関のノック検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のノック検出装置において、
前記複数の気筒のそれぞれの爆発行程に対応する所定のタイミングで、前記第１および第２の振動センサのいずれかを選択し、この選択したセンサからの信号に基づいてノッキングを検出する構成とした、多気筒内燃機関のノック検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のノック検出装置において、
前記第１および第２の振動センサのそれぞれの信号から所定の周波数帯域の信号を濾波する帯域通過フィルタを備え、
前記第１の振動センサの信号に基づいてノッキングを検出する場合には、前記第２の振動センサからの信号に基づいてノッキングを検出する場合よりも高い周波数帯域の信号を濾波するように、前記帯域通過フィルタの濾波周波数帯域を変更する、多気筒内燃機関のノック検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用の多気筒内燃機関（以下、エンジンともいう）において、シリンダブロックなどの機関側壁に取り付けたノックセンサからの信号に基づいて、ノッキングを検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガソリンを燃料とするエンジン等では、点火プラグからの火花により気筒内の混合気に点火し、圧縮行程の終盤から爆発行程にかけて燃焼させるようにしているが、点火プラグの周囲から火炎が伝播する前に混合気の一部が自己着火してしまう、という異常な燃焼によって異音やショックを生じることがある（いわゆるノッキング）。
【０００３】
このノッキングの異音やショックは乗員に違和感を与えることがあり、また、異常な燃焼がエンジンに悪影響を与えるおそれもあるので、従来より、ノッキングを検出すれば点火時期を遅角させることによって、混合気の自己着火を抑制するというノック制御が実施されている。
【０００４】
この種のノック制御では一般的に、シリンダブロックの側壁にノックセンサと呼ばれる振動センサを取り付け、これにより検出した振動の大きさからノッキングを検出する。すなわち、予めバックグラウンドのノイズと峻別できるようにノック判定レベルを設定しておき、ノックセンサからの信号のピーク値がノック判定レベルよりも大きい場合に、ノッキングが発生したと判定する。
【０００５】
一例として特許文献１に記載のノック制御装置では、ノックセンサからの信号のうちからノッキングに固有の周波数帯域（例えば１２〜１４ｋＨｚ）を濾波し、この濾波信号に基づいてノッキングを検出するようにしている。また、その濾波信号の周波数帯域を可変としたスイッチトキャパシタフィルタを用い、エンジン回転数などの変化に応じて、ノッキングの検出に最適な周波数帯域に切り替えるようにしている。
【０００６】
一方、特許文献２に記載のノック判定の技術は、高圧縮比エンジンにおいてノッキングによる振動がピストン、コンロッド、クランクシャフトを介してエンジンの下方に伝達され、特有の低周波（例えば１〜４ｋＨｚ）のノック振動が発生することに着目し、この低周波ノック振動を、エンジンの下部において上下方向に向けて配設したノックセンサによって検出するようにしたものである。
【０００７】
すなわち、特許文献２に記載の高圧縮比エンジンにおいては、シリンダブロックの側壁の上部に通常の周波数帯域のノック振動を検出するための第１のノックセンサが配設されるとともに、その側壁の下部においてクランクシャフトの軸心よりも低い位置に、前記低周波のノック振動を検出するための第２のノックセンサが配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４３６４４１２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、多気筒エンジンの各気筒で発生するノッキングを精度良く検出しようとすれば、ノックセンサはそれぞれの気筒毎に配設するのが望ましいが、これはコストの面から現実的ではない。通常は、シリンダブロックの壁面において気筒列方向の中央付近にノックセンサを１つ配設するが、こうすると、ノックセンサから遠くなる気筒列方向の外側の気筒のノッキングは検出し難くなる傾向がある。
【００１０】
また、例えばサイアミーズ型のシリンダを有するブロックのように、複数の気筒（シリンダ）が一体化されていて、ブロック側壁の外面との間が冷却ジャケットによって切り離されているような構造では、冷却水によるノック振動の減衰が大きくなってしまうので、ノックセンサに近い気筒列方向の内側の気筒のノッキングも検出し難くなるおそれがある。
【００１１】
これに対し、単純に小さなノック振動でも検出できるよう、ノック判定レベルを低めに設定すると、バックグラウンドノイズとの峻別が困難になってしまい、バルブの着座やインジェクタの動作などによる振動を誤まってノッキングと判定する可能性が生じる。
【００１２】
なお、後者の従来例では、一般的な第１のノックセンサの他に第２のノックセンサを備えているが、この第２のノックセンサは、高圧縮比エンジンに特有の低周波のノック振動に適合されており、通常の周波数帯域のノック振動は第１のノックセンサのみによって検出する構成なので、前記のような不具合を軽減することはできない。
【００１３】
本発明の発明者は、実験モード解析によって気筒列方向の内側および外側の気筒それぞれからのノック振動の伝達特性を詳細に調べた結果、内側気筒からのノック振動がシリンダブロックの側壁において相対的に下側（下死点側）の部分に伝わりやすく、一方、外側気筒からのノック振動は相対的に上側（上死点側）の部分に伝わりやすいことを見いだした。
【００１４】
このようなノック振動の伝達特性に着目して本発明の目的は、多気筒エンジンの複数の気筒のノッキングをいずれも精度良く検出できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために本発明は、内燃機関の側壁において上下（上死点側、下死点側）に離間させて第１および第２の振動センサを配設し、気筒列方向の外側気筒のノッキングを第１の振動センサにより、また、内側気筒のノッキングを第２の振動センサにより、それぞれ検出するようにした。
【００１６】
−解決手段−
具体的に本発明は、３つ以上の気筒が並設された多気筒内燃機関の気筒列方向に延びる側壁に振動センサを配設し、この振動センサからの信号に基づいてノッキングを検出するようにしたノック検出装置が対象である。そして、前記振動センサとしては、前記側壁において気筒軸線方向に上死点側および下死点側に離間させて第１および第２の振動センサを配設し、その上で、前記複数の気筒のうち、気筒列方向の外側に位置する外側気筒のノッキングを前記第１の振動センサからの信号に基づいて検出する一方、気筒列方向の内側に位置する内側気筒のノッキングを前記第２の振動センサからの信号に基づいて検出する構成とした。
【００１７】
前記構成のノック検出装置では、多気筒内燃機関の運転中にそのいずれかの気筒において異常燃焼（ノッキング）が発生すると、この気筒から機関の側壁にノック振動が伝達され、当該側壁において気筒軸線方向に離間する第１および第２の振動センサからそれぞれ、伝達される振動の強度に応じた信号が出力される。
【００１８】
この際、気筒列方向の外側の気筒からのノック振動は、機関側壁において冷却ジャケットの外側を迂回するような経路を効率良く伝わるので、異常燃焼の発生場所に近い上死点側に配設した第１の振動センサからの信号によって、精度良くノッキングを検出することができる。一方、気筒列方向の内側の気筒からのノック振動は、冷却ジャケットの下側（下死点側）を迂回するような経路を効率良く伝わるので、下死点側に配設した第２の振動センサからの信号によって、精度良くノッキングを検出することができる。
【００１９】
なお、気筒列方向の外側、内側とは、例えば直列に並ぶ気筒数が３であれば、両外側の１つずつの気筒が外側気筒であり、中央の１つの気筒が内側気筒であるし、気筒数が４であれば、両外側の１つずつの気筒が外側気筒であり、中央の２つの気筒が内側気筒である。同様に気筒数が５以上の場合は、少なくとも両外側の１つずつの気筒が外側気筒であり、中央の１つまたは２つの気筒が内側気筒である。Ｖ型や水平対向の機関では、各バンク毎に前記と同様に外側、内側が決まる。
【００２０】
特に内燃機関が、複数の気筒（シリンダ）が一体化されたサイアミーズ型のものである場合に、前記した外側気筒および内側気筒のノック振動の伝達特性の差異が顕著になるので、本発明の作用効果の有効性が高い。同様にオープンデッキ型のシリンダブロックにおいて本発明の作用効果の有効性が高い。
【００２１】
好ましくは前記第１の振動センサは、シリンダヘッドの組み付けられるシリンダブロックの上端部の近傍に配設すればよい。シリンダブロックの上端部は、シリンダヘッドとの締結のために剛性が高められており、外側気筒のノック振動が伝わりやすいからである。なお、シリンダブロックの上端部というのは、気筒軸線方向の上死点側の端部という意味であって、鉛直方向の上端部とは限らない。
【００２２】
また、好ましくは前記第２の振動センサは、前記側壁の内部に形成された冷却ジャケットの底部の近傍に配設すればよい。冷却ジャケットの底部では気筒の周壁がシリンダブロックの側壁に繋がっており、内側気筒のノック振動が伝わりやすいからである。なお、冷却ジャケットの底部というのは、冷却ジャケットの気筒軸線方向の下死点側の隔壁部という意味であって、鉛直方向の下側の隔壁部とは限らない。
【００２３】
より具体的な構成としてノッキング検出装置は、内燃機関の複数の気筒のそれぞれの爆発行程に対応する所定のタイミングで、前記第１および第２振動センサのいずれかを選択し、この選択したセンサからの信号に基づいてノッキングを検出するようにしてもよい。すなわち、爆発行程にある気筒が外側気筒であれば第１振動センサからの信号に基づいて、また、爆発行程にある気筒が内側気筒であれば第２振動センサからの信号に基づいて、それぞれのノッキングを精度良く検出することができる。
【００２４】
また、好ましくは、前記第１および第２の振動センサのそれぞれの信号から所定の周波数帯域の信号を濾波する帯域通過フィルタを備え、前記第１の振動センサの信号に基づいてノッキングを検出する場合には、前記第２の振動センサからの信号に基づいてノッキングを検出する場合よりも高い周波数帯域の信号を濾波するように、前記帯域通過フィルタの濾波周波数帯域を変更するようにしてもよい。
【００２５】
すなわち、本発明者は実験モード解析によって、外側気筒のノック振動には内側気筒と同じ共振モードの他に、これよりも周波数の高い別の共振モードがあって、第１の振動センサの配設場所によっては、より強く振動が伝わることを見いだした。そこで、外側気筒のノック振動を前記第１の振動センサにより検出する場合に、この第１の振動センサからの信号のうち、より高い周波数帯域を濾波することによって、ノッキングの検出精度をさらに高めることが可能になる。
【発明の効果】
【００２６】
以上、説明したように本発明に係るノック検出装置では、まず、多気筒内燃機関の側壁において気筒列方向の内側の部位に、上死点側および下死点側に離間させて第１および第２の振動センサをそれぞれ配設する。そして、気筒列方向の外側の気筒のノッキングを上死点側の第１振動センサからの信号に基づいて、また、内側の気筒のノッキングは下死点側の第２振動センサからの信号に基づいて、いずれも精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態を適用したエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】シリンダブロックへのノックセンサの配置を示す斜視図である。
【図３】エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図４】ノックセンサの出力信号（アナログ値）の波形を示すグラフ図である。
【図５】ノック信号の伝達関数の一例を示すグラフ図であって、(a)は内側気筒からの伝達関数を、(b)は外側気筒からの伝達関数をそれぞれ示す。
【図６】ＥＣＵによるノック制御の流れを示すブロック図である。
【図７】ノック信号の強度を比較したグラフ図である。
【図８】第２の実施形態に係る図２相当図である。
【図９】第２の実施形態に係る図６相当図である。
【図１０】ノック振動の共振モードを示す説明図であって、(a)は内側および外側気筒の共通のモードを、(b)は外側気筒の固有のモードをそれぞれ示す。
【図１１】第２の実施形態に係る図７相当図である。
【図１２】Ｖ型エンジンに適用した他の実施形態におけるノックセンサの配置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。この実施形態では一例として、自動車に搭載された多気筒ガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
まず、図１には第１の実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す。この図のエンジン１はレシプロ（往復動）エンジンであり、気筒２ａ（シリンダ２ａということもある）の形成されたシリンダブロック２の上部にシリンダヘッド３が締結されて、気筒２ａ内に嵌挿されたピストン４と共に燃焼室を形成している。ピストン４の往復動作はコネクティングロッド５によってクランクシャフト６に伝達され、その回転運動へと変換される。
【００３０】
図２に示すようにシリンダブロック２には、その長手方向に一列に並んで４つの気筒２ａ〜２ｄが形成されており、以下では便宜上、図の手前側から順に第１気筒２ａ（♯１）、第２気筒２ｂ（♯２）、…と呼ぶ。このシリンダブロック２は、例えばアルミ合金の鋳造品であって、４つの気筒２ａ〜２ｄに共通の鋳鉄製シリンダライナー２１が鋳包まれたサイアミーズ型シリンダであり、そのシリンダライナー２１と側壁２２，２３の外面との間が冷却ジャケット２２ａ，２３ａによって切り離されたような構造になっている。
【００３１】
すなわち、図の例では４つの気筒２ａ〜２ｄを間に挟んでそれぞれ気筒列方向に延びるように、シリンダブロック２の吸気側および排気側の側壁２２，２３に冷却ジャケット２２ａ，２３ａが形成され、それぞれシリンダブロック２の上面に開口するオープンデッキ構造になっている。冷却ジャケット２２ａ，２３ａはピストン４のストロークに対応する深さに形成されており、その底部は概ねピストン４の下死点に対応する位置にある。
【００３２】
そして、図２の左側に示す吸気側側壁２２の気筒列方向の中央付近において、上下に（気筒軸線Ｚの方向について上死点側および下死点側に）離間して、第１および第２の２つのノックセンサ２８，２９が配設されている。一例としてノックセンサ２８，２９は、ブロック側壁２２に伝わる振動を例えば圧電素子によって検出する振動センサであり、振動の大きさに応じた信号を出力する。
【００３３】
本実施形態では、相対的に上側の第１のノックセンサ２８が、シリンダブロック２の吸気側側壁２２の上端のフランジ部２２ｂに配設されている。この上端フランジ部２２ｂは、シリンダヘッド３との締結のために高い剛性を有しており、気筒列方向であるシリンダブロック２の長手方向に振動を伝えやすい。一方、相対的に下側の第２のノックセンサ２９は、吸気側の冷却ジャケット２２ａの底部に対応するように（例えば底部と一部が重なるような高さで）側壁２２の外面に配設されている。冷却ジャケット２２ａの底部では気筒２ａ〜２ｄと側壁２２とが繋がっており、シリンダブロック２の幅方向に振動を伝えやすい。
【００３４】
また、シリンダブロック２の下部には一体にクランクケースが設けられており、図１に示すようにクランクシャフト６が回転可能に支持されている。このクランクシャフト６を下方から覆うようにクランクケースの下端にはオイルパン７が組み付けられており、その内部にエンジンオイルが貯留されている。このエンジンオイルがエンジン１の運転時にオイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられ、エンジン各部に供給されてその潤滑・冷却等に用いられる。
【００３５】
図１に示すようにクランクシャフト６の端部には、シグナルロータ１７が取り付けられており、その外周面に所定間隔で形成された複数の歯（突起）１７ａの通過に対応して、例えば電磁ピックアップからなるクランクポジションセンサ３１がパルス状の信号を出力する。また、シリンダブロック２の排気側の側壁２３には、排気側の冷却ジャケット２３ａ内のエンジン冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ３２が配置されている。
【００３６】
一方、前記のようにシリンダブロック２の上部に締結されるシリンダヘッド３には、気筒２ａ〜２ｄ（図１には２ａのみを示す。以下、同様）毎にそれぞれ点火プラグ８が配置されている。点火プラグ８は、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００によって制御されるイグナイタ９から高電圧の供給を受けて火花放電し、気筒２ａ内の混合気に点火する。この点火のタイミング（点火時期）は気筒２ａ毎に圧縮行程の後半に設定されており、エンジン１の運転状態に応じて制御される。
【００３７】
気筒２ａ〜２ｄ内に混合気を供給する吸気通路１１の一部は、シリンダヘッド３に形成された吸気ポート１１ａと、これに接続された吸気マニホールド１１ｂとによって構成されており、気筒２ａ〜２ｄ内に臨む吸気通路１１の開口には吸気弁１３が配設されている。同様に既燃ガス（排気）を排出する排気通路１２の一部は、シリンダヘッド３に形成された排気ポート１２ａと、これに接続された排気マニホールド１２ｂとによって形成され、気筒２ａ〜２ｄ内に臨む排気通路１２の開口には排気弁１４が配設されている。
【００３８】
また、シリンダヘッド３には吸気弁１３および排気弁１４を開閉駆動するための動弁系が設けられている。一例としてエンジン１の動弁系は、吸気弁１３および排気弁１４をそれぞれ駆動する吸気カムシャフト１５および排気カムシャフト１６を備えたＤＯＨＣタイプのもので、これらのカムシャフト１５，１６がタイミングチェーン等を介してクランクシャフト６と同期回転されることにより、吸気弁１３および排気弁１４が気筒２ａ毎の好適なタイミングで開閉される。
【００３９】
その吸気カムシャフト１５の近傍には、特定の気筒（例えば第１気筒２ａ）のピストン４が圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したときにパルス状の信号を発生するようにカムポジションセンサ３０が設けられている。カムポジションセンサ３０は、一例として前記のクランクポジションセンサ３１と同じく電磁ピックアップからなり、吸気カムシャフト１５に一体的に設けられたロータの外周面の１個の歯（図示せず）の通過に対応して、パルス状の信号を出力する。
【００４０】
なお、吸気カムシャフト１５（及び排気カムシャフト１６）は、クランクシャフト６の１／２の回転速度で回転するので、その２回転（７２０°回転）毎に１回、カムポジションセンサ３０から信号が出力される。言い換えるとカムポジションセンサ３０は、４つの気筒２ａ〜２ｄが所定の行程にある時点（例えば第１気筒２ａが圧縮行程の終わりに達した時点）でパルス信号を出力するもので、気筒識別センサとして使用される。
【００４１】
前記吸気通路１１において吸気マニホールド１１ｂよりも吸気の上流側にはサージタンク１１ｃとエアクリーナ１１ｄとが設けられていて、それらの間にエアフロメータ３３と、吸気温センサ３４（エアフロメータ３３に内蔵）と、吸気の流量を調整するためのスロットル弁１８などが配置されている。スロットル弁１８の弁体は、ＥＣＵ２００によって制御されるスロットルモータ１９によって駆動され、その位置、即ちスロットル開度はスロットル開度センサ３５によって検出される。
【００４２】
また、吸気ポート１１ａには、ガソリンなどの燃料を噴射可能なインジェクタ１０が配置されており、デリバリパイプ１０１を介して燃料供給系１００から燃料を供給され、吸気ポート１１ａ内に燃料を噴射する。こうして噴射された燃料は、吸気ポート１１ａ内および気筒２ａ内にて空気と混じり合い、混合気を形成する。この混合気が前記のように点火プラグ８によって点火されて燃焼（爆発）する。
【００４３】
そして、既燃ガス（排気）は排気通路１２に流出し、排気マニホールド１２ｂよりも下流側の三元触媒１２ｃによって浄化される。この三元触媒１２ｃよりも上流側の排気通路１２には空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３７が配置され、下流側の排気通路１２にはＯ2センサ３８が配置されている。一例として空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３７は、空燃比に対してリニアな特性を示すセンサであり、Ｏ2センサ３８は、排気ガス中の酸素濃度に応じて起電力を発生するものである。
【００４４】
なお、前記の燃料供給系１００は、４つの気筒２ａ〜２ｄ毎のインジェクタ１０にそれぞれ接続されたデリバリパイプ１０１と、このデリバリパイプ１０１に接続された燃料供給管１０２と、燃料ポンプ（例えば電動ポンプ）１０３と、燃料タンク１０４などとを備えている。ＥＣＵ２００によって制御される燃料ポンプ１０３の動作により、燃料タンク１０４内の燃料が燃料供給管１０２を介してデリバリパイプ１０１に供給される。
【００４５】
−ＥＣＵ−
以上の如く構成されたエンジン１の運転状態は、コンピュータ装置であるＥＣＵ２００によって制御される。このＥＣＵ２００は、一例を図３に示すように、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３およびバックアップＲＡＭ２０４などを備えている。
【００４６】
ＲＯＭ２０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００４７】
以上のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３およびバックアップＲＡＭ２０４は、バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６と接続されている。入力インターフェース２０５には、ノックセンサ２８，２９、カムポジションセンサ３０、クランクポジションセンサ３１、水温センサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、スロットル開度センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３６、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３７、およびＯ2センサ３８などの各種センサ類が接続されている。
【００４８】
一方、ＥＣＵ２００の出力インターフェース２０６には、点火プラグ８のイグナイタ９、インジェクタ１０、スロットル弁１８のスロットルモータ１９、および、燃料供給系１００の燃料ポンプ１０３などが接続されている。そして、ＥＣＵ２００は、前記した各種センサからの信号に基づいて、点火プラグ８の点火時期の制御、インジェクタ１０の駆動制御（燃料噴射制御）、スロットル弁１８の開度の制御等々、エンジン１の種々の制御プログラムを実行する。
【００４９】
一例として、ＥＣＵ２００による点火時期の制御は、基本的には、点火時期をＭＢＴ（Minimum Spark Advance for Best Torque：最適点火時期）に近付くよう徐々に進角させてゆき、ノックセンサ２８，２９からの信号によってノッキングを検知すれば、点火時期を遅角させる、という公知のノック制御を含んでいる。このような点火時期の制御により、ノッキングによる不具合の発生を回避しながら、できるだけ点火時期をＭＢＴに近づけることができる。
【００５０】
−ノッキングの検出−
次に、前記のようなノック制御におけるノッキングの検出について説明する。本実施形態では一例として各気筒２ａ〜２ｄ毎に最適なタイミングでノッキングを検出するようにしており、具体的には各気筒２ａ〜２ｄの爆発行程に対応する所定の期間（ノック判定期間）において第１および第２のいずれかのノックセンサ２８，２９からの信号のピーク値を取り込み、このピーク値が予め設定したノック判定レベルよりも高いときに、ノッキングが起きていると判定する。
【００５１】
すなわち、或る気筒２ａ〜２ｄで異常燃焼が発生し、シリンダブロック２の吸気側側壁２２にノック振動が伝わると、図４に模式的に示すようにノック判定期間（図の例ではＡＴＤＣ１０〜７０°ＣＡ）においてノックセンサ２８，２９からの信号（アナログ値）がグラウンドレベルから立ち上がり、ピークに達した後に低下してゆく。この信号をデジタル信号に変換してＥＣＵ２００に取り込み、そのピーク値を計算してノック判定レベルと比較することにより、ノック判定を行う。
【００５２】
なお、ノック判定レベルは、ノック判定期間内におけるノックセンサ２８，２９からの出力信号のバックグランドレベルに基づき、例えばバックグランドレベルを所定倍（例えば２〜３倍）するなどして、ノイズとの峻別が可能なレベルを設定する。また、ノック判定期間は、ノッキング発生状況のバラツキや気筒２ａ〜２ｄからノックセンサ２８，２９までの振動の伝達に要する時間を考慮して設定すればよく、上述したクランクアングルは一例に過ぎない。
【００５３】
そうしてノッキングの起きていることを判定する際に、本実施形態ではエンジン１の４つの気筒２ａ〜２ｄのうち、気筒列方向の外側に位置する第１気筒２ａおよび第４気筒２ｄ（以下、外側気筒ともいう）のノッキングを第１のノックセンサ２８からの信号に基づいて判定し、気筒列方向の内側に位置する第２気筒２ｂおよび第３気筒２ｃ（以下、内側気筒ともいう）のノッキングは第２のノックセンサ２９からの信号に基づいて判定するようにした。
【００５４】
これは、本発明の発明者らが実験モード解析によって各気筒２ａ〜２ｄからのノック振動の伝達特性を詳細に調べた結果、第１および第４気筒２ａ，２ｄからのノック振動が、シリンダブロック２の吸気側側壁２２において相対的に上側の部分に伝わりやすく、第２および第３気筒２ｂ，２ｃからのノック振動は相対的に下側の部分に伝わりやすいことが分かったからである。
【００５５】
詳しくは、本実施形態のエンジン１を用い、各気筒２ａ〜２ｄ内で燃焼ガス相当の音速を実現した状態で加振を行って、前記のようにシリンダブロック２の吸気側側壁２２に配設した第１および第２ノックセンサ２８，２９からの信号を計測した。そして、ＦＦＴアナライザにより伝達関数を調べたところ、図５に一例を示すように、内側気筒２ｂ，２ｃを加振した場合(a)も外側気筒２ａ，２ｄを加振した場合(b)も１２０００〜１４０００Ｈｚの周波数帯（ノック検出周波数帯）にピークが表れた。これは一般的なガソリンエンジンにおけるノック振動の共振周波数に合致している。
【００５６】
そして、同図(a)の内側気筒２ｂ，２ｃからの伝達関数を見ると、１３０００Ｈｚ付近のピークが第２ノックセンサ２９の信号（実線で示す）の方が第１ノックセンサ２８の信号（破線で示す）よりも高くなっている。一方、同図(b)の外側気筒２ａ，２ｄからの伝達関数を見ると、ピークは第１ノックセンサ２８の信号（破線で示す）の方が第２ノックセンサ２９の信号（実線で示す）よりも高くなっている。
【００５７】
これは、外側気筒２ａ，２ｄからのノック振動が、剛性の高いシリンダブロック２の上端フランジ部２２ｂに沿ってその長手方向に伝わり、冷却ジャケット２２ａの外側を迂回するようにして第１ノックセンサ２８に伝達される一方、内側気筒２ｂ，２ｃからのノック振動は、冷却ジャケット２２ａの底部をシリンダブロック２の幅方向に伝わり、当該冷却ジャケット２２ａの下方を迂回するようにして第２ノックセンサ２９に伝達されるものと考えられる。
【００５８】
かくの如きノック振動の伝達特性の差異に着目して、本実施形態では、前記のように外側気筒２ａ，２ｄのノッキングを検出するときには第１のノックセンサ２８に、また、内側気筒２ｂ，２ｃのノッキングを検出するときには第２のノックセンサ２９に切り替えて、それぞれの出力信号からノッキングを検出するようにしたものである。
【００５９】
−ノック制御ルーチン−
以下、図６に示す制御ブロック図を参照して、ノック制御の具体的な手順（ノック制御ルーチン）を説明する。なお、このノック制御ルーチンは一例として、エンジン１の運転中に４つの気筒２ａ〜２ｄのそれぞれにおいて、前記したノック判定期間の始期に対応して（例えばＴＤＣやＡＴＤＣ１０°ＣＡなどに）開始される。
【００６０】
まず、図６の上部に示すように第１および第２ノックセンサ２８，２９からの信号（アナログ値）を、それぞれＥＣＵ２００のセンサ信号切替部２００ａに取り込むとともに、カムポジションセンサ３０およびクランクポジションセンサ３１からの信号に基づいて、ＥＣＵ２００の爆発気筒判別部２００ｂにおいて現在、爆発行程にある気筒が第１〜第４気筒２ａ〜２ｄのいずれであるか判別し、この判別結果も前記センサ信号切替部２００ａに入力する。
【００６１】
すなわち、カムポジションセンサ３０からのパルス信号が第１気筒２ａの圧縮ＴＤＣにおいて出力されるとすれば、これをトリガーとしてクランクポジションセンサ３１からのパルス信号をカウントすることにより、例えば第１、第３、第４、第２の順に燃焼サイクルを繰り返す各気筒２ａ〜２ｄの爆発行程をそれぞれ判別することができる。
【００６２】
こうして爆発行程にあると判別されたのが第１または第４気筒２ａ，２ｄ、即ち外側気筒であれば、前記センサ信号切替部２００ａにおいて、第１のノックセンサ２８から取り込んだ信号（アナログ値）を採用し、１２〜１４ｋＨｚの帯域通過フィルタ２００ｃによって信号を濾波した後にノック判定部２００ｄにおいて、図４を参照して説明したように信号のピーク値をノック判定レベルと比較する（ノック判定）。
【００６３】
一方、爆発行程にあるのが第２または第３気筒２ｂ，２ｃ、即ち内側気筒であれば、第２のノックセンサ２９からの信号を帯域通過フィルタ２００ｃによって濾波した後に、この信号のピーク値をノック判定レベルと比較して、ノック判定を行う。なお、ノック判定レベルは、予めエンジン１の運転状態などに応じて適合した値をＥＣＵ２００のＲＡＭ２０３にテーブルやマップとして記憶させておき、ここから読み込むようにすればよい。
【００６４】
そして、ノック判定の結果、ノックセンサ２８，２９からの出力信号のピーク値がノック判定レベルよりも高く、ノッキングが起きていると判定すれば、ＥＣＵ２００のノック制御部２００ｅにより点火時期を遅角させる一方で、信号のピーク値がノック判定レベルよりも低く、ノッキングは起きていないと判定すれば、点火時期の遅角制御は行わない。この場合は通常、点火時期は僅かに進角され、これが繰り返されることで、エンジン１の点火時期は徐々にＭＢＴに近づくことになる。
【００６５】
図７は、本実施形態のエンジン１において実際にノッキングが発生したときに、第１および第２のノックセンサ２８，２９からそれぞれ出力される信号（ノック検出周波数帯の信号）の強度を比較したものである。同図の左側に示すように内側気筒（第２および第３気筒２ｂ、２ｃ）からのノック振動については、第１ノックセンサ２８からの信号の強度が第２ノックセンサ２９よりも約３５％高くなっており、同様に右側に示す外側気筒（第１および第４気筒２ａ、２ｄ）からのノック振動については、第２ノックセンサ２９からの信号の強度が第１ノックセンサ２８よりも約３５％高くなっている。
【００６６】
したがって、この第１の実施形態のノック検出装置では、多気筒エンジン１の気筒列方向外側に位置する第１、第４気筒２ａ，２ｄのノッキングを、シリンダブロック２の吸気側側壁２２において相対的に上側に配設した第１ノックセンサ２８からの信号に基づいて、精度良く検出することができる。また、気筒列方向内側に位置する第２、第３気筒２ｂ，２ｃのノッキングは、相対的に下側に配設した第２ノックセンサ２９からの信号に基づいて、精度良く検出することができる。
【００６７】
本実施形態では第１ノックセンサ２８を、シリンダブロック２の吸気側側壁２２において剛性の高い上端フランジ部２２ｂに配設しているので、第１、第４気筒２ａ，２ｄからのノック振動が冷却ジャケット２２ａの外側を迂回するようにして、効率良く伝達されると考えられる。
【００６８】
また、第２ノックセンサ２９は、冷却ジャケット２２ａの底部に対応するように配設しているので、第２、第３気筒２ｂ，２ｃからのノック振動が冷却ジャケット２２ａの下方を迂回するようにして、効率良く伝達されると考えられる。
【００６９】
特に本実施形態のエンジン１は、第１〜第４気筒２ａ〜２ｄが一体化されたサイアミーズ型のものであって、しかもオープンデッキ構造であるから、前記のような外側気筒２ａ，２ｄおよび内側気筒２ｂ，２ｃからのノック振動の伝達特性の差異が顕著になり、前記した効果が特に有効なものとなる。
【００７０】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るエンジン１のシリンダブロック２を示し、図９は、同じく第２の実施形態に係るノック制御ルーチンを示す。図８に示すように本実施形態では第１のノックセンサ２８を、シリンダブロック２の吸気側側壁２２の上端フランジ部２２ｂではなく、その少し下方の側壁外面上に配設しているが、それ以外の構造は前記第１の実施形態と同様なので、同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００７１】
そして、本実施形態の特徴は、前記第１の実施形態のようにノッキングを検出する気筒２ａ〜２ｄによって、第１および第２のノックセンサ２８，２９を切り替えるだけでなく、ノック判定のための周波数帯域も切り替えるようにしたことである。
【００７２】
すなわち、図９に示すように本実施形態では、帯域通過フィルタ２００ｃを、濾波する周波数帯域が変更可能な可変帯域通過フィルタ２００ｃとしている。この可変帯域通過フィルタ２００ｃとしては一例として、上述した特許文献１（特許第４３６４４１２号公報）に記載のスイッチトキャパシタフィルタなどを用いればよい。
【００７３】
そして、前記第１の実施形態と同様に、第１および第２ノックセンサ２８，２９からの信号（アナログ値）をセンサ信号切替部２００ａに取り込むとともに、爆発気筒判別部２００ｂにおいて現在、爆発行程にある気筒を判別して、ノック判定に用いる信号を第１および第２ノックセンサ２８，２９のいずれかに切り替える。また、爆発行程にある気筒が内側気筒２ｂ，２ｃであるか、外側気筒２ａ，２ｄであるかによって、可変帯域通過フィルタ２００ｃの信号通過帯域を切り替える。
【００７４】
具体的には、内側気筒２ｂ，２ｃのノッキングを判定する場合には、前記第１の実施形態と同様に第２ノックセンサ２９の信号から１２〜１４ｋＨｚの周波数帯域の信号を濾波する一方、外側気筒２ａ，２ｄのノッキングを判定する場合には、より高い周波数帯域（例えば１５〜１７ｋＨｚ）の信号を第１ノックセンサ２８の出力信号から濾波するように、可変帯域通過フィルタ２００ｃの信号通過帯域を切り替える。
【００７５】
これは、本発明者の実験研究の結果、図１０に模式的に示すように外側気筒２ａ，２ｄからのノック振動には、内側気筒２ｂ、２ｃと同じ周波数の共振モードの他に、より高い周波数の別の共振モードがあることが分かったからである。すなわち、１２〜１４ｋＨｚの周波数帯域にピークのある一般的なノック振動の共振モードは、同図(a)に模式的に示すように第１〜第４気筒２ａ〜２ｄが概ね同じ振幅で交互に拡大、縮小を繰り返すような振動モードであって、その共振周波数は各気筒のボア径や燃焼ガスの音速等によって決まる。
【００７６】
一方、外側気筒２ａ，２ｄに固有の共振モードは、同図(b)に模式的に示すように内側気筒２ｂ、２ｃよりも外側気筒２ａ，２ｄにおいて振幅が大きく、しかもシリンダブロック２の幅方向への振幅が大きいことが分かった。このことから、この固有の共振モードは外側気筒２ａ，２ｄの機械的な拘束が内側気筒２ｂ，２ｃに比べて弱いことによって発生していると考えられる。
【００７７】
そして、本実施形態のシリンダブロック２においては、図８のように第１ノックセンサ２８を上端フランジ部２２ｂでなく、少し下方の側壁外面上に配設した場合に、この第１ノックセンサ２８によって計測されるノック振動の大きさが、前記外側気筒２ａ，２ｄに固有の共振モードにおいて大きくなることが分かった。一例を図１１に示すように、第１ノックセンサ２８から信号の強度は、より高い周波数（図の例では約１６１００Ｈｚ）において約３５％高くなっている。
【００７８】
したがって、この第２の実施形態では前記のように、第１ノックセンサ２８からの信号に基づいて外側気筒２ａ，２ｄのノッキングを判定する際に、可変帯域通過フィルタ２００ｃの信号通過帯域を前記より高い周波数帯域（例えば１５〜１７ｋＨｚ）に切り替えることによって、ノック信号のＳ／Ｎ比が高くなり、ノック判定の精度がさらに向上する。
【００７９】
−他の実施形態−
なお、本発明は前記した第１および第２の実施形態に限定されることなく、その他の種々の実施形態および変形例を包含する。例えば前記第１、第２の実施形態では、いずれも第１および第２のノックセンサ２８，２９を気筒列方向の中央付近において上下に離間するように配設しているが、ノックセンサ２８，２９は気筒列方向における内側の範囲、即ち前記の実施形態であれば第２、第３気筒２ｂ，２ｃの範囲に配設すればよい。
【００８０】
また、前記第２の実施形態では、図９に示すように可変通過帯域フィルタ２００ｃを用いているが、これに限らず、帯域が固定された通過帯域フィルタを複数個、備えて、そのいずれかに切り替えるように構成してもよい。
【００８１】
さらに、前記第１、第２実施形態では、４つの気筒２ａを備えた自動車用の直列四気筒エンジン１に本発明を適用しているが、本発明に係るノック検出装置は、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されることなく、三気筒以上の多気筒内燃機関に適用可能である。
【００８２】
その場合に直列多気筒エンジンであれば、例えば直列三気筒エンジンであれば、両外側の１つずつの気筒が外側気筒であり、中央の１つの気筒が内側気筒である。また、直列五気筒エンジンであれば両外側の１つずつの気筒が外側気筒であり、中央の１の気筒が内側気筒であって、それ以外の２つの気筒は外側気筒および内側気筒のいずれとしてもよい。同様に直列六気筒エンジンも両外側の１つずつの気筒が外側気筒、中央の２つの気筒が内側気筒であり、それ以外の２つの気筒は外側気筒および内側気筒のいずれとしてもよい。
【００８３】
さらに、Ｖ型エンジンや水平対向エンジンでは、各バンク毎に前記と動揺にして外側、内側の気筒が決まる。一例としてＶ型エンジンに適用する場合は図１２(a)に示すように、通常はＶバンクの内側になる吸気側のシリンダ側壁において、相対的に上側に第１ノックセンサ２８を、相対的に下側に第２ノックセンサ２９を配設すればよい。そして、同図(b)に示すように第２ノックセンサ２９を２つのバンクで共用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によると、内燃機関のノッキングを精度良く検出でき、火花点火式機関であれば点火時期の制御の適正化に大きく寄与するので、自動車用の火花点火式機関に適用して極めて有益である。
【符号の説明】
【００８５】
１        エンジン（多気筒内燃機関）
２        シリンダブロック
２ａ，２ｄ    外側気筒
２ｂ，２ｃ    内側気筒
２１    シリンダライナー
２２，２３    シリンダブロックの側壁（機関側壁）
２２ａ，２３ａ    冷却ジャケット
２２ｂ    シリンダブロックの上端フランジ部
２８，２９    ノックセンサ（振動センサ）
３        シリンダヘッド
２００    ＥＣＵ
２００ａ  センサ信号切替部
２００ｂ  爆発気筒判別部
２００ｃ  帯域通過フィルタ
２００ｄ  ノック判定部
２００ｅ  ノック制御部
【図１】
2013249809.tif 000003
【図２】
2013249809.tif 000004
【図３】
2013249809.tif 000005
【図４】
2013249809.tif 000006
【図５】
2013249809.tif 000007
【図６】
2013249809.tif 000008
【図７】
2013249809.tif 000009
【図８】
2013249809.tif 000010
【図９】
2013249809.tif 000011
【図１０】
2013249809.tif 000012
【図１１】
2013249809.tif 000013
【図１２】
2013249809.tif 000014