(57)【要約】【課題】この発明は、高圧縮比の状態下で新たに発生する低周波ノッキングを精度良く検出することができる内燃機関のノック判定装置を提供することを目的とする。【解決手段】内燃機関１としてのエンジン１の振動に基づいてノッキングの発生を検出するノック検出手段を備えた内燃機関のノック判定装置であって、ノック検出手段は、第１ノックセンサＳＷ１と、該第１ノックセンサＳＷ１よりも低い周波数の振動を検出可能とする第２ノックセンサＳＷ２とからなり、該第２ノックセンサＳＷ２は、第１ノックセンサＳＷ１よりもエンジン下方の位置に設置される。【選択図】図２
2009174417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の振動に基づいてノッキングの発生を検出するノック検出手段を備えた内燃機関のノック判定装置であって、
上記ノック検出手段は、第１ノック検出手段と、
該第１ノック検出手段よりも低い周波数の振動を検出可能とする第２ノック検出手段とからなり、
該第２ノック検出手段は、上記第１ノック検出手段よりもエンジン下方の位置に設置される
内燃機関のノック判定装置。
【請求項２】
上記内燃機関は、シリンダブロック内に形成された気筒と、
該気筒内を摺動可能とするピストンとを備え、
上記第２ノック検出手段は、上記ピストンの摺動方向の振動を検出可能とする
請求項１記載の内燃機関のノック判定装置。
【請求項３】
上記内燃機関は、シリンダブロック内に形成された気筒と、
該気筒内を摺動可能とするピストンと、
該ピストンの摺動に伴って回転駆動するクランクシャフトとを備えるとともに、
上記シリンダブロックとの協働により上記クランクシャフトを支持するベアリングキャップを備えており、
上記第２ノック検出手段は、上記シリンダブロックの上記ベアリングキャップ近傍に設置される
請求項１または２記載の内燃機関のノック判定装置。
【請求項４】
上記ノック検出手段は、その検出面が、検出対象となる振動の方向に対して直交する方向に延びるように配設されるものであり、
上記第１ノック検出手段は、その検出面が上記ピストンの摺動方向に延びるようにシリンダブロック上部に配設されるとともに、
上記シリンダブロック下部には、水平方向に延設される延設部が形成され、
上記第２ノック検出手段は、その検出面が上記ピストンの摺動方向と直交する方向に延びるように上記延設部に配設される
請求項２記載の内燃機関のノック判定装置。
【請求項５】
内燃機関の振動に基づいてノッキングの発生を検出するノック検出手段を備えた内燃機関のノック判定装置であって、
上記内燃機関は、シリンダブロック内に形成された気筒と、
該気筒内を摺動可能とするピストンと、
該ピストンの摺動に伴って回転駆動するクランクシャフトと、
該ピストンの摺動方向の振動を検出可能とするノック検出手段とを備えるとともに、
上記シリンダブロックとの協働により上記クランクシャフトを支持するベアリングキャップを備えており、
上記ノック検出手段は、１〜４ｋＨｚの周波数の振動を検出可能とし、
上記ベアリングキャップ近傍に設置されている
内燃機関のノック判定装置。
【請求項６】
上記ノック検出手段は、その検出面が、検出対象となる振動の方向に対して直交する方向に延びるように配設されるものであり、
上記シリンダブロックには、水平方向に延設される延設部が形成され、
上記ノック検出手段は、その検出面が上記ピストンの摺動方向と直交する方向に延びるように上記延設部に配設される
請求項５記載の内燃機関のノック判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の振動に基づいてノッキングの発生を検出するノック検出手段を備えた内燃機関のノック判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車のエンジン等の内燃機関では、その圧縮比を高くすればより高いトルクを得られることが知られている。しかしながら、内燃機関の圧縮比を高く設定した場合には、ノッキングの発生が問題となる。
【０００３】
そこで、従来から、内燃機関の振動に基づいてノッキングの発生を検出するノック検出手段を備え、このノック検出手段によってノッキングが検出された時には、点火プラグの点火タイミングをリタード（遅角）させる方向にフィードバック制御することでノッキングの抑制を図ることが提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、下記特許文献１、２では、ノッキングの発生に伴い約７〜１４ｋＨｚの周波数の振動が発生するとしており、ノック検出センサとしては、この周波数帯域の振動を検出可能とするものが設けられている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−３５２３２号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ノッキングと圧縮比との関係について、さらにはノッキングと点火タイミングとの関係について解析を行ったところ、本発明者による鋭意研究の結果、ノッキングが発生し得る高圧縮比の状態下で点火タイミング変更の遅れや、部品精度のばらつき等の原因によって点火タイミングが早まってしまうと、燃焼時の筒内圧が上昇してしまい、上記特許文献１、２に開示された周波数帯域よりもさらに低い周波数（約１〜４ｋＨｚ）の振動を伴う所謂低周波ノッキングを引き起こし易くなることが分かった。
【０００７】
また、本発明者は、さらなる解析の結果、この低周波ノッキングについて、振動の周波数のみならず、振動の発生場所や振動の方向が上記特許文献１、２にて開示されている所謂高周波ノッキングの場合と異なることを見出した。
【０００８】
従って、上記特許文献１、２に開示されているようなノック検出センサを用いた場合には、上述した低周波ノッキングを精度良く検出することができないことになる。
【０００９】
また、このような低周波のノッキングが発生した場合、その振動の周波数次第では、車両の乗員等によって聞き取ることができる程度の異音を生じさせることが分かっており、この点も問題となっている。
【００１０】
この発明は、高圧縮比の状態下で新たに発生する低周波ノッキングを精度良く検出することができる内燃機関のノック判定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の内燃機関のノック判定装置は、内燃機関の振動に基づいてノッキングの発生を検出するノック検出手段を備えた内燃機関のノック判定装置であって、上記ノック検出手段は、第１ノック検出手段と、該第１ノック検出手段よりも低い周波数の振動を検出可能とする第２ノック検出手段とからなり、該第２ノック検出手段は、上記第１ノック検出手段よりもエンジン下方の位置に設置されるものである。
【００１２】
この構成によれば、従来から知られている高周波ノッキングを検出する第１ノック検出手段よりもエンジン下方に設置することで、従来通り高周波ノッキングを検出するとともに、本発明者による鋭意研究の結果発見された、高圧縮比の状態下で発生する低周波ノッキングが、その振動が殆ど減衰せずにエンジン下方に伝播され、エンジン下方に重点的に作用していることから、これを精度良く検出することができる。
【００１３】
この発明の一実施態様においては、上記内燃機関が、シリンダブロック内に形成された気筒と、該気筒内を摺動可能とするピストンとを備え、上記第２ノック検出手段は、上記ピストンの摺動方向の振動を検出可能とするものである。
【００１４】
この構成によれば、低周波ノッキング発生時特有の、ピストン摺動方向の振動をより確実に検出することができる。
【００１５】
この発明の一実施態様においては、上記内燃機関が、シリンダブロック内に形成された気筒と、該気筒内を摺動可能とするピストンと、該ピストンの摺動に伴って回転駆動するクランクシャフトとを備えるとともに、上記シリンダブロックとの協働により上記クランクシャフトを支持するベアリングキャップを備えており、上記第２ノック検出手段は、上記シリンダブロックの上記ベアリングキャップ近傍に設置されるものである。
【００１６】
この構成によれば、ベアリングキャップ近傍の部位で顕著に現れる低周波ノッキングをより確実に検出することができる。
【００１７】
この発明の一実施態様においては、上記ノック検出手段の検出面が、検出対象となる振動の方向に対して直交する方向に延びるように配設されるものであり、上記第１ノック検出手段は、その検出面が上記ピストンの摺動方向に延びるようにシリンダブロック上部に配設されるとともに、上記シリンダブロック下部には、水平方向に延設される延設部が形成され、上記第２ノック検出手段は、その検出面が上記ピストンの摺動方向と直交する方向に延びるように上記延設部に配設されるものである。
【００１８】
この構成によれば、高周波ノッキングを検出するために従来から使用されている第１ノック検出手段と同種のものを適宜傾斜させ、ピストン摺動方向の振動を検出することが可能になる。これにより、従来のノック検出手段をそのまま利用でき、コスト面で有利となる。
【００１９】
この発明の内燃機関のノック判定装置は、内燃機関の振動に基づいてノッキングの発生を検出するノック検出手段を備えた内燃機関のノック判定装置であって、上記内燃機関は、シリンダブロック内に形成された気筒と、該気筒内を摺動可能とするピストンと、該ピストンの摺動に伴って回転駆動するクランクシャフトと、該ピストンの摺動方向の振動を検出可能とするノック検出手段とを備えるとともに、上記シリンダブロックとの協働により上記クランクシャフトを支持するベアリングキャップを備えており、上記ノック検出手段は、１〜４ｋＨｚの周波数の振動を検出可能とし、上記ベアリングキャップ近傍に設置されているものである。
【００２０】
この構成によれば、１〜４ｋＨｚの周波数の振動を検出可能とするノック検出手段により、本発明者による鋭意研究の結果発見された、高圧縮比の状態下で新たに発生する低周波ノッキングが、その振動が殆ど減衰せずにエンジン下方に伝播され、エンジン下方に重点的に作用していることから、これを精度良く検出することができる。
【００２１】
この発明の一実施態様においては、上記ノック検出手段の検出面が、検出対象となる振動の方向に対して直交する方向に延びるように配設されるものであり、上記シリンダブロックには、水平方向に延設される延設部が形成され、上記ノック検出手段は、その検出面が上記ピストンの摺動方向と直交する方向に延びるように上記延設部に配設されるものである。
【００２２】
この構成によれば、高周波ノッキングを検出するために従来から使用されているノック検出手段と同種のものを適宜傾斜させ、ピストン摺動方向の振動を検出することが可能になる。これにより、従来のノック検出手段をそのまま利用でき、コスト面で有利となる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、第１ノック検出手段よりも低い周波数の振動を検出可能とする第２ノック検出手段を上記第１ノック検出手段よりもエンジン下方の位置に設置することで、本発明者による鋭意研究の結果発見された、高圧縮比の状態下で発生する低周波ノッキングが、その振動が殆ど減衰せずにエンジン下方に伝播され、エンジン下方に重点的に作用していることから、これを精度良く検出することができる。
【００２４】
また、この発明によれば、１〜４ｋＨｚの周波数の振動を検出可能とするノック検出手段により、上記低周波ノッキングを精度良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】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。  
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関のノック判定装置を備えた４サイクル火花点火式ガソリンエンジン１の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１に係るエンジン本体２の一つの気筒の構造を示す断面略図である。
【００２６】
図１及び図２に示す火花点火式ガソリンエンジン１は、エンジン本体２と、このエンジン本体２を制御するためのコントロールユニット１００（図２参照）とを備えている。
【００２７】
エンジン本体２は、ベアリングキャップ２０との協働によりクランクシャフト２１（図２参照）を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に配置されたシリンダヘッド２３とを一体的に有しており、これらシリンダブロック２２及びシリンダヘッド２３には、図２に示すような複数の気筒２４が設けられている。
【００２８】
ベアリングキャップ２０及びシリンダブロック２２には、それぞれ略半円形状の軸受面２０ａ、２２ａが形成されている。そして、両軸受面２０ａ、２２ａを組み合わせることにより図示のような円形状の軸受部が構成され、これによってクランクシャフト２１を支持している。
【００２９】
各気筒２４には、コンロッド２５を介してクランクシャフト２１に連結されたピストン２６と、ピストン２６が気筒２４内に形成する燃焼室２７とが設けられている。
【００３０】
図２に示すように、本実施形態に係るエンジン本体２は、クランクシャフト２１の回転方向が右回りになる側（即ち図２の状態）から見て気筒２４のシリンダボア中心Ｚがクランクシャフト２１の回転中心Ｏから右側にオフセットしている。
【００３１】
シリンダヘッド２３の下面には、気筒２４毎に燃焼室２７の天井部が構成され、この天井部は中央部分からシリンダヘッド２３の下端まで延びる２つの傾斜面を有するいわゆるペントルーフ型となっている。
【００３２】
各気筒２４には、シリンダヘッド２３に固定され、燃焼室２７内にスパークを発する３個の点火プラグ３４が配設されている。各点火プラグ３４は、ピストン２６の稜線部分と平行なシリンダ直径沿いに並んでおり、中央のものがシリンダボア中心Ｚ上に配置され、両側のものが燃焼室２７の側縁に配置されている。各点火プラグ３４には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路３５が接続されており、この点火回路３５がコントロールユニット１００に制御されることにより、点火プラグ３４は、選択的に点火制御されるようになっている。
【００３３】
燃焼室２７の天井部を構成する一方の傾斜面（図２において右側の傾斜面）２７ａには各々独立した２つ一組の吸気ポート２８が開口し、また、他方の傾斜面（図２において左側の傾斜面）２７ｂには２つの排気ポート２９が開口しており、各ポート２８、２９の開口端に吸気弁３０及び排気弁３１が設けられている。前記吸気ポート２８は、それぞれ燃焼室２７から図２の右斜め上方に直線的に延びるストレートポートであり、図２に示す断面で吸気上流側ほどシリンダボア中心Ｚから離れるような形状とされている。
【００３４】
本実施形態においては、吸気ポート２８に開口するポート噴射式の燃料噴射弁３２がシリンダヘッド２３内に設けられている。燃料噴射弁３２は、コントロールユニット１００からの燃料噴射パルスを受けて、このパルス幅に対応する燃料を各気筒２４の吸気行程にて吸気ポート２８を介し燃焼室２７に噴射するように構成されている。
【００３５】
このようなエンジン１においては、ピストン２６が気筒２４内を上下に摺動可能であり、先ず吸気行程において吸気弁３０が開くとともに、ピストン２６が降下する。それに伴って吸気ポート２８から燃焼室２７内に混合気が負圧吸引される。
【００３６】
続く圧縮行程において吸気弁３０が閉じるとともに、ピストン２６が上昇する。それに伴って、燃焼室２７内の空気が圧縮され、温度と圧力が上昇する。圧縮行程の終盤、つまりピストン２６が上死点付近まで上昇したとき、点火プラグ３４の電極から火花が飛ばされる。その火花によって点火プラグ３４の電極付近の混合気が着火し、火炎核が形成される。
【００３７】
続く膨張行程では、火炎核の火炎面が略球状に拡がりながら燃焼が進行する。燃焼によって急速に高められた筒内圧力によってピストン２６が押し下げられる。ピストン２６を押し下げる力がコンロッド２５等を介してクランクシャフト２２の回転駆動力となる。
【００３８】
続く排気行程では排気弁３１が開くとともにピストン２６が上昇に転じる。ピストン２６の上昇によって既燃ガス（排ガス）が排気ポート２９から押し出され、排出される。
【００３９】
以上の吸気、圧縮、膨張及び排気からなる４行程を繰り返すことによってエンジンが連続運転される（４サイクルエンジン）。
【００４０】
また、各気筒２４の吸気弁３０及び排気弁３１には、それぞれ公知のタペットユニット３６が設けられている。タペットユニット３６は、シリンダヘッド２３に設けられた動弁機構のカム軸３７、３８のカム３７ａ、３８ａによって、周期的に駆動されるものである。
【００４１】
また、吸気弁３０に対する動弁機構には、吸気弁３０の開閉タイミングを変更可能とする可変バルブタイミング機構４０が設けられている。この可変バルブタイミング機構４０は、吸気弁開時期を吸気上死点付近とする第１のタイミングとこれよりも吸気弁開時期を進角させた第２のタイミングとにわたり、運転状態に応じてバルブタイミングを変更するものである。
【００４２】
ところで、シリンダブロック２２には、エンジン本体２０の運転状態を検出するために様々なセンサが配設されている。コントロールユニット１００は、各種センサからの検出信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判定する運転状態判定手段を機能的に構成している。
【００４３】
このコントロールユニット１００には、エンジン１の振動に基づいて後述するノッキングの発生を検出する第１、第２ノックセンサＳＷ１、ＳＷ２の他、クランクシャフト２１の回転数を検出するクランク角センサ（不図示）や冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ（不図示）等が入力要素として接続されている。
【００４４】
また、このコントロールユニット１００には、燃料噴射弁３２、点火回路３５の他、可変バルブタイミング機構４０、スロットルバルブのアクチュエータ（不図示）等が制御要素として接続されている。
【００４５】
ここで、第１、第２ノックセンサＳＷ１、ＳＷ２は、例えば圧電素子により構成される公知のセンサ手段であり、いずれもそのその検出面ＳＷ１ａ、ＳＷ２ａ（図１参照）が、検出対象となる振動の方向に対して直交する方向に延びるように配設されるものである。
【００４６】
このうち、第１ノックセンサＳＷ１は、気筒列方向の略中央部にてシリンダブロック２２の外壁上部に取付けられ、図２に示す燃焼室２７と略同じ高さ位置に配設されている。そして、第１ノックセンサＳＷ１の検出面ＳＷ１ａは、ピストン２６の摺動方向（本実施形態では上下方向）に延びている。
【００４７】
一方、シリンダブロック２２の外壁下部には、気筒列方向の略中央部にて水平方向に延設された延設部２２ｂが形成されており、この延設部２２ｂにはボス部１２２が立設されている。第２ノックセンサＳＷ２は、ボルト１２３（図２参照）によりボス部１２２に固定され、ベアリングキャップ２０近傍に設置されている。
【００４８】
また、第２ノックセンサＳＷ２は、その検出面ＳＷ２ａが、延設部２２ｂ上にてピストン２６の摺動方向と直交する方向に延びるように配設されている。
【００４９】
次に、図３、図４を参照して、エンジン１におけるノッキング発生のメカニズムについて説明する。図３は、高負荷運転時におけるノッキング発生状態の一例を示すグラフであり、図４は、エンジンにおけるノッキング発生のメカニズムを説明するためのエンジン本体２の断面略図である。
【００５０】
例えば、図３に示すように、通常のエンジンにおいて広く採用されている圧縮比（ε＝１１）（図中一点鎖線で示す）では、点火タイミングを圧縮上死点前４°に設定するとノッキングは生じないが、高圧縮比（ε＝１３）（図中二点鎖線で示す）の場合には、点火タイミングが圧縮上死点前４°であってもノッキングは発生する。
【００５１】
また、高圧縮比（ε＝１３）の状態下で点火タイミングが早まった場合について見てみると、この場合、燃焼室２７の温度がより高い時点で点火されることになるため、図中太実線で示すように、燃焼室２７内の筒内気圧がさらに高まり、これによってより高いトルクを得ることができる。しかしながらその反面、ノッキングはより発生し易くなる。
【００５２】
そこで、本発明者は、ノッキングと圧縮比との関係について、さらにはノッキングと点火タイミングとの関係について解析を行った。その結果、高圧縮比の状態下において図中二点鎖線で示す場合よりも点火タイミングが早まると、さらに燃焼時の筒内圧が上昇してしまい、図中二点鎖線で示す場合に発生するノッキングに加え、これとは異なる特性を有するノッキングが、図中太実線の場合に新たに発生することを発見した。
【００５３】
通常、燃焼室２７における燃焼は、上述したように、点火プラグ３４の電極付近の混合気が着火し、火炎核が形成され、火炎が伝播することにより発生する。
【００５４】
これに対し、ノッキングは、燃焼室２７が高圧縮比の状態下である故に燃焼室２７を形成する気筒２４の内周壁（シリンダボア）が過剰に高温となり、上述した火炎核が形成されていないにも関わらず図４中×印で示す位置、つまり上記内周壁近傍で混合気が自然着火する現象である。
【００５５】
この時、一般的には、図４中太実線の矢印Ｘで模式的に示すように、シリンダブロック２２上部にて燃焼室２７内を往復する衝撃波が発生すると考えられている。この衝撃波は、図示のようにシリンダボアの内周壁の間を往復することによってピストン２６の摺動方向と直交する方向に振幅を有し、主にシリンダブロック２２の上部において、約７〜１４ｋＨｚの周波数の振動となって顕著に現れることが既に知られている。
【００５６】
一方、高圧縮比の状態下で点火タイミングが早まった場合に新たに発生するノッキングでは、図４中太実線の矢印Ｙで模式的に示すように、シリンダブロック２２下部の、ベアリングキャップ２０周辺に衝撃波が発生すると考えられている。そして、本発明者による解析の結果、このベアリングキャップ２０周辺の衝撃波は、燃焼室２７にて発生するノッキングの衝撃波よりもはるかに低周波の振動を伴うものであって、その周波数が約１〜４ｋＨｚの帯域内であることが分かった。
【００５７】
これは、燃焼室２７にて発生する衝撃波には様々な周波数成分が含まれており、そのうち低周波成分のみが殆ど減衰されることなくピストン２６、コンロッド２５及びクランクシャフト２１を介して下方に伝播されることが原因であると考えられる。
【００５８】
また、この低周波成分の振動（以下、低周波ノッキングという）は、本発明者による解析の結果、燃焼室２７にて発生する公知のノッキング（以下、高周波ノッキングという）の場合とは異なり、ピストン２６の摺動方向に振幅を有する振動となって現れることが分かった。これは、上死点通過後のクランク角が小さい（図３中の角度θ０°参照）タイミングで低周波ノッキングが発生することが原因であると考えられる。
【００５９】
低周波ノッキング発生時には、クランク角が小さいために、クランクシャフト２１の回転中心Ｏを通る垂直線Ｌ１とコンロッド２５の中心線ＣＬとがなす角度αが小さい。ここで、図４中の矢印Ｆは、低周波ノッキングによりベアリングキャップ２０の軸受面２０ａに作用する荷重の方向を示すものであるが、上述のように角度αが小さい時には、ピストン２６の摺動方向の成分ＦＵＮの比率が、ピストン２６の摺動方向と直交する方向の成分ＦＣＲに比べてはるかに大きい。従って、低周波ノッキング発生時には、主に成分ＦＵＮの荷重がベアリングキャップ２０に作用し、これによりベアリングキャップ２０近傍にてピストン２６の摺動方向に振幅を有する振動が生じると考えられる。
【００６０】
なお、本発明者による解析の結果、低周波ノッキングに伴う振動は、クランク角が約１０〜２０°の時に特に顕著に現れることが分かった。
【００６１】
図５は、エンジン１の各気筒２４、２４、…内でのノッキング発生時の荷重分布をＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）によりシミュレーション解析した結果を示すグラフであり、（ａ）は、低周波ノッキングの発生により作用する荷重の分布を示し、（ｂ）は、高周波ノッキングの発生により作用する荷重の分布を示している。
【００６２】
図５（ａ）では、いずれの気筒２４、２４、…においても、低周波ノッキングの発生により作用する荷重の約６割が軸受部（ベアリングキャップ２０周辺）側に作用し、残りの約４割が燃焼室２７側に作用することを示している。その一方、図５（ｂ）では、いずれの気筒２４、２４、…においても、高周波ノッキングの発生により作用する荷重の約６割が燃焼室２７側に作用し、残りの約４割が軸受部（ベアリングキャップ２０周辺）に作用することを示している。
【００６３】
つまり、図５に示す解析結果は、高周波ノッキング、低周波ノッキングにより発生する荷重がそれぞれシリンダブロック２２の上部、下部に重点的に作用しており、低周波ノッキングに伴う振動が高周波ノッキングの場合とは異なる位置で顕著に現れることを裏付けている。
【００６４】
また、本発明者は、低周波ノッキングの特性を様々な観点から解析した結果、上述した低周波ノッキングが原因となってエンジン１の前部に異音が発生することを発見した。図６は、エンジン１の前部で発生する音（エンジンフロント音）の測定波形、並びにエンジン１の各部位の振動測定波形を示す図である。図６では、特にエンジンフロント音の波形にピークが現れる時点と、シリンダブロック２２の下部、即ちベアリングキャップ２０周辺の振動波形にピークが現れる時点とが略一致している。この測定結果により、低周波ノッキングの振動が主要因となってエンジン１の前部に異音が発生しているものと推定できる。
【００６５】
図７は、振動波形の周波数と異音の強さとの関係を示すグラフであり、同図では低周波ノッキングが発生した場合と、そうでない場合の２つのグラフを示している。一般的に、人間が自身の聴覚によって聞き取ることができる音の周波数帯は約１〜４ｋＨｚであることが知られている。ここで、低周波ノッキングが発生した場合の波形を見てみると、異音の強さは、低周波ノッキングが発生していない場合と比べ、特に人間が聞き取ることができる周波数帯域において大きな値を示している。このことから、低周波ノッキングにより発生する異音は人間が聞き取り易いものであって、車両の乗員等に著しい不快感を与える虞があると考えられる。
【００６６】
そこで、本発明者は、上述した様々な解析結果や測定結果に基づき、従来から知られている高周波ノッキングを検出可能とする第１ノックセンサＳＷ１をシリンダブロック２２の上部に設置するとともに、本発明者により新たに発見された低周波ノッキングを検出可能とする第２ノックセンサＳＷ２を、新たにシリンダブロック２２の下部に設置することとした。
【００６７】
図８は、ノッキングを検出するための制御系統を示すブロック図である。第１、第２ノックセンサＳＷ１、ＳＷ２は、図８に示すように、いずれもコントロールユニット１００を構成するインターフェース回路１０１、１０２を介してバンドパスフィルタ１０３、１０４に検出信号を出力可能としている。
【００６８】
コントロールユニット１００では、第１、第２ノックセンサＳＷ１、ＳＷ２から出力される信号を処理すべく、インターフェース回路１０１、１０２、バンドパスフィルタ１０３、１０４の他に、ピークホールド回路１０５及びＣＰＵ１０６等を備えている。
【００６９】
バンドパスフィルタ１０３、１０４は、特定周波数帯域の信号のみを通過させるものであり、互いにその周波数帯域は異なっている。
【００７０】
第１ノックセンサＳＷ１に対応するバンドパスフィルタ１０３は、７〜１４ｋＨｚの周波数帯域の信号のみを通過させるようになっており、上記高周波ノッキングの周波数成分の信号のみを抽出することを可能にしている。
【００７１】
一方、第２ノックセンサＳＷ２に対応するバンドパスフィルタ１０４は、１〜４ｋＨｚの周波数帯域の信号のみを通過させるようになっており、上記低周波ノッキングの周波数成分の信号のみを抽出することを可能にしている。
【００７２】
次に、図９を参照して、コントロールユニット１００によるノッキング判定制御例について説明する。図９は、本実施形態におけるノッキング判定制御例を示すフローチャートである。
【００７３】
先ず、コントロールユニット１００は、各ノックセンサＳＷ１、ＳＷ２から出力される振動検出信号をインターフェース回路１０１、１０２にて受信する（ステップｓ１）。そして、バンドパスフィルタ１０３、１０４は、ノックセンサＳＷ１、ＳＷ２から出力される信号のうち、それぞれ高周波ノッキング、低周波ノッキングに対応する特定周波数帯域の信号のみを抽出する（ステップｓ２）。
【００７４】
そして、このようにして抽出された信号のうち、振動レベルの高い信号がピークホールド回路１０５により保持され（ステップｓ３）、信号のピーク値がＣＰＵ１０６において予め設定された閾値と比較される（ステップｓ４）。
【００７５】
ここで、ピークホールド回路１０５により保持されたピーク値が所定値以上であった時（ステップｓ４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０６はノッキングが発生したものと判定し（ステップｓ５）、処理をリターンする一方、上記ピーク値が所定値未満であった時には（ステップｓ４：ＮＯ）、ノッキングは発生していないものと判定し、処理をリターンする。
【００７６】
ここで、ステップｓ５においてノッキング発生の判定がなされた時には、コントロールユニット１００は、点火プラグ３４の点火タイミングをリタード（遅角）させる方向に点火回路３５をフィードバック制御する。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態では、従来から知られている高周波ノッキングを検出する第１ノックセンサＳＷ１を、衝撃波の減衰が少ないシリンダブロック２２の上部に設置するとともに、該第１ノックセンサＳＷ２よりも低い１〜４ｋＨｚの周波数帯域の振動を検出可能とする第２ノックセンサＳＷ２を、第１ノックセンサＳＷ１よりもエンジン下方に設置することで、従来通り高周波ノッキングを検出するとともに、本発明者による鋭意研究の結果発見された、高圧縮比の状態下で発生する低周波ノッキングを精度良く検出することができる。
【００７８】
また、第２ノックセンサＳＷ２で、特に１〜４ｋＨｚの周波数帯域の振動を検出可能とすることにより、低周波ノッキングに起因する異音の発生を確実に検出することができる。このため、上記検出に基づいて点火プラグ３４の点火タイミングを適宜リタードさせるようにすれば、異音の発生を確実に抑制することができる。
【００７９】
また、第２ノックセンサＳＷ２は、その検出面ＳＷ２ａがピストン２６の摺動方向と直交する方向に延びていることで、ピストン２６の摺動方向の振動を検出可能としている。これにより、低周波ノッキング発生時特有の、ピストン摺動方向の振動をより確実に検出することができる。
【００８０】
また、シリンダブロック２２において水平方向に延設される延設部２２ｂを形成し、第２ノックセンサＳＷ２を、その検出面ＳＷ２ａがピストン２６の摺動方向と直交する方向に延びるように延設部２２ｂ上に配設することで、高周波ノッキングを検出するために従来から使用されている第１ノックセンサＳＷ１と同種のものを適宜傾斜させ、ピストン摺動方向の振動を検出することが可能になる。これにより、従来のノックセンサをそのまま利用でき、コスト面で有利となる。
【００８１】
また、第２ノックセンサＳＷ２がベアリングキャップ２０の近傍に配置されることにより、その部位で顕著に現れる低周波ノッキングをより確実に検出することができる。
【００８２】
なお、上述した実施形態では、第１ノックセンサＳＷ１と同種のものを適宜傾斜させることで低周波ノッキング検出用の第２ノックセンサＳＷ２を構成しているが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、検出面の延び方向の振動を検出可能に構成されたセンサを用いてもよく、図１０に示すＳＷ２’のように、検出面ＳＷ２ａ’の延び方向がピストン２６（図２等参照）の摺動方向を向くようにシリンダブロック２２の外周壁に取付けられる構成であってもよい。
【００８３】
ここで、図１０に示す実施形態を含め、ノックセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ２’のいずれもが、エンジン１の気筒列方向の略中央部に設置されているが、これにより、各気筒２４でランダムに発生するノッキングを偏り無く確実に検出することができる。
【００８４】
なお、図１０に示す他の実施形態において、図１〜図９を参照して説明した第１実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００８５】
ところで、上述した実施形態では、ノックセンサＳＷ１、ＳＷ２（ＳＷ２’）により検出された信号からそれぞれバンドパスフィルタ１０３、１０４により特定周波数帯域の信号のみを抽出することとしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ノックセンサＳＷ１により検出される信号から７ｋＨｚ以上の周波数の信号のみを抽出可能とするハイパスフィルタと、ノックセンサＳＷ２により検出される信号から４ｋＨｚ以下の周波数の信号のみを抽出可能とするローパスフィルタとを備える構成であってもよい。
【００８６】
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の内燃機関は、エンジン１に対応し、
以下同様に、
第１ノック検出手段は、第１ノックセンサＳＷ１に対応し、
第２ノック検出手段は、第２ノックセンサＳＷ２、ＳＷ２’に対応し、
ピストンの摺動方向の振動を検出可能とするノック検出手段は、第２ノックセンサＳＷ２、ＳＷ２’に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】この発明の実施形態に係る内燃機関のノック判定装置を備えた４サイクル火花点火式ガソリンエンジンの概略構成を示す斜視図。
【図２】図１に係るエンジン本体の一つの気筒の構造を示す断面略図。
【図３】高負荷運転時におけるノッキング発生状態の一例を示すグラフ。
【図４】エンジンにおけるノッキング発生のメカニズムを説明するためのエンジン本体の断面略図。
【図５】エンジンの各気筒内でのノッキング発生時の荷重分布をＣＡＥによりシミュレーション解析した結果を示すグラフであり、（ａ）低周波ノッキングの発生により作用する荷重の分布を示すグラフ、（ｂ）高周波ノッキングの発生により作用する荷重の分布を示すグラフ。
【図６】エンジンの前部で発生する音（エンジンフロント音）の測定波形、並びにエンジンの各部位の振動測定波形を示す図。
【図７】振動波形の周波数と異音の強さとの関係を示すグラフ。
【図８】ノッキングを検出するための制御系統を示すブロック図。
【図９】この発明の実施形態に係る内燃機関のノック判定装置におけるノッキング判定制御例を示すフローチャート。
【図１０】この発明の他の実施形態に係る内燃機関のノック判定装置を備えた４サイクル火花点火式ガソリンエンジンの概略構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００８８】
１…エンジン
２０…ベアリングキャップ
２１…クランクシャフト
２２…シリンダブロック
２２ｂ…延設部
２４…気筒
２６…ピストン
ＳＷ１…第１ノックセンサ
ＳＷ２、ＳＷ２’…第２ノックセンサ
ＳＷ１ａ、ＳＷ２ａ、ＳＷ２ａ’…検出面
【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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