JP2002364447A - 内燃機関用ノッキング検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の振動の変化度合に基づきノッキング
発生の有無を判定する内燃機関用ノッキング検出装置に
関し、その変化度合を高い精度で算出する。 【解決手段】筒内圧センサは、内燃機関の振動相当値と
して筒内圧を検出する。バンドパスフィルタは、筒内圧
センサからの圧力波形信号を入力してノッキング特有の
周波数帯域の信号を通過させる。電子制御装置はフィル
タを通過した圧力波形信号を基準クランク角θｂ毎にサ
ンプリングし（ステップ１１５）、クランク軸が基準ク
ランク角θｂ回転する間の筒内圧の変化量（変化度合Δ
Ｐ／Δθ）に基づき、ノッキング発生の有無を判定する
（ステップ１３５〜１５５）。圧力波形信号のサンプリ
ングに関し、サンプリング周期をノッキング発生周期の
１／４以下に設定し、かつ同サンプリング周期となるよ
うに、基準クランク角θｂをサンプリング周期及び機関
回転速度に基づき設定する（ステップ１１０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の運転に
ともない発生するノッキングを検出する内燃機関用ノッ
キング検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関においては、燃焼室内
での異常燃焼が原因で、６〜９ｋＨｚ等の周波数帯域で
ノッキングと呼ばれる圧力振動が発生する場合がある。
ノッキングは、点火プラグの電極やピストンの過熱・溶
損等の原因となり得る。そこで、ノッキングを抑制する
ための制御が行われている。この制御では、内燃機関で
発生する振動の相当値として、例えばシリンダ内の圧力
（筒内圧）がセンサによって検出される。センサから出
力された圧力波形信号はフィルタに入力され、前記周波
数帯域の信号が通過される。通過した圧力波形信号の振
動強度と、所定のノック判定レベルとが比較される。振
動強度がノック判定レベルよりも大きな場合にはノッキ
ング発生と判定される。この場合には、例えば点火時期
が遅角され、ノッキングの発生が抑制される。また、振
動強度がノック判定レベル以下の場合にはノッキングが
発生していないと判定される。この場合には、例えば点
火時期が進角され、機関出力や燃費の向上が図られる。

【０００３】ところで、上記ノッキング制御では、ノッ
キングが発生した場合、圧力波形が大きく振動する（振
幅が大きくなる）。この現象に着目し、筒内圧の変化の
度合（振動の傾き）に基づきノッキング発生の有無を判
定する方法が考えられる。この方法では、例えば、基準
クランク角毎にフィルタを通過した圧力波形信号がサン
プリングされる。クランク軸が基準クランク角回転する
間の筒内圧の変化量（筒内圧の変化度合）とノック判定
レベルとの比較により、ノッキング発生の有無が判定さ
れる。

【０００４】しかし、上記判定方法では基準クランク角
が常に一定であることから、仮にノッキングの強度が同
程度であったとしても、機関回転速度の変動にともない
前記筒内圧の変化度合が大きく変わるおそれがある。よ
り詳しくは、ノッキングによる圧力波形の振幅は、シリ
ンダボアによって決まる周波数（ノック周波数）で最大
となる。このノック周波数は、内燃機関の回転速度に依
存しない。これに対し、基準クランク角毎に筒内圧をサ
ンプリングすると、内燃機関の回転速度が変化した場
合、それにともなってサンプリング周波数及びサンプリ
ング周期が変化する。このため、仮に圧力波形の振幅が
同じであったとしても、筒内圧の変化度合が変動してし
てしまう。このような理由により、機関回転速度等の影
響を受けることなくノッキングの強度を数値化するこ
と、いわゆるノッキングを定量化することが困難であ
る。

【０００５】これに対しては、例えば、特開平２−２７
２３２８号公報に記載されているように、筒内圧のサン
プリングを時間に同期して行う、すなわち一定のサンプ
リング周期で筒内圧をサンプリングすることも考えられ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報で
は、サンプリング周期を一定にして筒内圧をサンプリン
グすることについては記載されているものの、そのサン
プリング周期を具体的にどのように設定するかについて
までは考慮されていない。そのため、サンプリング周期
の設定の仕方によっては、筒内圧の変化度合を適正に求
めることができないおそれがある。これについて図８を
用いて説明する。この図８では、圧力波形の振幅がタイ
ミングｔ１２で零となる。この零となる点（基準点）を
通り、かつ同波形に接する線分（図の二点鎖線参照）の
傾きが本来の変化度合となる。しかし、サンプリング周
期が所定値よりも大きな値に設定されると、振幅が最大
となった後のタイミングｔ１３で筒内圧がサンプリング
されたり、同振幅が最小となる前のタイミングｔ１１で
筒内圧がサンプリングされたりする。この傾向は、サン
プリング周期が大きくなるに従い強まる。従って、この
ようにサンプリングされた値に基づき筒内圧の変化度合
を求めると、本来の値から大きく外れた変化度合が求め
られてしまう。

【０００７】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、内燃機関の振動の変化度合
に基づきノッキング発生の有無を判定する内燃機関用ノ
ッキング検出装置であって、その変化度合を高い精度で
算出できるようにすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。請求
項１に記載の発明では、内燃機関の運転にともない発生
する振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段
からの振動波形信号を入力してノッキング特有の周波数
帯域の信号を通過させるフィルタ手段と、前記フィルタ
手段を通過した信号を所定のサンプリング周期でサンプ
リングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段
によりサンプリングされた信号の変化度合に基づき、ノ
ッキング発生の有無を判定する判定手段とを備える内燃
機関用ノッキング検出装置であって、前記サンプリング
手段におけるサンプリング周期が、ノッキング発生周期
の１／４（４分の１）以下の値に設定されているものと
する。

【０００９】上記の構成によれば、内燃機関の運転にと
もない発生する振動が振動検出手段によって検出され
る。振動検出手段から出力される振動波形信号はフィル
タ手段に入力され、ノッキング特有の周波数帯域の信号
が通過される。通過した信号はサンプリング手段によ
り、一定のサンプリング周期でサンプリングされる。判
定手段では、サンプリングされた振動波形信号の変化度
合（サンプリング周期当たりの信号の変化量）に基づ
き、少なくともノッキング発生の有無が判定される。こ
のようにサンプリング周期に同期したサンプリングで
は、常に一定のクランク角に同期したサンプリングとは
異なり、内燃機関の回転速度の影響を受けない。

【００１０】ここで、振動波形の振幅が零となる点（基
準点）を通り、かつ同波形に接する線分の傾きが、変化
度合の本来の（理想的な）値になる。請求項１に記載の
発明では、サンプリング周期がノッキング発生周期の１
／４以下の値に設定されている。そのため、例えば振幅
が負から正の値に変化する過程で零となる点を基準点と
した場合、前記の設定により、基準点よりも後のタイミ
ングに関しては、遅くても振幅が最大となるまでにサン
プリングが行われる。また、基準点よりも前のタイミン
グに関しては、振幅が最小となった時点又はそれ以降に
サンプリングが行われる。従って、振幅が最大となった
後にサンプリングされたり、最小となる前にサンプリン
グされたりすることがなくなる。このため、前述した本
来の値に近い、精度の高い変化度合を求めることが可能
となる。

【００１１】請求項２に記載の発明では、内燃機関の運
転にともない発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段からの振動波形信号を入力してノッキ
ング特有の周波数帯域の信号を通過させるフィルタ手段
と、前記フィルタ手段を通過した信号を、前記内燃機関
の出力軸であるクランク軸が基準クランク角回転する毎
にサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリ
ング手段によりサンプリングされた信号の変化度合に基
づき、ノッキング発生の有無を判定する判定手段とを備
える内燃機関用ノッキング検出装置であって、前記サン
プリング手段におけるサンプリング周期が、ノッキング
発生周期の１／４（４分の１）以下の値となるように設
定されるとともに、そのサンプリング周期となるよう
に、前記基準クランク角が、前記サンプリング周期及び
前記クランク軸の回転速度に基づき設定されているとす
る。

【００１２】上記の構成によれば、請求項１に記載の発
明と同様にして、内燃機関の運転にともない発生する振
動が振動検出手段によって検出される。振動検出手段か
ら出力される振動波形信号はフィルタ手段に入力され、
ノッキング特有の周波数帯域の信号が通過される。通過
した信号はサンプリング手段により、クランク軸が基準
クランク角回転する毎に、すなわちクランク角に同期し
てサンプリングされる。判定手段では、サンプリングさ
れた信号の変化度合（クランク軸が基準クランク角回転
する間に変化した信号の量）に基づき、少なくともノッ
キング発生の有無が判定される。ここで、基準クランク
角が常に一定の値であると、信号の変化度合がクランク
軸の回転速度（内燃機関の回転速度）から影響を受け
る。

【００１３】これに対し、請求項２に記載の発明では、
サンプリング周期がノッキング発生周期の１／４以下の
値に設定されているため、請求項１に記載の発明と同様
にして変化度合を正確に算出することが可能となる。さ
らに、前記サンプリング周期となるように、基準クラン
ク角が前記サンプリング周期及び前記クランク軸の回転
速度に基づいて設定されている。従って、基準クランク
角に同期してサンプリングが行われるものの、基準クラ
ンク角がクランク軸の回転速度に応じて変更されること
から、サンプリングされる値がクランク軸の回転速度か
ら影響を受けない。その結果、サンプリング周期に同期
したサンプリングと同様の効果が得られる。

【００１４】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
２に記載の発明において、前記判定手段は、前記変化度
合が所定の判定値よりも大きい場合にノッキング発生と
判定するものであるとする。

【００１５】上記の構成によれば、判定手段では、ノッ
キング発生の有無の判定に際し、信号の変化度合と所定
の判定値とが比較される。そして、変化度合が判定値よ
りも大きい場合には、内燃機関の振動が急激に変化して
いることからノッキングが発生していると判定される。

【００１６】請求項４に記載の発明では、請求項３に記
載の発明において、前記判定手段によりノッキング発生
と判定された場合、前記変化度合と前記判定値よりも大
きな第２判定値との比較によりノッキングの程度を判定
する第２判定手段をさらに備えているとする。

【００１７】上記の構成によれば、判定手段によりノッ
キングが発生していると判定された場合には、第２判定
手段において、信号の変化度合と、前記判定値よりも大
きな第２判定値とが比較される。この比較によりノッキ
ングの程度が判定される。従って、例えば、変化度合が
判定値と第２判定値との中間の値である場合には、弱い
ノッキングが発生していると判定することが可能であ
る。また、信号の変化度合が第２判定値よりも大きい場
合には、強いノッキングが発生していると判定すること
が可能である。このように、判定値のほかに第２判定値
を用いることにより、単にノッキング発生の有無を判定
できるだけでなく、ノッキングの強度をレベル分けるす
ることも可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の内燃機関用ノッキ
ング検出装置を具体化した一実施形態について、図１〜
図７に従って説明する。

【００１９】図１において二点鎖線で示す内燃機関１１
では、燃焼室内に導入され、かつピストンによって圧縮
された燃料及び空気の混合気が、点火プラグの火花によ
って着火及び燃焼される。燃焼は、火炎が混合気内を伝
わることによって行われる。この燃焼にともなう熱エネ
ルギーによってシリンダ（気筒）内でピストンが往復動
される。その往復動が回転運動に変換されて、内燃機関
１１の出力軸であるクランク軸が回転駆動される。

【００２０】上記内燃機関１１では、シリンダ内の圧力
である筒内圧Ｐが、前記燃焼にともない図２において特
性線Ｌ１で示すように変化する。筒内圧Ｐは、クランク
軸の角度であるクランク角（ＣＡ）が上死点ＴＤＣ（ピ
ストンがクランク軸から最も離れた位置）の付近となっ
たときに最大となる。このときノッキングが発生しなけ
れば、筒内圧Ｐは滑らかに変化する。

【００２１】しかし、筒内圧Ｐが最大となった後、すな
わちクランク角が上死点ＴＤＣを過ぎた後の所定期間Ｔ
において、火炎の伝播途中で圧力が異常に高くなった場
合、火炎の伝播を待たずに自己着火して一時に燃焼して
しまう、いわゆるノッキングが発生する場合がある。こ
の所定期間Ｔは、種々の条件により変化するが、概ねＡ
ＴＤＣ１０〜３０ＣＡである。ノッキングが発生した場
合、急激な燃焼によって生ずる圧力上昇が燃焼室内のガ
スを振動させ、筒内圧Ｐが小刻みに変動する（揺れ
る）。

【００２２】図２の特性線Ｌ２は、クランク角θの変化
量Δθに対する筒内圧Ｐの変化量ΔＰ（以下「筒内圧の
変化度合（ΔＰ／Δθ）」という）を示している。この
特性線Ｌ２から明らかなように、ノッキングの発生時に
は変化度合ΔＰ／Δθが非発生時よりも大きくなる。こ
の変化度合ΔＰ／Δθは、シリンダボアの径等によって
決まる周波数（６〜９ｋＨｚ、１４ｋＨｚ前後等）にお
いて特に大きくなる。この周波数はノッキング周波数ｆ
ｋとも呼ばれ、クランク軸の回転速度（以下「機関回転
速度」という）Ｎｅに依存しない。

【００２３】前述したノッキングが発生すると、燃焼ガ
スの振動により熱が伝わりやすくなる。この状態が続く
と、点火プラグの電極やピストンの過熱・溶損を招くお
それがある。

【００２４】点火時期とノッキング発生との間には密接
な関係が見られる。点火時期が早められる（進角され
る）と燃焼圧の最大値が増大し、ノッキングが発生しや
すくなる。また、点火時期ほどではないものの空燃比
（混合気における空気と燃料の重量比）とノッキング発
生との間にも一定の関係が見られる。空燃比が大きくな
る（混合気が薄くなる）とノッキングが発生しやすくな
る。

【００２５】図１に示すように、内燃機関１１には筒内
圧センサ１２が取付けられている。筒内圧センサ１２
は、内燃機関１１の振動を検出する手段として機能する
ものであり、振動の相当値として筒内圧Ｐを検出し、図
２において特性線Ｌ１で示す圧力波形信号を出力する。
筒内圧センサ１２は、バンドパスフィルタ（Band PassF
ilter、以下「ＢＰＦ」という）１３を介して電子制御
装置（Electronic Control Unit、以下「ＥＣＵ」とい
う）１４に接続されている。ＢＰＦ１３はフィルタ手段
として機能するものであり、筒内圧センサ１２からの圧
力波形信号を入力し、前記ノッキング周波数ｆｋを含む
所定周波数帯域の信号を通過させる。

【００２６】ＥＣＵ１４はマイクロコンピュータを中心
に構成されており、中央処理装置（ＣＰＵ）が、読出し
専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラ
ム、初期データ、制御マップ等に従って演算処理を行
い、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。ＣＰ
Ｕによる演算結果は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）において一時的に記憶される。ＥＣＵ１４は、ＢＰ
Ｆ１３を通過した圧力波形信号（アナログ値）をデジタ
ル値に変換するためのアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変
換器１５を備えている。

【００２７】ＥＣＵ１４には、クランク軸が一定角度回
転する毎に（一定クランク角毎に）信号を出力するクラ
ンク角センサ１６が接続されている。さらに、ＥＣＵ１
４には、前述した筒内圧センサ１２、クランク角センサ
１６以外にも、内燃機関１１の運転状態を検出する各種
センサ１７が接続されている。各種センサ１７として
は、例えば、ノッキング検出の対象となっている気筒を
特定するための気筒判別センサ、吸入空気量を検出する
吸気量センサ、冷却水温を検出する水温センサ等が挙げ
られる。これらの検出信号のうち、吸気量センサ、水温
センサ等の検出信号（アナログ値）は前記Ａ／Ｄ変換器
１５によってデジタル値に変換される。

【００２８】さらに、ＥＣＵ１４には、内燃機関１１に
設けられたイグナイタ１８、インジェクタ１９等が接続
されている。ＥＣＵ１４は、基本的には前述したクラン
ク角センサ１６及び各種センサ１７からの検出信号に基
づき点火時期、燃料噴射量等を演算し、その演算結果に
従ってイグナイタ１８、インジェクタ１９等を駆動制御
する。また、ＥＣＵ１４は、筒内圧センサ１２の検出値
に基づきノッキング発生の有無を判定するとともに、強
度をレベル分けする。

【００２９】そして、ＥＣＵ１４は前記判定結果に基づ
いて、ノッキングの抑制と、機関出力、燃費等の向上と
を両立させるための処理を行う。例えば、ノッキングが
発生していると判定した場合には、点火時期を遅角補正
することによりノッキングを抑制する。また、ノッキン
グが発生していないと判定した場合には、点火時期を進
角補正することにより機関出力や燃費を向上させる。

【００３０】次に、ノッキングを検出する手順につい
て、図３のフローチャートに従って説明する。ＥＣＵ１
４はまずステップ１０５において、クランク角センサ１
６から出力される信号に基づき、クランク角がノック判
定期間に属しているかどうかを判定する。この場合、例
えば前述したノッキングの発生が予測される上死点後の
所定期間Ｔをノック判定期間とすることができる。この
判定条件が満たされていると、ステップ１１０におい
て、サンプリング周期Ｔｓ〔秒〕及び機関回転速度Ｎｅ
〔回転／分〕に基づき、次式（１）に従って基準クラン
ク角θｂ〔ＣＡ〕を算出する。基準クランク角θｂは、
筒内圧Ｐをサンプリングする際の単位となるクランク角
である。別の表現をすると、筒内圧Ｐはこの基準クラン
ク角θｂ毎にサンプリングされる。 ここで、サンプリング周期Ｔｓは、ノッキング発生周期
Ｔｋの１／４（４分の１、すなわち０．２５）以下の値
に設定されている。ノッキング周波数ｆｋが、例えば前
述したように６〜９ｋＨｚである場合には、その逆数で
あるノッキング発生周期Ｔｋは、１６６．７〜１１１．
１マイクロ秒となる。これの１／４以下の値として、本
実施形態では、サンプリング周期Ｔｓが１９マイクロ秒
程度の値（サンプリング周波数ｆｓが５３ｋＨｚ程度の
値）に設定されている。

【００３１】次に、ステップ１１５において、前記基準
クランク角θｂ毎に筒内圧Ｐをサンプリングする（読み
込む）。ステップ１２０において、筒内圧Ｐの変化度合
ΔＰ／Δθを算出する。詳しくは、基準クランク角θｂ
毎にサンプリングした筒内圧Ｐの前回値をＰ(i-1) 、今
回値をＰ(i) とし、前回サンプリング時のクランク角を
θ(i-1) 、今回サンプリング時のクランク角をθ(i) と
すると、筒内圧Ｐの変化量ΔＰ（＝Ｐ(i) −Ｐ(i-1) ）
を、クランク角θの変化量Δθ（＝θ(i) −θ(i-1) ＝
θｂ）で除算する。この除算結果を変化度合（ΔＰ／Δ
θ）とする。

【００３２】ステップ１２５において、前記ステップ１
２０で求めた変化度合ΔＰ／Δθと前回までのピーク値
（ΔＰ／Δθ）peakとを比較する。この比較により、前
回までのピーク値（ΔＰ／Δθ）peakの方が大きい場合
にはその値を保持し、今回の変化度合ΔＰ／Δθの方が
大きい場合には、その値を新たなピーク値（ΔＰ／Δ
θ）peakとして更新する。このようにしてピーク値（Δ
Ｐ／Δθ）peakを算出する。

【００３３】ステップ１３０において、前記ノック判定
期間が終了しているか否かを判定し、満たされていない
とステップ１１５へ戻る。従って、ノック判定期間中に
わたり、基準クランク角θｂ毎に筒内圧Ｐがサンプリン
グされるとともに、その変化度合ΔＰ／Δθが算出され
ることとなる。

【００３４】ステップ１３０の判定条件が満たされてい
ると、ステップ１３５において、前記ノック判定期間の
終了時に設定されているピーク値（ΔＰ／Δθ）peakが
第１判定値Ａ以上であるか否かを判定する。第１判定値
Ａとしては、例えば、聴感上中程度の強度を有するノッ
キングが発生していると判断される場合の変化度合ΔＰ
／Δθを用いることができる。この判定条件が満たされ
ていると、ステップ１４０において、中程度の強度を有
するノッキングが発生していると判定する。

【００３５】これに対し、ステップ１３５の判定条件が
満たされていないと、続いて、ステップ１４５におい
て、前記ピーク値（ΔＰ／Δθ）peakが第２判定値Ｂ以
上であるか否かを判定する。ここで、第２判定値Ｂは第
１判定値Ａよりも小さな値に設定されている。ステップ
１４５の判定条件が満たされていると、すなわち、第２
判定値Ｂ以上、かつ第１判定値Ａ未満であると、ステッ
プ１５０において小さな強度を有するノッキングが発生
していると判定する。満たされていないと、ステップ１
５５においてノッキングが発生していないと判定する。
前記ステップ１４０，１５０，１５５のいずれかの処理
を経た後、ノッキング検出ルーチンを終了する。なお、
前記ステップ１４０，１５０，１５５の各判定結果は、
前述したように別のルーチンにおいて点火時期制御、燃
料噴射制御等に利用される。

【００３６】一方、前記ステップ１０５の判定条件が満
たされていないと、ステップ１６０で前記ピーク値（Δ
Ｐ／Δθ）peakをクリアし、その後、ノッキング検出ル
ーチンを終了する。このステップ１６０の処理は、ステ
ップ１４０，１５０，１５５のいずれかの処理を経た後
に行われてもよい。

【００３７】上述したように、ノッキング検出ルーチン
では、ＥＣＵ１４はＢＰＦ１３を通過した圧力波形信号
を基準クランク角θｂ毎にサンプリングする手段として
機能する。また、ＥＣＵ１４は、サンプリングした圧力
波形信号の変化度合ΔＰ／Δθに基づき（変化度合ΔＰ
／Δθと第１判定値Ａとの比較により）、ノッキング発
生の有無を判定する手段としても機能する。さらに、Ｅ
ＣＵ１４は、ノッキング発生と判定した場合に、変化度
合ΔＰ／Δθと第２判定値Ｂとの比較によりノッキング
の程度を判定する（ノッキング強度をレベル分けする）
手段としても機能する。

【００３８】以上詳述した本実施形態によれば、以下の
効果が得られる。 （１）所定期間Ｔ（例えばノック判定期間）において、
筒内圧Ｐの振動の振幅が小さな場合にはノッキングが発
生しておらず、大きな場合にはノッキングが発生してい
る可能性が高い。従って、前記実施形態で説明したよう
に、筒内圧Ｐの変化度合ΔＰ／Δθを求めて判定値と比
較することにより、ノッキングが発生しているかどうか
を判定することができる。

【００３９】（２）変化度合ΔＰ／Δθの算出に際し、
サンプリング周期Ｔｓ（及びサンプリング周波数ｆｓ）
を一定値に設定するとともに、そのサンプリング周期Ｔ
ｓとなるように、サンプリング周期Ｔｓ及び機関回転速
度Ｎｅに基づき基準クランク角θｂを設定している。こ
のため、基準クランク角θｂを常に一定の値とした場合
とは異なり、機関回転速度Ｎｅが変化しても、サンプリ
ング周期Ｔｓは変化しない。機関回転速度Ｎｅの変動の
影響を受けることなく、変化度合ΔＰ／Δθをより正確
に算出することができる。別の表現をすると、機関回転
速度Ｎｅの変動の影響を受けることなくノッキングの強
度を数値化すること（定量化）ができる。これにともな
い、ノッキング発生の有無、及びノッキング強度のレベ
ル分けを精度よく行うことが可能となる。

【００４０】図４〜図６の各（ａ）は、一定の基準クラ
ンク角θｂ（＝０．１ＣＡ）毎に筒内圧Ｐをサンプリン
グした場合の変化度合ΔＰ／Δθの変化を示している。
また、同図の各（ｂ）は、サンプリング周波数ｆｓがほ
ぼ一定の値（５３ｋＨｚ程度）となるように、機関回転
速度Ｎｅ毎に基準クランク角θｂを設定し、その基準ク
ランク角θｂ毎に筒内圧Ｐをサンプリングした場合の変
化度合ΔＰ／Δθの変化を示している。同図４〜図６中
の縦軸は変化度合ΔＰ／Δθを示し、横軸はサンプリン
グの回数を示している。横軸における左端の「０」は、
ノック判定期間の始期に相当し、右端は終期に相当して
いる。なお、各図（ａ），（ｂ）には、計測条件（機関
回転速度Ｎｅ、基準クランク角θｂ、サンプリング周波
数ｆｓ）が示されている。いずれの場合も、聴感による
官能評価では、中程度の強度を有するノッキングが発生
していると判定されている。従って、本来ならば、機関
回転速度Ｎｅにかかわらず変化度合ΔＰ／Δθが同程度
となり、ノッキングの発生について同じ判定結果となる
はずである。

【００４１】各図の（ａ）からは、変化度合ΔＰ／Δθ
の振幅が機関回転速度Ｎｅによって大きく異なっている
ことがわかる。具体的には、図４（ａ）では、−α〜α
の間で変化度合ΔＰ／Δθが変動しているのに対し、図
５（ａ）及び図６（ａ）ではさらに広範囲で変動してい
る。従って、この変化度合ΔＰ／Δθと判定値Ａ，Ｂと
の比較によりノッキング発生の有無を判定すると、いず
れも聴感上ではほぼ同レベル（中程度）の強度を有する
ノッキングが発生しているにもかかわらず、機関回転速
度Ｎｅによって異なった判定結果が出されるおそれがあ
る。

【００４２】これに対し各図の（ｂ）からは、機関回転
速度Ｎｅが１８００，４４００，５２００と異なってい
ても、変化度合ΔＰ／Δθの振幅は同程度となることが
わかる。従って、この変化度合ΔＰ／Δθと判定値Ａ，
Ｂとの比較によりノッキング発生の有無を判定すると、
いずれもほぼ同じ判定結果となる。

【００４３】（３）図８において説明したように、圧力
波形の振幅が零となる点（基準点）を通り、かつ同波形
に接する線分の傾きが、変化度合ΔＰ／Δθの本来の
（理想的な）値になる。本実施形態では、サンプリング
周期Ｔｓがノッキング発生周期Ｔｋの１／４以下の小さ
な値に設定されている。そのため、例えば振幅が負から
正の値に変化する過程で零となる点を基準点とした場
合、前記の設定により、基準点よりも後のタイミングに
関しては、遅くても振幅が最大となるまでにサンプリン
グが行われる。また、基準点よりも前のタイミングに関
しては、振幅が最小となった時点又はそれ以降にサンプ
リングが行われる。従って、振幅が最大となった後にサ
ンプリングされたり、最小となる前にサンプリングされ
たりすることがなくなる。

【００４４】図７は、サンプリング周期Ｔｓがノッキン
グ発生周期Ｔｋの１／４に設定された場合を示してい
る。同図において、振幅が最小となるタイミングｔ１
と、振幅が零となるタイミングｔ２，ｔ４と、振幅が最
大となるタイミングｔ３とにおいて、それぞれサンプリ
ングが行われる。

【００４５】このように、本実施形態によると、サンプ
リング周期Ｔｓを具体的にどの程度に設定するかについ
てまで考慮されていない従来技術とは異なり、前述した
本来の値に近い、精度の高い変化度合ΔＰ／Δθを求め
ることが可能となる。

【００４６】さらに、本実施形態では、前記サンプリン
グ周期Ｔｓとなるように、基準クランク角θｂが、サン
プリング周期Ｔｓ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて設定
されている。このため、基準クランク角θｂに同期して
サンプリングが行われるものの、その基準クランク角θ
ｂが機関回転速度Ｎｅに応じて変更されることにより、
サンプリング周期Ｔｓに同期したサンプリングと同様の
効果が得られる。

【００４７】（４）２種類の判定値Ａ，Ｂを用い、各判
定値Ａ，Ｂとピーク値（ΔＰ／Δθ）peakとを比較して
いる（図３のステップ１３５，１４５）。このため、単
にノッキング発生の有無を判定できるだけでなく、ノッ
キングの強度を小・中の２段階でレベル分けすることも
できる。

【００４８】（５）ノッキング発生の有無の判定、及び
ノッキングの強度のレベル分けを行う際に、ピーク値
（ΔＰ／Δθ）peakを用いている。そして、変化度合Δ
Ｐ／Δθを算出する毎に前回までのピーク値（ΔＰ／Δ
θ）peakと比較して、大きい方を今回のピーク値（ΔＰ
／Δθ）peakとしている。従って、２つの値を比較し
て、大きい方を記憶しておくだけですむため、演算手段
であるＥＣＵ１４にかかる負荷が少なくてすむ。

【００４９】なお、本発明は次に示す別の実施形態に具
体化することができる。 ・図３のノッキング検出ルーチンにおいて、ピーク値
（ΔＰ／Δθ）peakと第１判定値Ａとの比較処理（ステ
ップ１３５）に先立ち、ピーク値（ΔＰ／Δθ）peakと
第２判定値Ｂとの比較処理（ステップ１４５）を行うよ
うに変更してもよい。すなわち、第２判定値Ｂとの比較
によりノッキング発生の有無をまず判定し、ノッキング
発生と判定した場合に、第１判定値Ａとの比較を行っ
て、ノッキングの程度を判定するようにしてもよい。

【００５０】・前記実施形態において、ピーク値（ΔＰ
／Δθ）peakに代えて、ノック判定期間内に求めた変化
度合ΔＰ／Δθの平均値を求め、その平均値と判定値と
の比較により、ノッキング発生の有無を判定したり、ノ
ッキングの強度のレベル分けをしたりしてもよい。ただ
し、変化度合ΔＰ／Δθは、正の値を採る場合と負の値
を採る場合とがあるため、変化度合の絶対値に基づき平
均値を算出する必要がある。

【００５１】・前記実施形態では、基準クランク角θｂ
（可変値）に同期して筒内圧Ｐをサンプリングしたが、
一定のサンプリング周期Ｔｓ、すなわち時間に同期して
サンプリングしてもよい。この場合、サンプリング周期
Ｔｓを、ノッキング発生周期Ｔｋの１／４以下の値に設
定する。

【００５２】・判定値の種類を前記実施形態よりも多く
設定してもよい。このように設定することにより、ノッ
キングの強度をより細かくレベル分けすることができ
る。 ・前記実施形態では、振動検出手段として筒内圧センサ
を用い、そのセンサによって検出された筒内圧を振動相
当値としたが、これに代えて、内燃機関の振動を検出す
るセンサ、例えばノックセンサを振動検出手段として用
いてもよい。

【００５３】その他、前記各実施形態から把握できる技
術的思想について、それらの効果とともに記載する。 （Ａ）請求項４に記載の内燃機関用ノッキング検出装置
において、前記第２判定手段は、前記変化度合との比較
に複数種類の第２判定値を用いるものである。

【００５４】上記の構成によれば、第２判定値の種類を
多くするほど、ノッキングの強度をより細かくレベル分
けすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関用ノッキング検出装置を具体
化した一実施形態について、その概略構成を示すブロッ
ク図。

【図２】筒内圧及びその変化度合を示す波形図。

【図３】ノッキングを検出する手順を説明するフローチ
ャート。

【図４】（ａ），（ｂ）は筒内圧の変化度合を示す波形
図。

【図５】（ａ），（ｂ）は筒内圧の変化度合を示す波形
図。

【図６】（ａ），（ｂ）は筒内圧の変化度合を示す波形
図。

【図７】圧力波形におけるノッキング発生周期とサンプ
リング周期との関係を示す模式図。

【図８】圧力波形におけるノッキング発生周期とサンプ
リング周期との関係を示す模式図。

【符号の説明】

１１…内燃機関、１２…筒内圧センサ、１３…バンドパ
スフィルタ、１４…電子制御装置（ＥＣＵ）、ΔＰ／Δ
θ…変化度合、Ｔｋ…ノッキング発生周期、Ｔｓ…サン
プリング周期、Ａ…第１判定値、Ｂ…第２判定値。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の運転にともない発生する振動を
   検出する振動検出手段と、 前記振動検出手段からの振動波形信号を入力してノッキ
   ング特有の周波数帯域の信号を通過させるフィルタ手段
   と、 前記フィルタ手段を通過した信号を所定のサンプリング
   周期でサンプリングするサンプリング手段と、 前記サンプリング手段によりサンプリングされた信号の
   変化度合に基づき、ノッキング発生の有無を判定する判
   定手段とを備える内燃機関用ノッキング検出装置であっ
   て、 前記サンプリング手段におけるサンプリング周期が、ノ
   ッキング発生周期の１／４以下の値に設定されているこ
   とを特徴とする内燃機関用ノッキング検出装置。
2. 【請求項２】内燃機関の運転にともない発生する振動を
   検出する振動検出手段と、 前記振動検出手段からの振動波形信号を入力してノッキ
   ング特有の周波数帯域の信号を通過させるフィルタ手段
   と、 前記フィルタ手段を通過した信号を、前記内燃機関の出
   力軸であるクランク軸が基準クランク角回転する毎にサ
   ンプリングするサンプリング手段と、 前記サンプリング手段によりサンプリングされた信号の
   変化度合に基づき、ノッキング発生の有無を判定する判
   定手段とを備える内燃機関用ノッキング検出装置であっ
   て、 前記サンプリング手段におけるサンプリング周期が、ノ
   ッキング発生周期の１／４以下の値となるように設定さ
   れるとともに、そのサンプリング周期となるように、前
   記基準クランク角が、前記サンプリング周期及び前記ク
   ランク軸の回転速度に基づき設定されていることを特徴
   とする内燃機関用ノッキング検出装置。
3. 【請求項３】前記判定手段は、前記変化度合が所定の判
   定値よりも大きい場合にノッキング発生と判定するもの
   である請求項１又は２に記載の内燃機関用ノッキング検
   出装置。
4. 【請求項４】前記判定手段によりノッキング発生と判定
   された場合、前記変化度合と前記判定値よりも大きな第
   ２判定値との比較によりノッキングの程度を判定する第
   ２判定手段をさらに備える請求項３に記載の内燃機関用
   ノッキング検出装置。