JP2006348764A - 内燃機関のノッキング判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズ成分による振動の影響を抑制して、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定する。
【解決手段】 エンジンＥＣＵは、各点火サイクルにおいて、第２の周波数帯Ｂにおけるノックセンサ３００の出力電圧値の積算値を算出するステップ（Ｓ１０２）と、第２の周波数帯Ｂにおける積算値を対数変換した値の標準偏差（２）と予め定められた係数との積を、第２の周波数帯Ｂにおける積算値を対数変換した値の中央値（２）に加算して、第２の周波数帯Ｂにおける判定値ＶＫＤ（２）を算出するステップ（Ｓ１１２）と、第２の周波数帯Ｂの積算値を対数変換した値のうち、判定値ＶＫＤ（２）よりも大きい値がある場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ノッキングが発生した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６

Description

本発明は、内燃機関のノッキング判定装置に関し、特に、予め定められた周波数帯における内燃機関の振動の強度に関する強度値を、複数の点火サイクルにおいて検出することによりノッキングが発生したか否かを判定する技術に関する。

従来より、内燃機関において発生するノッキングを検出する様々の方法が提案されている。それらのうち、ノッキング発生時に特有の振動を検出することにより、ノッキングを検出するものがある。

特開２００３−３５１９４号公報（特許文献１）は、内燃機関の運転にともない発生する振動をセンサで検出し、検出した振動波形信号からノッキング特有の周波数帯域の信号をフィルタで濾波し、濾波後の振動強度及び前回算出値に基づき、振動強度の度数分布における平均値及び標準偏差をそれぞれ擬似的に算出し、それらの擬似平均値及び擬似標準偏差を用いて設定したノック判定レベルと振動強度との比較によりノッキングを検出するとともに、内燃機関の運転状態が所定の切替え状態となった場合にフィルタの濾波周波数帯域を切替えるようにした内燃機関用ノッキング検出装置を開示する。このノッキング検出装置は、予め定められた濾波周波数帯域で算出された擬似平均値及び擬似標準偏差を再度同一の濾波周波数帯域で濾波されるまで保持する保持部と、同一の濾波周波数帯域に切替えられたとき、保持部により保持された擬似平均値及び擬似標準偏差を、切替え直後における前回算出値の初期値として設定する初期値設定部とを含む。振動強度には、濾波された信号の最大値をデジタル値に変換された値が用いられる。

この公報に記載の内燃機関用ノッキング検出装置によれば、予め定められた濾波周波数帯域で算出された擬似平均値及び擬似標準偏差は、再度同一の濾波周波数帯域で濾波されるまでの期間にわたり、保持手段により保持される。そして、初期値設定手段では、同一の濾波周波数帯域に切替えられた場合、保持手段で保持された擬似平均値及び擬似標準偏差が、切替え直後における濾波周波数帯域での前回算出値の初期値として設定される。設定された初期値は、切替え直後の理想的な値に近い。このため、前回算出値が適正な値となるまでに要する擬似平均値及び擬似標準偏差の演算回数が少なくてすむ。擬似平均値及び擬似標準偏差は、切替え後短時間で理想的な値に近づく。従って、濾波周波数帯域の切替え後の早い時期から、濾波周波数帯域に適合した擬似平均値及び擬似標準偏差を算出するとともに、ノック判定レベルを精度よく設定できるようになる。
特開２００３−３５１９４号公報

しかしながら、検出した振動波形信号からノッキング特有の周波数帯域の信号をフィルタで濾波した場合であっても、吸排気バルブの着座や、インジェクタ（特に直噴インジェクタ）の作動などに起因するノイズ成分が混在する場合がある。ノイズ成分が混在すると、ノッキングが発生していないにも関わらず、ノッキングを誤検出するおそれがある。ところが、特開２００３−３５１９４号公報においては、濾波後の信号に混在し得るノイズ成分については何等考慮されておらず、ノッキングが発生したか否かを判定するにはさらなる改良の余地がある。

本発明は、上述の問題点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。

第１の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、複数の点火サイクルにおいて、予め定められた周波数帯における内燃機関の振動の強度に関する強度値を検出するための手段と、各点火サイクルにおいて、予め定められたクランク角の間隔における強度値の積算値を算出するための手段と、複数の積算値に基づいて算出される判定値と積算値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を判定するための判定手段とを含む。

第１の発明によると、複数の点火サイクルにおいて、予め定められた周波数帯における内燃機関の振動の強度に関する強度値が検出される。たとえば、ノッキングに特有の周波数帯の振動の強度に関する強度値が検出される。ところが、吸排気バルブの着座やインジェクタ（特に直噴インジェクタ）の作動に起因する振動など、ノイズ成分の振動は完全に除去できない場合があり得る。この場合、ノッキングが発生した場合もノイズ成分による振動が発生した場合も、強度値のピーク値が大きくなるため、強度値のピーク値のみでは、ノッキングによる振動とノイズ成分による振動と区別できない場合があり得る。しかしながら、一般的に、ノッキングに起因する振動は、強度値がピークになった後、緩やかに減衰する。一方、ノイズ成分による振動は、強度値がピークになった後、即座に減衰する。したがって、強度値の積算値で比較した場合、ノッキングによる振動とノイズ成分による振動とを明確に区別し得る。そのため、各点火サイクルにおいて、予め定められたクランク角の間隔における強度値の積算値が算出される。これらの積算値に基づいて算出される判定値と積算値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。たとえば、積算値を対数変換した値のうち、判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定される。これにより、ノイズ成分の振動による影響を抑制して、ノッキングが発生したか否かを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内燃機関のノッキング判定装置を提供することができる。

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、複数の積算値を対数変換した値における中央値および標準偏差を算出するための手段と、予め定められた係数と標準偏差との積を中央値に加算することにより、判定値を算出するための手段とをさらに含む。判定手段は、複数の積算値を対数変換した値のうち、判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定するための手段を含む。

第２の発明によると、複数の積算値を対数変換した値における中央値および標準偏差が算出される。予め定められた係数と標準偏差との積を中央値に加算することにより、判定値が算出される。複数の積算値を対数変換した値のうち、判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定される。これにより、積算値の頻度分布（度数分布）から、ノッキングが発生したか否かを判定することができる。

第３の発明に係る内燃機関のノッキング判定装置は、複数の点火サイクルにおいて、予め定められた第１の周波数帯における内燃機関の振動の強度に関する第１の強度値を検出するための手段と、内燃機関の運転状態が、予め定められた第１の運転状態である場合、複数の第１の強度値に基づいて算出される第１の判定値と第１の強度値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を判定するための第１の判定手段と、内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、各点火サイクルにおいて、予め定められた第２の周波数帯における内燃機関の振動の強度に関する第２の強度値を検出するための手段と、各点火サイクルにおいて、予め定められたクランク角の間隔における第２の強度値の積算値を算出するための手段と、内燃機関の運転状態が、予め定められた第２の運転状態である場合、複数の積算値に基づいて算出される第２の判定値と積算値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を判定するための第２の判定手段と含む。

第３の発明によると、複数の点火サイクルにおいて、予め定められた第１の周波数帯における内燃機関の振動に関する第１の強度値が検出される。たとえば、ノッキングに特有の周波数帯の振動の強度に関する第１の強度値が検出される。ところが、第１の周波数帯が常にノッキング判定に適した周波数帯であるとは限らない。したがって、内燃機関の運転状態が予め定められた第１の運転状態である場合（たとえば回転数がしきい値よりも低い場合）、複数の第１の強度値に基づいて算出される第１の判定値と第１の強度値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。一方、内燃機関の運転状態が予め定められた第２の運転状態である場合（たとえば回転数がしきい値よりも高い場合）、ノッキング判定に適した第２の周波数帯の振動を用いてノッキングが発生したか否かを判定する必要がある。このとき、前もって強度値を検出しておかなければ、第２の周波数帯への切換え後において速やかに判定値を算出し、ノッキングが発生したか否かを判定することができない。そのため、第１の強度値が検出される点火サイクルと同じ点火サイクルにおいて、予め定められた第２の周波数帯における内燃機関の振動の強度に関する第２の強度値が検出される。ところが、第１の強度値が検出される点火サイクルにおいて、第２の周波数帯の振動がノッキングの判定に適したものであるとは限らず、吸排気バルブの着座やインジェクタ（特に直噴インジェクタ）の作動に起因する振動など、ノイズ成分の振動が混在し得る。この場合、ノッキングが発生した場合もノイズ成分による振動が発生した場合も、強度値のピーク値が大きくなるため、強度値のピーク値のみでは、ノッキングによる振動とノイズ成分による振動と区別できない場合があり得る。しかしながら、一般的に、ノッキングに起因する振動は、強度値がピークになった後、緩やかに減衰する。一方、ノイズ成分による振動は、強度値がピークになった後、即座に減衰する。したがって、強度値の積算値で比較した場合、ノッキングによる振動とノイズ成分による振動とを明確に区別し得る。そのため、予め定められたクランク角の間隔における第２の強度値の積算値が算出される。内燃機関の運転状態が予め定められた第２の運転状態である場合（たとえば回転数がしきい値よりも高い場合）、積算値に基づいて算出される第２の判定値と積算値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。たとえば、積算値を対数変換した値のうち、判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定される。これにより、ノッキング判定に用いる周波数帯を切換えた直後においても、ノイズ成分の振動による影響を抑制して、ノッキングが発生したか否かを速やかに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内燃機関のノッキング判定装置を提供することができる。

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、各点火サイクルにおいて最も大きい第１の強度値を対数変換した値における第１の中央値および第１の標準偏差を算出するための手段と、予め定められた第１の係数と第１の標準偏差との積を第１の中央値に加算することにより、第１の判定値を算出するための手段と、複数の積算値を対数変換した値における第２の中央値および第２の標準偏差を算出するための手段と、予め定められた第２の係数と第２の標準偏差との積を第２の中央値に加算することにより、第２の判定値を算出するための手段とをさらに含む。第１の判定手段は、各点火サイクルにおいて最も大きい第１の強度値を対数変換した値のうち、第１の判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定するための手段を含む。第２の判定手段は、複数の積算値を対数変換した値のうち、第２の判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定するための手段を含む。

第４の発明によると、各点火サイクルにおいて最も大きい第１の強度値を対数変換した値における第１の中央値および第１の標準偏差が算出される。予め定められた第１の係数と第１の標準偏差との積を第１の中央値に加算することにより、第１の判定値が算出される。また、複数の積算値を対数変換した値における第２の中央値および第２の標準偏差が算出される。予め定められた第２の係数と第２の標準偏差との積を第２の中央値に加算することにより、第２の判定値が算出される。各点火サイクルにおいて最も大きい第１の強度値を対数変換した値のうち、第１の判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定される。また、複数の積算値を対数変換した値のうち、第２の判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定される。これにより、第１の強度値や積算値の頻度分布（度数分布）から、ノッキングが発生したか否かを判定することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

エンジン１００に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および第２の周波数帯Ｂに含まれる振動を検出する。なお、周波数帯は２つに限らない。

図３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、ピークホールド回路４１２と、バンドパスフィルタ（２）４２０と、積算部４２２とを含む。

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。ピークホールド回路４１２は、図４に示すように、バンドパスフィルタ（１）４１０を通過した第１の周波数帯Ａにおけるノックセンサ３００の出力電圧値（振動の強度を表す値）のピーク値を検出する。

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。

積算部４１２は、図５において斜線で示すように、バンドパスフィルタ（２）４２０を通過した第２の周波数帯Ｂにおけるノックセンサ３００の出力電圧値を予め定められた第１のクランクから第２のクランク角度までにおいて積算する。以下、積算された値を積算値と表す。

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であるエンジンＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

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。

Ｓ１０２にて、エンジンＥＣＵ２００は、各点火サイクルにおいて、第１の周波数帯Ａにおけるノックセンサ３００の出力電圧値のピーク値を検出する。また、エンジンＥＣＵ２００は、ピーク値が検出された点火サイクルと同じ点火サイクルにおいて、第２の周波数帯Ｂにおけるノックセンサ３００の出力電圧値の積算値を算出する。

Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、予め定められた点火サイクル分（たとえば２００点火サイクル分）のピーク値の検出および積算値の算出が完了したか否かを判別する。予め定められた点火サイクル分のピーク値の検出および積算値の算出が完了した場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。もしそうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。

Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値の頻度分布を作成するとともに、第２の周波数帯Ｂにおける積算値の頻度分布を作成する。頻度分布は、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値および第２の周波数帯Ｂにおける積算値を対数変換した値を用いて作成される。

Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値を対数変換した値の中央値（１）を算出する。またエンジンＥＣＵ２００は、第２の周波数帯Ｂにおける積算値を対数変換した値の中央値（２）を算出する。

Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値を対数変換した値の標準偏差（１）を算出する。標準偏差（１）は、中央値（１）よりも小さいピーク値に基づいて算出される。また、エンジンＥＣＵ２００は、第２の周波数帯Ｂにおける積算値を対数変換した値の標準偏差（２）を算出する。標準偏差（２）は、中央値（２）よりも小さい積算値に基づいて算出される。

Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、第１の周波数帯Ａにおける標準偏差（１）と予め定められた係数（たとえば「３」）との積を中央値（１）に加算して、第１の周波数帯Ａにおける判定値ＶＫＤ（１）を算出する。また、エンジンＥＣＵ２００は、第２の周波数帯Ｂにおける標準偏差（２）と予め定められた係数との積を中央値（２）に加算して、第２の周波数帯Ｂにおける判定値ＶＫＤ（２）を算出する。

Ｓ１１４にて、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、エンジン回転数ＮＥを検知する。Ｓ１１６にて、エンジンＥＣＵ２００は、エンジン回転数ＮＥがしきい値ＮＥ（０）よりも低いか否かを判別する。エンジン回転数ＮＥが、しきい値ＮＥ（０）よりも低い場合（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理はＳ１１８に移される。もしそうでないと（Ｓ１１６にてＮＯ）、処理はＳ１２０に移される。

Ｓ１１８にて、エンジンＥＣＵ２００は、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値を対数変換した値のうち、判定値ＶＫＤ（１）よりも大きい値があるか否かを判別する。第１の周波数帯Ａのピーク値を対数変換した値のうち、判定値ＶＫＤ（１）よりも大きい値がある場合（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２に移される。もしそうでないと（Ｓ１１８にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ２００は、第２の周波数帯Ｂにおける積算値を対数変換した値のうち、判定値ＶＫＤ（２）よりも大きい値があるか否かを判別する。第２の周波数帯Ｂの積算値を対数変換した値のうち、判定値ＶＫＤ（２）よりも大きい値がある場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２に移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、この処理は終了する。Ｓ１２２にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノッキングが発生したと判定する。

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であるエンジンＥＣＵ２００の動作について説明する。

エンジン１００の運転中において、エンジン１００の振動の強度が検出される（Ｓ１００）。また、各点火サイクルにおいて、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値が検出されるとともに、第２の周波数帯Ｂにおける積算値が算出される（Ｓ１０２）。

予め定められた点火サイクル分のピーク値の検出および積算値の算出が完了した場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、図７において実線で示すように、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値の頻度分布が作成される（Ｓ１０６）。また、図７において一点鎖線で示すように、第２の周波数帯Ｂにおける積算値の頻度分布が作成される（Ｓ１０６）。

これらの頻度分布から、各周波数帯の中央値が算出され（Ｓ１０８）、標準偏差が算出される（Ｓ１１０）。また、標準偏差と予め定められた係数との積が中央値に加算されることにより、判定値ＶＫＤが算出される（Ｓ１１２）。

このようにした算出された判定値ＶＫＤ（１）または判定値ＶＫＤ（２）を用いることにより、ノッキングが発生したか否かが判定される。ところが、各周波数帯の振動が、全ての運転状態において適切に検出されるとは限らない。たとえば、エンジン回転数ＮＥが２０００ｒｐｍである場合においてノッキングに起因する振動が第１の周波数値Ａに表れる場合であっても、エンジン回転数ＮＥが５０００ｒｐｍである場合において、ノッキングに起因する振動が第１の周波数値Ａに現れない場合がある。したがって、エンジン１００の運転状態に応じて、ノッキングの判定に用いる周波数帯を切換える必要がある。

そのため、エンジン回転数ＮＥが検知される（Ｓ１１４）。エンジン回転数ＮＥがしきい値ＮＥ（０）よりも低いか否かが判別される（Ｓ１１６）。ここでは、エンジン回転数ＮＥが、しきい値ＮＥ（０）よりも低い（Ｓ１１６にてＹＥＳ）と想定する。この場合（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、第１の周波数帯Ａの振動を用いてノッキングの判定が行なわれる。具体的には、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値を対数変換した値のうち、判定値ＶＫＤ（１）よりも大きい値がある場合（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定される（Ｓ１２２）。判定値ＶＫＤ（１）よりも大きい値がない場合（Ｓ１１８にてＮＯ）、ノッキングが発生したとは判定されない。

一方、エンジン回転数ＮＥが上昇し、エンジン回転数ＮＥがしきい値ＮＥ（０）よりも高くなった場合（Ｓ１１６にてＮＯ）、第２の周波数帯Ｂの振動を用いてノッキングの判定が行なわれる。具体的には、第２の周波数帯Ｂにおける積算値を対数変換した値のうち、判定値ＶＫＤ（２）よりも大きい値がある場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定される（Ｓ１２２）。判定値ＶＫＤ（２）よりも大きい値がない場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したとは判定されない。

このとき、第２の周波数帯Ｂにおける積算値の頻度分布は、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値の頻度分布と平行して作成されているため、ノッキングの判定に用いる周波数帯を第１の周波数帯Ａから第２の周波数帯Ｂに切換える際には、判定値ＶＫＤ（２）がすでに算出されている。これにより、ノッキングの判定に用いる周波数帯の切換え直後においても、速やかにノッキングが発生したか否かを判定することができる。

また、図８において実線で示すようにノッキングに起因する振動は、ピーク値以後において緩やかに減衰するが、図８において破線で示すように吸排気バルブの着座やインジェクタ（特に直噴インジェクタ）の作動など、ノイズ成分に起因する振動は、ピーク値以後即座に減衰する。したがって、積算値を算出することにより、ノッキングに起因した振動とノイズ成分に起因した振動とを明確に区別することができる。これにより、ノイズ成分の影響を抑制して、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。

また、第２の周波数帯Ｂにおける振動についてのみ積算値を算出するようにしたので、エンジンＥＣＵ２００の負荷を低減し、速やかに処理を行なうことができる。

以上のように、本実施の形態に係るノッキング判定装置であるエンジンＥＣＵによれば、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値の頻度分布と第２の周波数帯Ｂにおける積算値の頻度分布とが平行して同時に作成される。エンジン回転数ＮＥがしきい値ＮＥ（０）よりも低い場合、第１の周波数帯Ａにおけるピーク値の頻度分布に基づいて、ノッキングが発生したか否かが判定される。エンジン回転数ＮＥがしきい値ＮＥ（０）よりも高い場合、ノッキングの判定に用いられる周波数帯が第１の周波数帯Ａから第２の周波数帯Ｂに切換えられ、第２の周波数帯Ｂにおける積算値の頻度分布に基づいて、ノッキングが発生したか否かが判定される。このとき、第２の周波数帯Ｂの積算値の頻度分布における判定値ＶＫＤ（２）が既に算出されているため、周波数帯を切換えた直後から、速やかにノッキングが発生したか否かを判定することができる。また、積算値を用いることにより、ノッキングに起因する振動とノイズ成分に起因する振動とを明確に区別することができる。そのため、ノイズ成分の影響を抑制して、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。

なお、本実施の形態においては、ピーク値を検出する周波数帯が、積算値を算出する周波数帯よりも高い周波数帯であったが、ピーク値を検出する周波数帯を、積算値を算出する周波数帯よりも低くするようにしてもよい。

また、たとえばアクセル開度や負荷など、エンジン回転数ＮＥ以外のパラメータにより、ノッキングの判定に用いる周波数帯を切換えるようにしてもよい。

さらに、第２の周波数帯Ｂにおける積算値の頻度分布に基づいてノッキングが発生しているか否かを判定している間は、第１の周波数帯Ａにおける頻度分布の更新を停止するようにしてもよい。

さらに、ピーク値や積算値を対数変換しないで、頻度分布を作成し、判定値ＶＫＤを算出するようにしてもよい。この場合、ピーク値や積算値の標準偏差を累乗した値と中央値との積により、判定値ＶＫＤを算出するようにしてもよい。

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。

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。 エンジンで発生する振動の周波数を示す図である。 エンジンＥＣＵを示す制御ブロック図である。 第１の周波数帯Ａにおける振動の強度を示す図である。 第２の周波数帯Ｂにおける振動の強度を示す図である。 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。 第１の周波数帯Ａにおけるピーク値および第２の周波数帯Ｂにおける積算値の頻度分布を示す図である。 ノッキングに起因する振動の強度とノイズ成分に起因する振動の強度とを比較した図である。

符号の説明

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。

Claims (4)

1. 内燃機関のノッキング判定装置であって、
   前記内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、
   複数の点火サイクルにおいて、予め定められた周波数帯における前記内燃機関の振動の強度に関する強度値を検出するための手段と、
   各前記点火サイクルにおいて、予め定められたクランク角の間隔における強度値の積算値を算出するための手段と、
   複数の前記積算値に基づいて算出される判定値と前記積算値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。
2. 前記ノッキング判定装置は、
   複数の前記積算値を対数変換した値における中央値および標準偏差を算出するための手段と、
   予め定められた係数と前記標準偏差との積を前記中央値に加算することにより、前記判定値を算出するための手段とをさらに含み、
   前記判定手段は、複数の前記積算値を対数変換した値のうち、前記判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関のノッキング判定装置。
3. 内燃機関のノッキング判定装置であって、
   複数の点火サイクルにおいて、予め定められた第１の周波数帯における前記内燃機関の振動の強度に関する第１の強度値を検出するための手段と、
   前記内燃機関の運転状態が、予め定められた第１の運転状態である場合、複数の前記第１の強度値に基づいて算出される第１の判定値と前記第１の強度値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を判定するための第１の判定手段と、
   前記内燃機関のクランク角を検出するためのクランク角検出手段と、
   各前記点火サイクルにおいて、予め定められた第２の周波数帯における前記内燃機関の振動の強度に関する第２の強度値を検出するための手段と、
   各前記点火サイクルにおいて、予め定められたクランク角の間隔における前記第２の強度値の積算値を算出するための手段と、
   前記内燃機関の運転状態が、予め定められた第２の運転状態である場合、複数の前記積算値に基づいて算出される第２の判定値と前記積算値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を判定するための第２の判定手段とを含む、内燃機関のノッキング判定装置。
4. 前記ノッキング判定装置は、
   各前記点火サイクルにおいて最も大きい第１の強度値を対数変換した値における第１の中央値および第１の標準偏差を算出するための手段と、
   予め定められた第１の係数と前記第１の標準偏差との積を前記第１の中央値に加算することにより、前記第１の判定値を算出するための手段と、
   複数の前記積算値を対数変換した値における第２の中央値および第２の標準偏差を算出するための手段と、
   予め定められた第２の係数と前記第２の標準偏差との積を前記第２の中央値に加算することにより、前記第２の判定値を算出するための手段とをさらに含み、
   前記第１の判定手段は、各前記点火サイクルにおいて最も大きい第１の強度値を対数変換した値のうち、前記第１の判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定するための手段を含み、
   前記第２の判定手段は、複数の前記積算値を対数変換した値のうち、前記第２の判定値よりも大きい値が存在する場合、ノッキングが発生したと判定するための手段を含む、請求項３に記載の内燃機関のノッキング判定装置。

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