JP2007198313A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキングの有無を精度よく判定して、点火時期を適切に制御する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、Ｎ（１）（Ｎ（１）は自然数で、たとえばＮ（１）＝１５０）サイクル分以上の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されているか否かを判断するステップ（Ｓ２１０）と、Ｎ（１）サイクル分以上の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されている場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）に、エンジンの回転数が、低回転領域であるか、中回転領域であるか、高回転領域であるかを判断するステップ（Ｓ２１２）と、低回転領域であると判断される場合（Ｓ２１２にて低）、判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量Ｈを大きくなるように設定するステップ（Ｓ２１４）とを含むプログラムを実行する。判定値Ｖ（ＫＸ）とノック強度とを比較することにより、ノッキングの判定が行なわれ、点火時期の進角や遅角がなされる。
【選択図】図１５

Description

本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関し、特に、ノッキングの有無に応じて点火時期を制御する技術に関する。

従来より、ノッキング（ノック）の有無を判定する様々な方法が提案されている。たとえば、内燃機関より検出される振動の強度が、ノック判定値より大きいか否かによりノッキングの発生を判定する技術がある。特開２００３−２１０３２号公報（特許文献１）に記載の内燃機関のノック制御装置は、内燃機関のノッキングを検出するためのノックセンサと、ノックセンサにより検出される出力信号を統計処理する統計処理部と、統計処理部による処理結果に基づいてノッキングの発生を判定する第１の仮判定部と、ノックセンサにより検出される出力信号の波形形状に基づいてノッキングの発生を判定する第２の仮判定部と、第１の仮判定部によるノック仮判定と第２の仮判定部によるノック仮判定との結果に基づいて最終的にノッキングの発生を判定する最終ノック判定部とを含む。最終ノック判定部は、第１の仮判定部と第２の仮判定部との両方がノッキングが発生したと判定したときに最終的にノッキングが発生したと判定する。第１の仮判定部では、ノックセンサにより検出される出力信号の最大値と、統計処理部による処理結果に基づいて算出されるノック判定レベル（ノック判定値）とを比較することにより、ノッキングが発生したか否かが判定される。ノック判定値は、ノックセンサにより検出される所定のサイクル数の出力信号の最大値に基づいて、点火時期を適切に制御できるような値に補正される。

この公報に記載のノック制御装置によると、統計処理プログラムによるノック仮判定と、波形形状プログラムによるノック仮判定とを用いて、それぞれの仮判定にてノッキングが発生したと判定された場合にのみ、最終的にノッキングが発生したと判定される。これにより、統計処理プログラムや波形形状プログラムのみを用いたノック判定ではノッキングの誤検出をしていた出力信号に対しても精度良くノッキングの発生を判定することができる。
特開２００３−２１０３２号公報

しかしながら、特開２００３−２１０３２号公報に記載のノック制御装置において、内燃機関の回転数が低い場合、出力信号の最大値を、所定のサイクル数検出するのに時間がかかる。そのため、１回の判定値の補正にかかる時間が長くなる。これにより、ノッキングが発生したか否かを精度よく判定して点火時期を適切に制御できるようなノック判定値になるまでに時間がかかる。そのため、判定値を補正して点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなる。これにより、ノッキング発生時における点火遅角や、ノッキング不発生時における点火進角を適切に行なうことができないおそれがあるという問題点があった。

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、点火時期を適切に制御することができる内燃機関の点火時期制御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点火時期制御装置は、内燃機関で発生する振動の強度に基づいて、ノッキングに起因する振動の強度に関するノック強度を算出するためのノック強度算出手段と、ノック強度と判定値とを比較した結果に基づいて、内燃機関の点火時期を制御するための制御手段と、内燃機関で発生する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ための検出手段と、強度値に基づいて、ノッキングの発生頻度を判定するための判定手段と、ノッキングの発生頻度と前記内燃機関の回転数とに基づいて、判定値を決定するための決定手段とを含む。

第１の発明によると、内燃機関で発生する振動の強度に基づいて、ノッキングに起因する振動の強度に関するノック強度が算出され、ノック強度と予め定められた判定値とを比較した結果に基づいて、内燃機関の点火時期が制御される。たとえば、ノック強度が判定値より大きい場合、ノッキングが発生したと判定して、点火時期が遅角される。ノック強度が判定値より小さい場合、ノッキングが発生していないと判定して、点火時期が進角される。ところで、たとえばノックセンサの出力値のばらつきや劣化などにより、内燃機関で同じ振動が生じた場合であっても、ノックセンサにより検出される強度が変化し、算出されるノック強度が変化し得る。この場合、内燃機関の初期状態において適切に制御されていた点火時期が、不適切になり得る。そのため、たとえばノッキングの発生頻度が高いといえる場合においては、点火時期の遅角制御が行なわれる頻度が高くなるように、内燃機関で発生する振動の状態に応じて判定値を決定する必要がある。そこで、内燃機関で発生する振動の強度に関する強度値が、複数の点火サイクルにおいて検出される。検出された複数の強度値に基づいて、ノッキングの発生頻度が判定される。ここで、内燃機関の回転数が低い場合、ノッキングの発生頻度の判定を行なうのに必要な数量の強度値が検出されるのに時間がかかる。そのため、ノッキングの発生頻度の判定に時間がかかり、１回の判定値の決定にかかる時間が長くなる。これにより、判定値を決定して点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなる。そこで、ノッキングの発生頻度と内燃機関の回転数とに基づいて、判定値が決定される。たとえば、ノッキングの発生頻度が高いと判定された場合は、判定値が小さくなるように決定される。そのため、点火時期の遅角制御をより多く行なうことができる。逆に、ノッキングの発生頻度が低いと判定された場合は、判定値が大きくなるように決定される。そのため、点火時期の進角制御をより多く行なうことができる。また、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、判定値が点火時期を適切に制御できる値により大きく近づくように決定される。そのため、判定値を点火時期を適切に制御できる値にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。これにより、ノッキングの発生頻度と内燃機関の回転数とに基づいて判定値を決定し、点火時期を適切に制御することができる。その結果、点火時期を適切に制御することができる内燃機関の点火時期制御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点火時期制御装置は、第１の発明の構成に加えて、点火時期制御装置は、ノッキングの発生頻度に基づいて、予め定められた判定値を補正するための補正手段と、内燃機関の回転数に基づいて、判定値の補正量を設定するための設定手段とをさらに含む。決定手段は、補正手段により予め定められた判定値を補正することにより判定値を決定するための手段を含む。

第２の発明によると、ノッキングの発生頻度に基づいて、予め定められた判定値が補正される。たとえば、ノッキングの発生頻度が高いと判定された場合は判定値が小さくなるように、ノッキングの発生頻度が低いと判定された場合は判定値が大きくなるように、それぞれ補正される。判定値の補正量が、内燃機関の回転数に基づいて設定される。たとえば、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、判定値の補正量がより大きく設定される。そのため、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。

第３の発明に係る内燃機関の点火時期制御装置は、第２の発明の構成に加えて、設定手段は、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、判定値の補正量をより大きく設定するための手段を含む。

第３の発明によると、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、判定値の補正量がより大きく設定される。内燃機関の回転数が低い場合、ノッキングの発生頻度の判定を行なうのに必要な数量の強度値が検出されるのに時間がかかる。そのため、ノッキングの発生頻度の判定に時間がかかり、１回の判定値の補正にかかる時間が長くなる。これにより、判定値を補正して点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなる。そこで、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、判定値の補正量がより大きく設定される。そのため、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。

第４の発明に係る内燃機関の点火時期制御装置は、第２または第３の発明の構成に加えて、点火時期制御装置は、判定値の補正量が、予め定められた値より小さくなることを禁止するための手段をさらに含む。

第４の発明によると、判定値の補正量が、予め定められた値より小さくなることが禁止される。そのため、判定値の補正量が小さくなり過ぎて、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。

第５の発明に係る内燃機関の点火時期制御装置は、第１〜第４のいずれかの発明の構成に加えて、内燃機関の回転数に基づいて、判定手段がノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量を設定するための数量設定手段をさらに含む。

第５の発明によると、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、内燃機関の回転数に基づいて設定される。内燃機関の回転数が低いと、ノッキングの発生頻度の判定を行なうのに必要な数量の強度値が検出されるのに時間がかかる。そのため、ノッキングの発生頻度の判定に時間がかかり、１回の判定値の決定にかかる時間が長くなる。これにより、判定値を決定して点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなる。そこで、判定手段がノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、内燃機関の回転数に基づいて設定される。たとえば、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、より少なくなるように設定される。そのため、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。

第６の発明に係る内燃機関の点火時期制御装置は、内燃機関で発生する振動の強度に基づいて、ノッキングに起因する振動の強度に関するノック強度を算出するためのノック強度算出手段と、ノック強度と判定値とを比較した結果に基づいて、内燃機関の点火時期を制御するための制御手段と、内燃機関で発生する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ための検出手段と、強度値に基づいて、ノッキングの発生頻度を判定するための判定手段と、ノッキングの発生頻度に基づいて、判定値を決定するための決定手段と、内燃機関の回転数に基づいて、判定手段がノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量を設定するための数量設定手段とを含む。

第６の発明によると、内燃機関で発生する振動の強度に基づいて、ノッキングに起因する振動の強度に関するノック強度が算出され、ノック強度と判定値とを比較した結果に基づいて、内燃機関の点火時期が制御される。たとえば、ノック強度が判定値より大きい場合、ノッキングが発生したと判定して、点火時期が遅角される。ノック強度が予め定められた判定値より小さい場合、ノッキングが発生していないと判定して、点火時期が進角される。ところで、たとえばノックセンサの出力値のばらつきや劣化などにより、内燃機関で同じ振動が生じた場合であっても、ノックセンサにより検出される強度が変化し、算出されるノック強度が変化し得る。この場合、内燃機関の初期状態において適切に制御されていた点火時期が、不適切になり得る。そのため、たとえばノッキングの発生頻度が高いといえる場合においては、点火時期の遅角制御が行なわれる頻度が高くなるように、内燃機関で発生する振動の状態に応じて判定値を決定する必要がある。そこで、内燃機関で発生する振動の強度に関する強度値が、複数の点火サイクルにおいて検出される。検出された複数の強度値に基づいて、ノッキングの発生頻度が判定され、ノッキングの発生頻度に基づいて、判定値が決定される。たとえば、ノッキングの発生頻度が高いと判定された場合は、判定値が小さくなるように補正される。そのため、点火時期の遅角制御をより多く行なうことができる。逆に、ノッキングの発生頻度が低いと判定された場合は、判定値が大きくなるように補正される。そのため、点火時期の進角制御をより多く行なうことができる。これにより、ノッキングの発生頻度に基づいて判定値を決定し、点火時期を適切に制御することができる。ところで、内燃機関の回転数が低いと、ノッキングの発生頻度の判定を行なうのに必要な数量の強度値が検出されるのに時間がかかる。そのため、ノッキングの発生頻度の判定に時間がかかり、１回の判定値の補正にかかる時間が長くなる。これにより、判定値を決定して点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなる。そこで、判定手段がノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、内燃機関の回転数に基づいて設定される。たとえば、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、より少なくなるように設定される。そのため、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。その結果、点火時期を適切に制御することができる内燃機関の点火時期制御装置を提供することができる。

第７の発明に係る内燃機関の点火時期制御装置においては、第５または第６の発明の構成に加えて、数量設定手段は、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量を、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、より少なくなるように設定するための手段を含む。

第７の発明によると、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、より少なくなるように設定される。内燃機関の回転数が低いと、ノッキングの発生頻度の判定を行なうのに必要な数量の強度値が検出されるのに時間がかかる。そのため、ノッキングの発生頻度の判定に時間がかかり、１回の判定値の決定にかかる時間が長くなる。これにより、判定値を決定して点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなる。そこで、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、より少なくなるように設定される。そのため、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。

第８の発明に係る内燃機関の点火時期制御装置は、第５〜第７のいずれかの発明の構成に加えて、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、予め定められた数量より少なくなることを禁止するための手段をさらに含む。

第８の発明によると、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、予め定められた数量より少なくなることが禁止される。これにより、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が少なくなり過ぎて、ノッキングの発生頻度の判定精度が悪くなることを抑制することができる。このような、ノッキングの発生頻度の判定結果に基づいて判定値が決定される。これにより、点火時期を適切に制御することができる。

第９の発明に係る内燃機関の点火時期制御装置は、第５〜第８のいずれかの発明の構成に加えて、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、予め定められた数量より多くなることを禁止するための手段をさらに含む。

第９の発明によると、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、予め定められた数量より多くなることが禁止される。これにより、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が多くなり過ぎて、ノッキングの発生頻度の判定にかかる時間が長くなり過ぎることを抑制することができる。そのため、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。

第１０の発明に係る内燃機関の点火時期制御装置は、第１〜第９のいずれかの発明の構成に加えて、予め定められた間隔において内燃機関で発生する振動の波形を検出するための手段と、内燃機関の振動の基準となる波形を記憶するための手段と、検出された波形と記憶された波形とを比較した結果に基づいて、複数の強度値のうち、予め定められた条件を満たす強度値を抽出するための手段とを含む。判定手段は、抽出された強度値に基づいて、ノッキングの発生頻度を判定するための手段を含む。

第１０の発明によると、予め定められた間隔において内燃機関で発生する振動の波形が検出され、検出された波形が、たとえばノッキングに起因する振動の波形として記憶された波形と比較される。また、内燃機関で発生する振動の強度に関する強度値が、複数の点火サイクルにおいて検出され、検出された複数の強度値のうち、予め定められた条件を満たす強度値が、検出された波形と記憶された波形とを比較した結果に基づいて抽出される。これにより、ノイズ成分の振動に起因する振動の波形と同じ波形や近い波形が検出された点火サイクルにおける強度値を抽出せずに、それら以外の強度値を抽出することができる。すなわち、ノイズ成分の振動に起因する振動の強度値を取除くことができる。このような強度値に基づいて、ノッキングの発生頻度が判定される。判定結果に基づいて、判定値が決定される。これにより、ノイズ成分の影響が抑制された過去の点火サイクルにおける振動の状況に基づいて、判定値を適切に決定し、点火時期を適切に制御することができる。

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じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る点火時期制御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点火時期制御装置は、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。点火時期は、出力トルクが最大になるＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）になるように制御されるが、ノッキングが発生した場合など、エンジン１００の運転状態に応じて遅角されたり、進角されたりする。

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、エアフローメータ３１４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、電圧を表わす信号をエンジン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、検出結果を表わす信号を、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、起電力を表わす信号を、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、クランク角およびクランクシャフト１１０の回転数を検出する。

スロットル開度センサ３０８は、スロットル開度を検出し、検出結果を表わす信号をエンジン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、検出結果を表わす信号をエンジン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。エアフローメータ３１４は、エンジン１００に吸入される空気量を検出し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。

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。

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）を検出し、検出された振動波形に基づいて、エンジン１００に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。

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、第２の周波数帯Ｂおよび第３の周波数帯Ｃに含まれる振動を検出する。なお、図２におけるＣＡは、クランク角（Crank Angle）を示す。なお、ノッキングに起因して発生する振動の周波数帯は３つに限られない。

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、バンドパスフィルタ（２）４２０と、バンドパスフィルタ（３）４３０と、積算部４５０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。

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。

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、第３の周波数帯Ｃ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、第３の周波数帯Ｃの振動のみが抽出される。

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（３）４３０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わす。積算値の算出は、周波数帯ごとに行なわれる。この積算値の算出により、各周波数帯における振動波形が検出される。

さらに、算出された第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃ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、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの振動波形が合成される。

これにより、図４に示すように、エンジン１００の振動波形が検出される。すなわち、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形が、エンジン１００の振動波形として用いられる。

検出された振動波形は、図５に示すようにエンジンＥＣＵ２００のメモリ２０２に記憶されたノック波形モデルと比較される。ノック波形モデルは、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として予め作成される。

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。

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。

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。

ノック波形モデルは、エンジン１００の寸法やノックセンサ３００の出力値が、寸法公差やノックセンサ３００の出力値の公差の中央値であるエンジン１００（以下、特性中央エンジンと記載する）を用いて作成される。すなわち、ノック波形モデルは、特性中央エンジンに強制的にノッキングを発生させた場合における振動波形である。なお、ノック波形モデルを作成する方法は、これに限られず、その他、シミュレーションにより作成してもよい。

検出された波形とノック波形モデルとの比較においては、図６に示すように、正規化された波形とノック波形モデルとが比較される。ここで、正規化とは、たとえば、検出された振動波形における積算値の最大値で各積算値で除算することにより、振動の強度を０〜１の無次元数で表わすことである。なお、正規化の方法はこれに限らない。

本実施の形態において、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。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。

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、上死点から９０度までのΔＳ（Ｉ）の総和である。本実施の形態において、相関係数Ｋは、振動波形の形状がノック波形モデルの形状に近いほど、大きな値として算出される。したがって、振動波形にノッキング以外の要因による振動の波形が含まれた場合、相関係数Ｋは小さく算出される。なお、相関係数Ｋの算出方法はこれに限らない。

さらに、エンジンＥＣＵ２００は、積算値の最大値（ピーク値）に基づいて、ノック強度Ｎを算出する。積算値の最大値を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の振動の強度を表わす値をＢＧＬ（Back Ground Level）とおくと、ノック強度Ｎは、Ｎ＝Ｐ／ＢＧＬという方程式で算出される。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。

本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００は、算出されたノック強度Ｎとメモリ２０２に記憶された判定値Ｖ（ＫＸ）とを比較し、さらに検出された波形と記憶されたノック波形モデルとを比較して、エンジン１００にノッキングが発生したか否かを１点火サイクルごとに判定する。

図７に示すように、判定値Ｖ（ＫＸ）は、エンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとをパラメータとするマップとして記憶される。

判定値Ｖ（ＫＸ）の初期値には、予め実験などにより定められる値が用いられる。ところが、ノックセンサ３００の出力値のばらつきや劣化などにより、エンジン１００で同じ振動が生じた場合であっても、検出される強度が変化し得る。この場合、判定値Ｖ（ＫＸ）を補正し、実際に検出される強度に応じた判定値Ｖ（ＫＸ）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。

そこで、本実施の形態においては、強度Ｖを対数変換した値である強度値ＬＯＧ（Ｖ）と、各強度値ＬＯＧ（Ｖ）が検出された頻度（回数、確率ともいう）との関係を示す頻度分布に基づいて、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）が算出される。

エンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとをパラメータとする領域ごとに強度値ＬＯＧ（Ｖ）が算出される。強度値ＬＯＧ（Ｖ）を算出するために用いられる強度Ｖは、予め定められたクランク角の間における強度のピーク値（５度ごとの積算値のピーク値）である。算出される強度ＬＯＧ（Ｖ）に基づいて、強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度を最小値から累積して５０％になる中央値Ｖ（５０）が算出される。また、中央値Ｖ（５０）以下の強度値ＬＯＧ（Ｖ）における標準偏差σが算出される。たとえば、本実施の形態においては、複数（たとえば２００サイクル）の強度値ＬＯＧ（Ｖ）に基づいて算出される中央値および標準偏差と近似した中央値Ｖ（５０）および標準偏差σが、以下の算出方法により１点火サイクルごとに算出される。

今回検出された強度値ＬＯＧ（Ｖ）が前回算出された中央値Ｖ（５０）よりも大きい場合、前回算出された中央値Ｖ（５０）に予め定められた値Ｃ（１）を加算した値が、今回の中央値Ｖ（５０）として算出される。逆に、今回検出された強度値ＬＯＧ（Ｖ）が前回算出された中央値Ｖ（５０）よりも小さい場合、前回算出された中央値Ｖ（５０）から予め定められた値Ｃ（２）（たとえばＣ（２）はＣ（１）と同じ値）を減算した値が、今回の中央値Ｖ（５０）として算出される。

今回検出された強度値ＬＯＧ（Ｖ）が、前回算出された中央値Ｖ（５０）よりも小さく、かつ前回算出された中央値Ｖ（５０）から前回算出された標準偏差σを減算した値よりも大きい場合、前回算出された標準偏差σから予め定められた値Ｃ（３）を２倍した値を減算した値が、今回の標準偏差σとして算出される。逆に、今回検出された強度値ＬＯＧ（Ｖ）が、前回算出された中央値Ｖ（５０）よりも大きい場合、または前回算出された中央値Ｖ（５０）から前回算出された標準偏差σを減算した値よりも小さい場合、前回算出された標準偏差σに予め定められた値Ｃ（４）（たとえばＣ（４）はＣ（３）と同じ値）を加算した値が、今回の標準偏差σとして算出される。なお、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σの算出方法はこれに限定されない。また、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σの初期値は、予め設定された値であってもよいし、「０」であってもよい。

中央値Ｖ（５０）および標準偏差σを用いて、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）が算出される。図８に示すように、中央値Ｖ（５０）に係数Ｕ（１）（Ｕ（１）は定数で、たとえばＵ（１）＝３）と標準偏差σとの積を加算した値が、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）となる。なお、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）の算出方法はこれに限らない。ノック判定レベルＶ（ＫＤ）よりも大きい強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度が、ノッキングが発生した頻度として判定され、ノッキングが発生した頻度に基づいて判定値Ｖ（ＫＸ）が補正される。

係数Ｕ（１）は、実験などより得られたデータや知見から求められた係数である。Ｕ（１）＝３とした場合のノック判定レベルＶ（ＫＤ）よりも大きい強度値ＬＯＧ（Ｖ）が、実際にノッキングが発生した点火サイクルにおける強度値ＬＯＧ（Ｖ）と略一致する。なお、係数Ｕ（１）に「３」以外の値を用いるようにしてもよい。

強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度分布においては、エンジン１００においてノッキングが発生していなければ、図９に示すように正規分布となり、強度値ＬＯＧ（Ｖ）の最大値Ｖ（ＭＡＸ）とノック判定レベルＶ（ＫＤ）とが一致する。一方、ノッキングが発生することにより、検出される強度Ｖが大きくなり、大きい強度値ＬＯＧ（Ｖ）が算出されると、図１０に示すように、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）よりも最大値Ｖ（ＭＡＸ）が大きくなる。

さらにノッキングが発生する頻度が大きくなると、図１１に示すように最大値Ｖ（ＭＡＸ）はさらに大きくなる。このとき、頻度分布における中央値Ｖ（５０）および標準偏差σは、最大値Ｖ（ＭＡＸ）とともに大きくなる。そのため、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）が大きくなる。

ノック判定レベルＶ（ＫＤ）よりも小さい強度値ＬＯＧ（Ｖ）は、ノッキングが発生したサイクルにおける強度値ＬＯＧ（Ｖ）とは判定されないため、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）が大きくなると、それだけ、ノッキングが発生していても、ノッキングが発生していないと判定される頻度が高くなる。

そこで、本実施の形態においては、図１２で示すように、破線で囲まれる領域内の強度値ＬＯＧ（Ｖ）を用いることで、しきい値Ｖ（１）よりも大きい強度値ＬＯＧ（Ｖ）を除外して中央値Ｖ（５０）および標準偏差σが算出される。図１２は、算出された強度値ＬＯＧ（Ｖ）を、その強度値ＬＯＧ（Ｖ）が得られたサイクルにおける相関係数Ｋごとにプロットした図である。

しきい値Ｖ（１）は、強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度分布の中央値に、中央値以下の強度値ＬＯＧ（Ｖ）における標準偏差と係数Ｕ（２）（Ｕ（２）は定数で、たとえばＵ（２）＝３）との積を加算した値である。

しきい値Ｖ（１）より小さい強度値ＬＯＧ（Ｖ）のみを抽出して中央値Ｖ（５０）および標準偏差σを算出することにより、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σが過大にならず、安定した値となる。これにより、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）が過大になることを抑制することができる。そのため、ノッキングが発生していても、ノッキングが発生していないと判定される頻度が高くなることを抑制することができる。

なお、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σを算出するために用いられる強度値ＬＯＧ（Ｖ）の抽出方法は、これに限らない。たとえば、図１３に示すように、前述のしきい値Ｖ（１）よりも小さい強度値ＬＯＧ（Ｖ）のうち、相関係数Ｋがしきい値Ｋ（１）より大きい点火サイクルにおいて算出された強度値ＬＯＧ（Ｖ）を抽出するようにしてもよい。

相関係数Ｋがしきい値Ｋ（１）より大きい強度値ＬＯＧ（Ｖ）を抽出することにより、ノイズ成分の振動に起因する振動の波形と同じ波形や近い波形が検出された点火サイクルにおける強度値を抽出せずに、それら以外の強度値ＬＯＧ（Ｖ）を抽出することができる。すなわち、ノイズ成分の振動に起因する振動の強度値ＬＯＧ（Ｖ）を取除くことができる。このような強度値ＬＯＧ（Ｖ）に基づいて中央値Ｖ（５０）および標準偏差σを算出することにより、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）が算出される。そのため、ノイズ成分の影響が抑制された過去の点火サイクルにおける振動の状況に基づいて、ノッキングの発生頻度を判定することができる。

図１４を参照して、本実施の形態に係る点火時期制御装置であるエンジンＥＣＵ２００が、ノッキングが発生したか否かを１点火サイクルごとに判定して点火時期を制御するために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、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を検出するとともに、エアフローメータ３１４から送信された信号に基づいて、吸入空気量ＫＬを検出する。

Ｓ１０２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。

Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノックセンサ３００の出力電圧値（振動の強度を表わす値）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、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの振動ごとに行なわれる。さらに第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの積算値が、クランク角度に対応して加算されて、エンジン１００の振動波形が検出される。

Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形（エンジン１００の振動波形）における積算値のうち、最も大きい積算値（ピーク値Ｐ）を算出する。

Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、エンジン１００の振動波形を正規化する。ここで、正規化とは、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０〜１の無次元数で表わすことをいう。

Ｓ１１０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。Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック強度Ｎを算出する。

Ｓ１１４にて、エンジンＥＣＵ２００は、相関係数Ｋが予め定められた値よりも大きく、かつノック強度Ｎが判定値Ｖ（ＫＸ）よりも大きいか否かを判別する。相関係数Ｋが予め定められた値よりも大きく、かつノック強度Ｎが判定値Ｖ（ＫＸ）よりも大きい場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６に移される。そうでない場合（Ｓ１１４にてＮＯ）、処理はＳ１２０に移される。

Ｓ１１６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。Ｓ１１８にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を遅角する。Ｓ１２０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。Ｓ１２２にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を進角する。

図１５を参照して、本実施の形態に係る点火時期制御装置であるエンジンＥＣＵ２００が、判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量を設定するとともに、判定値Ｖ（ＫＸ）を補正するために実行するプログラムの制御構造について説明する。

Ｓ２００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検出される強度Ｖから、強度値ＬＯＧ（Ｖ）を算出する。ここで、強度Ｖは、予め定められたクランク角の間におけるピーク値（５度ごとの積算値のピーク値）である。

Ｓ２０２にて、エンジンＥＣＵ２００は、強度値ＬＯＧ（Ｖ）が前述のしきい値Ｖ（１）より小さいか否かを判別する。強度値ＬＯＧ（Ｖ）が前述のしきい値Ｖ（１）より小さい場合（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ２０４に移される。そうでない場合（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ２００に戻される。

Ｓ２０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、抽出された強度値ＬＯＧ（Ｖ）について、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σを算出する。なお、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σの算出は、Ｍ（Ｍは自然数で、たとえばＭ＝２００）サイクル分の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されるごとに行なうようにしてもよい。

Ｓ２０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σに基づいて、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）を算出する。

Ｓ２０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、抽出された強度値ＬＯＧ（Ｖ）のうちの、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）よりも大きい強度値ＬＯＧ（Ｖ）の割合を、ノック占有率ＫＣとしてカウントする。

Ｓ２１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、Ｎ（１）（Ｎ（１）は自然数で、たとえばＮ（１）＝１５０）サイクル分以上の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されているか否かを判別する。Ｎ（１）サイクル分以上の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されている場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２に移される。そうでない場合（Ｓ２１０にてＮＯ）、処理はＳ２００に戻される。

Ｓ２１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、エンジン１００の回転数が、低回転領域であるか、中回転領域であるか、高回転領域であるかを判断する。エンジンＥＣＵ２００は、エンジン１００の現在の回転数が、予め定められた回転数Ｒ（１）よりも小さい場合に、低回転領域と、予め定められた回転数Ｒ（１）よりも大きく、予め定められた回転数Ｒ（２）（Ｒ（２）＞Ｒ（１））よりも小さい場合に、中回転領域と、予め定められた回転数Ｒ（２）よりも大きい場合に、高回転領域と、それぞれ判断する。なお、エンジン１００の回転数は、現在の回転数であってもよいし、判定値Ｖ（ＫＸ）が前回補正されてから現在までの経過時間における平均回転数であってもよい。低回転領域であると判断される場合（Ｓ２１２にて低）、処理はＳ２１４に移される。中回転領域であると判断される場合（Ｓ２１２にて中）、処理はＳ２１６に移される。高回転領域であると判断される場合（Ｓ２１２にて高）、処理はＳ２１８に移される。

Ｓ２１４にて、エンジンＥＣＵ２００は、判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量Ｈを大きくなるように設定する。設定後の判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量Ｈ（１）は、予め定められた時間をＡと、前回の判定値Ｖ（ＫＸ）の補正が行なわれてから経過した時間（補正が行なわれていない場合、エンジン１００の始動時から経過した時間）をＢと、設定前の判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量（補正量の初期値）をＨ（０）とすると、Ｈ（１）＝（Ｂ／Ａ）×Ｈ（０）で表わされる方程式で算出される。予め定められた時間Ａは、予め定められた回転数Ｒ（１）で、Ｎ（１）サイクル分の強度値ＬＯＧ（Ｖ）を算出するのにかかる時間である。なお、判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量Ｈの設定方法はこれに限定されない。また、予め定められた時間Ａは、これに限定されない。

Ｓ２１６にて、エンジンＥＣＵ２００は、前回の判定値Ｖ（ＫＸ）の補正が行なわれてから、予め定められた時間Ａが経過したか否かを判断する。予め定められた時間Ａが経過した場合（Ｓ２１６にてＹＥＳ）、処理はＳ２２０に移される。そうでない場合（Ｓ２１６にてＮＯ）、処理はＳ２００に戻される。

Ｓ２１８にて、エンジンＥＣＵ２００は、Ｎ（２）（Ｎ（２）はＮ（１）より大きい自然数で、たとえばＮ（２）＝２００）サイクル分以上の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されているか否かを判別する。Ｎ（２）サイクル分以上の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されている場合（Ｓ２１８にてＹＥＳ）、処理はＳ２２０に移される。そうでない場合（Ｓ２１８にてＮＯ）、処理はＳ２００に戻される。

Ｓ２２０にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノック占有率ＫＣがしきい値ＫＣ（０）よりも大きいか否かを判定する。ノック占有率ＫＣがしきい値ＫＣ（０）よりも大きい場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、処理はＳ２２２に移される。そうでない場合（Ｓ２２０にてＮＯ）、処理はＳ２２４に移される。

Ｓ２２２にて、エンジンＥＣＵ２００は、判定値Ｖ（ＫＸ）を小さくする。Ｓ２２４にて、エンジンＥＣＵ２００は、判定値Ｖ（ＫＸ）を大きくする。Ｓ２２６にて、エンジンＥＣＵは、タイマのカウントを開始する。

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点火時期制御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、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が検出されるとともに、エアフローメータ３１４から送信された信号に基づいて、吸入空気量ＫＬが検出される（Ｓ１００）。また、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（Ｓ１０２）。

燃焼行程における上死点から９０度までの間において、５度ごとの積算値が第１の周波数帯Ａから第３の周波数帯Ｃの振動ごとに算出される（Ｓ１０４）。算出された第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの積算値がクランク角度に対応して加算され、前述した図４に示すようなエンジン１００の振動波形が検出される。

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複雑な形状の振動波形が検出されることを抑制することができる。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。

算出された積算値に基づいて、第１の周波数帯Ａ〜第３の周波数帯Ｃの合成波形（エンジン１００の振動波形）における積算値のピーク値Ｐが算出される（Ｓ１０６）。

算出されたピーク値Ｐでエンジン１００の振動波形における積算値が除算されて、振動波形が正規化される（Ｓ１０８）。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。

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（図６参照）、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（Ｓ１１０）。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。

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（Ｓ１１２）。これにより、振動の強度に基づいて、エンジン１００の振動がノッキングに起因した振動であるか否かをより詳細に分析することができる。

相関係数Ｋが予め定められた値よりも大きく、かつノック強度Ｎが判定値Ｖ（ＫＸ）よりも大きい場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、ノッキングが発生したと判定され（Ｓ１１６）、点火時期が遅角される（Ｓ１１８）。これにより、ノッキングの発生が抑制される。相関係数Ｋが予め定められた値よりも大きく、かつノック強度Ｎが判定値Ｖ（ＫＸ）よりも大きい状態ではない場合（Ｓ１１４にてＮＯ）、ノッキングが発生していないと判定され（Ｓ１２０）、点火時期が進角される（Ｓ１２２）。このようにして、ノック強度Ｎと判定値Ｖ（ＫＸ）とを比較することにより１点火サイクルごとにノッキングが発生したか否かが判定され、点火時期が遅角されたり、進角されたりする。

ところで、ノックセンサ３００の出力値のばらつきや劣化などにより、エンジン１００で同じ振動が生じた場合であっても、検出される強度が変化し得る。この場合、判定値Ｖ（ＫＸ）を補正し、実際に検出される強度に応じた判定値Ｖ（ＫＸ）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。このように判定値Ｖ（ＫＸ）を補正するために、実際に検出される強度におけるノッキングの発生頻度を求める必要がある。

そこで、本実施の形態に係る点火時期制御装置であるエンジンＥＣＵ２００においては、強度値ＬＯＧ（Ｖ）が算出される（Ｓ２００）。算出された強度値ＬＯＧ（Ｖ）が、前述のしきい値Ｖ（１）より小さい場合（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σが算出される（Ｓ２０４）。このような中央値Ｖ（５０）および標準偏差σに基づいて、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）が算出される（Ｓ２０６）。そのため、ノック判定レベルＶ（ＫＤ）が過大になることを抑制することができる。ノック判定レベルＶ（ＫＤ）よりも大きい強度値ＬＯＧ（Ｖ）の割合が、ノック占有率ＫＣとしてカウントされる（Ｓ２０８）。これにより、実際に検出される強度におけるノッキングの発生頻度を、ノック占有率ＫＣとして求めることができる。

ところで、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σを算出するために用いられた強度値ＬＯＧ（Ｖ）の数量が少ない場合、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σの精度が十分に確保されないため、ノック占有率ＫＣの精度が悪くなることが考えられる。

そこで、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σを算出するために用いられた強度値ＬＯＧ（Ｖ）の数量が、Ｎ（１）サイクル分以上の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されていない場合（Ｓ２１０にてＮＯ）、Ｎ（１）サイクル分以上の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されるまで、強度値ＬＯＧ（Ｖ）の算出（Ｓ２００）からの処理が繰り返される。すなわち、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σを算出するために用いられた強度値ＬＯＧ（Ｖ）の数量が、Ｎ（１）サイクル分より少なくなることが禁止される。Ｎ（１）は、たとえば、図１６に示すように、強度値ＬＯＧ（Ｖ）における標準偏差σが理想とする標準偏差に収束する最少の点火数を実験的に予め求めた値である。これにより、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σの精度を最低限確保して、ノック占有率ＫＣの精度が悪くなることを抑制することができる。

ところで、Ｎ（１）サイクル分の強度値ＬＯＧ（Ｖ）を抽出するためにかかる時間は、図１７に示すように、エンジン１００の回転数とほぼ反比例する関係にある。そのため、エンジン１００の回転数が低い場合、Ｎ（１）サイクル分の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されるのに時間がかかる。これにより、後述する判定値Ｖ（ＫＸ）の１回の補正に時間がかかる。そのため、判定値Ｖ（ＫＸ）を補正して点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなる。

そこで、エンジン１００の回転数が低回転領域と判断された場合（Ｓ２１２にて低）、判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量Ｈが大きくなるように設定される（Ｓ２１４）。図１８に示すように、エンジン１００の回転数が予め定められた回転数Ｒ（１）より小さいほど、補正量Ｈが大きくされる。そのため、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。また、このとき、図１９に示すように、低回転領域では、Ｎ（１）サイクルの強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出されている。そのため、前述のように、中央値Ｖ（５０）および標準偏差σの精度を最低限確保して、ノック占有率ＫＣの精度が悪くなることを抑制することができる。

なお、エンジン１００の回転数が中回転領域や高回転領域と判断された場合（Ｓ２１２にて中、高）、補正量Ｈは初期値Ｈ（０）のままである。そのため、判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量Ｈが初期値Ｈ（０）より小さくなることはなく、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのが抑制される。

エンジン１００の回転数が予め定められた回転数Ｒ（１）より大きい場合、エンジン１００の回転数が中回転領域と判断される（Ｓ２１２にて中）。そのため、Ｎ（１）サイクル分の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出された時間Ｔ（１）は、予め定められた時間Ａより短い時間であると考えられる。このような場合、抽出される強度値ＬＯＧ（Ｖ）の数量をＮ（１）サイクル分より多くして、標準偏差σの精度をより向上させることが望ましい。そこで、エンジン１００の回転数が中回転領域と判断された場合（Ｓ２２０にて中）、予め定められた時間Ａが経過していない場合（Ｓ２１６にてＮＯ）には、強度値ＬＯＧ（Ｖ）の算出（Ｓ２００）からの処理が繰り返される。そのため、中回転領域では、抽出される強度値ＬＯＧ（Ｖ）をＮ（１）サイクル分より多くして標準偏差σの精度をより向上させることにより、ノック占有率ＫＣの精度を、低回転領域と比べて向上させることができる。

エンジン１００の回転数が高い場合、短い時間で多くのの強度値ＬＯＧ（Ｖ）を抽出することができる。そこで、エンジン１００の回転数が、高回転領域と判断された場合（Ｓ２１２にて高）、Ｎ（２）サイクル分の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出された時点（Ｓ２１８にてＹＥＳ）で、後述する判定値Ｖ（ＫＸ）の補正が行なわれる。Ｎ（２）は、強度値ＬＯＧ（Ｖ）における標準偏差σが理想とする標準偏差に収束するのに十分な点火数を実験的に予め求めた値である。そのため、高回転領域では、早期に標準偏差σの精度を十分に向上させることができる。これにより、ノック占有率ＫＣの判定に用いる強度値ＬＯＧ（Ｖ）の数量が多くなり過ぎて、ノック占有率ＫＣの判定にかかる時間が長くなり過ぎることを抑制することができる。

低回転領域にて、判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量Ｈが変更された場合（Ｓ２１４）、中回転領域にて、予め定められた時間Ａが経過した場合（Ｓ２１６にてＹＥＳ）、および高回転領域にて、Ｎ（２）サイクル分の強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出された場合（Ｓ２１８にてＹＥＳ）、ノック占有率ＫＣがしきい値ＫＣ（０）よりも大きいか否かが判断される（Ｓ２２０）。ノック占有率ＫＣがしきい値ＫＣ（０）よりも大きい場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、点火時期の遅角制御（Ｓ１１８）が行なわれる頻度が高くなるように判定値Ｖ（ＫＸ）が小さくされる（Ｓ２２２）。ノック占有率ＫＣがしきい値ＫＣ（０）よりも小さい場合（Ｓ２２０にてＮＯ）、点火時期の進角制御（Ｓ１２２）が行なわれる頻度が高くなるように判定値Ｖ（ＫＸ）が大きくされる（Ｓ２２４）。これにより、１点火サイクルごとのノッキング判定における判定値を適切に補正し、点火時期を適切に制御することができる。

以上のように、本実施の形態に係る点火時期制御装置であるエンジンＥＣＵ２００によれば、エンジンの回転数が低い場合、判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量が大きくなるように設定される。そのため、１回の判定値Ｖ（ＫＸ）の補正に時間がかかる場合でも、１回の判定値Ｖ（ＫＸ）の補正で、点火時期を適切に制御できる状態の判定値により大きく近づかせることができる。そのため、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。さらに、エンジンの回転数が低い場合、ノッキングの発生頻度の判定に用いられる強度値ＬＯＧ（Ｖ）の数量が、ノッキングの発生頻度の判定精度を最低限確保することできる最少の点火数とされる。これにより、ノッキングの発生頻度の判定を早期に行ない、１回の判定値Ｖ（ＫＸ）の補正にかかる時間を短くすることができる。そのため、点火時期を適切に制御できる状態にするのにかかる時間が長くなるのを抑制することができる。その結果、点火時期を適切に制御することができる内燃機関の点火時期制御装置を提供することができる。

なお、図２０に示すように、ノイズによる振動の強度が大きい場合は、ノッキング時の積算値の最大値とノイズによる積算値の最大値との差が小さく、ノック強度Ｎからはノッキングとノイズとを区別し難くなるおそれがある。そのため、積算値のピーク値Ｐの代わりに、図２１に示すように、振動波形における積算値の総合計（ノック検出ゲートにおけるノックセンサ３００の出力電圧値をすべて積算した値）を用いてノック強度Ｎを算出するようにしてもよい。すなわち、振動波形における積算値の総合計をＢＧＬにより除算して、ノック強度Ｎを算出するようにしてもよい。

図２１に示すように、ノイズによる振動の発生期間は、ノッキングによる振動の発生期間よりも短いので、ノッキングとノイズとでは、積算値の総合計は大きく異なり得る。したがって、積算値の総合計に基づいてノック強度Ｎを算出することにより、ノッキング時に算出されるノック強度Ｎと、ノイズにより算出されるノック強度Ｎとの差を大きくすることができる。これにより、ノッキングによる振動とノイズによる振動とを明確に区別することができる。

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点火時期制御装置であるエンジンＥＣＵにより制御されるエンジンを示す概略構成図である。 ノッキング時にエンジンで発生する振動の周波数帯を示す図である。 図１のエンジンＥＣＵを示す制御ブロック図である。 エンジンの振動波形を示す図である。 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。 振動波形とノック波形モデルとを比較した図である。 エンジンＥＣＵのメモリに記憶された判定値Ｖ（ＫＸ）のマップを示す図である。 強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度分布を示す図（その１）である。 強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度分布を示す図（その２）である。 強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度分布を示す図（その３）である。 強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度分布を示す図（その４）である。 強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度分布を作成するために用いられる強度値ＬＯＧ（Ｖ）を示す図（その１）である。 強度値ＬＯＧ（Ｖ）の頻度分布を作成するために用いられる強度値ＬＯＧ（Ｖ）を示す図（その２）である。 図１のエンジン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（その１）である。 図１のエンジン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（その２）である。 強度値ＬＯＧ（Ｖ）の個数と標準偏差との関係を示す図である。 エンジンの回転数と強度値ＬＯＧ（Ｖ）が抽出される時間との関係を示す図である。 エンジンの回転数と判定値Ｖ（ＫＸ）の補正量との関係を示す図である。 エンジンの回転数と抽出される強度値ＬＯＧ（Ｖ）の個数との関係を示す図である。 ノッキング時の積算値とノイズによる積算値とを示す図（その１）である。 ノッキング時の積算値とノイズによる積算値とを示す図（その２）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、３１４ エアフローメータ。

Claims (10)

1. 内燃機関の点火時期制御装置であって、
   前記内燃機関で発生する振動の強度に基づいて、ノッキングに起因する振動の強度に関するノック強度を算出するためのノック強度算出手段と、
   前記ノック強度と判定値とを比較した結果に基づいて、前記内燃機関の点火時期を制御するための制御手段と、
   前記内燃機関で発生する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ための検出手段と、
   前記強度値に基づいて、ノッキングの発生頻度を判定するための判定手段と、
   ノッキングの発生頻度と前記内燃機関の回転数とに基づいて、前記判定値を決定するための決定手段とを含む、内燃機関の点火時期制御装置。
2. 前記点火時期制御装置は、
   ノッキングの発生頻度に基づいて、予め定められた判定値を補正するための補正手段と、
   前記内燃機関の回転数に基づいて、前記判定値の補正量を設定するための設定手段とをさらに含み、
   前記決定手段は、前記補正手段により前記予め定められた判定値を補正することにより前記判定値を決定するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
3. 前記設定手段は、前記内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、前記判定値の補正量をより大きく設定するための手段を含む、請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
4. 前記点火時期制御装置は、前記判定値の補正量が、予め定められた値より小さくなることを禁止するための手段をさらに含む、請求項２または３に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
5. 前記点火時期制御装置は、前記内燃機関の回転数に基づいて、前記判定手段がノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量を設定するための数量設定手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
6. 内燃機関の点火時期制御装置であって、
   前記内燃機関で発生する振動の強度に基づいて、ノッキングに起因する振動の強度に関するノック強度を算出するためのノック強度算出手段と、
   前記ノック強度と判定値とを比較した結果に基づいて、前記内燃機関の点火時期を制御するための制御手段と、
   前記内燃機関で発生する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ための検出手段と、
   前記強度値に基づいて、ノッキングの発生頻度を判定するための判定手段と、
   ノッキングの発生頻度に基づいて、前記判定値を決定するための決定手段と、
   前記内燃機関の回転数に基づいて、前記判定手段がノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量を設定するための数量設定手段とを含む、内燃機関の点火時期制御装置。
7. 前記数量設定手段は、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量を、前記内燃機関の回転数が低い場合は高い場合に比べて、より少なくなるように設定するための手段を含む、請求項５または６に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
8. 前記点火時期制御装置は、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、予め定められた数量より少なくなることを禁止するための手段をさらに含む、請求５〜７のいずれかに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
9. 前記点火時期制御装置は、ノッキングの発生頻度の判定に用いる強度値の数量が、予め定められた数量より多くなることを禁止するための手段をさらに含む、請求５〜８のいずれかに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
10. 前記点火時期制御装置は、
    予め定められた間隔において前記内燃機関で発生する振動の波形を検出するための手段と、
    前記内燃機関の振動の基準となる波形を記憶するための手段と、
    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に基づいて、複数の前記強度値のうち、予め定められた条件を満たす強度値を抽出するための手段とを含み、
    前記判定手段は、前記抽出された強度値に基づいて、ノッキングの発生頻度を判定するための手段を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の点火時期制御装置。

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