JP2013185553A - ノック検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、３種類の波形を同時測定することにより、ノック発生の判定を行うこと、ノックセンサ波形をクランク角ベースの時系列に周波数分析すること、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることを目的としている。
【解決手段】このため、ノックセンサとカム角センサとクランク角センサと処理装置を備えるノック検出装置において、処理装置は、ノックセンサ波形およびカム角センサ波形、クランク角センサ波形を同時に測定する波形測定手段と、波形測定手段のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する周波数分析手段と、ノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数のシフト量またはピーク周波数の比を指標とし、指標が所定の閾値を超えた際にノック発生と判定するノック発生判定手段とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明はノック検出装置に係り、特にエンジンのノック制御装置に関するもにであり、詳しくはエンジンのシリンダブロック表面に設置されたノックセンサにより検出された信号から、ノックを源とする信号とノック以外の機械的信号を源とする雑音信号を弁別することで、ノックの発生を精度よく検知するノック検出装置に関するものである。

一般に、エンジンにノックが発生すると、エンジン特有の複数の共鳴周波数を持った振動が発生する。
このノックを検出するために、エンジンのシリンダブロックにノックセンサを設置している。
このとき、精度の高いノック検出を行うためには、ノックセンサに関するバンドパスフィルタの通過周波数およびウィンドウの抽出時間帯が重要となっている。

特開２００５−１８８２９７号公報 特開２００９−２０９６８３号公報 特開２０１１−１７９３２０号公報 特開２０１１−１７９３２１号公報 特開２０１１−１７９３２２号公報 特開２０１１−１７９３２３号公報

ところで、従来のノック検出装置において、一般的なノック制御では、エンジンのシリンダブロックに設置されたノックセンサで振動を検出し、ノックセンサ信号にノック特有の周波数帯域を取り出すためのバンドパスフィルタ、およびノックの発生時間帯の信号のみ取り出すための時間領域ウィンドウ処理を適用し、得られた信号波形の最大値や積分値をノック強度の指標とし、一定の閾値を超えた場合をノック発生が認められたと判断して、点火時期をリタードさせることによりノックを抑制している。
このとき、前記ノックセンサに入力される振動は、様々な機械的振動が混在するため、信号からノックに起因する成分のみを精度良く検出できない場合には、ノックを十分に抑制できず、エンジンの耐久性の低下や運転者にノック音が聞こえることによる製品品質の低下、または機械的振動を誤検知して点火時期をリタードさせてしまうことによる出力および燃費性能の低下や排気温度の過度の上昇を招くという問題がある。

このような問題を改善するためのノック検出方法としては、ノック周波数が時間経過とともに低周波側ヘシフトするという「現象」を利用して、その変化の傾きが所定の値をこえたらノックと判定する方法が上述の特許文献１および特許文献２に開示されている。
なお、上述の「現象」に関して追記すれば、ノック周波数は時間経過とともに低周波側への周波数シフトを起こすことが知られているためであり、これに対して機械的振動によるノイズ周波数は低周波側への周波数シフトを起こさないものである。
しかし、以下の（１）及び（２）に示す問題がある。
（１）ノック周波数は必ず低周波側ヘシフトするが、ノック発生直後のある期間、周波数シフトが起こらないことがある。
この場合、周波数変化の傾きの算出が困難となるという不都合がある。
（２）上記（１）の場合を含め、ノック周波数変化の傾きが小さくなるとノック発生の判定を行う所定の値（閾値）の設定が難しくなるという不都合がある。
そして、上記（１）及び（２）に対処する方法は、上述の特許文献１および特許文献２には開示されていない。
以上の結果、特許文献１および特許文献２は、ノック検出方策が不十分であり、改良の余地がある。

この発明は、ノックセンサ波形とカム角センサ波形とクランク角センサ波形との３種類の波形を同時測定することにより、燃焼している気筒（ノック発生）の判定を行うこと、ノックセンサ波形をクランク角ベースの時系列に周波数分析すること、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることを目的とする。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エンジンに取り付けて振動を検知するノックセンサと、前記エンジンに取り付けてカム角を検出するカム角センサと、前記エンジンに取り付けてクランク角を検出するクランク角センサと、これらのノックセンサとカム角センサとクランク角センサとから出力させる検知信号を波形信号として測定し処理してノックの発生の有無を判定する処理装置とを備えるノック検出装置において、前記処理装置は、前記ノックセンサからのノックセンサ波形および前記カム角センサからのカム角センサ波形、前記クランク角センサからのクランク角センサ波形を同時に測定する波形測定手段と、この波形測定手段のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する周波数分析手段と、この周波数分析手段の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数のシフト量またはピーク周波数の比を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定するノック発生判定手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、ノックセンサ波形とカム角センサ波形とクランク角センサ波形との３種類の波形を同時測定することにより、燃焼している気筒（ノック発生）の判定を行うことが可能である。
また、ノックセンサ波形をクランク角ベースの時系列に周波数分析することが可能である。
更に、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることができる。

図１はこの発明の第１実施例を示すノック検出装置の制御用フローチャートである。（実施例１） 図２はノック検出装置の構成図である。（実施例１） 図３はエンジンに取り付けられたセンサと検出される信号を示す図である。（実施例１） 図４はクランク角ベースの時系列のウィンドウの設定を示す図である。（実施例１） 図５はｎ個のピーク周波数がある時系列の周波数分析結果の例を示す図である。（実施例１） 図６は時系列の周波数分析結果（ノック非発生）を示す図である。（実施例１） 図７は時系列の周波数分析結果（ノック発生）を示す図である。（実施例１） 図８は第１実施例での各ピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）ｓの値を示す図である。（実施例１） 図９はノック発生直後からノック周波数シフトが起こる例の説明を示す図である。（実施例１） 図１０はある時間が経過してからノック周波数シフトが起こる例の説明を示す図である。（実施例１） 図１１はこの発明の第２実施例を示すノックに起因するスペクトルピークの傾向の説明図である。（実施例２） 図１２はノックおよびノイズに起因するスペクトルピークの説明図である。（実施例２） 図１３はこの発明の第３実施例を示すノック検出装置の構成図である。（実施例３）

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図１０はこの発明の実施例を示すものである。
図２において、１はノック検出装置である。
このノック検出装置１は、図２に示す如く、エンジン２に取り付けて振動を検知するノックセンサ３と、前記エンジン２に取り付けてカム角を検出するカム角センサ４と、前記エンジン２に取り付けてクランク角を検出するクランク角センサ５と、これらのノックセンサ３とカム角センサ４とクランク角センサ５とから出力させる検知信号を波形信号として測定し処理してノックの発生の有無を判定する処理装置６とを備えている。
そして、前記ノックセンサ３は、前記エンジン２のシリンダブロック２ａ表面の振動を検出する。
また、前記カム角センサ４は、カムシャフト（図示せず）の回転角を検出する。
更に、前記クランク角センサ５はクランクシャフト（図示せず）の回転角を検出する。

このとき、この処理装置６は、図２に示す如く、波形測定手段７と周波数分析手段８とノック発生判定手段９とを備えている。
詳述すれば、前記波形測定手段７は、図示しないパーソナルコンピュータ（「ＰＣ」ともいう。）に接続可能なデータレコーダ（図示せず）を使用し、前記ノックセンサ３からのノックセンサ波形および前記カム角センサ４からのカム角センサ波形、前記クランク角センサ５からのクランク角センサ波形を同時に測定する。
また、前記周波数分析手段８は、前記波形測定手段７のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する。
つまり、前記周波数分析手段８は、燃焼のタイミングで得られたノックセンサ波形を時系列に周波数分析する。
更に、前記ノック発生判定手段９は、前記周波数分析手段８の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数のシフト量またはピーク周波数の比を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定する。
つまり、前記ノック発生判定手段９では、前記周波数分析手段８で得られた時系列の周波数分析結果から、例えば各ピーク周波数のシフト量を指標とし、その指標が所定の閾値を超えたスペクトルピークが存在すればノックと判定するものである。

追記すれば、前記処理装置６は、図２に示す如く、前記エンジン２に前記ノックセンサ３と前記カム角センサ４と前記クランク角センサ５との３種のセンサが取り付けられており、図３に示す如く、各センサにより信号が検出される。
このとき、前記処理装置６の前記波形測定手段７により３種のセンサで検出した波形を同時に測定する際に、同時測定した波形の測定条件（エンジン回転数、気筒）を測定波形から判定する必要がある。
なお、エンジン回転数は前記クランク角センサ５により判定することが可能であり、このクランク角センサ５の波形と前記カム角センサ４の波形とにより燃焼している気筒、つまりノックの発生を判定する気筒の判別が可能である。

なお、この発明は、上述した課題に記載の問題点（１）及び（２）を解決することにより、高いノック検出性を実現するものである。
追記すれば、図９及び図１０にノックセンサで検出したノック波形をクランク角度域毎に周波数分析した例を示す。
図９はノック発生直後からノック周波数が低周波側ヘシフトする実例であり、
図１０はノック発生後にある時間が経過してからノック周波数が低周波側ヘジフトする実例である。
このとき、図中の実線はノック発生直後のノック周波数を示し、点線はノック周波数シフトの状態を示している。
上述の特許文献１で示されるノックの周波数変化の傾きの算出は、図９に示す場合は比較的容易であるが、図１０に示す場合は周波数シフトが起こる領域と起こらない領域があるために困難となる。
仮に、図１０の傾きを上述の特許文献２で示されるように最小２乗法等で算出しても、図９の場合より傾きの値が小さくなるため、ノック発生の判定を行う所定の値である所定の閾値の設定が難しくなる。
そこで、これらの問題に対処するため、この発明は、ノック発生の判定の指標をノック周波数のシフト量とする方法を提案している。
この方法によれば、図１０においてもノック周波数のシフト量（ｆ_ｍａｘ−ｆ_ｍｉｎ）の値は明確であり、所定の閾値の設定も容易となるものである。
更に、ノック周波数のシフト量の算出は、ノック周波数の変化の傾きの算出よりも演算処理が少ない効果も得られる。

以下、前記処理装置６の前記周波数分析手段８及び前記ノック発生判定手段９について、更に詳細に説明する。
前記周波数分析手段８では、燃焼のタイミングで得られたノックセンサ波形を対象に、クランク角センサ波形をもとにクランク角ベースの時系列に周波数分析を行う。
なお、この周波数分析手段８による時系列の周波数分析においては、時系列の周波数分析の時間軸をノック制御で良く用いられるクランク角としたが、例えば時間軸を点火タイミングからの経過時間等としても良い。
図４に示す如く、ノックセンサ波形に対して時系列にウィンドウを設定し（この例ではクランク角１０度おきに（ａ）〜（ｈ）の八つのウィンドウを設定、ウィンドウ幅はクランク角３０度）、ＦＦＴやＤＦＴを用いてウィンドウ別に周波数特性を求める。
この際、ウィンドウ幅や隣り合うウィンドウの間隔は限定しないが、ノック発生からノックが十分減衰するまでの範囲を考慮する必要がある。
図４に示すウィンドウの設定では、例えば図９及び図１０に示したようなクランク角ベースの時系列の周波数分析結果が得られる。
また、前記ノック発生判定手段９では、前記周波数分析手段８で得られた時系列の周波数分析結果から各ピーク周波数のシフト量を指標とし、その指標が所定の閾値を超えたスペクトルピークが存在すればノックと判定する。
そして、前記ノック発生判定手段９は、ピーク周波数の最大値と最小値との差によりピーク周波数のシフト量を算出する一方、Ｎ個のピーク周波数に対するｎ個の指標を算出し、ｎ個の指標のうち少なくとも１つでも所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定する。
つまり、図５に示す如く、Ｎ個のピーク周波数ｆ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）が検出されたとする。
そして、ピーク周波数ｆ（ｉ）に関し、全てのウィンドウ（図５では５つのウィンドウ）の中から最大値である最大周波数ｆ（ｉ）_ｍａｘと最小値である最小周波数ｆ（ｉ）_ｍｉｎを求め、ピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓ（ｆ（ｉ）_ｓ＝ｆ（ｉ）_ｍａｘ−ｆ（ｉ）_ｍｉｎ）を計算する。
但し、ノックに起因するスペクトルピークは時間経過とともに低周波側にシフトするので、スペクトルピークが高周波側にシフトする場合、即ち、最大周波数ｆ（ｉ）_ｍａｘより最小周波数ｆ（ｉ）_ｍｉｎが前のウィンドウで求められた場合には、ピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓを０（ｆ（ｉ）_ｓ＝０）とする。
Ｎ個のピーク周波数ｆ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）に関し、ピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓ（ｉ＝１〜ｎを計算し、指標ｆ（ｉ）_ｓ（ｉ＝１〜ｎ）のうち１つでも所定の閾値を超えたらノックと判定する。

ここで、予めノック非発生とノック発生が既知の２つのノックセンサ波形を用いて、提案する方策によりノックの発生が判定できるかの確認を行う。
図６は、あるエンジン（回転数２４００ｒｐｍ、３番気筒の燃焼）で点火時期を十分遅角してノックが発生していないときのノックセンサ波形を対象に、前記周波数分析手段８によりクランク角ベースの時系列の周波数分析を行った結果である。
図６より、２個のピーク周波数ｆ（１）及びｆ（２）が検出される。
これらのピーク周波数ｆ（１）及びｆ（２）は、時間経過ともにスペクトルピークがやや高周波側にシフトしているので、最大周波数ｆ（ｉ）_ｍａｘより最小周波数ｆ（ｉ）_ｍｉｎが前のウィンドウで求められる場合に相当し、ピーク周波数のシフト量ｆ（１）_ｓ及びｆ（２）_ｓはともに０（ｆ（１）_ｓ＝０、ｆ（２）_ｓ＝０）となる。
図７は、同エンジン（同条件）で点火時期を十分進角してノックが発生したときのノックセンサ波形を対象に、前記周波数分析手段８によりクランク角ベースの時系列の周波数分析を行った結果である。
図７より、４個のピーク周波数ｆ（１）〜ｆ（４）が検出される。
このとき、ピーク周波数ｆ（１）及びｆ（２）は、図６で検出されたものと同じであり、定常的に発生しているノイズによるピークである。
従って、図６と同様にピーク周波数のシフト量ｆ（１）ｓ及びｆ（２）ｓは、ともに０（ｆ（１）_ｓ＝０、ｆ（２）_ｓ＝０）である。
一方、ピーク周波数ｆ（３）及びｆ（４）は、時間経過とともに低周波側にシフトしており、ノックによるピークであることが分かる。
このとき、ピーク周波数ｆ（３）及びｆ（４）について、最大周波数ｆ（ｉ）_ｍａｘと最小周波数ｆ（ｉ）_ｍｉｎとの値はそれぞれ、
ｆ（３）_ｍａｘ＝７．５２（ｋＨｚ）、ｆ（３）_ｍｉｎ＝６．８４（ｋＨｚ）
ｆ（４）_ｍａｘ＝８．５４（ｋＨｚ）、ｆ（４）_ｍｉｎ＝７．５２（ｋＨｚ）
となる。
従って、ピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓの値はそれぞれ、
ｆ（３）_ｓ＝０．６８（ｋＨｚ）
ｆ（４）_ｓ＝１．０２（ｋＨｚ）
となる。
以上のノック発生の判定の指標となるピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓの値を、図８に整理して開示した。
図８より、ノック発生を判定する所定の閾値を、０（ｋＨｚ）より大きく１．０２（ｋＨｚ）より小さく設定すれば、この実施例においては提案する方策によりノックの発生を判定することができる。
但し、所定の閾値については、ピーク周波数の算出時の誤差により、ノイズによるピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓが０より僅かに大きい値となる可能性、および、ノックによるピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓが実施例より小さくなる可能性を考慮して設定する必要がある。

次に、図１の前記ノック検出装置１の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。

このノック検出装置１の制御用プログラムがスタート、つまり処理開始（１０１）となると、時系列の周波数分析からピーク周波数ｆ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）を選択する処理（１０２）に移行する。
この処理（１０２）は、前記波形測定手段７のノックセンサ波形に対して、前記周波数分析手段８が時系列の周波数分析からピーク周波数ｆ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）を選択するものである。
そして、時系列の周波数分析からピーク周波数ｆ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）を選択する処理（１０２）の後に、１つのウィンドウのピーク周波数を算出する処理（１０３）に移行する。
この処理（１０３）は、前記周波数分析手段８が選択したピーク周波数ｆ（ｉ）の１つのウィンドウのピーク周波数を算出、つまり周波数特性を算出するものである。
また、１つのウィンドウのピーク周波数を算出する処理（１０３）の後に、全ウィンドウのピーク周波数の算出が完了したか否かの判断（１０４）に移行する。
この判断（１０４）がＮＯの場合には、上述の１つのウィンドウのピーク周波数を算出する処理（１０３）に戻る。
全ウィンドウのピーク周波数の算出が完了したか否かの判断（１０４）において、この判断（１０４）がＹＥＳの場合には、ピーク周波数ｆ（ｉ）の最大値である最大周波数ｆ（ｉ）_ｍａｘと最小値である最小周波数ｆ（ｉ）_ｍｉｎとの選定を行う処理（１０５）に移行する。
そして、この処理（１０５）の後に、ピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓを、式
ｆ（ｉ）_ｓ＝ｆ（ｉ）_ｍａｘ−ｆ（ｉ）_ｍｉｎ
によって計算する処理（１０６）に移行する。
この処理（１０６）は、前記ノック発生判定手段９によって、ピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓを、式
ｆ（ｉ）_ｓ＝ｆ（ｉ）_ｍａｘ−ｆ（ｉ）_ｍｉｎ
によって計算し、指標とするものである。
更に、ピーク周波数のシフト量ｆ（ｉ）_ｓを、式
ｆ（ｉ）_ｓ＝ｆ（ｉ）_ｍａｘ−ｆ（ｉ）_ｍｉｎ
によって計算する処理（１０６）の後に、Ｎ個のピーク周波数に対するｎ個の指標の計算が完了したか否かの判断（１０７）に移行する。
この判断（１０７）は、Ｎ個のピーク周波数ｆ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）に対して、ｎ個のピーク周波数のシフト量である指標ｆ（ｉ）_ｓ（ｉ＝１〜ｎ）の計算が完了しているか否かを判断するものである。
そして、判断（１０７）がＮＯの場合には、上述の時系列の周波数分析からピーク周波数ｆ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）を選択する処理（１０２）に戻る。
また、Ｎ個のピーク周波数に対するｎ個の指標の計算が完了したか否かの判断（１０７）において、判断（１０７）がＹＥＳの場合には、指標ｆ（ｉ）_ｓ（ｉ＝１〜ｎ）のうち１つでも所定の値である閾値を超えているか否かの判断（１０８）に移行する。
この判断（１０８）は、前記ノック発生判定手段９において、計算した指標ｆ（ｉ）_ｓ（ｉ＝１〜ｎ）のうち少なくとも１つでも所定の閾値を超えているか否かを判断するものである。
そして、この判断（１０８）がＹＥＳの場合には、前記ノック発生判定手段９によって、「ノックである」、つまりノックが発生していると判定する処理（１０９）に移行する。
また、指標ｆ（ｉ）_ｓ（ｉ＝１〜ｎ）のうち１つでも所定の値である閾値を超えているか否かの判断（１０８）において、判断（１０８）がＮＯの場合には、前記ノック発生判定手段９によって、「ノックではない」、つまりノックが発生していないと判定する処理（１１０）に移行する。

この第１実施例によれば、前記ノック検出装置１の前記処理装置６は、前記ノックセンサ３からのノックセンサ波形および前記カム角センサ４からのカム角センサ波形、前記クランク角センサ５からのクランク角センサ波形を同時に測定する波形測定手段７と、この波形測定手段７のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する周波数分析手段８と、この周波数分析手段８の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数のシフト量を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定するノック発生判定手段９とを備えている。
従って、ノックセンサ波形とカム角センサ波形とクランク角センサ波形との３種類の波形を同時測定することにより、燃焼している気筒（ノック発生）の判定を行うことが可能である。
また、ノックセンサ波形をクランク角ベースの時系列に周波数分析することが可能である。
更に、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることができる。

また、前記ノック発生判定手段９は、ピーク周波数の最大値と最小値との差によりをピーク周波数のシフト量を算出する一方、Ｎ個のピーク周波数に対するｎ個の指標を算出し、ｎ個の指標のうち少なくとも１つでも所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定している。
従って、ピーク周波数のシフト量からＮ個のピーク周波数に対するｎ個の指標を算出するとともに、ｎ個の指標のうち少なくとも１つでも所定の閾値を超えた際にノック発生と判定するため、ノックの発生を正確に判定することが可能となり、判定の信頼性の向上に寄与し得る。

図１１及び図１２はこの発明の第２実施例を示すものである。
この第２実施例において、上述第１実施例のものと同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明する。

上述第１実施例においては、ピーク周波数のシフト量を指標とする構成としたが、この第２実施例の特徴とするところは、ピーク周波数の比を指標とした点にある。

すなわち、ノック発生判定手段において、各ピーク周波数に関してピーク周波数の比ｆ（ｉ）_Ｒを計算し、ｆ（ｉ）_Ｒをノック発生判定の指標としている。
このとき、ピーク周波数の比ｆ（ｉ）_Ｒは、式
ｆ（ｉ）_Ｒ＝ｆ（ｉ）_ｍａｘ／ｆ（ｉ）_ｍｉｎ
によって計算する。
なお、ピーク周波数の比を指標として用いること以外は、上述の第１実施例に記載した説明と同様の処理を実施するため、記載は省略する。
この第２実施例について追記すると、図１１に示す如く、ノックに起因するスペクトルピークは低周波のものほどピーク周波数の変化の傾きが小さくなる。
このため、従来技術を用いた場合、最も低周波のピーク周波数ｆ（１）のみしか検出されないケースを考慮して、ノック判定の所定の値である閾値は、最も低周波のピーク周波数ｆ（１）の傾きＳｌ（１）よりやや小さく設定する必要がある。
ここで、図１２に示す如く、最も低周波のピーク周波数ｆ（１）よりも高周波側でピーク周波数のばらつき等により、最も低周波のピーク周波数ｆ（１）と同等の傾きをもつノイズに起因するピーク周波数ｆ（ｎｏｉｓｅ）が出現したと仮定する。
この場合、最も低周波のピーク周波数ｆ（１）及びｆ（２）が出現しないノック非発生状態でも、ピーク周波数ｆ（ｎｏｉｓｅ）によりノックと誤判定される問題が生じる。
そこで、ノック発生判定の指標をピーク周波数の比ｆ（ｉ）_Ｒとすると、この問題を回避することが可能である。
まず、ノックに起因するピーク周波数の比（ｆ（１）_Ｒ、ｆ（２）_Ｒ、……）は、基本的にそれぞれ同じ値αをとる。
一方、最も低周波のピーク周波数ｆ（１）と同等の傾きをもつｆ（ｎｏｉｓｅ）に関するピーク周波数の比ｆ（ｎｏｉｓｅ）_Ｒ（ｆ（ｎｏｉｓｅ）_ｍａｘ／ｆ（ｎｏｉｓｅ）_ｍｉｎ）は、以下の式より明らかにαより小さい値をとる。

従って、ピーク周波数の比ｆ（ｉ）_Ｒを指標として用いると、ノックに起因するピーク周波数ｆ（１）、ｆ（２）、…とｆ（ｎｏｉｓｅ）との区別が可能となり、ｆ（ｎｏｉｓｅ）をノイズと判定することが可能である。

ここで、上記の「ノックに起因するピーク周波数の比（ｆ（１）_Ｒ、ｆ（２）_Ｒ、……）は、基本的にそれぞれ同じ値αをとる。」点に関して、追加説明する。
ノックに起因するピーク周波数は、基本的に気体の音速に比例する。
ノック発生後、ピストンの降下とともに気体の温度は低下し、気体の温度の低下とともに気体の音速も低下する。
従って、ノックに起因するピーク周波数は、時間経過とともに低周波側に変化することとなる。
ここで、ノックに起因するピーク周波数が気体の音速に比例することより、図１２におけるピーク周波数ｆ（１）_ｍａｘとｆ（２）_ｍａｘとを、例えば、
ｆ（１）_ｍａｘ＝Ａｖ
ｆ（２）_ｍａｘ＝Ｂｖ
（Ａ、Ｂ：比例定数、ｖ：（ｂ）における気体の音速）
とおく。
（ｂ）から時間が経過して（ｆ）の状態となったとき、気体の音速ｖがｖ／α（１＜α）に変化したとすると、ピーク周波数ｆ（１）_ｍｉｎとｆ（２）_ｍｉｎは
ｆ（１）_ｍｉｎ＝Ａｖ／α
ｆ（２）_ｍｉｎ＝Ｂｖ／α
となる。
よって、ピーク周波数の比は
ｆ（１）_ｍａｘ／ｆ（１）_ｍｉｎ＝α
ｆ（２）_ｍａｘ／ｆ（２）_ｍｉｎ＝α
となり、ノックに起因するそれぞれのピーク周波数の比が同じ値をとることが分かる。

さすれば、前記ノック検出装置１の前記処理装置６は、前記ノックセンサ３からのノックセンサ波形および前記カム角センサ４からのカム角センサ波形、前記クランク角センサ５からのクランク角センサ波形を同時に測定する波形測定手段７と、この波形測定手段７のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する周波数分析手段８と、この周波数分析手段８の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数の比を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定するノック発生判定手段９とを備えている。
従って、ノックセンサ波形とカム角センサ波形とクランク角センサ波形との３種類の波形を同時測定することにより、燃焼している気筒（ノック発生）の判定を行うことが可能である。
また、ノックセンサ波形をクランク角ベースの時系列に周波数分析することが可能である。
更に、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることができる。

図１３はこの発明の第３実施例を示すものである。

この第３実施例の特徴とするところは、ノックセンサの代わりに、各気筒に筒内圧センサ１１を設置し、筒内圧波形を測定する構成とした点にある。

すなわち、前記ノック検出装置１は、図１３に示す如く、前記エンジン２に取り付けてカム角を検出するカム角センサ４と、前記エンジン２に取り付けてクランク角を検出するクランク角センサ５と、これらのノックセンサ３とカム角センサ４とクランク角センサ５とから出力させる検知信号を波形信号として測定し処理してノックの発生の有無を判定する処理装置６とを備えている。
そして、前記カム角センサ４は、カムシャフト（図示せず）の回転角を検出する。
また、前記クランク角センサ５はクランクシャフト（図示せず）の回転角を検出する。
このとき、前記処理装置６は、図１３に示す如く、波形測定手段７と周波数分析手段８とノック発生判定手段９とを備えている。
そして、前記ノック検出装置１は、図１３に示す如く、前記エンジン２の各気筒毎に、例えば４個の第１〜第４筒内圧センサ１１ａ〜１１ｄを設置し、これらの第１〜第４筒内圧センサ１１ａ〜１１ｄによって各気筒の筒内圧波形を測定するものである。
このとき、前記周波数分析手段８や前記ノック発生判定手段９はノックセンサの時と同様に処理すればよい。

さすれば、ノックセンサの代わりに、各気筒に筒内圧センサ１１を設置し、筒内圧波形を測定する構成としたことによって、燃焼している気筒（ノック発生）の判定を行うことが可能である。
また、ノック発生の指標をピーク周波数の変化の傾きとはせず、ピーク周波数のシフト量およびピーク周波数の比とすることで、ノック発生の判定の精度を向上させることができる。

１ ノック検出装置
２ エンジン
３ ノックセンサ
４ カム角センサ
５ クランク角センサ
６ 処理装置
７ 波形測定手段
８ 周波数分析手段
９ ノック発生判定手段

Claims (2)

1. エンジンに取り付けて振動を検知するノックセンサと、前記エンジンに取り付けてカム角を検出するカム角センサと、前記エンジンに取り付けてクランク角を検出するクランク角センサと、これらのノックセンサとカム角センサとクランク角センサとから出力させる検知信号を波形信号として測定し処理してノックの発生の有無を判定する処理装置とを備えるノック検出装置において、前記処理装置は、前記ノックセンサからのノックセンサ波形および前記カム角センサからのカム角センサ波形、前記クランク角センサからのクランク角センサ波形を同時に測定する波形測定手段と、この波形測定手段のノックセンサ波形に対して時系列の周波数特性を算出する周波数分析手段と、この周波数分析手段の算出したノック周波数が時間経過とともに低周波側にシフトするノックセンサ波形の時系列の周波数特性に基づいて、ピーク周波数のシフト量またはピーク周波数の比を指標とし、その指標が所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定するノック発生判定手段とを備えることを特徴とするノック検出装置。
2. 前記処理装置のノック発生判定手段は、ピーク周波数の最大値と最小値との差によりをピーク周波数のシフト量を算出する一方、Ｎ個のピーク周波数に対するｎ個の指標を算出し、ｎ個の指標のうち少なくとも１つでも所定の閾値を超えた際にノックが発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載のノック検出装置。

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