JP2016130488A - ノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の状態変化が生じても、ノッキング検出精度の低下を抑制できるノッキング信号解析方法およびノッキング信号分析装置を提供する。
【解決手段】点火時期制御装置３１の点火時期調整装置４３が実行するノッキング信号分析処理では、ノッキング信号のデジタルデータについて複数の周波数成分におけるそれぞれ強度を分析値（第１分析値Ａｎ１〜第５分析値Ａｎ５）として演算して、分析値をそれぞれ二乗した値を合計した強度二乗和を含んだ強度Ｓｔを演算する（Ｓ１６０〜Ｓ１９０、Ｓ２００〜Ｓ２５０）。ノッキング判定ステップ（Ｓ２６０）では、強度Ｓｔを用いて、内燃機関１でのノッキングの有無を判定する。この点火時期調整装置４３においては、単一の周波数成分における分析値に基づいてノッキング判定する場合に比べて、より広い周波数帯域の変化状態に基づくノッキング判定が可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関に設けられたノッキングセンサのセンサ出力信号を分析するノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置に関する。

内燃機関（エンジン）に設けられたノッキングセンサのセンサ出力信号を所定時間間隔でサンプリングしたデジタルデータについて離散フーリエ変換による周波数解析を行い、その周波数解析結果に基づいてノッキング判定を行うノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置が知られている（特許文献１）。

このノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置では、ノッキングセンサのセンサ出力信号（デジタルデータ）を周波数解析して、ノッキングに対応した周波数成分の強度を演算し、その強度を用いてノッキング判定を行う。

なお、「ノッキングに対応した周波数成分」は、ノッキング発生時に内燃機関に発生する振動の周波数（ノッキング周波数）に基づいて決定される。また、ノッキング周波数は、内燃機関等の共振周波数によって定まるものであり、この共振周波数は、内燃機関を構成する材料のバネ定数や質量などによって定まる。

特許第５５１１９１３号公報

しかし、内燃機関の状態変化（例えば、温度変化など）によってノッキング周波数が変化した場合には、上記のノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置では、適切にノッキングを検出できない可能性がある。

つまり、内燃機関の状態変化（例えば、温度変化など）により内燃機関のバネ定数が変化して、内燃機関で実際に発生するノッキング周波数が変化すると、上記のノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置で演算される「周波数成分の強度」としては検出できない可能性がある。

このような事態が発生すると、実際にはノッキングが発生しているにも関わらず、ノッキング検出ができず、ノッキング検出精度が低下する可能性がある。
そこで、本発明は、内燃機関の状態変化が生じても、ノッキング検出精度の低下を抑制できるノッキング信号解析方法およびノッキング信号分析装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面におけるノッキング信号解析方法は、内燃機関に設けられたノッキングセンサのセンサ出力信号を所定時間間隔でサンプリングしたデジタルデータについて離散フーリエ変換による周波数解析を行う周波数解析ステップと、周波数解析ステップでの周波数解析結果に基づいて内燃機関でのノッキングの有無を判定するノッキング判定ステップと、を有している。

周波数解析ステップでは、離散フーリエ変換による周波数解析によって、センサ出力信号のデジタルデータについて複数の周波数成分におけるそれぞれの強度を個別強度として演算して、個別強度をそれぞれ二乗した値を合計した強度二乗和を演算する。ノッキング判定ステップでは、強度二乗和を用いて内燃機関でのノッキングの有無を判定する。

また、本発明の他の局面におけるノッキング信号解析装置は、内燃機関に設けられたノッキングセンサのセンサ出力信号を所定時間間隔でサンプリングしたデジタルデータについて離散フーリエ変換による周波数解析を行う周波数解析部と、周波数解析部での周波数解析結果に基づいて内燃機関でのノッキングの有無を判定するノッキング判定部と、を有している。

周波数解析部は、離散フーリエ変換による周波数解析によって、センサ出力信号のデジタルデータについて複数の周波数成分におけるそれぞれの強度を個別強度として演算して、個別強度をそれぞれ二乗した値を合計した強度二乗和を演算する。ノッキング判定部は、強度二乗和を用いて内燃機関でのノッキングの有無を判定する。

このノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置においては、複数の周波数成分におけるそれぞれの個別強度が反映される強度二乗和に基づいてノッキング判定を行うため、単一の周波数成分における個別強度に基づいてノッキング判定する場合に比べて、より広い周波数帯域の変化状態に基づくノッキング判定が可能となる。

このため、内燃機関の状態変化（温度変化など）が生じて、ノッキング発生時に内燃機関に発生する振動の周波数（ノッキング周波数）が変化した場合でも、そのノッキング周波数成分の個別強度が強度二乗和に反映される場合には、ノッキングの検出が可能となる。

よって、このノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置によれば、内燃機関の状態変化が生じても、ノッキング検出精度の低下を抑制できる。
次に、上記のノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置においては、複数の周波数成分は、ノッキング判定用に予め定められた判定用周波数帯域に含まれる周波数成分であってもよい。

つまり、例えば、ノッキングセンサが設置された内燃機関で発生するノッキングの周波数帯域を予め調べておき、その周波数帯域に基づいて判定用周波数帯域を設定してもよい。このような判定用周波数帯域に含まれる複数の個別強度を用いて強度二乗和を演算して、その強度二乗和に基づいてノッキング判定を行うことで、より適切なノッキング判定が可能となり、ノッキング判定精度を向上できる。

次に、上記のノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置においては、強度二乗和の演算に、個別強度を３個以上用いてもよい。
このように、３個以上の個別強度を用いて強度二乗和を演算することで、２個の個別強度を用いる場合に比べて、より広い周波数帯域の強度が強度二乗和に反映されることになる。つまり、内燃機関で実際に発生するノッキング周波数の変化幅が大きくなった場合であっても、強度二乗和に基づいたノッキング判定によりノッキングが検出できる可能性が向上する。

よって、このノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置によれば、内燃機関の状態変化（温度変化など）が生じた場合であっても、より適切にノッキングを検出でき、ノッキング検出精度の低下を抑制できる。

次に、上記のノッキング信号分析方法においては、内燃機関の運転条件に応じて、強度二乗和の演算に用いる個別強度の個数を変更する個数変更ステップを有してもよい。また、上記のノッキング信号分析装置においては、内燃機関の運転条件に応じて、強度二乗和の演算に用いる個別強度の個数を変更する個数変更部を備えてもよい。

つまり、ノッキング発生時に内燃機関に発生する振動の周波数（ノッキング周波数）は、内燃機関の運転条件に応じて変化しており、ノッキング周波数の帯域幅についても内燃機関の運転条件に応じて変化する場合がある。

このため、内燃機関の運転条件に応じて、強度二乗和の演算に用いる個別強度の個数を変更することで、ノッキング周波数の帯域幅の変化にも対応したノッキング判定が可能となる。

よって、このノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置によれば、内燃機関の状態変化（温度変化など）が生じた場合であっても、より適切にノッキングを検出でき、ノッキング検出精度の低下を抑制できる。

本発明のノッキング信号分析方法およびノッキング信号分析装置によれば、内燃機関の状態変化（温度変化など）が生じた場合であっても、より適切にノッキングを検出でき、ノッキング検出精度の低下を抑制できる。

実施例１の点火時期制御装置が用いられる内燃機関のシステム構成を示す説明図である。 （ａ）は実施例１の点火時期制御装置を一部破断して示す平面図、（ｂ）はその点火時期制御装置を一部破断して示す正面図である。 （ａ）は実施例１の点火時期制御装置及びその周辺の装置を示す説明図、（ｂ）はその点火時期調整装置の接続端子を示す説明図である。 ノッキング信号分析処理の処理内容を表すフローチャートである。 解析数が３点の場合と解析数が１点の場合とのそれぞれについて、ノッキング信号の解析用信号に関してＦＦＴ演算処理を実行して強度Ｓｔを演算した比較測定の測定結果を示す説明図である。 ノッキング信号のピーク値であるノック強度Ｋｓと、ＦＦＴ演算処理により演算した強度Ｓｔと、の相関係数について測定した測定結果を示す説明図である。

以下では、本発明を実施するための形態（実施例）について説明する。
尚、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

［１．実施例１］
［１−１．全体構成］
本実施例の点火時期制御装置は、汎用エンジンや２輪車用エンジンなどの各種のエンジン（内燃機関）に用いられるものであり、内燃機関の点火時期を制御する装置である。この点火時期制御装置は、内燃機関のノッキング判定を行い、ノッキング判定結果を用いて、ノッキングを抑制するように点火時期を制御する。

なお、以下では、４サイクルの２輪車用エンジンに備えられる点火時期制御装置を例に挙げて説明する。
まず、本実施例の点火時期制御装置を備えた内燃機関のシステム全体について説明する。

図１に示す様に、内燃機関１（エンジン１）は、エンジン本体３と、エンジン本体３に空気を導入する吸気管５と、吸入空気量を検出するエアフローメータ７と、吸入空気量を調整するスロットルバルブ９と、スロットルバルブ９の開度を検出するスロットル開度センサ１１と、燃焼室１３内に空気を導入する吸気マニホールド１５と、燃料を吸気マニホールド１５内に噴射する燃料噴射弁１７と、エンジン本体３から（燃焼後の）空気を排出する排気マニホールド１９と、排気マニホールド１９から排出される排気から空燃比を検出する空燃比センサ２１（又は酸素センサ２１）などを備えている。

また、エンジン本体３のシリンダヘッド２３には、点火プラグ２５が取り付けられ、エンジン本体３には、エンジン回転数（回転速度）を検出するエンジン回転数センサ２７や、クランク角を検出するクランク角センサ２９が取り付けられている。

更に、エンジン本体３には、後述する点火時期制御装置３１が取り付けられている。この点火時期制御装置３１には、イグナイタ３３が接続され、イグナイタ３３には点火コイル３５が接続され、点火コイル３５は点火プラグ２５に接続されている。

また、内燃機関１には、エンジン本体３等の運転状態（例えばエンジン回転数や空燃比センサ２１の出力に基づく空燃比フィードバック制御など）を総合的に制御する内燃機関用制御装置３７（エンジンコントロールユニット３７）が設けられている。この内燃機関用制御装置３７は、図示しないが、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等を有するマイコンを備えた電子制御装置（ＥＣＵ）である。

なお、以下では、点火時期制御装置３１と内燃機関用制御装置３７とを備えたシステムを、点火時期制御システム３８と称する。
内燃機関用制御装置３７の入力ポート（図示せず）には、エアフローメータ７、スロットル開度センサ１１、空燃比センサ２１、エンジン回転数センサ２７、クランク角センサ２９が接続されており、これらの各機器からの信号（センサ信号等）が入力ポートに入力される。

一方、内燃機関用制御装置３７の出力ポート（図示せず）には、燃料噴射弁１７、点火時期制御装置３１が接続されており、これらの機器に対して、内燃機関用制御装置３７から、各機器の動作を制御するための制御信号が出力される。

なお、本実施例では、点火時期制御装置３１にイグナイタ３３を接続した例を示したが、点火時期制御装置３１にイグナイタ３３を内蔵する態様を採ってもよい。
［１−２．点火時期制御装置］
次に、本実施例の点火時期制御装置３１について説明する。

図２に示す様に、本実施例の点火時期制御装置３１は、ノッキング検出装置４１（ノッキングセンサ４１）と点火時期調整装置４３とが、接続ケーブル４５を介して、電気的及び機械的に分離不可能に一体に構成されたものである。

ノッキング検出装置４１は、周知の圧電素子６５を用いた非共振型ノッキングセンサであり、主体金具４７の軸孔４７ａに取付用ボルト（図示せず）が挿入される構造を有し、取付用ボルトによってエンジン本体３のシリンダブロック４９（図１参照）に固定されるものである。

詳しくは、ノッキング検出装置４１は、ほぼ全体が樹脂成形体５１によってモールドさており、略円筒形状の本体部５３と、本体部５３の側面から突出する略直方体形状のコネクタ部５５と、を備えている。

このうち、本体部５３は、円筒形状の筒状部５７とその一端側（図２（ｂ）の下方）に設けられた環状の鍔部５９とからなる前記主体金具４７を有している。筒状部５７には、鍔部５９側から、環状の第１絶縁板６１、環状の第１電極板６３、環状の圧電素子６５、環状の第２電極板６７、環状の第２絶縁板６９、環状のウエイト７１、環状の皿バネ７３、環状のナット７５が配置されている。また、第１電極板６３と第２電極板６７とには、両電極板６３、６７間に発生した出力信号を取り出すための第１出力端子８１と第２出力端子８３とが、それぞれ接続されている。

点火時期調整装置４３は、点火時期を調節する制御装置であり、内燃機関用制御装置３７と同様に、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等を有するマイコン（図示せず）を備えた電子制御装置である。

接続ケーブル４５は、内部に第１出力端子８１と第２出力端子８３とに接続された各電気配線（図示せず）が設けられているケーブルであり、この接続ケーブル４５の両端には、両電気配線と接続された第１コネクタ８５と第２コネクタ８７とが設けられている。

つまり、第１コネクタ８５は、ノッキング検出装置４１のコネクタ部５５の開口部５５ａに嵌め込まれるとともに、各電気配線が第１出力端子８１、第２出力端子８３に接続されている。また、第２コネクタ８７は、点火時期調整装置４３の凹状のコネクタ部８９に嵌め込まれるとともに、各電気配線が、点火時期調整装置４３内の内部配線（図示せず）と接続されている。

特に本実施例では、接続ケーブル４５の第１コネクタ８５は、ノッキング検出装置４１のコネクタ部５５に嵌め込まれるとともに、接着剤によって固定されて分離不可能に一体に構成されている。同様に、接続ケーブル４５の第２コネクタ８７は、点火時期調整装置４３のコネクタ部８９に嵌め込まれるとともに、接着剤によって固定されて分離不可能に一体に構成されている。

［１−３．点火時期制御装置に関する電気的構成］
次に、点火時期制御装置３１に関する電気的構成などについて説明する。
図３（ａ）に示す様に、点火時期制御装置３１の点火時期調整装置４３は、バッテリ９１から電力の供給を受けて作動するものである。よって、点火時期調整装置４３の接続端子には、図３（ｂ）に示す様に、バッテリ９１からの電力を受けるための一対の電源端子９３、９５が設けられている。

また、点火時期調整装置４３は、リード線（信号線）９７を介して、内燃機関用制御装置３７と着脱可能に接続されている。なお、リード線９７は、点火時期調整装置４３および内燃機関用制御装置３７の両方に対して着脱可能とされている。

点火時期調整装置４３は、基準点火信号Ａを内燃機関用制御装置３７から受信するための受信用端子１０１を備えている。
更に、点火時期調整装置４３は、１本のリード線１０５を介して、イグナイタ３３と接続されており、点火コイル３５を作動させるため信号（補正点火信号Ｂ）をイグナイタ３３に対して出力するための点火用端子１０７が設けられている。

［１−４．点火時期制御の基本的な動作］
次に、上述した点火時期制御装置３１を用いた点火時期制御の基本的な動作について説明する。

内燃機関用制御装置３７では、例えばエンジン回転数や吸入空気量などに基づいて、点火時期の基準となる基準点火時期を決定する。この基準点火時期とは、内燃機関１毎のばらつきや気候変化等を考慮したときにも当該内燃機関１が破損しないような十分なマージンを持って設定された点火時期を、内燃機関１の運転状態毎に複数設定したマップを用いた上で、このマップと現在の運転状態とを対応（照合）して設定されるベースとなる点火時期（即ち、点火時期調整装置４３によって調整される対象の点火時期）である。

なお、この基準点火時期を示す信号が、基準点火信号Ａである。そして、この基準点火信号Ａが、点火時期調整装置４３に対して出力される。
基準点火信号Ａを受信する点火時期調整装置４３では、ノッキング検出装置４１からの信号（ノッキング信号）を受信し、そのノッキング信号に基づいて、ノッキング（ノック）の発生の有無を検出する。このノッキング検出処理の内容については、後述する。

そして、点火時期調整装置４３では、ノッキングの発生状態等に応じて、点火時期を調整（補正）して、補正点火時期を決定する。なお、この補正点火時期を示す信号が、補正点火信号Ｂである。

具体的には、ノッキングが発生していない場合には、所定期間毎に、点火時期を最大進角に至るまで徐々に進角させ、ノッキングが発生すると基準点火時期に戻すように、補正点火時期を設定する。なお、エンジン起動時や加速時等の運転過渡期といったエンジン回転数の変動が大きな場合には、点火時期を補正する処理は行わない。

次に、上述のように補正点火時期が決定されると、点火時期調整装置４３から、イグナイタ３３に対して、補正点火信号Ｂが出力される。
イグナイタ３３では、補正点火信号Ｂの状態に応じて点火コイル３５への通電状態（オン・オフ）を制御することで、点火コイル３５における磁束密度を急激に変化させて、点火コイル３５に点火用電圧を発生させる。

点火コイル３５は、一次巻線および二次巻線（図示省略）を備えており、イグナイタ３３による一次巻線への通電により、点火コイル３５に磁束エネルギーが蓄積される。一次巻線に一次電流が流れている状態で、一次巻線への一次電流の通電が遮断（停止）されると、点火コイル３５における磁束密度が急激に変化して、二次巻線に点火用電圧が発生する。

この点火用高電圧が点火プラグ２５に印加されることで、点火プラグ２５の中心電極と接地電極との間に火花放電が発生する。このときに二次巻線に流れる電流が二次電流である。

なお、上述した基準点火信号Ａ及び補正点火信号Ｂには、ローレベルからハイレベルになるタイミングと、ハイレベルからローレベルになるタイミングとの情報が含まれている。このうち、ハイレベルからローレベルになるタイミングは、所望の点火時期（発火する時期）である。また、ハイレベルの期間は、必要な磁束エネルギーが蓄積されるように所定の期間が設定される。

［１−５．点火時期調整装置にて行われる処理］
次に、点火時期調整装置４３にて行われる各種処理について説明する。
まず、ノッキング信号収集処理について説明する。

ノッキング信号収集処理は、点火時期調整装置４３が起動されると、処理を開始し、点火時期調整装置４３が停止するまで、処理を継続する。
ノッキング信号収集処理では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号を、予め定められた所定時間間隔（サンプリング周期）で収集し、ＡＤ変換により得られたノッキング信号のデジタルデータを、点火時期調整装置４３の記憶部（ＲＡＭなど）に記憶する処理を行う。とりわけ、そのデジタルデータのうち、ノッキングの発生する可能性のある所定期間（所定の回転角の区間）におけるノッキング信号を、解析用信号として点火時期調整装置４３の記憶部に記憶する。

次に、ノッキング信号分析処理について説明する。
本処理は、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号に基づいて、ノッキング（ノック）の発生の有無を判定する処理である。ノッキング信号分析処理は、点火周期毎に実行される。

図４のフローチャートに示すように、ノッキング信号分析処理が起動されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、内燃機関の運転条件（回転数など）に基づいて解析数の設定を行う。なお、解析数とは、周波数解析を行う周波数の個数である。

本実施例では、内燃機関の運転条件と解析数との対応関係を示したマップあるいは演算式を用いて、内燃機関の運転条件に対応する解析数の設定を行う。このマップあるいは演算式は、点火時期調整装置４３の記憶部（ＲＯＭなど）に予め記憶されている。

次のＳ１２０では、内燃機関の運転条件（回転数など）に基づいて解析周波数（単位：［ｋＨｚ］）の設定を行う。なお、解析周波数とは、周波数解析を行う周波数である。
本実施例では、内燃機関の運転条件と解析周波数との対応関係を示したマップあるいは演算式を用いて、内燃機関の運転条件に対応する解析周波数の設定を行う。このマップあるいは演算式は、解析周波数を設定するにあたり、ノッキング判定用に予め定められた判定用周波数帯域（本実施例では、１１．０〜２１．０［ｋＨｚ］）に含まれる周波数成分を解析周波数に設定するように構成されている。判定用周波数帯域は、実際の内燃機関を用いたノッキング周波数の測定結果などにより得られた「内燃機関の運転条件とノッキング周波数との対応関係」に基づいて範囲が設定されている。なお、このマップあるいは演算式は、点火時期調整装置４３の記憶部（ＲＯＭなど）に予め記憶されている。

次のＳ１３０では、Ｓ１１０で設定した解析数がいくつであるかを判定しており、解析数が１点の場合にはＳ１４０に移行し、解析数が３点の場合にはＳ１６０に移行し、解析数が５点の場合にはＳ２００に移行する。

Ｓ１３０で解析数が１点と判定されてＳ１４０に移行すると、Ｓ１４０では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号に関して、Ｓ１２０で設定された解析周波数におけるＦＦＴ演算処理を行う。このＦＦＴ演算処理は、離散フーリエ変換の一種であり、このＦＦＴ演算処理による演算結果は、解析周波数におけるノッキング信号の強度（スペクトル）であり、この値は第１分析値Ａｎ１に設定される。

なお、上述したノッキング信号収集処理が実行されることで、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号のうち、ノッキングの発生する可能性のある所定期間（所定の回転角の区間）における信号は、解析用信号として点火時期調整装置４３の記憶部（ＲＡＭなど）に記憶されている。Ｓ１４０では、この解析用信号を用いてＦＦＴ演算処理を実行する。

次のＳ１５０では、Ｓ１４０で得られた第１分析値Ａｎ１をノッキングの強度を表す強度Ｓｔに代入する。
また、Ｓ１３０で解析数が３点と判定されてＳ１６０に移行すると、Ｓ１６０では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号のうち解析用信号に関して、Ｓ１２０で設定された解析周波数から１［ｋＨｚ］だけ小さい周波数におけるＦＦＴ演算処理を行う。このＦＦＴ演算処理による演算結果は、「解析周波数−１［ｋＨｚ］」におけるノッキング信号の強度であり、この値は第１分析値Ａｎ１に設定される。

なお、このとき解析周波数から減算する「１［ｋＨｚ］」は、周波数分解能であり、点火時期調整装置４３におけるノッキング信号のサンプリング周波数に応じて値が定められている。

次のＳ１７０では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号のうち解析用信号に関して、Ｓ１２０で設定された解析周波数におけるＦＦＴ演算処理を行う。このＦＦＴ演算処理による演算結果は、解析周波数におけるノッキング信号の強度であり、この値は第２分析値Ａｎ２に設定される。

次のＳ１８０では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号のうち解析用信号に関して、Ｓ１２０で設定された解析周波数から１［ｋＨｚ］だけ大きい周波数におけるＦＦＴ演算処理を行う。このＦＦＴ演算処理による演算結果は、「解析周波数＋１［ｋＨｚ］」におけるノッキング信号の強度であり、この値は第３分析値Ａｎ３に設定される。

なお、このとき解析周波数に加算する「１［ｋＨｚ］」は、周波数分解能であり、点火時期調整装置４３におけるノッキング信号のサンプリング周波数に応じて値が定められている。

次のＳ１９０では、Ｓ１６０で得られた第１分析値Ａｎ１と、Ｓ１７０で得られた第２分析値Ａｎ２と、Ｓ１８０で得られた第３分析値Ａｎ３と、に基づいて、ノッキングの強度を表す強度Ｓｔを演算する。具体的には、［数１］を用いて、ノッキングの強度を表す強度Ｓｔを演算する。

また、Ｓ１３０で解析数が５点と判定されてＳ２００に移行すると、Ｓ２００では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号のうち解析用信号に関して、Ｓ１２０で設定された解析周波数から２［ｋＨｚ］だけ小さい周波数におけるＦＦＴ演算処理を行う。このＦＦＴ演算処理による演算結果は、「解析周波数−２［ｋＨｚ］」におけるノッキング信号の強度であり、この値は第１分析値Ａｎ１に設定される。

次のＳ２１０では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号のうち解析用信号に関して、Ｓ１２０で設定された解析周波数から１［ｋＨｚ］だけ小さい周波数におけるＦＦＴ演算処理を行う。このＦＦＴ演算処理による演算結果は、「解析周波数−１［ｋＨｚ］」におけるノッキング信号の強度であり、この値は第２分析値Ａｎ２に設定される。

次のＳ２２０では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号のうち解析用信号に関して、Ｓ１２０で設定された解析周波数におけるＦＦＴ演算処理を行う。このＦＦＴ演算処理による演算結果は、解析周波数におけるノッキング信号の強度であり、この値は第３分析値Ａｎ３に設定される。

次のＳ２３０では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号のうち解析用信号に関して、Ｓ１２０で設定された解析周波数から１［ｋＨｚ］だけ大きい周波数におけるＦＦＴ演算処理を行う。このＦＦＴ演算処理による演算結果は、「解析周波数＋１［ｋＨｚ］」におけるノッキング信号の強度であり、この値は第４分析値Ａｎ４に設定される。

次のＳ２４０では、ノッキング検出装置４１からのノッキング信号のうち解析用信号に関して、Ｓ１２０で設定された解析周波数から２［ｋＨｚ］だけ大きい周波数におけるＦＦＴ演算処理を行う。このＦＦＴ演算処理による演算結果は、「解析周波数＋２［ｋＨｚ］」におけるノッキング信号の強度であり、この値は第５分析値Ａｎ５に設定される。

次のＳ２５０では、Ｓ２００で得られた第１分析値Ａｎ１と、Ｓ２１０で得られた第２分析値Ａｎ２と、Ｓ２２０で得られた第３分析値Ａｎ３と、Ｓ２３０で得られた第４分析値Ａｎ４と、Ｓ２４０で得られた第５分析値Ａｎ５と、に基づいて、ノッキングの強度を表す強度Ｓｔを演算する。具体的には、［数２］を用いて、ノッキングの強度を表す強度Ｓｔを演算する。

なお、Ｓ２００〜Ｓ２４０の各ステップでのＦＦＴ演算処理は、それぞれの周波数の差分値が１［ｋＨｚ］となるように設定された５つの周波数のそれぞれにおいてＦＦＴ演算を行う。

Ｓ１５０，Ｓ１９０，Ｓ２５０のいずれかの処理が終了するとＳ２６０に移行し、Ｓ２６０では、演算された強度Ｓｔに基づいてノッキングの有無を判定する。
具体的には、予め定められた閾値Ｔｈと強度Ｓｔとを比較して、強度Ｓｔが閾値Ｔｈよりも大きい場合には「ノッキング有り」と判定し、強度Ｓｔが閾値Ｔｈ以下の場合には「ノッキング無し」と判定する。

Ｓ２６０での処理が終了すると、本処理が終了する。
このように、ノッキング信号分析処理では、内燃機関のノッキング判定のためのＦＦＴ演算処理を行うにあたり、内燃機関の運転条件に応じて、ＦＦＴ演算処理での周波数の解析数や解析周波数を設定している。つまり、内燃機関の状態変化（例えば、温度変化など）によってノッキング周波数が変化した場合でも、その変化後のノッキング周波数に応じて解析数や解析周波数を設定することで、内燃機関のノッキング判定のためのＦＦＴ演算処理を実行することが可能となる。

次に、点火時期調整装置４３にて実行される補正点火時期算出処理について、簡単に説明する。
本処理は、内燃機関用制御装置３７からの基準点火信号Ａを基準として、ノッキング判定結果に基づいて補正点火時期を算出する処理である。つまり、本処理では、ノッキングの発生状態等に応じて、点火時期を調整（補正）して、補正点火時期を決定する。なお、この補正点火時期を示す信号が、補正点火信号Ｂである。

具体的には、ノッキングが発生していない場合には、所定期間毎に、点火時期を最大進角に至るまで徐々に進角させ、ノッキングが発生すると基準点火時期に戻すように、補正点火時期を設定する。なお、エンジン起動時や加速時等の運転過渡期といったエンジン回転数の変動が大きな場合には、点火時期を補正する処理は行わない。

上述のように補正点火時期が決定されると、点火時期調整装置４３から、イグナイタ３３に対して、補正点火信号Ｂが出力される。
［１−６．測定］
ここで、本実施例の点火時期制御装置３１を用いて実施した２つの測定に関して、それぞれの測定結果について説明する。

まず、本実施例の点火時期制御装置３１を用いて、解析数が３点の場合と、解析数が１点の場合と、のそれぞれについて、ノッキング信号の解析用信号に関してＦＦＴ演算処理を実行して強度Ｓｔを演算した比較測定の測定結果について説明する。

なお、この測定では、解析数が３点の場合、解析数が１点の場合のそれぞれについて、解析周波数として５種類の周波数（１４，１５，１６，１７，１８［ｋＨｚ］）について、強度Ｓｔの演算（測定）を実施した。

図５に示すように、解析数が３点の場合の強度Ｓｔは、例えば、解析周波数が１４［ｋＨｚ］の場合に演算される強度Ｓｔは、１３〜１５［ｋＨｚ］の比較的広い周波数帯域において、大きい値（例えば、強度Ｓｔが１５０００以上）を示している。解析周波数が１５，１６，１７，１８［ｋＨｚ］のそれぞれでも、解析周波数を中心とする±１［ｋＨｚ］の周波数帯域において、演算される強度Ｓｔは大きい値を示している。

他方、解析数が１点の場合の強度Ｓｔは、例えば、解析周波数が１４［ｋＨｚ］の場合に演算される強度Ｓｔは、１３．８〜１４．２［ｋＨｚ］の比較的狭い周波数帯域において、大きい値（例えば、強度Ｓｔが１５０００以上）を示している。解析周波数が１５，１６，１７，１８［ｋＨｚ］のそれぞれでも、解析周波数を中心とする比較的狭い周波数帯域において、演算される強度Ｓｔは大きい値を示している。

これらのことから、例えば、内燃機関に発生したノッキングのノッキング周波数が１５．５［ｋＨｚ］の場合において、解析数が１点であり、解析周波数が１５．０［ｋＨｚ］あるいは１６．０［ｋＨｚ］の場合に得られる強度Ｓｔは、図５の測定結果によれば、小さい値（およそ強度Ｓｔ＝１１０００）となる。この強度Ｓｔに基づいてノッキング判定を行うと、実際にはノッキングが発生している場合でも、強度Ｓｔが小さい値を示すために、「ノッキング無し」と誤判定される可能性がある。

これに対して、ノッキング周波数が１５．５［ｋＨｚ］の場合において、解析数が３点であり、解析周波数が１５．０［ｋＨｚ］あるいは１６．０［ｋＨｚ］の場合に得られる強度Ｓｔは、図５の測定結果によれば、大きい値（およそ強度Ｓｔ＝１５０００）となる。この強度Ｓｔに基づいてノッキング判定を行うと、実際にはノッキングが発生している場合には、強度Ｓｔが大きい値を示すために、「ノッキング有り」と適切に判定できる可能性が高まる。

このことから、解析数が３点の場合には、解析数が１点の場合に比べて、より広い周波数帯域のノッキング周波数に対応したノッキング判定が可能となり、ノッキング判定精度を向上できる。

また、強度Ｓｔの演算にあたり、解析数が３点の場合においては、３つの分析値（第１分析値Ａｎ１、第２分析値Ａｎ２、第３分析値Ａｎ３）を単純に合計した値を強度Ｓｔの演算に用いるのではなく、各分析値の二乗値を合計した値（強度二乗和）を強度Ｓｔの演算に用いている。これにより、得られる強度Ｓｔのうち、「解析周波数−１」から「解析周波数＋１」までの周波数帯域において、値が大幅に小さくなるのを抑制できるため、適切なノッキング判定が可能となる。

とりわけ、ノッキング信号のサンプリング周波数の制約により、周波数分解能が１［ｋＨｚ］となる場合（サンプリング周期＝１［ｍｓｅｃ］）には、その周波数分解能よりも小さい単位で解析周波数を設定することができず、ノッキング周波数が周波数分解能よりも小さい単位で変動する場合には、ノッキングが検出できない虞がある。このように、周波数分解能よりも小さい単位でノッキング周波数が変動する場合においては、解析数を複数に設定することで、解析数が１個の場合に比べて、ノッキング判定精度を向上できる。

次に、本実施例の点火時期制御装置３１を用いて、燃焼圧センサにより取得したピーク値であるノッキング強度Ｋｓ（以下、ノック強度Ｋｓともいう）と、ノッキング信号を用いてＦＦＴ演算処理により演算した強度Ｓｔと、の相関係数について測定した測定結果について説明する。

本測定では、１０〜２５［ｋＨｚ］の周波数帯域における１［ｋＨｚ］毎に、ノック強度Ｋｓの検出と強度Ｓｔの演算とをそれぞれ実施し、ノック強度Ｋｓと強度Ｓｔとの相関係数を求めた。この相関係数は、ノック強度Ｋｓと強度Ｓｔとの正の相関関係が強くなるに従い、１に近い値となり、ノック強度Ｋｓと強度Ｓｔとの正の相関関係が弱くなるに従い、０に近い値となる。

なお、強度Ｓｔの演算については、まず、解析数を１個としつつ１０〜２５［ｋＨｚ］の周波数帯域における１［ｋＨｚ］毎に、強度Ｓｔを演算した。さらに、解析数を３個としつつ解析周波数を２０［ｋＨｚ］として強度Ｓｔを演算して、この強度Ｓｔとノック強度との相関係数についても測定した。

また、強度Ｓｔとノック強度との相関係数の測定は、二輪用の空冷式１２５ｃｃエンジンを用いて実施した。また、本測定は、内燃機関の運転条件のうち、３種類の運転条件（エンジン回転数：４０００ｒｐｍ、６０００ｒｐｍ、８０００ｒｐｍ）のそれぞれについて実施した。

図６に示すように、エンジン回転数４０００ｒｐｍの場合、解析数が１個の場合に演算される強度Ｓｔとノック強度Ｋｓとの相関係数は、周波数が２０［ｋＨｚ］の時に最大値として約０．５５を示す。これに対して、解析数が３個の場合に演算される強度Ｓｔとノック強度Ｋｓとの相関係数は、周波数が１９〜２１［ｋＨｚ］の時に約０．６０を示す。

また、エンジン回転数６０００ｒｐｍの場合、解析数が１個の場合に演算される強度Ｓｔとノック強度Ｋｓとの相関係数は、周波数が２０［ｋＨｚ］の時に最大値として約０．５７を示す。これに対して、解析数が３個の場合に演算される強度Ｓｔとノック強度Ｋｓとの相関係数は、周波数が１９〜２１［ｋＨｚ］の時に約０．６６を示す。

さらに、エンジン回転数８０００ｒｐｍの場合、解析数が１個の場合に演算される強度Ｓｔとノック強度Ｋｓとの相関係数は、周波数が１０〜２０［ｋＨｚ］の時に最大値として約０．１０を示す。これに対して、解析数が３個の場合に演算される強度Ｓｔとノック強度Ｋｓとの相関係数は、周波数が１９〜２１［ｋＨｚ］の時に約０．１４を示す。

この測定結果から、内燃機関の運転条件がいずれの場合においても、解析数が３個の場合に演算される強度Ｓｔは、解析数が１個の場合に演算される強度Ｓｔと比べて、ノック強度Ｋｓとの相関係数が高くなることが判る。よって、解析数が３個の場合には、解析数が１個の場合に比べて、ノッキング判定精度が向上する。

［１−７．効果］
次に、本実施例の効果を説明する。
上記のように、点火時期制御装置３１の点火時期調整装置４３は、各種処理の１つとして、ノッキング信号分析処理を実行する。

ノッキング信号分析処理には、ノッキング検出装置４１（ノッキングセンサ）からのノッキング信号（センサ出力信号）を所定時間間隔でサンプリングした解析用信号（デジタルデータ）についてＦＦＴ演算処理を行う周波数解析ステップ（Ｓ１４０〜Ｓ１５０，Ｓ１６０〜Ｓ１９０、Ｓ２００〜Ｓ２５０）が含まれる。

また、ノッキング信号分析処理には、周波数解析ステップでの周波数解析結果（強度Ｓｔ）に基づいてノッキング判定を行うノッキング判定ステップ（Ｓ２６０）が含まれる。
周波数解析ステップのうち、Ｓ１６０〜Ｓ１９０、Ｓ２００〜Ｓ２５０では、ＦＦＴ演算処理による周波数解析によって、ノッキング信号のデジタルデータについて複数の周波数成分におけるそれぞれ強度を分析値（第１分析値Ａｎ１〜第５分析値Ａｎ５）として演算して、［数１］または［数２］を用いて、強度Ｓｔを演算する。なお、［数１］および［数２］では、分析値をそれぞれ二乗した値を合計した強度二乗和を演算するとともに、その強度二乗和の平方根を強度Ｓｔとして演算する。

ノッキング判定ステップ（Ｓ２６０）では、強度二乗和に応じて値が変化する強度Ｓｔを用いて、内燃機関１でのノッキングの有無を判定する。具体的には、強度Ｓｔと閾値Ｔｈとの比較結果に基づいて、「ノッキング有り」または「ノッキング無し」と判定する。

点火時期調整装置４３においては、複数の周波数成分におけるそれぞれの分析値（第１分析値Ａｎ１〜第５分析値Ａｎ５）が反映される強度二乗和を含む強度Ｓｔに基づいてノッキング判定を行うため、単一の周波数成分における分析値に基づいてノッキング判定する場合に比べて、より広い周波数帯域の変化状態に基づくノッキング判定が可能となる。

このため、内燃機関の状態変化（温度変化など）が生じて、ノッキング発生時に内燃機関に発生する振動の周波数（ノッキング周波数）が変化した場合でも、そのノッキング周波数成分の分析値が強度二乗和に反映される場合には、ノッキングの検出が可能となる。

よって、点火時期調整装置４３によれば、内燃機関の状態変化が生じても、ノッキング検出精度の低下を抑制できる。
次に、ノッキング信号分析処理のＳ１２０では、周波数解析を行う周波数である解析周波数を設定するにあたり、ノッキング判定用に予め定められた判定用周波数帯域に含まれる周波数成分を解析周波数に設定する。そして、判定用周波数帯域は、実際の内燃機関を用いたノッキング周波数の測定結果などにより得られた「内燃機関の運転条件とノッキング周波数との対応関係」に基づいて範囲が設定されている。

これにより、解析周波数を適切に設定することができるため、より適切なノッキング判定が可能となり、ノッキング判定精度を向上できる。
次に、ノッキング信号分析処理のＳ１９０およびＳ２５０では、強度二乗和の演算において、分析値（第１分析値Ａｎ１、第２分析値Ａｎ２、第３分析値Ａｎ３、第４分析値Ａｎ４、第５分析値Ａｎ５）を３個または５個用いている。なお、強度二乗和の演算とは、強度Ｓｔの演算式に含まれる一部の演算である。

このように、３個以上の分析値を用いて強度二乗和を演算することで、２個の分析値を用いる場合に比べて、より広い周波数帯域の分析値が強度二乗和に反映されることになる。つまり、内燃機関で実際に発生するノッキング周波数の変化幅が大きくなった場合であっても、強度二乗和に基づいたノッキング判定によりノッキングが検出できる可能性が向上する。

よって、ノッキング信号分析処理を実行する点火時期調整装置４３によれば、内燃機関１の状態変化（温度変化など）が生じた場合であっても、より適切にノッキングを検出でき、ノッキング検出精度の低下を抑制できる。

次に、ノッキング信号分析処理においては、Ｓ１１０にて内燃機関の運転条件に基づいて解析数を設定することで、内燃機関の運転条件に応じて、強度二乗和の演算に用いる分析値（第１分析値Ａｎ１、第２分析値Ａｎ２、第３分析値Ａｎ３、第４分析値Ａｎ４、第５分析値Ａｎ５）の個数を変更している。

つまり、ノッキング発生時に内燃機関１に発生する振動の周波数（ノッキング周波数）は、内燃機関の運転条件に応じて変化しており、ノッキング周波数の帯域幅についても内燃機関の運転条件に応じて変化する場合がある。

このため、内燃機関１の運転条件に応じて、強度二乗和の演算に用いる分析値の個数を変更することで、ノッキング周波数の帯域幅の変化にも対応したノッキング判定が可能となる。

よって、ノッキング信号分析処理を実行する点火時期調整装置４３によれば、内燃機関の状態変化（温度変化など）が生じた場合であっても、より適切にノッキングを検出でき、ノッキング検出精度の低下を抑制できる。

［１−８．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施例とにおける文言の対応関係について説明する。
ノッキング信号分析処理のＳ１６０〜Ｓ１９０、Ｓ２００〜Ｓ２５０での各処理が周波数解析ステップの一例に相当し、ノッキング信号分析処理のＳ２６０での処理がノッキング判定ステップの一例に相当する。

分析値（第１分析値Ａｎ１、第２分析値Ａｎ２、第３分析値Ａｎ３、第４分析値Ａｎ４、第５分析値Ａｎ５）が個別強度の一例に相当し、各分析値の二乗値を合計した値（換言すれば、強度Ｓｔの演算式（数１，数２）に含まれる一部の数式の値）が強度二乗和の一例に相当し、Ｓ１２０で用いるマップあるいは演算式で定められた判定用周波数帯域が判定用周波数帯域の一例に相当する。ノッキング信号分析処理のＳ１１０での処理が個数変更ステップの一例に相当する。

ノッキング信号分析処理のＳ１６０〜Ｓ１９０、Ｓ２００〜Ｓ２５０の各処理を実行する点火時期調整装置４３が周波数解析部の一例に相当し、ノッキング信号分析処理のＳ２６０を実行する点火時期調整装置４３がノッキング判定部の一例に相当する。ノッキング信号分析処理のＳ１１０を実行する点火時期調整装置４３が個数変更部の一例に相当する。

ノッキング信号分析処理を実行する点火時期調整装置４３がノッキング信号分析装置の一例に相当する。
［２．他の実施例］
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施例では、解析数を１個、３個、５個のいずれかに設定する形態について説明したが、解析数はこれらの個数に限られることはない。例えば、解析数を２個あるいは４個に設定してもよく、６個以上に設定しても良い。

また、Ｓ１１０およびＳ１２０で用いる内燃機関の運転状態は、エンジン回転数に限られることはなく、冷却水温度などの条件であってもよい。また、エンジン回転数および冷却水温度などの複数の条件を組み合わせたものを「内燃機関の運転状態」としても良い。

さらに、解析数が複数の場合には、Ｓ１６０およびＳ１８０などでの解析周波数に対する加算あるいは減算する値は、１［ｋＨｚ］（周波数分解能）に限られることはなく、他の数値であっても良いし、周波数分解能ではない任意の値であっても良い。また、加算時の数値と減算時の数値とは、互いに同一の値に限られることはなく、それぞれ異なる値であっても良い。

また、Ｓ１１０で設定する解析数は、上述のような３段階（１個、３個、５個）の中の１つに限られることはなく、２段階の中の１つや４段階以上の中の１つであってもよい。
さらに、点火時期調整装置４３（ノッキング信号分析装置）は、接続ケーブル４５を介してノッキング検出装置４１（ノッキングセンサ）と電気的及び機械的に分離不可能に一体に構成された形態に限られることはなく、点火時期調整装置４３（ノッキング信号分析装置）とノッキング検出装置（ノッキングセンサ）と接続ケーブルが、それぞれ分離可能な形態であっても良い。

また、上記実施例の内燃機関１は、４サイクルの２輪車用エンジンであるが、２輪車用エンジンに限られることはなく、他の車両用エンジン（４輪車用エンジンなど）または据え置き型エンジンなどであってもよい。また、単気筒エンジンであってもよく、多気筒エンジンであってもよい。

１…内燃機関（エンジン）、３…エンジン本体、２３…シリンダヘッド、２５…点火プラグ、２７…エンジン回転数センサ、２９…クランク角センサ、３１…点火時期制御装置、３７…内燃機関用制御装置（エンジンコントロールユニット）、３８…点火時期制御システム、４１…ノッキング検出装置（ノッキングセンサ）、４３…点火時期調整装置、４５…接続ケーブル。

Claims (8)

1. 内燃機関に設けられたノッキングセンサのセンサ出力信号を所定時間間隔でサンプリングしたデジタルデータについて離散フーリエ変換による周波数解析を行う周波数解析ステップと、
   前記周波数解析ステップでの周波数解析結果に基づいて、前記内燃機関でのノッキングの有無を判定するノッキング判定ステップと、
   を有するノッキング信号分析方法であって、
   前記周波数解析ステップでは、前記離散フーリエ変換による周波数解析によって、前記センサ出力信号のデジタルデータについて複数の周波数成分におけるそれぞれの強度を個別強度として演算して、前記個別強度をそれぞれ二乗した値を合計した強度二乗和を演算し、
   前記ノッキング判定ステップでは、前記強度二乗和を用いて前記内燃機関でのノッキングの有無を判定すること、
   を特徴とするノッキング信号分析方法。
2. 前記複数の周波数成分は、ノッキング判定用に予め定められた判定用周波数帯域に含まれる周波数成分であること、
   を特徴とする請求項１に記載のノッキング信号分析方法。
3. 前記強度二乗和の演算に、前記個別強度を３個以上用いること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のノッキング信号分析方法。
4. 前記内燃機関の運転条件に応じて、前記強度二乗和の演算に用いる前記個別強度の個数を変更する個数変更ステップを有すること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のノッキング信号分析方法。
5. 内燃機関に設けられたノッキングセンサのセンサ出力信号を所定時間間隔でサンプリングしたデジタルデータについて離散フーリエ変換による周波数解析を行う周波数解析部と、
   前記周波数解析部での周波数解析結果に基づいて、前記内燃機関でのノッキングの有無を判定するノッキング判定部と、
   を備えるノッキング信号分析装置であって、
   前記周波数解析部は、前記離散フーリエ変換による周波数解析によって、前記センサ出力信号のデジタルデータについて複数の周波数成分におけるそれぞれの強度を個別強度として演算して、前記個別強度をそれぞれ二乗した値を合計した強度二乗和を演算し、
   前記ノッキング判定部は、前記強度二乗和を用いて前記内燃機関でのノッキングの有無を判定すること、
   を特徴とするノッキング信号分析装置。
6. 前記複数の周波数成分は、ノッキング判定用に予め定められた周波数帯域に含まれる周波数成分であること、
   を特徴とする請求項５に記載のノッキング信号分析装置。
7. 前記強度二乗和の演算に、前記個別強度を３個以上用いること、
   を特徴とする請求項５または請求項６に記載のノッキング信号分析装置。
8. 前記内燃機関の運転条件に応じて、前記強度二乗和の演算に用いる前記個別強度の個数を変更する個数変更部を備えること、
   を特徴とする請求項５から請求項７のうちいずれか一項に記載のノッキング信号分析装置。