JP2017214917A - 内燃機関の制御装置及びノック解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノック発生位置の偏りを検出し、内燃機関の異常を検出する。【解決手段】筒内圧の波形を周波数解析して、異なる特定の周波数における振幅である、第１振幅、第２振幅、及び、第３振幅を検出する。ここで第１振幅は、燃焼室の吸気側中央部と排気側中央部とを結ぶ第１方向の共鳴モードにおける振幅であって、第２振幅は、第１方向に垂直な第２方向の共鳴モードにおける振幅であって、第３振幅は、燃焼室の中心に対し放射方向の共鳴モードにおける振幅である。更に、検出された第１振幅と第２振幅と第３振幅の３つの振幅のうち２つの振幅の比をそれぞれ算出する。算出された各比の比較により内燃機関の異常を検出する。【選択図】図７

Description

この発明は内燃機関の制御装置及びノック解析方法に関する。

特許文献１に開示されているように、プレイグニッションの発生を検出する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。プレイグニッションとは、点火プラグにより筒内の混合気に点火する前に、混合気がプラグの熱等によって自然着火する現象である。プレイグニッション発生時には、点火前に正常燃焼時よりも筒内圧が増大する。特許文献１では、点火時期前の所定のクランク角において筒内圧を検出し、検出された筒内圧が基準筒内圧より大きい場合に、プレイグニッションの発生を検出する。

また、プレイグニッションが発生すると、これに伴ってノック（ノッキング）が発生する。ノックは筒内圧を変動させる。特許文献１ではプレイグニッションの発生が検出された場合には、更に筒内圧の周波数解析を行い、特定周波数における振幅の大きさを検出する。特許文献１における特定周波数は、プレイグニッションの発生位置が燃焼室周縁部である場合と、燃焼室中央部である場合とで、振幅が大きく変化する特性を有する固有の周波数とされている。特許文献１では特定周波数における振幅が所定の強度判定値よりも大きい場合に、プレイグニッションの発生位置を燃焼室周縁部と判定し、強度判定値以下の場合に、発生位置を燃焼室中央部と判定する。

特開２０１１−１１７３２５号公報 特開２００７−２６３００５号公報

ノックの発生原因は、その発生位置により異なる。従って、ノックの発生位置をより具体的に特定することができれば、ノック発生位置の偏りを把握することができ、内燃機関の異常を検出することができる。しかし、特許文献１で特定されるのは、ノック発生位置が燃焼室を周縁部と中央部とに分けた２つの領域のどちらに属するかのみである。従って、特許文献１におけるノック発生位置の検出では、ノック発生位置の偏りを正確に検出することができず、内燃機関の異常を高い精度で検出することは難しい。

またノック発生位置を高い精度で検出する方法を検討するにあたり、エンジンの実機を用いることなく実際のエンジン燃焼室に近い環境でノック発生時の状態を解析できるシステムの開発は重要である。

本発明は上記課題を解決することを目的とし、ノックの発生位置をより具体的に把握することで、内燃機関の異常を高い精度で検出することができるよう改良された内燃機関の制御装置を提供し、あるいは、ノック発生による内燃機関燃焼室の状態を解析可能な解析方法を提供するものである。

本発明は、内燃機関の制御装置であって、筒内圧センサを備える内燃機関に適用される。本発明の内燃機関の制御装置は、筒内圧センサの出力に基づき検出される筒内圧の波形を周波数解析して、異なる特定の周波数における振幅である、第１振幅、第２振幅、及び、第３振幅を検出する手段を有する。更に、第１振幅と第２振幅と第３振幅の３つの振幅のうち２つの振幅の強度比を、それぞれ算出する手段と、算出された強度比の比較により、内燃機関の異常を検出する手段と、を備える。ここで、第１振幅は、燃焼室の吸気側中央部と排気側中央部とを結ぶ第１方向の共鳴モードにおける振幅であって、第２振幅は、第１方向に垂直な第２方向の共鳴モードにおける振幅であって、第３振幅は、燃焼室の中心に対し放射方向の共鳴モードにおける振幅である。

ここで「吸気側中央部」と「排気側中央部」とは、例えば吸気ポートおよび排気ポートが１つずつの燃焼室の場合には、吸気ポートの中心と排気ポートの中心とを意味する。また、吸気ポート及び排気ポートが２つずつの場合には、吸気ポートの中間点と排気ポートの中間点とをそれぞれ意味する。

あるいは本発明は、ノック解析方法であって、その解析に用いられる解析装置は、内燃機関の燃焼室を模擬した空間と、前記空間の圧力を検出するセンサと、放電により前記空間内にノック圧力波を発生させることができる放電プラグと、を備える。ノック解析においては、解析装置の空間内に、常温での音速が７００〜１０００［m/s］である気体を注入し、放電プラグにて放電を行う。この放電による圧力の波形をセンサにより検出し、圧力の波形を周波数解析する。そして、第１振幅と、第２振幅と、第３振幅とを算出する。第１振幅は、空間の、吸気側中央部に相当する位置と排気側中央部に相当する位置とを結ぶ第１方向の共鳴モードにおける振幅である。第２振幅は、第１方向に垂直な第２方向の共鳴モードにおける振幅である。第３振幅は、空間の中心に対し放射方向の共鳴モードにおける振幅である。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、第１〜第３振幅の強度比を比較することで、燃焼室内のどの位置でノックが発生したかを把握することができる。従ってノックが同一位置で発生していることを検知することができ、高い精度で内燃機関の異常を検出することができる。

また、本発明のノック解析方法によれば、エンジンの実機を用いることなく実際のエンジン燃焼室に近い環境でノック発生時の状態を解析できるため、より具体的にノック検出方法等を評価・検討することができ、ノック検出やそれに基づく内燃機関の異常検出制御の精度を高めることができる。

実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための図である。 実施の形態１のエンジンの燃焼室の形状について説明するための図である。 ノック発生時の筒内圧の波形について説明する図である。 ノック発生時の筒内圧の波形をＦＦＴ変換して得られる波形について説明するための図である。 実施の形態１においてノック発生位置の検出に用いられる共鳴モードについて説明するための図である。 実施の形態１において検出されるノック発生位置について説明するための図である。 各ノック発生位置においてノックが発生した場合の、共鳴モードＡ，Ｂ，Ｃにおける振幅の強度変化について模式的に説明するための図である。 実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 制御装置が実行する他の制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の解析装置の全体構成について説明するための図である。 実施の形態２の放電プラグに放電エネルギーを供給するための回路について説明するための図である。 実施の形態２の解析装置にて発生させた共鳴圧力波の例を示す図である。 実施の形態２の解析装置による解析手順について説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
［システムの全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための図である。本実施の形態のシステムは、例えばガソリンエンジンからなる内燃機関（以下、単に「エンジン」とも称する）１０を備えている。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２の往復動作により拡大，縮小する燃焼室１４が設けられている。燃焼室１４には吸気ポート１８と排気ポート２０とが連結している。なお図１のエンジン１０の断面では、それぞれ１つずつの吸気ポート１８及び排気ポート２０が記載されているが、本実施の形態においては、それぞれ２つずつの吸気ポート１８及び排気ポート２０が連結しているものとする。各気筒には、燃焼室１４内の圧力に応じた出力を発する筒内圧センサ１６が、シリンダヘッドの周縁部付近であって２つの吸気ポート１８の間に位置する部分に、その先端の圧力検出部が燃焼室１４内に露出するようにして設置されている。

エンジン１０に設置された各種のセンサ及び各アクチュエータは、制御装置３０に電気的に接続されている。制御装置３０はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置３０は、エンジン１０のシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述するエンジン１０の異常判定制御を含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置３０は、各センサからの信号に基づいて各アクチュエータを操作することによってエンジン１０を制御する。

図２は燃焼室１４の形状について説明するための図である。図２に示されるように、燃焼室１４は、ピストン１２上端面とペントルーフ型のシリンダヘッド内壁面とによって、スキッシュエリア２２が形成されるように構成されている。なお図２において、本実施の形態における燃焼室１４の寸法を一部記載しているが、これは一例であり、燃焼室１４形状の寸法はそのエンジン１０によって異なる。

以下、便宜上、燃焼室１４の周縁部であって２つの吸気ポート１８の中間点及びこの周辺をＩｎ側、２つの排気ポート２０の中間点及びこの周辺をＥｘ側とも表す。また燃焼室１４の周縁部であって、２つの吸気ポート１８の中間点と２つの排気ポート２０の中間点との中間点のうち、エンジン１０搭載状態においてフロント側にある点及びこの周辺をＦｒ側、リア側にある点及びこの周辺をＲｒ側とも表記することとする。また、２つの吸気ポートの中間点と２つの排気ポートの中間点とを結ぶ方向をＩｎ−Ｅｘ、シリンダの横断面の中心を通りＩｎ−Ｅｘ方向に垂直な方向をＦｒ−Ｒｒとも表記することとする。

［ノック発生時の共鳴モードと振幅強度との関係］
図３は、筒内圧センサ１６の出力に基づく筒内圧の波形について説明する図であり、図４は筒内圧の波形をＦＦＴ変換して得られる波形である。図３及び図４において（ａ）（ｂ）は、燃焼室１４と同一形状の燃焼室１４の、それぞれＦｒ側、Ｅｘ側でノックを試験的に発生させて得られた実験データであり、各図において更に破線は、Ｉｎ側に筒内圧センサ１６を配置した場合のデータであり、実線はＲｒ側に筒内圧センサ１６を搭載した場合のデータである。

本願発明者は、ノック発生時には複数の異なる共鳴モードが存在し、かつ、図２に示すようにＩｎ側、Ｅｘ側にスキッシュエリア２２を有する燃焼室１４の形状を前提とすると、Ｉｎ−Ｅｘ方向の（１．０）共鳴モードと、Ｒｒ−Ｆｒ方向の（１．０）共鳴モードでは、その周波数が異なっていること、そして、その各共鳴モードにおける振幅の大小関係は、ノック発生位置によって変化することを発見した。

具体的に、例えば図４においてノック発生位置が、Ｆｒ側である（ａ）の場合と、Ｅｘ側である（ｂ）の場合とを比較すると、ノック発生位置がＦｒ側である場合、Ｆｒ−Ｒｒ方向の（１．０）共鳴モードＡの周波数ＦＡにおける振幅の方が、Ｉｎ−Ｅｘ方向の（１．０）共鳴モードＢの周波数ＦＢにおける振幅より大きく、ノック発生位置がＥｘ側である場合には、逆に、周波数ＦＢにおける振幅の方が、周波数ＦＡにおける振幅より大きくなっている。

［ノック発生位置の検出方法の概要］
ノック発生時の筒内圧の波形には複数の共鳴モードが存在する。本実施の形態では、これら複数の共鳴モードのうち、ノック発生位置によって、振幅の強度比の変化が特に顕著となる３つの共鳴モードを特定し、この共鳴モードにおける振幅の強度比を用いてノック発生位置を検出する。具体的に以下に説明する。

図５は、本実施の形態においてノック発生位置検出の制御に用いられる３つの共鳴モードを説明するための図である。図５において、上から順に１行目は各共鳴モードの表記、２行目は共鳴モードの圧力分布を模式的に表した図、３行目は各共鳴モードにおける圧力波形、４行目は共鳴モードにおける周波数を表す。

共鳴モードＡは、筒内をＦｒ−Ｒｒ方向に横断する圧力波の一次共鳴モードであって、Ｆｒ−Ｒｒ方向の（１．０）共鳴モードである。共鳴モードＢは、筒内をＩｎ−Ｅｘ方向に横断する圧力波の一次共鳴モードであって、Ｉｎ−Ｅｘ方向の（１．０）共鳴モードである。共鳴モードＣは、筒内を中央部からの放射方向に横断する圧力波の一次共鳴モードである、（０．１）共鳴モードである。各共鳴モードの周波数は、燃焼室の形状と音速によって理論的に算出できる値であり、エンジンごとの固有の値であるが、図５の表では、一例として、図２に示す形状を有する燃焼室１４の場合の周波数が示されている。

図６は、本実施の形態において検出されるノック発生位置について説明するための図である。図６に示されるように、本実施の形態では、ノック発生位置を（１）Ｆｒ側又はＲｒ側、（２）Ｉｎ側又はＥｘ側、（３）燃焼室中央部、（４）燃焼室周縁部かつ（１）と（２）との中間の領域に分けて検出する。

図７は、各（１）〜（４）のノック発生位置でノックが発生した場合の、共鳴モードＡ，Ｂ，Ｃにおける振幅の強度変化について模式的に説明するための図である。図７に示されるように、ノック発生位置が（１）Ｆｒ側又はＲｒ側である場合、共鳴モードＡにおける振幅Ｐａが大きくなり、振幅Ｐａの他の共鳴モードＢ，Ｃにおける振幅Ｐｂ，Ｐｃに対する強度比が大きくなる。ノック発生位置が（２）Ｉｎ側又はＥｘ側である場合、共鳴モードＢにおける振幅Ｐｂが大きくなり、他の共鳴モードＡ，Ｃにおける振幅Ｐａ，Ｐｃに対する強度比が大きくなる。ノック発生位置が（３）である場合、共鳴モードＣにおける振幅Ｐｃが大きくなり、他の共鳴モードのＡ，Ｂにおける振幅Ｐａ，Ｐｂに対する強度比が大きくなる。ノック発生位置が（４）である場合、共鳴モードＡ，Ｂにおいて振幅Ｐａ，Ｐｂが大きくなる。

以上よりノック発生位置と、振幅Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの強弱比の関係は以下のようにまとめられる。これに基づき、ノック発生時に、以下の各強度比を検出することで、ノック発生位置を特定することができる。
ノック発生位置（１）の場合、Ｐａ/ＰｂとＰａ/Ｐｃとが大きくなる。
ノック発生位置（２）の場合、Ｐｂ/ＰａとＰｂ/Ｐｃとが大きくなる。
ノック発生位置（３）の場合、Ｐｃ/ＰａとＰｃ/Ｐｂとが大きくなる。
ノック発生位置（４）の場合、Ｐａ/ＰｃとＰｂ/Ｐｃとが大きくなる。

［エンジンの異常検出の概要］
本実施の形態の制御では、ノック発生位置が具体的にどこであるかを特定せず、ノック発生が集中的に同じ箇所で起きているか否かのみを検出することで、エンジン１０の異常を判定する。具体的に、ノック発生位置の検出では、まず、ノック発生が検出される度に、上記の各強度比を算出して、強度比ごとに積算値を算出する。各強度比の積算値のうち、いずれかの強度比が他の強度比に比べて顕著に大きくなった場合に、ノックの発生が同一個所に集中していると判断できるため、エンジン１０の異常を判断する。

［具体的な制御のルーチン］
図８は、制御装置３０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図８のルーチンはエンジンの運転中、一定期間ごとに繰り返し実行されるルーチンである。図８では、まず、ノックの発生の有無が判定される（Ｓ２）。具体的には、ノックセンサが搭載される場合にはその出力に応じてノックが検出される。あるいはノックセンサが搭載されない場合には、例えば、筒内圧センサ１６の出力に応じてノックの有無を判断する構成としてもよい。ノックが検出されない場合、今回の処理は一旦終了する。

ステップＳ２において、ノックの発生が認められると、次に、筒内圧センサ１６の出力信号のＦＦＴ処理が実行される（Ｓ４）。次に、得られたＦＦＴ解析結果に基づき、特定共鳴モードＡ，Ｂ，Ｃにおける振幅Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが算出される（Ｓ６）。

次に、各強度比Ｐａ/Ｐｂ，Ｐａ/Ｐｃ，Ｐｂ/Ｐａ，Ｐｂ/Ｐｃ，Ｐｃ/Ｐａ，Ｐｃ/Ｐｂがそれぞれ算出される（Ｓ８）。次に、算出された各強度比は、現在までの強度比ごとの積算値に積算され、算出された積算値がメモリに記憶される（Ｓ１０）。

次に、他の積算値それぞれとの差がすべて閾値を超えて大きくなっている積算値があるか否かが判別される（Ｓ１２）。ここで閾値は、強度比に顕著な偏りが見られるか否かを判別するための値であり適合により定められ、制御装置にあらかじめ記憶された値である。ここで例えば閾値は強度比の積算回数に応じて変化する値としてもよい。

ステップＳ１２において他の積算値との差が閾値より大きくなっている積算値があることが認められない場合、ノックの発生は集中しておらずエンジンの異常によるものではないと判断することができるため、今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ１２において、他の積算値との差が閾値より大きくなっている積算値があることが認められた場合、ノック発生位置に偏りがあることが認められる。従ってこのような場合には、エンジン異常と判定され（Ｓ１４）、例えば、ＭＩＬ（警告灯）の点灯等の処理が実行される（Ｓ１６）。その後、今回の処理は一旦終了する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、各共鳴モードＡ，Ｂ，Ｃにおける振幅の強度比から、ノックの発生位置をある程度把握することができる。従ってノック発生の偏りを把握することができ、ノック発生がエンジンの異常によるものか否かを高い精度で判定することができる。

［他の制御のルーチン］
なお、本実施の形態の具体的な制御では、各強度比の積算値を算出し、いずれかの積算値が他の積算値に比べて顕著に大きいことが認められた場合に、エンジンの異常を検出する場合について説明した。しかしながら、共鳴モードの振幅の強度比を利用したノック発生位置の偏りを検出する方法は、これに限られない。

図９は、本実施の形態の他の制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。図９のルーチンは、図８のルーチンに代えて実行されるルーチンである。図９のルーチンは、図８のルーチンのＳ１０、Ｓ１２の処理に代えて、Ｓ１０２〜Ｓ１０６の処理を有する点を除き、図８のルーチンと同一である。

具体的に図９のルーチンでは、ステップＳ８において強度比の算出がされた後、上述した強度比とノック発生位置との関係に基づいて、ノック発生位置の判定を行う（Ｓ１０２）。具体的には、例えば、Ｐａ/Ｐｂ，Ｐａ/Ｐｃの両者が判定基準値より大きい場合には、ノック発生位置（１）でノックが発生したと判別される。ここで判定基準値は、適合により設定され予め制御装置３０に記憶された値である。

次に、ノック発生位置ごとの積算ノック回数のうち、今回ステップＳ１０２において特定されたノック発生位置の積算ノック回数に１が追加され、その積算ノック回数が記憶される（Ｓ１０４）。次に、ステップＳ１０４において算出された積算ノック回数に関して、単位時間あたりの積算ノック回数が異常判定値より大きいか否かが判別される（Ｓ１０６）。異常判定値は、適合により求められ予め制御装置３０に記憶された値である。

ステップＳ１０６において、単位時間当たりの積算ノック回数が異常判定値より大きいことが認められない場合、今回の処理は一旦終了する。一方、ステップＳ１０６において単位時間当たりの積算ノック回数が異常判定値より大きいことが認められた場合、ノック発生位置に偏りがあると認められる。この場合、エンジン１０の異常が検出され（Ｓ１４）、ＭＩＬが点灯される（Ｓ１６）等、エンジン１０の異常時の所定の対策が実施された後、今回の処理は終了する。

また、本実施の形態においては、ノック発生位置をある程度正確に特定することができる。従って、ノック発生位置の偏りの検出によるエンジン１０の異常判定に限らず、ノック発生位置を特定し、そのノック発生位置に応じてプレイグニッション発生防止のための制御を実行するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、筒内圧センサ１６がシリンダヘッドのＩｎ側に搭載される場合について説明した。これは、実験結果における検出精度が、Ｉｎ側に筒内圧センサ１６を搭載した場合が高かったことに基づくものである。しかしながら筒内圧センサ１６の搭載位置はこれに限られるものではなく、Ｉｎ側、Ｆｒ側、Ｒｒ側、Ｅｘ側のいずれの位置に搭載されていてもよい。但し、筒内圧センサの搭載位置は、各共鳴モードにおける振幅の強度比に影響を与えるものであるため、そのエンジン及び搭載位置に応じて、ノック発生位置と強度比の変化との関係を調整することが望ましい。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１に説明したようなノック発生位置の検出手法等の評価・検討のため、エンジンの燃焼室を模した空間の任意の個所で、かつ、任意のピストン位置において、ノックを模擬した衝撃波を発生させることができる解析装置５０について説明する。

図１０は、実施の形態２の解析装置５０の全体構成について説明するための図である。図１０の解析装置５０は、エンジンヘッド５２とエンジンブロック５４とを備える。エンジンヘッド５２とエンジンブロック５４とは、ガスケット５６を挟んで配置されている。エンジンブロック５４に形成されたシリンダ内にはピストン５８が配置されている。エンジンヘッド５２とエンジンブロック５４とピストン５８により、解析すべきエンジン燃焼室を模した空間６０が形成される。

エンジンヘッド５２には、３つの圧力センサ６２が、その先端の圧力検出部が空間６０に露出するようにして設置されている。より具体的に、圧力センサ６２のうち１つはエンジンヘッド５２の、燃焼室Ｉｎ側に相当する位置に、他の１つは、エンジンヘッド５２の燃焼室Ｒｒ側に相当する位置に、残りの１つはエンジンヘッド５２の中央部に設置されている。なお、図１０では２つの圧力センサ６２のみが図示されている。

また、エンジンヘッド５２には、２つの放電プラグ６４が設置されている。より具体的に、放電プラグ６４のうち１つはエンジンヘッド５２の、燃焼室Ｆｒ側に相当する位置に、他の１つはエンジンヘッド５２の、燃焼室Ｅｘ側に相当する位置に配置されている。

また、エンジンヘッド５２にはヘリウムガス導入孔６６が形成されている。ヘリウムガス導入孔６６は、配管６７を介してヘリウムガスボンベ６８に接続されている。空間６０にはヘリウムガス導入孔６６を介してヘリウムガスボンベ６８からヘリウムガスが供給される。ヘリウムガスが空間６０内に充填された状態で放電プラグ６４により放電が行われると、空間６０内にノックが発生する構成となっている。

図１１は実施の形態２の放電プラグ６４に放電エネルギーを供給するための回路について説明するための図である。図１１に示されるように、放電プラグ６４は、電極７０と電極７０の周囲を囲む絶縁材７２とハウジング７４とシール部材７６とを有している。

電極７０には、電極７０に放電電流を供給するための電力発生回路８０が接続されている。電力発生回路８０は、コンデンサ８２とダイオード８４とチャージ回路８６とグラウンド８８と電源９０とを含んで構成されている。チャージ回路８６は、例えば、図示しない一次コイルを有する回路と、二次コイルを有する回路とを有する。ダイオード８４は、放電回路からの電流がチャージ回路８６に流れることを防止する。

電力発生回路８０において、電源９０によりコンデンサ８２に所定の電圧が印加されることでコンデンサ８２が充電される。コンデンサ８２の充電は、チャージ回路８６に対するトリガ信号を起点として放電プラグ６４に供給され、放電プラグ６４は放電を発生させる。

解析装置５０によれば、放電プラグ６４の放電によって衝撃波が発生する。衝撃波によって燃焼室形状の密閉された空間６０内で共鳴圧力波が発生する。ここで空間６０にはヘリウムガスが充填されている。ヘリウムガスの音速は２０［℃］で約１０００［ｍ/ｓ］であり、空気の音速は約２２００［℃］で約１０００［ｍ/ｓ］である。従って、空間６０内の音速環境は、エンジン燃焼室に近いものとなっている。

実際のエンジン燃焼時に発生するノック共鳴周波数は、燃焼室形状と音速から定まる。解析装置５０では、音速と燃焼室形状をエンジン同等としたことで、エンジンの実際の燃焼を用いずにノック同等の共鳴圧力波が再現可能となっている。なお空間６０に密閉する気体は、常温での音速が１０００［ｍ/ｓ］前後のガスであればよく、ヘリウムガスの代わりにネオン（音速約９４０［ｍ/ｓ］）等を用いることができる。

図１２は、解析装置５０にて発生させた共鳴圧力波の例を示している。図１２は、１５回発生させた共鳴圧力波を重ね書きして表したものである。図１２に示されるように、解析装置５０によれば、放電エネルギー３［Ｊ］で振幅±１００［ｋＰａ］のノックを繰り返し安定して発生可能であることが確認されている。解析装置５０では、このように放電エネルギーによってノック強度を設定することができ、同一の放電エネルギーであれば、常に同一強度のノックを繰り返し発生させることができる。

なお、解析装置５０の空間６０は、解析したいエンジンの燃焼室を模したものとされる。空間６０の形状に合わせて、エンジンヘッド５２、エンジンブロック５４及びピストン５８の形状が決定される。例えば、解析装置５０の空間６０は、実施の形態１の燃焼室１４のように、ストレートの円筒形状ではなく、斜めのペントルーフとスキッシュエリアを有する空間とすることができる。

また、図１０に示した圧力センサ６２及び放電プラグ６４の設置位置は、一例に過ぎない。放電プラグ６４の設置位置がノック発生位置となるので、評価を行いたい任意の位置に放電プラグ６４を配置すればよい。また圧力センサ６２の設置位置により、取得される圧力波形が異なり、解析結果に影響を与えることとなるため、圧力センサ６２も、任意の位置に設置すればよい。

図１３は、解析装置による解析方法について説明するための手順を示した図である。図１３に示される解析方法では、まず、エンジンヘッド５２、エンジンブロック５４、ピストン５８の組み付けが行われる（Ｓ２）。次に、解析を行うのに必要な位置に圧力センサ６２と放電プラグ６４とがそれぞれ設置され、配線が行われる（Ｓ４）。次に、ヘリウムガス導入孔６６への配管６７の接続が行われ（Ｓ６）、これにより解析装置５０の組み立てが完了する。

次に、ヘリウムガスの供給が開始される（Ｓ８）。その後、電源９０をＯＮにしてコンデンサ８２へのチャージが開始される（Ｓ１０）。次に、チャージ回路８６にトリガ信号が入力される（Ｓ１２）。これにより、放電が行われ、空間６０内にノックが発生する（Ｓ１４）。このとき圧力信号（即ち、圧力センサ６２の出力）が取り込まれ（Ｓ１６）、ＦＦＴ解析等が実行される。

以上説明したように、解析装置５０を用いることで、必要な個所にノックを発生させることができ、ノック発生時の筒内圧の波形を取得することができる。従って、例えば解析装置を用いることで、実施の形態１に説明したように、複数の個所でノックを発生させて、その時の共鳴モードＡ，Ｂ，Ｃにおける振幅Ｐａ、Ｐｂ，Ｐｃを算出して、ノック発生個所と、振幅Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの強度比との関係をより詳細に検討し、評価することもできる。

また、実施の形態２の解析装置を用いたノックの解析は、これに限られない。例えば空間６０内の共鳴周波数は、数式（１）により算出される。

数式（１）において音速約１０００［ｍ/ｓ］はヘリウムガスを用いることで解析装置５０では、エンジン実機での音速が再現されている。また、ボア径８６ｍｍはエンジン燃焼室１４を想定した一例である。α_ｍ,ｎは、各共鳴モードの係数であり、燃焼室（空間）の形状により定まる固定値である。数式（１）により算出される共鳴周波数における振幅を検出して振幅の関係を解析することで、他のノック位置の検出方法を検討することも可能であり、また、この検出方法の更なる評価が可能となる。

また、例えば、エンジン実機では、ノック発生タイミングとクランク角タイミング（すなわちピストン位置）を任意に調整することが難しいが、本解析装置によれば、任意のピストン位置でのノック評価も可能となる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１０ エンジン
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ 筒内圧センサ
１８ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２２ スキッシュエリア
３０ 制御装置
５０ 解析装置
５２ エンジンヘッド
５４ エンジンブロック
５６ ガスケット
５８ ピストン
６０ 空間
６２ 圧力センサ
６４ 放電プラグ
６６ ヘリウムガス導入孔
６７ 配管
６８ ヘリウムガスボンベ
７０ 電極
７２ 絶縁材
７４ ハウジング
７６ シール部材
８０ 電力発生回路
８２ コンデンサ
８４ ダイオード
８６ チャージ回路
８８ グラウンド
９０ 電源

Claims (2)

1. 筒内圧センサを備える内燃機関の制御装置であって、
   前記筒内圧センサの出力に基づき検出される筒内圧の波形を周波数解析して、異なる特定の周波数における振幅である、第１振幅、第２振幅、及び、第３振幅を検出する手段と、
   前記第１振幅と前記第２振幅と前記第３振幅の３つの振幅のうち２つの振幅の強度比を、それぞれ算出する手段と、
   算出された前記強度比の比較により、内燃機関の異常を検出する手段と、を備え、
   前記第１振幅は、燃焼室の吸気側中央部と排気側中央部とを結ぶ第１方向の共鳴モードにおける振幅であって、
   前記第２振幅は、前記第１方向に垂直な第２方向の共鳴モードにおける振幅であって、
   前記第３振幅は、前記燃焼室の中心に対し放射方向の共鳴モードにおける振幅である、内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の燃焼室を模擬した空間と、
   前記空間の圧力を検出するセンサと、
   放電により前記空間内にノック圧力波を発生させることができる放電プラグと、
   を備える解析装置を用いたノック解析方法であって、
   前記空間内に、常温での音速が700〜1000［m/s］である気体を注入し、
   前記放電プラグにて放電を行い、
   前記センサにより前記放電による圧力の波形を検出し、
   前記圧力の波形を周波数解析して、
   前記空間の、吸気側中央部に相当する位置と排気側中央部に相当する位置とを結ぶ第１方向の共鳴モードにおける振幅である第１振幅と、
   前記第１方向に垂直な第２方向の共鳴モードにおける振幅である第２振幅と、
   前記空間の中心に対し放射方向の共鳴モードにおける振幅である第３振幅を算出することを特徴とするノック解析方法。

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