JP2018053748A - ノッキング検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキングの検出精度を向上させる技術を提供する。【解決手段】ノッキング検出装置の信号取得部が気筒の径方向外側に設置された２個以上の第１のノッキングセンサから取得した第１の検出信号と、第１のノッキングセンサと気筒の軸方向の異なる位置に設置された１個以上の第２のノッキングセンサから取得した第２の検出信号とがノッキングの発生を示していると、Ｓ１０２、Ｓ１０４において第１の判定部が判定すると、Ｓ１０８〜Ｓ１１２において時間差算出部は、第１の検出信号がノッキングの発生を示す時刻の第１の時間差を算出し、第１の検出信号と第２の検出信号とがノッキングの発生を示す時刻の第２の時間差を算出する。Ｓ１１４〜Ｓ１１８において第２の判定部は、第１の時間差が第１の所定範囲であり、第２の時間差が第２の所定範囲であれば、ノッキングが発生する可能性のある気筒内の領域でノッキングが発生したと判定する。【選択図】図３

Description

本開示は、エンジンのノッキングを検出する技術に関する。

エンジンの気筒内において、点火プラグで点火するタイミング以外のタイミングで未燃ガスが圧縮等により着火して異常燃焼すると、エンジンが異常に振動してノッキングが発生する。ノッキングを抑制するためには、例えば点火プラグによる点火タイミングを遅角させることが考えられる。

しかし、点火タイミングを遅角させると燃費と出力とが低下する。したがって、実際にはノッキングが発生していないにも関わらず、ノッキングが発生したと誤判定したために点火タイミングを遅角させると、燃費と出力とが不必要に低下するという問題がある。そこで、ノッキングが発生したか否かを、誤判定することなく検出しようとするノッキング検出装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３０７７１１号公報

しかしながら、従来のノッキング検出装置では、エンジンの気筒とは異なる位置でノッキングの特徴と類似した振動が発生すると、ノッキングが発生したと誤判定する可能性がある。

本開示の一側面は、ノッキングの検出精度を向上させる技術を提供する。

本開示の一態様は、信号取得部（４２、４４、４６）と、第１の判定部（５０、Ｓ１０２、Ｓ１０４）と、時間差算出部（５０、Ｓ１０８〜Ｓ１１２）と、第２の判定部（５０、Ｓ１１４〜Ｓ１１８）と、を備えている。

信号取得部は、エンジン（１０）の気筒（２０）の径方向の外側に設置された２個以上の第１のノッキングセンサ（３０、３２）からノッキングを検出する第１の検出信号を取得し、第１のノッキングセンサと気筒の軸方向の異なる位置に設置された１個以上の第２のノッキングセンサ（３４）からノッキングを検出する第２の検出信号を取得する。

第１の判定部は、信号取得部が取得する２個以上の第１の検出信号と１個以上の第２の検出信号とがエンジンにノッキングが発生したことを示しているか否かを判定する。
時間差算出部は、少なくとも２個の第１の検出信号と少なくとも１個の第２の検出信号とがエンジンにノッキングが発生したことを示していると第１の判定部が判定すると、エンジンにノッキングが発生したことを示している第１の検出信号のうち少なくとも２個の時間差として、ノッキングを示す所定の特徴が現れた時刻の第１の時間差を算出し、ノッキングが発生したことを示している第１の検出信号と第２の検出信号とのうち少なくとも１個の第１の検出信号と少なくとも１個の第２の検出信号との時間差として、ノッキングを示す所定の特徴が現れた時刻の第２の時間差を算出する。

第２の判定部は、時間差算出部が算出する第１の時間差が第１の所定範囲であるか否か、ならびに時間差算出部が算出する第２の時間差が第２の所定範囲であるか否かを判定し、第１の時間差が第１の所定範囲であり、かつ第２の時間差が第２の所定範囲であれば、気筒内においてノッキングが発生する可能性のある領域（２２）でノッキングが発生したと判定する。

ここで、エンジンの気筒内でノッキングが発生してから、第１のノッキングセンサの第１の検出信号と第２のノッキングセンサの第２の検出信号とにノッキングが発生したことを示す所定の特徴が現れるまでの時間は、ノッキングの発生位置と各ノッキングセンサとの距離によって決まる。

このため、ノッキングが発生した場合に、第１の検出信号同士についてノッキングが発生したことを示す所定の特徴が現れた時刻の第１の時間差、ならびに第１の検出信号と第２の検出信号とについて、ノッキングが発生したことを示す所定の特徴が現れた時刻の第２の時間差は、それぞれ所定範囲になると考えられる。

一方、第１の検出信号と第２の検出信号とがノッキングの発生を示していると第１の判定部が判定しても、第１の時間差と第２の時間差との少なくとも一つが所定範囲でなければ、気筒内においてノッキングが発生する可能性のある領域とは別の位置でノッキングの特徴と類似した振動が発生したと考えられる。

第１の検出信号は気筒の径方向の外側に設置された第１のノッキングセンサから取得するので、第１の検出信号について第１の時間差が第１の所定範囲であれば、気筒内または気筒の軸方向延長上のいずれかでノッキングが発生したことを示す振動が発生したと判定できる。

さらに、第２の検出信号は第１のノッキングセンサと気筒の軸方向の異なる位置に設置された第２のノッキングセンサから取得するので、第１の検出信号と第２の検出信号とについて、第２の時間差が第２の所定範囲であれば、気筒の軸方向において気筒内でノッキングが発生する可能性のある領域の範囲でノッキングが発生したことを示す振動が発生したと判定できる。

したがって、第１の時間差が第１の所定範囲であり、かつ第２の時間差が第２の所定範囲であれば、気筒内または気筒の軸方向延長上のいずれか、かつ気筒の軸方向において気筒内でノッキングが発生する可能性のある領域の範囲でノッキングが発生したと判定できる。つまり、気筒内において、ノッキングが発生する可能性のある領域で実際にノッキングが発生したと判定できる。

尚、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態のノッキング検出システムを表す構成図である。 ノッキング判定期間を示す説明図。 第１実施形態のノッキング判定処理を表すフローチャート。 ノッキング有りと判定される場合を説明する説明図。 ノッキング無しと判定される場合を説明する説明図。 第２実施形態のノッキング検出システムを表す構成図。

以下、本開示の実施形態を図に基づいて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示すノッキング検出システム２は、ノッキングセンサ３０、３２、３４とＥＣＵ４０とを備えている。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略である。ＥＣＵ４０は、車両のエンジン１０に対する制御を実行する装置である。以下では、ＥＣＵ４０が実行するエンジン制御のうち、ノッキングの検出に関する事項について説明する。

エンジン１０は、例えば＃１〜＃４で示す４個の気筒２０を備える内燃機関である。＃に続く数字は気筒番号を表している。エンジン１０のシリンダーブロックには、気筒２０毎に、３個のノッキングセンサ３０、３２、３４がそれぞれ設置されている。ノッキングセンサ３０、３２、３４の検出信号は、ＥＣＵ４０に出力される。以下、ノッキングセンサを単にセンサとも言う。

センサ３０、３２、３４は、内蔵の圧電素子によってエンジン１０の振動を電圧に変換する非共振型のセンサである。このため、センサ３０、３２、３４が出力する検出信号は、センサ３０、３２、３４の取り付け位置における振動を表す電圧の信号となる。

各気筒２０において、２個１組のセンサ３０、３２は、各気筒２０の中心軸に対して対称の位置に、つまり各気筒２０の中心軸に直交する同一平面上に、各気筒２０の径方向外側のシリンダーブロックに設置されている。

さらに、２個１組のセンサ３０、３２は、各気筒２０の軸方向位置において、気筒２０の上死点側の端部から、ノッキングが発生する可能性のある領域２２の下死点側の端部２４までの間に設置されている。

領域２２に対し、ノッキングが発生する可能性のあるクランク角度の範囲を表すノックウィンドウは、燃焼行程において上死点後の１０°ＣＡ〜６０°ＣＡの範囲である。ノックウィンドウの範囲はエンジンによって異なるため、１０°ＣＡ〜６０°ＣＡの範囲はあくまでも一例である。

そして、領域２２の下死点側の端部２４の位置は、クランク角度としてノックウィンドウの下死点側の境界位置である６０°ＣＡにピストンの上端面が達する位置である。
また、各気筒において、センサ３４は、センサ３０、３２と気筒２０の軸方向の異なる位置として、下死点側の気筒２０の底部外側のシリンダーブロックに設置されている。つまり、各気筒において、３個のセンサ３０、３２、３４は三角形を形成している。

上記の気筒２０に対するセンサ３０、３２、３４の位置関係は、すべての気筒２０で同じになっている。尚、このようなセンサの配置は勿論一例である。
ＥＣＵ４０は、３個のマルチプレクサ４２と、３個のアンプ４４と、３個のフィルタ４６と、ＥＣＵ４０の処理部としてのマイクロコンピュータ５０と、を備えている。図１において、マルチプレクサはＭＰＸで表されている。以下、マイクロコンピュータを単にマイコンとも言う。

３個のマルチプレクサ４２のそれぞれには、４個の気筒２０に設置された４個のセンサ３０と、４個のセンサ３２と、４個のセンサ３４とのそれぞれの検出信号が入力される。各マルチプレクサ４２は、マイコン５０からの指令に応じて、４個の気筒２０に設置された４個のセンサ３０、３２、３４のうち、いずれか１個の気筒２０に設置されたセンサ３０、３２、３４の検出信号を選択してアンプ４４に出力する。

各アンプ４４は、各マルチプレクサ４２から入力する検出信号を増幅して出力する。アンプ４４の出力はフィルタ４６に入力される。
フィルタ４６は、アンプ４４から出力される検出信号から、ノッキング特有の振動周波数として、例えば５〜１５ｋＨｚの周波数を抽出して出力するバンドパスフィルタである。そして、フィルタ４６の出力はマイコン５０に入力される。尚、アンプ４４とフィルタ４６とを設置する順序は逆にしてもよい。

尚、この例において、フィルタ４６はアナログ回路のフィルタであるが、フィルタ４６はデジタルフィルタでもよい。
マイコン５０は、ＣＰＵ５２と、ＣＰＵ５２が実行するプログラムやデータが記憶されたＲＯＭ５４と、ＣＰＵ５２の演算結果を記憶するＲＡＭ５６と、ＡＤＣ５８と、レジスタ６０と、を備えている。ＡＤＣはＡ／Ｄ変換器を表している。

また、ＥＣＵ４０には、各気筒２０に燃料を噴射するインジェクタ７０と、各気筒２０に点火するイグナイタ７２とが接続されている。尚、図１において、インジェクタ７０とイグナイタ７２は、１個ずつ図示しているが、実際には、気筒２０毎にそれぞれ設置されている。

ＥＣＵ４０においては、４個の気筒２０のうち、いずれかの気筒２０に設置されたセンサ３０、３２、３４の検出信号が、マルチプレクサ４２、アンプ４４を介してフィルタ４６に入力され、フィルタ４６を通過した検出信号がマイコン５０に入力される。

そして、マイコン５０は、フィルタ４６の各々を通過した各検出信号をＡＤＣ５８によりＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換結果を用いて、エンジン１０にノッキングが発生したか否かを判定する。本実施形態において、マイコン５０は、気筒２０毎についてノッキングが発生したか否か、つまりノッキングの有無を判定する。

尚、以下では、各フィルタ４６を通過した検出信号のことを、フィルタ後検出信号ともいう。そして、フィルタ後検出信号のＡ／Ｄ変換結果のことを、フィルタ後センサ値ともいう。フィルタ後センサ値はノッキングの強度を示している。
［１−２．処理］
次に、マイコン５０がノッキングの有無を判定するために行う処理について説明する。尚、マイコン５０が行う処理は、実際には、ＣＰＵ５２がＲＯＭ５４内のプログラムを実行することで実現される。

マイコン５０は、各気筒２０について、ノッキングが発生する可能性がある期間を、ノッキング判定期間として設定する。ノッキング判定期間は、ノッキングの有無を判定する対象の期間である。

例えば、図２の斜線部で示すように、各気筒２０について、イグナイタ７２による点火タイミングから所定クランク角度分の期間が、ノッキング判定期間Ｋｐとして設定される。所定クランク角度分の期間とは、エンジン１０のクランク軸が所定クランク角度だけ回転するのに要する期間である。尚、ノッキング判定期間Ｋｐとして、前述したノックウィンドウの範囲を設定してもよい。

尚、図２において、「イグナイタ」の段の波形は、イグナイタ７２への点火パルスを表しており、その点火パルスのＯＮからＯＦＦへの立ち下がりタイミングが、点火タイミングとなる。そして、これらのことは、後述する図４、図５についても同様である。また例えば、気筒２０の点火順序は「＃１→＃２→＃４→＃３」である。そして、図２における３つの斜線部は、例えば、左側から＃１、＃２、＃４の気筒２０のノッキング判定期間Ｋｐを示している。

マイコン５０は、各気筒２０のノッキング判定期間Ｋｐにおいて、現在のノッキング判定期間Ｋｐに対応する気筒２０に設置されたセンサ３０、３２、３４からの検出信号を、マルチプレクサ４２に選択させる。

さらにマイコン５０は、ノッキング判定期間Ｋｐにおいて、各フィルタ４６から出力されるフィルタ後検出信号の各々について、Ａ／Ｄ変換を一定時間毎に実施するとともに、その一定時間毎のＡ／Ｄ変換結果であるフィルタ後センサ値をＲＡＭ５６に順次格納する。尚、フィルタ後検出信号をＡ／Ｄ変換する間隔である上記一定時間は、フィルタ後検出信号の波形を把握することができる程度に十分に短い時間に設定されている。

このため、気筒２０のノッキング判定期間Ｋｐの終了時において、ＲＡＭ５６には、各気筒２０に対応するセンサ３０、３２、３４の検出信号について、一定時間毎のフィルタ後センサ値が、ノッキング判定期間Ｋｐの分だけ記憶されていることになる。

マイコン５０は、各気筒２０のノッキング判定期間Ｋｐが終了する毎に、図３のノッキング判定処理を実行する。図３のノッキング判定処理は、終了したノッキング判定期間Ｋｐに対応する気筒について、ノッキングの有無を判定するための処理である。

以下では、いずれかの気筒２０のノッキング判定期間Ｋｐが終了した場合として説明する。つまり、ノッキング判定期間Ｋｐが終了した気筒２０について、ノッキングの有無を判定するものとして説明する。

図３に示すように、マイコン５０は、ノッキング判定処理を開始すると、まずＳ１００において、ノッキング有無の判定結果を示す判定フラグを、「ノッキング無し」を示す「０」に設定する。つまり、判定フラグの初期化を行う。判定フラグは、例えばレジスタ６０に格納される１ビットのデータである。

Ｓ１０２においてマイコン５０は、気筒２０のセンサ３０、３２、３４の検出信号について、ノッキング有りを示しているか否かを判定する。例えば、マイコン５０は、センサ３０、３２、３４の検出信号について、ＲＡＭ５６に記憶されているノッキング判定期間Ｋｐ分のフィルタ後センサ値のうち、予め定められたノッキング判定値Ｎｔｈ以上のフィルタ後センサ値が存在するか否かを判定する。

そして、ノッキング判定値Ｎｔｈ以上のフィルタ後センサ値が存在すれば、検出信号がノッキングの発生を示していると判定する。尚、ノッキング判定値Ｎｔｈは、気筒２０に対するセンサ３０、３２、３４の設置位置に応じて設定されている。

Ｓ１０４においてマイコン５０は、Ｓ１０２におけるセンサ３０、３２、３４の検出信号についての判定結果がすべてノッキング有りであるか否かを判定する。すべての検出信号についての判定結果がすべてノッキング有り、ということは、Ｓ１０２において検出信号のすべてがノッキングの発生を示していると判定されたということである。

Ｓ１０４の判定がＮＯであり、センサ３０、３２、３４のうちの１個でもノッキングの発生を示していなかった場合、マイコン５０は本処理を終了する。
Ｓ１０４の判定がＹＥＳであり、センサ３０、３２、３４のすべての検出信号がノッキングの発生を示している場合、Ｓ１０６においてマイコン５０は、判定フラグをノッキング有りを示す「１」に設定する。ただし、Ｓ１０６での判定フラグの設定は、仮の判定に基づく仮の設定である。

Ｓ１０８においてマイコン５０は、ノッキング判定期間Ｋｐにおける各検出信号について、ノッキングを示す所定の特徴が現れた特徴時刻を検出する。本実施形態では、例えば、検出信号が最大値になったことを、上記所定の特徴としている。

具体的には、マイコン５０は、検出信号の最大値として、センサ３０、３２、３４のそれぞれについて、ＲＡＭ５６に記憶されているノッキング判定期間Ｋｐ分のフィルタ後センサ値から最大値を検出する。

そして、各気筒において点火プラグで点火した点火タイミング、つまり図２においてパルスのＯＮからＯＦＦへの立ち下がりタイミングを基準時刻の０とし、最大値であるフィルタ後センサ値をＡ／Ｄ変換した時刻を、センサ３０、３２、３４のそれぞれの検出信号についての特徴時刻ｔＡ、ｔＢ、ｔＣとして記憶する。

そして、Ｓ１１０においてマイコン５０は、Ｓ１０８で検出したセンサ３０、３２の検出信号の特徴時刻ｔＡ、ｔＢの時間差Ｄｔ１を次式（１）により算出する。
Ｄｔ１＝｜ｔＡ−ｔＢ｜ ・・・（１）
Ｓ１１２においてマイコン５０は、特徴時刻ｔＡ、ｔＢと特徴時刻ｔＣとの時間差として、特徴時刻ｔＡ、ｔＢの平均と特徴時刻ｔＣとの時間差Ｄｔ２を次式（２）により算出する。

Ｄｔ２＝｜（ｔＡ＋ｔＢ）／２−ｔＣ｜ ・・・（２）
Ｓ１１４においてマイコン５０は、ノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２を設定する。尚、ノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２については、後で説明する。

Ｓ１１６においてマイコン５０は、Ｓ１１０で算出した時間差Ｄｔ１がノッキング判定時間Ｒ１以下であるか否かを判定する。尚、時間差Ｄｔ１の最小値は０であるため、Ｓ１１６での判定は、時間差Ｄｔ１が０以上Ｒ１以下の範囲であるか否かを判定していることになる。

Ｓ１１６の判定がＹＥＳであり、時間差Ｄｔ１がノッキング判定時間Ｒ１以下の場合、マイコン５０は、該当する気筒２０においてノッキングが発生していると仮に判断し、判定フラグの設定を変えることなく、処理をＳ１１８に移行する。

Ｓ１１６の判定がＮＯであり、時間差Ｄｔ１がノッキング判定時間Ｒ１よりも大きい場合、マイコン５０は、ノッキングが発生していないと判断し、処理をＳ１２０に移行する。

Ｓ１１８においてマイコン５０は、Ｓ１１２で算出した時間差Ｄｔ２がＲ１＜Ｄｔ２≦Ｒ１＋Ｒ２を満たしているか否かを判定する。時間差Ｄｔ２がＲ１＜Ｄｔ２≦Ｒ１＋Ｒ２を満たしている場合、図１に示す領域２２の範囲でノッキングが実際に発生していることを表している。一方、時間差Ｄｔ２がＲ１＜Ｄｔ２≦Ｒ１＋Ｒ２満たしていない場合、領域２２の範囲でノッキングが発生していないことを表している。

Ｓ１１８の判定がＮＯであり、領域２２の範囲でノッキングが発生していない場合、マイコン５０はＳ１２０に処理を移行する。Ｓ１１８の判定がＹＥＳであり、領域２２の範囲でノッキングが発生している場合、マイコン５０はＳ１２２に処理を移行する。

Ｓ１２０においてマイコン５０は、判定フラグを「１」から「０」に書き換え、処理をＳ１２２に移行する。
Ｓ１２２においてマイコン５０は、判定フラグが「１」であるか否かを判定する。Ｓ１２２の判定がＮＯであり、判定フラグが「０」の場合、マイコン５０は本処理を終了する。Ｓ１２２の判定がＹＥＳであり、判定フラグが「１」の場合、Ｓ１２４においてマイコン５０は、ノッキングを解消するための処理として、例えばエンジン１０に対する点火タイミングを遅角させる処理を行い、その後、本処理を終了する。

ここで、Ｓ１１６、Ｓ１１８の判定に用いられるノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２について説明する。
気筒２０内でノッキングが発生してから、ノッキングセンサ３０、３２、３４の検出信号にノッキングを示す所定の特徴が現れるまでの時間、本実施形態の場合にはフィルタ後センサ値が最大値になるまでの時間は、ノッキングの発生位置と各センサ３０、３２、３４との距離によって決まる。

まず、気筒２０内でノッキングが発生した場合、Ｓ１１０で算出される時間差Ｄｔ１は、気筒２０とセンサ３０、３２との位置関係によって決まる所定範囲になると考えられる。逆に、Ｓ１１０で算出される時間差Ｄｔ１が所定範囲でなければ、Ｓ１０４においてセンサ３０、３２、３４の検出信号がすべてノッキングの発生を示していると判定されたとしても、ノッキングは発生していないと判断することができる。

また、気筒２０内でノッキングが発生し、振動がセンサ３０、３２に到達する時刻が同じ場合、時間差Ｄｔ１は最小値の０となる。このため、ノッキング判定時間Ｒ１は、気筒２０内でノッキングが発生した場合の時間差Ｄｔ１の最大値に設定される。

また、気筒２０内の領域２２でノッキングが発生した場合、Ｓ１１２で算出される時間差Ｄｔ２は、気筒２０に対し、センサ３０、３２とセンサ３４との位置関係によって決まる所定範囲になると考えられる。

逆に、Ｓ１１２で算出される時間差Ｄｔ２が所定範囲でなければ、Ｓ１０４においてセンサ３０、３２、３４の検出信号がすべてノッキングの発生を示していると判定されたとしても、ノッキングは発生していないと判断することができる。

時間差Ｄｔ２の最大値は、領域２２においてセンサ３４から最も遠い位置でノッキングが発生したとき、つまり領域２２の上死点側の端部でノッキングが発生したときと考えられる。一方、時間差Ｄｔ２の最小値は、領域２２においてセンサ３４から最も近い位置でノッキングが発生したとき、つまり領域２２の下死点側の端部２４でノッキングが発生したときと考えられる。

本実施形態では、領域２２でノッキングが発生したときの時間差Ｄｔ２の範囲をＲ１＜Ｄｔ２≦Ｒ１＋Ｒ２に設定している。
このようなノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２は、理論計算と実験との両方または一方によって定めることができる。本実施形態において、ＲＯＭ５４には、理論計算や実験によって予め定めたノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２が記憶されており、マイコン５０は、Ｓ１１４において、ＲＯＭ５４からノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２を読み出す処理を行う。

尚、本実施形態では、各気筒２０に対するセンサ３０、３２、３４の位置関係が、すべての気筒２０で同じであるため、ノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２もすべての気筒２０で同じ値を用いている。一方、例えば、気筒２０毎に、センサ３０、３２、３４までの振動の伝達速度が異なる場合や、センサ３０、３２、３４の位置関係が異なる場合には、ノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２を気筒２０毎に異なる値に設定するようにすればよい。

次に、ノッキング判定処理の作用について図４、図５を用い説明する。尚、図４および図５において、センサ３０、３２、３４の段の波形は、フィルタ後検出信号を表している。

気筒２０内の領域２２でノッキングが発生した場合には、図４に示すように、その気筒２０のノッキング判定期間Ｋｐにおいて、センサ３０、３２、３４のフィルタ後検出信号が、すべてノッキング判定値Ｎｔｈ以上となる。これにより、図３のノッキング判定処理では、Ｓ１０４において検出信号のすべてがノッキングの発生を示していると判定され、Ｓ１０６において判定フラグが「１」に設定される。

尚、図４と後述する図５とにおいは、センサ３０の特徴時刻ｔＡがセンサ３２の特徴時刻ｔＢよりも早くなっている。これは、あくまでも一例であり、特徴時刻ｔＢが特徴時刻ｔＡよりも早くなってもよいし、同じ時刻になってもよい、
そして、図４に示すように、図３のＳ１１０で算出される時間差Ｄｔ１＝｜ｔＡ−ｔＢ｜はＤｔ１≦Ｒ１になる。このため、図３のノッキング判定処理では、Ｓ１１６の判定がＹＥＳになり、判定フラグは「１」のままになる。

また、図４に示すように、図３のＳ１１２で算出される時間差Ｄｔ２＝｜（ｔＡ＋ｔＢ）／２−ｔＣ｜はＲ１＜Ｄｔ２≦Ｒ１＋Ｒ２になる。このため、図３のノッキング判定処理では、Ｓ１１８の判定がＹＥＳになり、判定フラグは「１」のままになる。

つまり、該当する気筒２０についてノッキングが発生していると最終的に判断される。その結果、ノッキングを解消するために、Ｓ１２４において点火タイミングを遅角させる処理が行われる。

一方、気筒２０のノッキング判定期間Ｋｐにおいて、例えば気筒２０内であっても領域２２の外でノッキングの特徴と類似した振動が発生したとする。そして、図５に示すように、ノッキング判定期間Ｋｐにおいてセンサ３０、３２、３４のフィルタ後検出信号が、すべてノッキング判定値Ｎｔｈ以上になったとする。

すると、図３のノッキング判定処理では、Ｓ１０４において、検出信号のすべてがノッキングの発生を示していると判定されて、Ｓ１０６において判定フラグが「１」に設定される。

しかし、図５に示すように、時間差Ｄｔ１がＤｔ１≦Ｒ１を満たしていても、領域２２でノッキング発生しないと、時間差Ｄｔ２はＲ１＜Ｄｔ２≦Ｒ１＋Ｒ２を満たさない。この場合、図３のノッキング判定処理では、Ｓ１１８においてＮＯと判定される。

そして、Ｓ１２０において判定フラグが「１」から「０」に書き換えられることにより、ノッキング有無の判定結果が「ノッキング無し」に改められることとなる。その結果、最終的にノッキング無しと判定されるので、点火タイミングの遅角は実施されない。
［１−３．効果］
以上説明した第１実施形態によると、以下の効果を得ることができる。

（１）気筒２０内であっても領域２２の外でノッキングの特徴と類似した振動が発生した場合、図３のＳ１０４、Ｓ１１６でＹＥＳと判定されたとしても、Ｓ１１８でＮＯと判定して、ノッキング有りと誤判定することを抑制できる。これにより、ノッキングが発生したか否かの検出精度を向上させることができる。

その結果、ノッキング有りと誤判定して点火タイミングを遅角させるノッキング回避制御の実行を抑制することができ、燃費と出力との向上につながる。
（２）ＥＣＵ４０は、センサ３０、３２、３４から出力される各検出信号から、フィルタ４６によってノッキングの周波数成分を抽出し、図３のノッキング判定処理では、フィルタ４６を通過したフィルタ後検出信号を処理の対象としている。様々な周波数の信号のなかからノッキングで発生する周波数帯域の信号だけを処理の対象とすることができるので、無駄な計算を排除して、ノッキングの判定時間を短縮することができる。

（３）ＥＣＵ４０は、検出信号における「ノッキングを示す所定の特徴」として、本実施形態では検出信号の最大値として、フィルタ後センサ値が最大値になったという特徴を検出している。最大値を検出する処理は比較的容易であるため、ノッキング判定のための処理負荷を軽減することができる。

（４）エンジン１０の気筒２０毎に、センサ３０、３２、３４を設置している。そして、ノッキング判定処理では、気筒２０毎に、その気筒２０に対応するセンサ３０、３２、３４からの検出信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する。このため、ノッキングの発生源とセンサとの距離を近くすることができ、ノッキングに関するＳ／Ｎ比が良好な検出信号に基づいて、ノッキングの有無を一層精度良く判定することができる。また、気筒間の影響を受けにくいという利点がある。

上記第１実施形態において、エンジン１０がエンジンに対応し、気筒２０が気筒に対応し、領域２２が領域に対応し、端部２４が領域の下死点側の端部に対応し、センサ３０、３２が第１のセンサに対応し、センサ３４が第２のセンサに対応し、ＥＣＵ４０がノッキング検出装置に対応し、マルチプレクサ４２、アンプ４４、フィルタ４６が信号取得部に対応し、マイコン５０が第１の判定部と時間差算出部と第２の判定部とに対応する。

また、センサ３０、３２の検出信号が第１の検出信号に対応し、センサ３４の検出信号が第２検出信号に対応する。
また、時間差Ｄｔ１が第１の時間差に対応し、時間差Ｄｔ１に対しＤｔ１≦Ｒ１が第１の所定範囲に対応し、時間差Ｄｔ２が第２の時間差に対応し、時間差Ｄｔ２に対しＲ１＜Ｄｔ２≦Ｒ１＋Ｒ２が第２の所定範囲に対応する。

また、Ｓ１０２、Ｓ１０４が第１の判定部の処理に対応し、Ｓ１０８〜Ｓ１１２が時間差算出部の処理に対応し、Ｓ１１４〜Ｓ１１８が第２の判定部の処理に対応する。
［第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
次に、第２実施形態のＥＣＵについて説明する。尚、第１実施形態と同じ構成部分については同一符号を用いる。第１実施形態と同一符号については、先行する説明を参照する。

第２実施形態のノッキング検出システム４においては、図６に示すように、気筒毎２０ではなく、ＥＣＵ８０が制御するエンジン１０のシリンダーブロックに、４個の気筒２０が並ぶ方向の両端の気筒２０の径方向外側に２つのセンサ３０、３２が設置されている点が第１実施形態と異なる。

さらに、気筒毎２０ではなく、気筒２０の下死点側の底部外側のエンジン１０のシリンダーブロックに、１個のセンサ３４が設置されている点が第１実施形態と異なる。
第２実施形態で使用するセンサ３０、３２、３４は、第１実施形態のセンサ３０、３２、３４と実質的に同じセンサであり、すべての気筒２０について共通のセンサとして設けられている。

ただし、センサ３０、３２は、第１実施形態と同様に、気筒２０の軸方向位置において、気筒２０の上死点側の端部から領域２２の下死点側の端部２４までの間に設置されている。

また、センサ３４は、第１実施形態と同様に、センサ３０、３２と気筒２０の軸方向の異なる位置として、下死点側の気筒２０の底部外側のシリンダーブロックに設置されている。つまり、３個のセンサ３０、３２、３４は三角形を形成している。

さらに、第２実施形態では、センサ３０、３２、３４はすべての気筒２０に共通のセンサであるから、マルチプレクサ４２が設置されていない点が第１実施形態と異なる。センサ３０、３２、３４の検出信号はアンプ４４に直接入力されている。

マイコン５０は、各気筒２０のノッキング判定期間Ｋｐにおいて、各フィルタ４６から出力されるフィルタ後検出信号の各々について、Ａ／Ｄ変換を一定時間毎に実施するとともに、その一定時間毎のＡ／Ｄ変換結果であるフィルタ後センサ値をＲＡＭ５６に順次格納する。
［２−２．処理］
第２実施形態のノッキング判定処理は、図３のノッキング判定処理と実質的に同じである。尚、第２実施形態のノッキング判定処理で使用するノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２は、第１実施形態のノッキング判定処理で使用するノッキング判定時間Ｒ１、Ｒ２と同じ値でもよいし、センサの設置位置に合わせて異なる値にしてもよい。

［２−３．効果］
以上説明した第２実施形態によると、第１実施形態の効果（１）〜（３）に加え、以下の効果を得ることができる。

エンジン１０に３個のセンサ３０、３２、３４を設置するだけで、ＥＣＵ８０は気筒２０毎のノッキング有無の判定を精度良く行うことができる。
以上説明した第２の実施形態において、ＥＣＵ８０がノッキング検出装置に対応する。

［３．他の実施形態］
（１）第１実施形態において、エンジン１０の気筒２０毎に、気筒２０の径方向外側に３個以上のノッキングセンサをそれぞれ設置してもよい。また、気筒２０下死点側の底部外側に２個以上のノッキングセンサを設置してもよい。

その場合、図３のＳ１０４では、気筒２０の径方向外側に設置した３個以上のノッキングセンサのうち２個以上のノッキングセンサの検出信号がノッキングの発生を示しているか否かを判定する。さらに、気筒２０下死点側の底部外側に設置した２個以上のノッキングセンサのうち１個以上の検出信号がノッキングの発生を示しているか否かを判定する。

そして、図３のＳ１０４でＹＥＳと判定した場合には、例えば、気筒２０の径方向外側に設置したノッキングセンサのうちノッキングの発生を示しているセンサの検出信号の２個ずつについて、それぞれ前述の時間差Ｄｔ１を算出する。

そして、時間差Ｄｔ１を算出したノッキングセンサの検出信号と、気筒２０の下死点側の底部外側に設置したノッキングセンサのうちノッキングの発生を示しているセンサの検出信号の１個ずつとについて、それぞれ前述した時間差Ｄｔ２を算出する。

そして、時間差Ｄｔ１、Ｄｔ２の各々が、予め定めた所定範囲でなければ、Ｓ１２０の処理を行うようにすればよい。
（２）図３のＳ１２４を、Ｓ１２２においてＹＥＳであると合計で第１の所定回数以上判定されるか、Ｓ１２２においてＹＥＳであると連続して第２の所定回数以上判定されると実行するようにしてもよい。

（３）図１のように、気筒２０毎に気筒２０の径方向外側に２個のノッキングをそれぞれ設けた場合においても、気筒２０の径方向外側に３個以上のノッキングセンサをそれぞれ設けた場合と同様の処理を行うこともできる。

つまり、各気筒２０についてのノッキング判定を、他の気筒２０用のノッキングセンサも用いて実施すればよい。例えば、＃１の気筒２０についてのノッキング判定を行う場合に、＃２の気筒２０の径方向外側に設置されたノッキングセンサの検出信号も用いる、といったことも可能である。

（４）上記実施形態において、検出信号における「ノッキングを示す所定の特徴」としては、フィルタ後センサ値に代えてフィルタ後検出信号がノッキング判定値以上になった、という特徴を検出してもよい。その場合、図３のＳ１０８では、フィルタ後検出信号のすべてがノッキング判定値以上となった各時刻を、特徴時刻ｔＡ、ｔＢ、ｔＣとして検出することになる。

（５）センサ３０、３２は、気筒２０の軸に直交する同一平面上に設置することに限らず、軸方向位置をずらして設置してもよい。
（６）振動を電圧に変換する非共振型のノッキングセンサに代えて、共振型のノッキングセンサを用いてもよい。一般的に、共振型ノッキングセンサは、予め定められたノッキング周波数の振動を一定レベル以上検出すると出力電圧が大きくなる。このため、共振型ノッキングセンサを用いた場合には、第１、第２実施形態のノッキング判定処理が、フィルタ後検出信号に対してではなく、共振型ノッキングセンサからの検出信号に対して実施されるようにすればよい。

その場合、図１または図６のフィルタ４６を削除するか、あるいは、フィルタ４６の代わりに、ノイズフィルタとしてのローパスフィルタを用いることができる。また、その場合、図３におけるＳ１０２やＳ１０８の処理は、検出信号を入力とするハードウェア回路によって実施するように構成することもできる。

（７）ノッキングの振動を電圧に変換するノッキングセンサに代えて、ノッキングの発生を音で検出する音センサとして、マイクを使用してもよい。マイクを使用すれば、エンジン１０の振動を、空気を介して検出することとなるため、エンジン１０の個体差や構造差によらずに、前述の時間差Ｄｔ１、Ｄｔ２を正しく検出し、ノッキングの検出精度を向上させることができる。

（８）第１、第２実施形態のＥＣＵ４０、８０の構成は、一般的なノッキング試験装置にも適用することができる。
（９）第１実施形態においては、図３のＳ１１６とＳ１１８の両方でＹＥＳと判定してからＳ１２２に進む前に、判定フラグを「１」に設定するようにしてもよい。その場合、Ｓ１０６とＳ１２０の処理は削除することができる。このような変形は、第２実施形態についても同様に適用することができる。

（１０）上記実施形態における一つの構成要素が有する複数の機能を複数の構成要素によって実現したり、一つの構成要素が有する一つの機能を複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を一つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される一つの機能を一つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（１１）上述したノッキング検出装置の他、当該ノッキング検出装置を構成要素とするノッキング検出システム、当該ノッキング検出装置としてコンピュータを機能させるためのノッキング検出プログラム、このノッキング検出プログラムを記録した記録媒体、ノッキング検出方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。
できる。

２、４：ノッキング検出システム、１０：エンジン、２０：気筒、２２：領域、２４：端部、３０、３２、３４：ノッキングセンサ、４０、８０：ＥＣＵ（ノッキング検出装置）、４２：マルチプレクサ（信号取得部）、４４：アンプ（信号取得部）、４６：フィルタ（信号取得部）、５０：マイコン（第１の判定部、時間差算出部、第２の判定部）

Claims (7)

1. エンジン（１０）の気筒（２０）の径方向外側に設置された２個以上の第１のノッキングセンサ（３０、３２）からノッキングを検出する第１の検出信号を取得し、前記第１のノッキングセンサと前記気筒の軸方向の異なる位置に設置された１個以上の第２のノッキングセンサ（３４）からノッキングを検出する第２の検出信号を取得する信号取得部（４２、４４、４６）と、
   前記信号取得部が取得する２個以上の前記第１の検出信号と１個以上の前記第２の検出信号とが前記エンジンにノッキングが発生したことを示しているか否かを判定する第１の判定部（５０、Ｓ１０２、Ｓ１０４）と、
   少なくとも２個の前記第１の検出信号と少なくとも１個の前記第２の検出信号とが前記エンジンにノッキングが発生したことを示していると前記第１の判定部が判定すると、前記エンジンにノッキングが発生したことを示している前記第１の検出信号のうち少なくとも２個の時間差として、ノッキングを示す所定の特徴が現れた時刻の第１の時間差を算出し、ノッキングが発生したことを示している前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とのうち少なくとも１個の前記第１の検出信号と少なくとも１個の前記第２の検出信号との時間差として、ノッキングを示す前記所定の特徴が現れた時刻の第２の時間差を算出する時間差算出部（５０、Ｓ１０８〜Ｓ１１２）と、
   前記時間差算出部が算出する前記第１の時間差が第１の所定範囲であるか否か、ならびに前記時間差算出部が算出する前記第２の時間差が第２の所定範囲であるか否かを判定し、前記第１の時間差が前記第１の所定範囲であり、かつ前記第２の時間差が前記第２の所定範囲であれば、前記気筒内においてノッキングが発生する可能性のある領域（２２）でノッキングが発生したと判定する第２の判定部（５０、Ｓ１１４〜Ｓ１１８）と、
   を備えるノッキング検出装置（４０、８０）。
2. 請求項１に記載のノッキング検出装置において、
   前記第１のノッキングセンサは、前記気筒の上死点側の端部から前記領域の下死点側の端部（２４）までの間において前記気筒の径方向外側に設置され、
   前記第２のノッキングセンサは、前記気筒の軸方向において下死点側の前記気筒の底部外側に設置されている、
   ノッキング検出装置。
3. 請求項１または２に記載のノッキング検出装置において、
   ２個の前記第１のノッキングセンサと１個の前記第２のノッキングセンサとが各気筒に設置されており、
   前記第１の判定部は、前記気筒に対応して設置された２個の前記第１のノッキングセンサと１個の前記第２のノッキングセンサとについて、ノッキングが発生したことを前記検出信号が示しているか否かを前記気筒毎に判定する、
   ノッキング検出装置。
4. 請求項１または２に記載のノッキング検出装置において、
   前記エンジンに対し、２個の前記第１のノッキングセンサと１個の前記第２のノッキングセンサとが設置されており、
   前記第２の判定部は、前記第１の時間差が前記第１の所定範囲であり、かつ前記第２の時間差が前記第２の所定範囲であれば、ノッキングが発生したか否かの判定対象とする前記気筒の前記領域でノッキングが発生したと判定する、
   ノッキング検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のノッキング検出装置において、
   前記第１の所定範囲と前記第２の所定範囲とは、前記１のノッキングセンサと前記第２のノッキングとの前記気筒に対する設置位置に基づいて設定されている、
   ノッキング検出装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のノッキング検出装置において、
   前記第２の判定部は、ノッキングが発生したと合計で第１の所定回数以上判定するか、あるいはノッキングが発生したと連続して第２の所定回数以上判定すると、ノッキングが発生したと正式に判定する、
   ノッキング検出装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のノッキング検出装置において、
   前記所定の特徴は前記検出信号が最大値になったことである、
   ノッキング検出装置。

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