JP3319850B2 - 内燃機関のノッキング判定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の点火時期制
御装置などに好適に用いられるノッキング判定方法およ
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の点火時期制御を行うにあたっ
て、従来から用いられているノッキング判定方法では、
内燃機関のノッキングによる振動を検出するノックセン
サからの出力のうち、ノッキングによる振動が含まれる
可能性のある周波数成分のみをバンドパスフィルタによ
って濾波し、その濾波出力をレベル弁別することによっ
てノッキングの有無が判定されている。またその判定結
果に対応して、点火進角量が制御される。前記ノックセ
ンサは、シリンダブロックに取付けられる、いわゆるピ
エゾ式の加速度センサや、シリンダ内圧を検出する圧力
センサなどで実現される。

【０００３】上述の従来技術では、前記バンドパスフィ
ルタの中心周波数は、ノッキングによるシリンダブロッ
クの共振周波数の代表値である、たとえば７．１ｋＨｚ
に選ばれている。しかしながら実際には、図１２（１）
で示す複数の各共振モードに対応して、共振周波数は図
１２（２）で示されるように変化する。この図１２
（１）はシリンダ内の圧力分布を示す図であり、参照符
＋は相対的に圧力が高い領域を示し、参照符−は相対的
に圧力が低い領域を示す。

【０００４】図１２（２）から明らかなように、共振モ
ードが異なると共振周波数も大きく異なってしまい、ま
たこの共振周波数は、内燃機関の各気筒の内径、気筒数
および検出すべき気筒とセンサとの距離差などによって
も変化する。

【０００５】このため他の従来技術として、各共振モー
ドに対応して、たとえば６ｋＨｚ，１１ｋＨｚ，１３ｋ
Ｈｚ，１６ｋＨｚおよび１９ｋＨｚの帯域の信号成分を
バンドパスフィルタによってそれぞれ濾波し、たとえば
各帯域毎に設定されたノッキング判定レベルのうち、予
め定める複数の帯域以上が超えていると、ノッキングが
発生しているものと判定するようにした構成が提案され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術は、前
述の従来技術での判定方法を、単に複数の共振周波数の
それぞれに適用して、それぞれの共振周波数での判定結
果の論理和または論理積などを求めるようにしただけで
あり、したがって判定精度は向上しているけれども、各
周波数毎での判定方法は改善されていない。

【０００７】図１３は、横軸にノックセンサによって検
出された振動強度レベルピークの対数値を、縦軸に各対
数値における検出頻度を示すグラフである。この頻度分
布の大半は、点火によって発生した正常振動およびバル
ブ閉音などによって生じたノイズによって成り、それは
参照符β１のレベルを中心とした参照符α１で示す正規
分布で近似されることが従来から知られている。

【０００８】前述の従来からのノッキング判定方法で
は、このα１の右端（最大値）付近にノッキング判定レ
ベルβ３を設定し、検出された振動強度レベルピークが
それ以上ならノッキング発生と判定している。しかしな
がら実際のノッキングの振動成分の分布は参照符α２で
示す分布に相当し、ノッキングの振動成分であってもノ
ッキング判定レベルβ３以上である部分しか判定には反
映されず、したがって斜線を施して示すα１と重複した
部分ではノッキング発生とは判定されない。前記ノッキ
ング判定レベルβ３は、たとえば前記参照符β１で示さ
れるような振動強度レベルピーク値の平均値を３倍した
値に設定される。

【０００９】したがって、ノッキングが発生していない
状況下では、前記平均値β１およびノッキング判定レベ
ルβ３を、ともに正しく求めることができるけれども、
ノッキングが発生すると、前記平均値β１は参照符β２
で示されるように大きい側へ偏位し、これに伴ってノッ
キング判定レベルβ３も参照符β４で示されるように大
きい側へ偏位してしまう。このようにずれた判定レベル
でノッキングの発生判定を行ってしまうので、高精度な
ノッキング判定を行うことができなかった。

【００１０】本発明の目的は、内燃機関のノッキングを
高精度に判定することができるノッキング判定方法およ
び装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、クランク軸の
回転周期の所定の期間にノッキング観測期間を設定し、
前記観測期間において振動センサによって検出された振
動の予め定める複数の各周波数成分のピーク値をそれぞ
れ検出し、前記各ピーク値の所定のデータ数に亘る平均
値を求め、前記各平均値に基づいてノッキング判定レベ
ルをそれぞれ求め、その各ノッキング判定レベルをピー
ク値がそれぞれ超えているか否かに基づいてノッキング
の有無を判定するようにした内燃機関のノッキング判定
方法において、各振動に対して、或る周波数成分のピー
ク値が、その周波数成分の平均値未満であるときに、残
余の周波数成分のピーク値を用いて、それらの周波数成
分の平均値を更新することを特徴とする内燃機関のノッ
キング判定方法である。

【００１２】また本発明は、各振動に対して、或る周波
数成分のピーク値が、その周波数成分の平均値未満であ
るときにおけるデータを用いて、残余の周波数成分のノ
ッキング判定レベルを演算することを特徴とする。

【００１３】さらにまた本発明は、クランク軸の回転周
期の所定の期間にノッキング観測期間を設定し、前記観
測期間において振動センサによって検出された振動の予
め定める複数ｎの各周波数成分のピーク値Ｘｉ（ｉ＝
１，２，…，ｎ）をそれぞれ検出し、前記各ピーク値Ｘ
ｉの対数値ｘｉを求め、各振動の各周波数成分毎の対数
値ｘｉの所定のデータ数に亘る平均値ｘ０ｉを求め、前
記各平均値ｘ０ｉに基づいてノッキング判定レベルＴＨ
ｉをそれぞれ求め、その各ノッキング判定レベルＴＨｉ
を対数値ｘｉがそれぞれ超えているか否かに基づいてノ
ッキングの有無を判定するようにした内燃機関のノッキ
ング判定方法において、各振動に対して、或る周波数成
分の対数値ｘｉが、その周波数成分の平均値ｘ０ｉ未満
であるときに、残余の周波数成分の対数値ｘ１〜ｘ（ｉ
−１），ｘ（ｉ＋１）〜ｘｎを用いて、それらの周波数
成分の平均値ｘ０１〜ｘ０（ｉ−１），ｘ０（ｉ＋１）
〜ｘ０ｎを更新することを特徴とする内燃機関のノッキ
ング判定方法である。

【００１４】また本発明は、各振動に対して、或る周波
数成分の対数値ｘｉが、その周波数成分の平均値ｘ０ｉ
未満であるときにおけるデータを用いて、残余の周波数
成分のノッキング判定レベルＴＨ１〜ＴＨ（ｉ−１），
ＴＨ（ｉ＋１）〜ＴＨｎを演算することを特徴とする。

【００１５】さらにまた本発明は、内燃機関の振動を検
出する振動センサと、内燃機関の回転角度位置を検出す
るクランク角センサと、前記振動センサの出力を複数の
各周波数成分に分割する周波数分割手段と、前記周波数
分割手段の出力が入力され、クランク角センサの出力に
応答して、内燃機関の点火行程に入ろうとする気筒のピ
ストンの上死点と、次に点火行程となる気筒のピストン
の上死点との間の所定の期間にノッキング観測期間を設
定し、その観測期間における各周波数成分のピーク値を
それぞれ検出する検出手段と、前記各ピーク値の所定の
データ数に亘る平均値を演算するにあたって、或る周波
数成分のピーク値が、その平均値未満であるときに、残
余の周波数成分のピーク値を用いて、それらのための平
均値を求める平均値演算手段と、前記各平均値に基づい
てノッキング判定レベルをそれぞれ演算する判定レベル
演算手段と、各ピーク値が対応するノッキング判定レベ
ルをそれぞれ超えているか否かに基づいてノッキングの
有無を判定する判定手段とを含むことを特徴とする内燃
機関のノッキング判定装置である。

【００１６】また本発明は、内燃機関の振動を検出する
振動センサと、内燃機関の回転角度位置を検出するクラ
ンク角センサと、前記振動センサの出力を複数ｎの各周
波数成分に分割する周波数分割手段と、前記周波数分割
手段の出力が入力され、クランク角センサの出力に応答
して、内燃機関の点火行程に入ろうとする気筒のピスト
ンの上死点と、次に点火行程となる気筒のピストンの上
死点との間の所定の期間にノッキング観測期間を設定
し、その観測期間における各周波数成分のピーク値Ｘｉ
（ｉ＝１，２，…，ｎ）をそれぞれ検出する検出手段
と、検出手段における前記各ピーク値Ｘｉの検出結果の
対数値ｘｉを求める対数値演算手段と、前記各対数値ｘ
ｉの所定のデータ数に亘る平均値ｘ０ｉを演算するにあ
たって、或る周波数成分の対数値ｘｉが、その平均値ｘ
０ｉ未満であるときに、残余の周波数成分の対数値ｘ１
〜ｘ（ｉ−１），ｘ（ｉ＋１）〜ｘｎを用いて、それら
のための平均値ｘ０１〜ｘ０（ｉ−１），ｘ０（ｉ＋
１）〜ｘｎを求める平均値演算手段と、前記各平均値ｘ
０ｉに基づいてノッキング判定レベルＴＨｉをそれぞれ
演算する判定レベル演算手段と、各対数値ｘｉが対応す
るノッキング判定レベルＴＨｉをそれぞれ超えているか
否かに基づいてノッキングの有無を判定する判定手段と
を含むことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置
である。

【００１７】

【作用】本発明に従えば、クランク角センサの出力に応
答して、内燃機関がたとえば４気筒４サイクルの内燃機
関である場合には１８０°クランク角（以下、°ＣＡと
いう）毎の、また６気筒であるときには１２０°ＣＡ毎
の、或る気筒のピストンが上死点に到達してから次の気
筒のピストンが上死点に到達するまでの期間において、
たとえば上死点から１０°〜４０°ＣＡ間がノッキング
観測期間に設定される。

【００１８】このように設定された観測期間において、
振動センサからの出力がバンドパスフィルタなどで実現
される周波数分割手段によって、ノッキングによる信号
成分の現れる可能性のある複数の各周波数成分に分割さ
れて検出手段に入力される。検出手段は、ピークホール
ド回路などで実現され、前記観測期間において入力され
た各周波数分割手段から出力される各周波数成分のピー
ク値をそれぞれ検出する。

【００１９】また前記各ピーク値から、平均値演算手段
において、該ピーク値の所定のデータ数に亘って平均値
が演算される。なお、この演算は、或る周波数成分のピ
ーク値が、その平均値未満であるときに、残余の周波数
成分のピーク値を用いて、それらのための平均値を求め
ることによって行われる。すなわち、たとえば周波数成
分が２つであるとき、一方の周波数成分のピーク値がそ
の周波数成分の平均値未満であるときに、もう一方の周
波数成分のピーク値を用いて、その周波数成分の平均値
が更新して求められる。

【００２０】これは、振動センサ出力のピーク値のう
ち、点火によって発生した正常な振動およびバルブ閉音
などのノイズ成分は前記平均値を中心値とする対数正規
分布を有し、ノッキングによる振動成分は複数の周波数
帯域に亘って相関を有していることを利用したものであ
り、周波数成分が２つである場合、一方のピーク値がそ
の平均値以上であるときにはノッキングの発生している
おそれがあり、したがってもう一方のピーク値の平均値
の更新を停止し、前記一方のピーク値が平均値未満であ
るときにのみ、すなわちノッキングによる振動成分の含
まれていない場合のみ、もう一方のピーク値の平均値の
更新を許容する。同様に、もう一方のピーク値が平均値
未満であるときにのみ、一方の平均値の更新を許容す
る。

【００２１】上述のようにして求められた各平均値に基
づいて、たとえば該平均値に定数を加算するなどして、
ノッキング判定レベルが判定レベル演算手段においてそ
れぞれ演算される。この判定レベルは、前記判定手段に
与えられ、各ピーク値がそれぞれの判定レベルと比較さ
れる。判定手段は、その比較の結果、たとえば予め定め
る数の周波数成分で、対応する判定レベルを超えている
ときには、ノッキング有りと判定する。したがって、判
定レベルを作成するための平均値は、常にノッキングの
発生していない信号成分のみから作成されるので、ノッ
キングの影響を受けることなく、判定レベルを高精度に
設定し、判定精度を向上することができる。

【００２２】また好ましくは、前記平均値の更新と同様
に、ノッキング判定レベルの更新も、或る周波数成分の
ピーク値が平均値未満であるときにだけ、残余の周波数
成分のノッキング判定レベルを更新するようにしてもよ
い。これによって、ノッキング判定レベルも、ノッキン
グによる振動の各周波数成分間における相関を利用し
て、高精度に求めることができる。

【００２３】こうして判定されたノッキングの有無に対
応して、たとえば点火進角量を小さくする点火時期制御
などが行われる。このようにして、内燃機関の気筒数な
どの種類や仕様の違いに対しても、またノッキングの振
動モードの違いに対しても、振動センサの出力中のノッ
キング成分の影響を受けることなく、ノッキング判定レ
ベルを設定して、高精度なノッキング判定を行うことが
できる。

【００２４】また本発明に従えば、検出手段において検
出された各周波数成分のピーク値Ｘｉ（ｉ＝１，２，
…，ｎ）の検出結果は、対数値演算手段において対数値
ｘｉに演算された後、判定手段に入力される。各対数値
ｘｉは、平均値演算手段において、該対数値ｘｉの所定
のデータ数に亘って平均値ｘ０ｉが演算される。なお、
この演算は、或る周波数成分の対数値ｘｉが、その平均
値ｘ０ｉ未満であるときに、残余の周波数成分の対数値
ｘ１〜ｘ（ｉ−１），ｘ（ｉ＋１）〜ｘｎを用いて、そ
れらのための平均値ｘ０１〜ｘ０（ｉ−１），ｘ０（ｉ
＋１）〜ｘｎを求めることによって行われる。すなわ
ち、たとえばｎ＝２とするとき、一方の周波数成分の対
数値ｘ１がその周波数成分の平均値ｘ０１未満であると
きに、もう一方の周波数成分の対数値ｘ２を用いて、そ
の周波数成分の平均値ｘ０２が更新して求められる。

【００２５】すなわち、ｎ＝２の場合、一方の対数値ｘ
１がその平均値ｘ０１以上であるときにはノッキングの
発生しているおそれがあり、したがってもう一方の対数
値ｘ２の平均値ｘ０２の更新を停止し、前記対数値ｘ１
が平均値ｘ０１未満であるときにのみ、すなわちノッキ
ングによる振動成分の含まれていない場合のみ、対数値
ｘ２の平均値ｘ０２の更新を許容する。同様に、対数値
ｘ２が平均値ｘ０２未満であるときにのみ、平均値ｘ０
１の更新を許容する。

【００２６】上述のようにして求められた各平均値ｘ０
ｉに基づいて、たとえば該平均値ｘ０ｉに定数を加算す
るなどして、ノッキング判定レベルＴＨｉが判定レベル
演算手段においてそれぞれ演算される。この判定レベル
ＴＨｉは、前記判定手段に与えられ、各対数値ｘｉがそ
れぞれの判定レベルＴＨｉと比較される。判定手段は、
その比較の結果、たとえば予め定める数の周波数成分
で、対応する判定レベルを超えているときには、ノッキ
ング有りと判定する。

【００２７】また好ましくは、前記平均値ｘ０ｉの更新
と同様に、ノッキング判定レベルＴＨｉの更新も、或る
周波数成分の対数値ｘｉが平均値ｘ０ｉ未満であるとき
にだけ、残余の周波数成分のノッキング判定レベルＴＨ
１〜ＴＨ（ｉ−１），ＴＨ（ｉ＋１）〜ＴＨｎを更新す
るようにしてもよい。

【００２８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のノッキング判定
方法が用いられる内燃機関の点火時期制御装置１の電気
的構成を示すブロック図である。いわゆるピエゾ式の加
速度センサ等の圧電素子などで実現され、振動センサで
あるノックセンサ２は、内燃機関のシリンダブロックな
どに固定されている。図２（１）で示すようなこのノッ
クセンサ２からの出力は、複数ｎ（以下、説明の簡略化
のためにｎ＝２とする）のバンドパスフィルタ（略称Ｂ
ＰＦ）Ｆ１，Ｆ２を介して、ピークホールド回路ＰＨ
１，ＰＨ２にそれぞれ入力される。周波数分割手段であ
るＢＰＦＦ１，Ｆ２は、ノッキングによる信号成分の現
れる可能性のある周波数帯域の信号のみを濾波するもの
であり、たとえばＢＰＦＦ１の中心周波数は６ｋＨｚで
あり、ＢＰＦＦ２の中心周波数は１５ｋＨｚである。

【００２９】内燃機関の回転角度位置を検出するために
設けられているクランク角センサ５からは、点火行程に
入ろうとする気筒のピストンが上死点に到達する毎に、
すなわちたとえば内燃機関が４気筒４サイクルであると
きには図２（２）で示すように１８０°ＣＡ毎にクラン
クパルスが導出され、また６気筒であるときには１２０
°ＣＡ毎にクランクパルスが導出される。前記クランク
パルスは、入力インタフェイス回路６において波形整形
された後、サンプリング信号発生回路７に入力される。
このサンプリング信号発生回路７からは、前記クランク
パルスに応答して、図２（３）で示すようなサンプリン
グ信号が導出され、前記ピークホールド回路ＰＨ１，Ｐ
Ｈ２およびアナログ／デジタル変換器ＡＤ１，ＡＤ２に
入力される。

【００３０】検出手段であるピークホールド回路ＰＨ
１，ＰＨ２は、前記サンプリング信号に応答して、１０
°ＣＡ〜４０°ＣＡ間をノッキング観測期間Ｗ１とし
て、この期間Ｗ１内におけるＢＰＦＦ１，Ｆ２の出力レ
ベルのピーク値Ｘ１，Ｘ２をそれぞれ求めて保持する。
前記ピーク値Ｘ１，Ｘ２は、アナログ／デジタル変換器
ＡＤ１，ＡＤ２においてそれぞれデジタル値に変換され
た後、マイクロコンピュータなどで実現される判定回路
９に入力される。平均値演算手段および判定レベル演算
手段であり、判定手段である判定回路９は、図２（４）
で示されるようなタイミングで、前記各ピーク値Ｘ１，
Ｘ２をそれぞれ対数値ｘ１，ｘ２に演算する。

【００３１】判定回路９で求められた対数値ｘ１，ｘ２
の頻度分布を求めると、前述の図１３と同様になる。こ
の頻度分布は、前述のようにノッキング成分が多くなる
ほど、頻度中心がずれて正規分布が崩れてゆくことにな
る。このため本件発明者は、ノックセンサ出力の各周波
数成分の対数値ｘ１，ｘ２の相関を取ってノッキング判
定を行う方法を考え出した。

【００３２】ここで横軸に対数値ｘ１、縦軸に対数値ｘ
２として、ノックセンサ２で検出された振動成分の２次
元的な強度分布を表したものを図３および図４で示す。
図３はノッキングが発生していない状態での強度分布で
あり、図４はノッキングが発生している状態での強度分
布である。これらの図３および図４において、対数値ｘ
１の頻度が最大となる該対数値ｘ１の平均値をｘ０１で
表し、対数値ｘ２の平均値をｘ０２で表す。

【００３３】こうして平均値ｘ０１，ｘ０２を通る軸線
で強度分布を４つの象限に分割すると、図３と図４とで
第２象限Ａ２〜第４象限Ａ４は相互にほぼ等しいのに対
して、ノッキングが発生しているか否かの違いで第１象
限Ａ１の強度分布に差異があることが理解される。すな
わち、ノッキングが発生していない図３の状態では前記
平均値ｘ０１，ｘ０２を中心とした楕円ｒ内に強度分布
が収まるのに対して、ノッキングが発生している図４の
状態では第１象限Ａ１において正相関方向に参照符ｐで
示すようにばらつきが生じる。

【００３４】そこで本件発明者は、一方の対数値ｘ２の
平均値ｘ０２を境界として、第１および第４象限Ａ１，
Ａ４と、第２および第３象限Ａ２，Ａ３とに区分し、図
３で示すノッキングの発生していない状態と、図４で示
すノッキングが発生している状態との対数値ｘ１の頻度
分布を、それぞれ図５および図６で示すように求めるこ
ととした。

【００３５】この図５および図６から明らかなように、
図３で示すノッキングの発生していない状態では、その
第１および第４象限Ａ１，Ａ４の頻度分布を示す図５
（１）のグラフと、図３における第２および第３象限Ａ
２，Ａ３における頻度分布を示す図５（２）のグラフと
を比較すると、ともに対数正規分布となっていることが
理解される。

【００３６】これに対して図４で示すノッキングの発生
している状態では、その第１および第４象限Ａ１，Ａ４
の頻度分布を表す図６（１）のグラフと、第２および第
３象限Ａ２，Ａ３の頻度分布を表す図６（２）のグラフ
とを比較すると、ノッキングの発生による振動強度レベ
ルの高い振動成分を含んでいる第１象限Ａ１で正規分布
が崩れていることが理解される。

【００３７】他方の周波数成分の対数値ｘ１の平均値ｘ
０１を境界として、前記図３および図４における第１お
よび第２象限Ａ１，Ａ２と、第３および第４象限Ａ３，
Ａ４とでそれぞれ頻度分布のグラフを作成して観察して
みても、また同様の結果を得ることができる。

【００３８】したがって、一方の周波数成分の対数値ｘ
１またはｘ２が、それぞれその平均値ｘ０１またはｘ０
２未満であるか否かに基づいて、他方の周波数成分の対
数値ｘ２またはｘ１を用いて、それらのための平均値ｘ
０２またはｘ０１を求めることによって、後述するノッ
キング判定レベルＴＨ２またはＴＨ１の基準となる該平
均値ｘ０２，ｘ０１を、ノッキングによる振動成分を除
去した前記ノイズ成分のみで正確に求めることができ
る。

【００３９】また本件発明者は、上述のように正規分布
を呈するデータが得られることから、そのデータを所定
数Ｎ、たとえば１０個以上集計することによって、従来
からの統計上の手法を用いることによって、ノッキング
判定レベルＴＨ１，ＴＨ２を推定するようにしている。
すなわち、第２象限Ａ２における最大値および第３、第
４象限Ａ３，Ａ４での最小値から、全体、すなわち図３
および図４において楕円ｒで示すノッキングに起因しな
い母集団の振動強度の最大値ｍａｘを推定している。

【００４０】たとえば、対数正規分布の性質を利用し
て、ｍａｘ／μ＝μ／ｍｉｎ、ただしμ＝平均値、ｍｉ
ｎ＝最小値から、前記最大値ｍａｘを推定してもよく、
また対数値ｘ１，ｘ２を求めた後、正規分布の確率密度
関数から偏差σを推定する方法を用いてもよい。こうし
て各周波数成分毎にそれぞれ求めた最大値ｍａｘをノッ
キング判定レベルＴＨ１，ＴＨ２とし、前記対数値ｘ
１，ｘ２がこのノッキング判定レベルＴＨ１，ＴＨ２を
超えているか否かから、ノッキングの有無を判定する。
または、前記Ｎ個のデータの最大値をノッキング判定レ
ベルとしてもよい。

【００４１】上述のような判定回路９におけるノッキン
グの有無の判定結果は、制御回路１１に入力される。前
記制御回路１１に関連して、吸気圧センサ１２、冷却水
温度センサ１３、および吸気温度センサやスロットル弁
開度センサなどの他のセンサ１４が設けられており、こ
れらのセンサ１２〜１４の検出結果は、入力インタフェ
イス回路１５を介してアナログ／デジタル変換器１６に
入力され、デジタル値に変換された後、前記制御回路１
１に入力されている。制御回路１１にはまた、前記クラ
ンク角センサ５からのクランクパルスが入力されてい
る。

【００４２】マイクロコンピュータなどで実現される制
御回路１１は、前記クランクパルスに応答して、ノッキ
ング判定回路９の判定結果およびセンサ１２〜１４の検
出結果に基づいて点火進角量を演算する。こうして演算
された点火進角量となるように、制御回路１１は出力イ
ンタフェイス回路１７を介してイグナイタ１８へ点火信
号を出力し、点火プラグ１９の点火タイミングを駆動制
御する。このようにして、ノッキングの発生を抑えて、
大きな点火進角量で点火時期制御を行うことができる。

【００４３】図７は、判定回路９での演算処理動作を説
明するためのフローチャートである。この演算処理動作
は、クランク角センサ５からのクランクパルスに応答し
て点火行程に入る気筒の判別が行われ、その判別結果に
応答して、各気筒毎に行われる。ステップｓ１では、ア
ナログ／デジタル変換器ＡＤ１から入力されたピーク値
Ｘ１が読込まれて、対数値ｘ１に演算される。同様にス
テップｓ２では、アナログ／デジタル変換器ＡＤ２から
入力されたピーク値Ｘ２が読込まれて、対数値ｘ２に演
算される。ステップｓ４では後述するようにして求めら
れる平均値ｘ０１と対数値ｘ１との差△ｘ１が演算さ
れ、ステップｓ５では対数値ｘ２とその平均値ｘ０２と
の差△ｘ２が演算される。

【００４４】こうして求めた差△ｘ１，△ｘ２から、以
下のステップｓ１１〜ｓ２２で示すようにして検出され
た振動成分にノッキング成分が含まれているのか否か、
すなわち検出された振動成分が前述の第１象限Ａ１に存
在するのか否かが判定され、また平均値ｘ０１，ｘ０２
が更新される。ステップｓ１１では前記差△ｘ２が０未
満であるか否かが判断され、そうであるときにはステッ
プｓ１３で平均値ｘ０１が求められた後ステップｓ１４
に移り、そうでないときには直接ステップｓ１４に移
る。ステップｓ１４では前記差△ｘ１が０未満であるか
否かが判断され、そうであるときにはステップｓ１６で
平均値ｘ０２が更新された後ステップｓ２１に移り、そ
うでないときには直接ステップｓ２１に移る。平均値ｘ
０１，ｘ０２の更新は、今回検出された振動成分の対数
値をｘｉとし、更新前の平均値をｘ０ｉｏとするとき、
今回の平均値ｘ０ｉとして以下のようにして行われる。

【００４５】ｘ０ｉ＝｛ｘ０ｉｏ＊（Ｍ−１）＋ｘｉ｝
／Ｍ …（１） ただし、Ｍはたとえば８などの整数である。

【００４６】上述のようにして、いわゆるＭ分の１なま
しによって平均値ｘ０１，ｘ０２が求められるとステッ
プｓ２１に移り、前記差△ｘ１が０未満であるか否かが
判断され、そうであるときには直接ステップｓ２４に移
り、そうでないときにはステップｓ２２に移る。ステッ
プｓ２２では、前記差△ｘ２が０未満であるか否かが判
断され、そうであるときにはステップｓ２４に移り、そ
うでないときにはステップｓ３１に移る。ステップｓ２
１またはステップｓ２２からステップｓ２４に移ると、
すなわち前述の第２〜第４象限に、検出された振動成分
が存在するときには、その振動成分がノッキングに起因
していないと判断されて、以下のステップｓ２４〜ステ
ップｓ２７で示すノッキング判定レベルＴＨ１，ＴＨ２
の更新処理に移る。

【００４７】ステップｓ２４では、今回検出された振動
成分の対数値ｘ１がそれまでの最大値ｘ１ｍａｘより大
きいか否かが判断され、そうであるときにはステップｓ
２５で前記最大値ｘ１ｍａｘに今回の対数値ｘ１が代入
された後ステップｓ２６に移り、そうでないときには直
接ステップｓ２６に移る。

【００４８】ステップｓ２６では、前述のステップｓ２
４と同様に、今回検出された振動成分の対数値ｘ２が最
大値ｘ２ｍａｘより大きいか否かが判断され、そうであ
るときにはステップｓ２７でその最大値ｘ２ｍａｘが今
回の対数値ｘ２に更新された後ステップｓ３０に移り、
そうでないときには直接ステップｓ３０に移る。

【００４９】ステップｓ３０ではカウンタのカウント値
Ｃが１だけ加算されて更新され、ステップｓ３１ではそ
のカウント値Ｃが前記値Ｎ以上となったか否か、すなわ
ち所定のサンプル数のデータが取込まれたか否かが判断
され、そうでないときにはステップｓ４１に移り、そう
であるときにはステップｓ３２に移る。ステップｓ３２
では前記最大値ｘ１ｍａｘがノッキング判定レベルＴＨ
１に設定され、ステップｓ３３では前記最大値ｘ２ｍａ
ｘがノッキング判定レベルＴＨ２に設定される。

【００５０】ステップｓ３５では最大値ｘ１ｍａｘが０
にリセットされ、ステップｓ３６では最大値ｘ２ｍａｘ
が０にリセットされ、さらにステップｓ３８でカウント
値Ｃが０にリセットされた後、ステップｓ４１に移る。
ステップｓ４１では前記対数値ｘ１がノッキング判定レ
ベルＴＨ１を超えているか否かが判断され、そうでない
ときにはステップｓ４２に移ってさらに対数値ｘ２がノ
ッキング判定レベルＴＨ２を超えているか否かが判断さ
れ、そうでないときにはステップｓ４４に移ってノッキ
ング無と判定されて、その判定結果が前記制御回路１１
へ出力された後動作を終了し、ステップｓ４１において
対数値ｘ１がノッキング判定レベルＴＨ１を超えている
とき、またはステップｓ４２において対数値ｘ２がノッ
キング判定レベルＴＨ２を超えているときにはステップ
ｓ４５に移ってノッキング有と判定されて、その判定結
果が制御回路１１へ出力された後動作を終了する。

【００５１】このように本実施例では、２つの周波数成
分の対数値ｘ１，ｘ２の相関関係を用いて、それぞれの
平均値ｘ０１，ｘ０２を更新するか否かを判断するの
で、ノッキングが発生している状態で更新を行うことな
く、前記ノイズ成分のみによる正確な平均値ｘ０１，ｘ
０２を演算することができ、これによってノッキング判
定レベルＴＨ１，ＴＨ２を正確に設定し、高精度なノッ
キング判定を行うことができる。

【００５２】この結果、本件発明者の実験によれば、図
８で示すように、ノッキングの検出率を著しく向上する
ことが可能となった。

【００５３】上述の実施例では、説明の簡略化のために
ｎ＝２とした場合について述べたけれども、それ以上の
数の周波数成分からノッキング判定を行うようにしても
よい。たとえば中心周波数６ｋＨｚ、１５ｋＨｚおよび
１８ｋＨｚの３種の周波数帯を取出してｎ＝３とした場
合、前述の図６（１）で示すｎ＝２とした場合の頻度分
布を図９（１）で示すとき、斜線を施して示す第１象限
Ａ１においては、ｎ＝２では平均値ｘ０１，ｘ０２の更
新は行わない。

【００５４】ｎ＝３の場合、第１、第２の周波数成分が
ともに前記第１象限Ａ１内となる振動に対してでも、第
３の周波数成分のピーク値Ｘ３を検出し、そのピーク値
Ｘ３の対数値ｘ３がその平均値ｘ０３未満であれば更新
を行う。つまり対数値ｘ３が平均値ｘ０３以上である分
布は図９（２）で示すように頻度分布が正規分布から崩
れてしまうのに対して、平均値ｘ０３未満である分布は
図９（３）で示すように正規分布となるので、平均値の
更新が可能となる。このようにして、さらに多次元化し
ても、各周波数成分間で相関があるか否かに基づいて、
ノッキングが発生しているか否かの判定が可能であるこ
とを本件発明者は確認している。

【００５５】図１０は前述のようにｎ＝３とした場合の
本発明の他の実施例の動作を説明するためのフローチャ
ートであり、前述の図７に類似し、対応する部分には同
一の参照符を付す。この実施例では、ステップｓ１，ｓ
２でのピーク値Ｘ１，Ｘ２の読込みおよび対数値ｘ１，
ｘ２への演算に続いて、ステップｓ３で第３の周波数成
分のピーク値Ｘ３の読込みおよび対数値ｘ３への演算が
行われる。またステップｓ４，ｓ５での前記各対数値ｘ
１，ｘ２と平均値ｘ０１，ｘ０２とのそれぞれの差△ｘ
１，△ｘ２の演算に続いて、ステップｓ６で対数値ｘ３
と平均値ｘ０３との差△ｘ３が演算される。

【００５６】前記ステップｎ１１において差△ｘ２が０
未満でないときには、ステップｓ１２でさらに差△ｘ３
が０未満であるか否かが判断され、そうであるときには
ステップｓ１３に移って平均値ｘ０１の更新が行われ、
そうでないとき、すなわち△ｘ２≧０かつ△ｘ３≧０で
あるときには、前記平均値ｘ０１の更新を行わず、直接
ステップｓ１４に移る。同様にステップｓ１４において
差△ｘ１が０未満でないときには、さらにステップｓ１
５で差△ｘ３が０未満であるか否かが判断され、そうで
あるときにはステップｓ１６で平均値ｘ０２の更新が行
われた後ステップｓ１７に移り、そうでないときには前
記更新を行わず、直接ステップｓ１７に移る。

【００５７】ステップｓ１７〜ステップｓ１９は対数値
ｘ３の平均値ｘ０３の更新のために新たに設けられてお
り、ステップｓ１７で差△ｘ２が０未満であるとき、ま
たはステップｓ１８で差△ｘ１が０未満であるときに
は、ステップｓ１９で平均値ｘ０３の更新が行われ、△
ｘ２≧０かつ△ｘ１≧０であるときには前記更新を行わ
ず、直接ステップｓ２１に移る。

【００５８】ステップｓ２１およびｓ２２で差△ｘ１≧
０かつ差△ｘ２≧０すなわち前記第１象限Ａ１内にある
と判断されたときにはさらにステップｓ２３に移って、
差△ｘ３が０未満であるか否かが判断され、そうである
ときには前記図９（３）で示すようにノッキングが発生
していないと判断されて前記ステップｓ２４に移り、そ
うでないときには前記図９（２）で示すようにノッキン
グが発生しているものと判断されて前記ステップｓ３１
に移る。

【００５９】前記ステップｓ２６およびｓ２７での最大
値ｘ２ｍａｘの更新動作が終了するとステップｓ２８に
移り、同様に対数値ｘ３が最大値ｘ３ｍａｘより大きい
か否かが判断され、そうであるときにはステップｓ２９
で、その今回の対数値ｘ３が最大値ｘ３ｍａｘに代入さ
れた後前記ステップｓ３０に移り、そうでないときには
直接ステップｓ３０に移る。

【００６０】さらにまた、ステップｓ３２，ｓ３３での
ノッキング判定レベルＴＨ１，ＴＨ２の推定に続いてス
テップｓ３３でノッキング判定レベルＴＨ３の推定が行
われるとともに、ステップｓ３５，ｓ３６での最大値ｘ
１ｍａｘおよびｘ２ｍａｘのリセット動作に続いてステ
ップｓ３７で最大値ｘ３ｍａｘのリセット動作が行われ
る。さらにまた、ノッキングの有無の判定も、ステップ
ｓ４１，ｓ４２で対数値ｘ１，ｘ２がそれぞれノッキン
グ判定レベルＴＨ１，ＴＨ２以下であると判定されて
も、さらにステップｓ４３で対数値ｘ３がノッキング判
定レベルＴＨ３以下であると判定された場合にのみ、ス
テップｓ４４に移ってノッキング無と判定される。

【００６１】図１１は本発明の他の実施例の点火時期制
御装置１ａの電気的構成を示すブロック図であり、この
実施例は前述の実施例に類似し、対応する部分には同一
の参照符を付す。注目すべきはこの実施例では、前記Ｂ
ＰＦＦ１，Ｆ２での周波数分離およびピークホールド回
路ＰＨ１，ＰＨ２でのピーク値検出が、周波数解析器８
で行われることである。

【００６２】周波数解析器８は、いわゆるデジタルシグ
ナルプロセッサなどで実現され、前記サンプリング信号
に同期して、アナログ／デジタル変換器ＡＤにおいて、
たとえば４０ｋＨｚのサンプリング周波数でデジタル値
に変換されたノックセンサ出力を、高速フーリエ変換
（Fast Fourier Transformation)法によって周波数解析
を行い、その解析結果から前記各周波数成分のピーク値
Ｘ１，Ｘ２を判定して、判定回路９に出力する。この場
合、アナログ／デジタル変換器ＡＤでの折返しノイズを
防止するために、ノックセンサ２の出力は、たとえば遮
断周波数が２０ｋＨｚのローパスフィルタ（略称ＬＰ
Ｆ）３を介してアナログ／デジタル変換器ＡＤに入力さ
れる。

【００６３】前記周波数解析器８では、前記観測期間Ｗ
１内において、アナログ／デジタル変換器ＡＤでデジタ
ル変換されたノックセンサ出力を読込み、複数ｎの周波
数成分を分離して、そのピーク値Ｘｉを判定して判定回
路９へ出力する。このように周波数解析結果から各周波
数成分を抽出することによって、抽出すべき周波数の数
ｎが増加しても、それに対応して、前述の実施例におけ
るＢＰＦＦ１，Ｆ２などのような増加すべき構成はな
く、したがって抽出すべき周波数成分の数ｎを増加して
高精度化を行うにあたって、コストの上昇を抑えること
ができる。

【００６４】前記制御回路１１の制御対象は、上述のよ
うな点火時期に限らず、過給機の過給圧、および内燃機
関の制御装置を介することによる燃料噴射量などであっ
てもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、内燃機関
の気筒数などの種類や仕様の違いに対しても、またノッ
キングの振動モードの違いに対しても、ノックセンサの
出力中のノッキング成分の影響を受けることなくノッキ
ング判定レベルＴＨｉを設定して、高精度なノッキング
判定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のノッキング判定方法が用い
られる内燃機関の点火時期制御装置１の電気的構成を示
すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例のノッキング判定方法を説明
するための波形図である。

【図３】ノッキングが発生していない状態でのノックセ
ンサ出力のうちの２つの周波数成分の強度分布を示す図
である。

【図４】ノッキングが発生している状態でのノックセン
サ出力のうちの２つの周波数成分の強度分布を示す図で
ある。

【図５】図３で示す状態において対数値ｘ２の平均値Ｘ
０２を境界とした対数値ｘ１の頻度分布を示すグラフで
ある。

【図６】図４で示す状態において対数値ｘ２の平均値Ｘ
０２を境界とした対数値ｘ１の頻度分布を示すグラフで
ある。

【図７】本発明の一実施例の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図８】本発明と従来技術とのノッキング検出率の違い
を説明するためのグラフである。

【図９】ノッキング信号成分の含まれている可能性のあ
る対数値ｘ１，ｘ２がともに平均値ｘ０１，ｘ０２以上
である第１象限Ａ１内での第３の対数値ｘ３の平均値ｘ
０３を境界とした前記対数値ｘ３の頻度分布を示すグラ
フである。

【図１０】本発明の他の実施例の動作を説明するための
フローチャートである。

【図１１】本発明のさらに他の実施例の点火時期制御装
置１ａの電気的構成を示すブロック図である。

【図１２】ノッキングによるシリンダブロックの共振モ
ードと、共振周波数との関係を示す図である。

【図１３】従来技術のノッキング判定方法を説明するた
めのグラフである。

【符号の説明】

１，１ａ 点火時期制御装置 ２ ノックセンサ ５ クランク角センサ ８ 周波数解析器 ９ 判定回路 １１ 制御回路 １２〜１４ センサ Ｆ１，Ｆ２ ＢＰＦ ＰＨ１，ＰＨ２ ピークホールド回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 23/22 F02P 5/152 F02P 5/153 G01H 17/00 G01M 15/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸の回転周期の所定の期間にノ
   ッキング観測期間を設定し、 前記観測期間において振動センサによって検出された振
   動の予め定める複数の各周波数成分のピーク値をそれぞ
   れ検出し、 前記各ピーク値の所定のデータ数に亘る平均値を求め、 前記各平均値に基づいてノッキング判定レベルをそれぞ
   れ求め、その各ノッキング判定レベルをピーク値がそれ
   ぞれ超えているか否かに基づいてノッキングの有無を判
   定するようにした内燃機関のノッキング判定方法におい
   て、 各振動に対して、或る周波数成分のピーク値が、その周
   波数成分の平均値未満であるときに、残余の周波数成分
   のピーク値を用いて、それらの周波数成分の平均値を更
   新することを特徴とする内燃機関のノッキング判定方
   法。
2. 【請求項２】 各振動に対して、或る周波数成分のピー
   ク値が、その周波数成分の平均値未満であるときにおけ
   るデータを用いて、残余の周波数成分のノッキング判定
   レベルを演算することを特徴とする請求項１記載の内燃
   機関のノッキング判定方法。
3. 【請求項３】 クランク軸の回転周期の所定の期間にノ
   ッキング観測期間を設定し、 前記観測期間において振動センサによって検出された振
   動の予め定める複数ｎの各周波数成分のピーク値Ｘｉ
   （ｉ＝１，２，…，ｎ）をそれぞれ検出し、 前記各ピーク値Ｘｉの対数値ｘｉを求め、 各振動の各周波数成分毎の対数値ｘｉの所定のデータ数
   に亘る平均値ｘ０ｉを求め、 前記各平均値ｘ０ｉに基づいてノッキング判定レベルＴ
   Ｈｉをそれぞれ求め、 その各ノッキング判定レベルＴＨｉを対数値ｘｉがそれ
   ぞれ超えているか否かに基づいてノッキングの有無を判
   定するようにした内燃機関のノッキング判定方法におい
   て、 各振動に対して、或る周波数成分の対数値ｘｉが、その
   周波数成分の平均値ｘ０ｉ未満であるときに、残余の周
   波数成分の対数値ｘ１〜ｘ（ｉ−１），ｘ（ｉ＋１）〜
   ｘｎを用いて、それらの周波数成分の平均値ｘ０１〜ｘ
   ０（ｉ−１），ｘ０（ｉ＋１）〜ｘ０ｎを更新すること
   を特徴とする内燃機関のノッキング判定方法。
4. 【請求項４】 各振動に対して、或る周波数成分の対数
   値ｘｉが、その周波数成分の平均値ｘ０ｉ未満であると
   きにおけるデータを用いて、残余の周波数成分のノッキ
   ング判定レベルＴＨ１〜ＴＨ（ｉ−１），ＴＨ（ｉ＋
   １）〜ＴＨｎを演算することを特徴とする請求項３記載
   の内燃機関のノッキング判定方法。
5. 【請求項５】 内燃機関の振動を検出する振動センサ
   と、 内燃機関の回転角度位置を検出するクランク角センサ
   と、 前記振動センサの出力を複数の各周波数成分に分割する
   周波数分割手段と、 前記周波数分割手段の出力が入力され、クランク角セン
   サの出力に応答して、内燃機関の点火行程に入ろうとす
   る気筒のピストンの上死点と、次に点火行程となる気筒
   のピストンの上死点との間の所定の期間にノッキング観
   測期間を設定し、その観測期間における各周波数成分の
   ピーク値をそれぞれ検出する検出手段と、 前記各ピーク値の所定のデータ数に亘る平均値を演算す
   るにあたって、或る周波数成分のピーク値が、その平均
   値未満であるときに、残余の周波数成分のピーク値を用
   いて、それらのための平均値を求める平均値演算手段
   と、 前記各平均値に基づいてノッキング判定レベルをそれぞ
   れ演算する判定レベル演算手段と、 各ピーク値が対応するノッキング判定レベルをそれぞれ
   超えているか否かに基づいてノッキングの有無を判定す
   る判定手段とを含むことを特徴とする内燃機関のノッキ
   ング判定装置。
6. 【請求項６】 内燃機関の振動を検出する振動センサ
   と、 内燃機関の回転角度位置を検出するクランク角センサ
   と、 前記振動センサの出力を複数ｎの各周波数成分に分割す
   る周波数分割手段と、 前記周波数分割手段の出力が入力され、クランク角セン
   サの出力に応答して、内燃機関の点火行程に入ろうとす
   る気筒のピストンの上死点と、次に点火行程となる気筒
   のピストンの上死点との間の所定の期間にノッキング観
   測期間を設定し、その観測期間における各周波数成分の
   ピーク値Ｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）をそれぞれ検出す
   る検出手段と、 検出手段における前記各ピーク値Ｘｉの検出結果の対数
   値ｘｉを求める対数値演算手段と、 前記各対数値ｘｉの所定のデータ数に亘る平均値ｘ０ｉ
   を演算するにあたって、或る周波数成分の対数値ｘｉ
   が、その平均値ｘ０ｉ未満であるときに、残余の周波数
   成分の対数値ｘ１〜ｘ（ｉ−１），ｘ（ｉ＋１）〜ｘｎ
   を用いて、それらのための平均値ｘ０１〜ｘ０（ｉ−
   １），ｘ０（ｉ＋１）〜ｘｎを求める平均値演算手段
   と、 前記各平均値ｘ０ｉに基づいてノッキング判定レベルＴ
   Ｈｉをそれぞれ演算する判定レベル演算手段と、 各対数値ｘｉが対応するノッキング判定レベルＴＨｉを
   それぞれ超えているか否かに基づいてノッキングの有無
   を判定する判定手段とを含むことを特徴とする内燃機関
   のノッキング判定装置。