JP4397804B2 - ノッキング検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関のノッキングを検出する装置に関する。

従来、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）に振動センサを設け、該振動センサの出力から、ノッキングの発生を検出することが行われている。

下記の特許文献１の手法によると、振動センサは、エンジンのシリンダに設けられる。振動センサの出力にウェーブレット変換を適用し、振動周波数特性を算出する。振動周波数特性を所定値と比較することにより、ノッキングなどの燃焼不良を検出する。
特開２００２−２２１０７４号公報

図２０を参照すると、（ａ）には、エンジンのシリンダに配置された振動センサの出力の一例が示されている。領域１０１および１０２において、ノッキングの発生により振動センサの出力が変動している。領域１０３および１０４では、吸排気バルブが閉じた時のノイズ（以下、着座ノイズと呼ぶ）により、振動センサの出力が変動している。このように、振動センサの出力には着座ノイズが含まれるおそれがあり、このような着座ノイズを、ノッキングの発生として誤って認識するおそれがある。

（ｂ）には、（ａ）に示される振動センサの出力に、上記の特許文献のような手法によってウェーブレット変換を適用することによって得られる信号の波形が示されている。ここでは、ウェーブレット変換により、振動センサの出力から、ノッキングに対応する周波数成分（４．５〜９ｋＨｚ）が抽出されている。着座ノイズのようなインパルス的な信号は、広い周波数帯域に影響をもたらす。そのため、領域１０５および１０６に示されるように、着座ノイズによる影響が、ウェーブレット変換により得られた信号にも現れている。したがって、ノッキングに対応する周波数成分を抽出しても、着座ノイズのようなインパルス的なノイズをノッキングと誤って認識するおそれがある。

このような誤認識を回避するために、振動センサの出力について、ノッキングを検出する区間を設定する手法が考えられる。しかしながら、検出区間を広く設定すると、様々なノイズの影響が該検出区間に現れるおそれがあり、また、検出区間を狭く設定すると、ノッキングが発生するタイミングが何らかの原因でずれた場合に、該検出区間からノッキングを検出することができないおそれがある。たとえば、エンジン内部にスラッジが蓄積した場合等において、ノッキングが発生するタイミングがずれるおそれがある。また、圧縮比を変更した場合には、エンジンのシリンダ内の圧力がピークに達するタイミングが変化し、よってノッキングが発生するタイミングがずれるおそれがある。

したがって、ノッキングが発生しうる区間を最適に決定して、ノッキングをより正確に検出することのできる装置が必要とされている。

この発明の一つの側面によると、ノッキング検出装置は、エンジンの筒内圧に応じた信号を出力する筒内圧センサと、筒内圧センサの出力信号から、エンジンのノッキングに対応する周波数帯域を持つ第１の信号および筒内圧のピークを検出するための周波数帯域を持つ第２の信号を抽出する信号抽出装置と、第２の信号に基づいて、ノッキングを検出するためのノッキング検出区間を設定するノッキング検出区間設定装置と、ノッキング検出区間において第１の信号を調べ、ノッキングが発生したかどうかを判断するノッキング判定装置と、を備える。

この発明によれば、ノッキング検出区間が、燃焼に応じて最適に設定されるので、ノッキングを、筒内圧センサの出力に含まれる他のノイズに影響されることなく検出することができる。

この発明の一実施形態では、ノッキング検出区間において、第１の信号のピーク値が所定値を超えたならば、ノッキングが発生したと判断する。こうして、ノッキングを検出する区間が限定されるので、第１の信号のピーク値を所定値と比較する演算の負荷を軽減することができる。代替的に、第１の信号のピーク値に代えて、第１の信号を統計処理した値を用いてもよい。

この発明の一実施形態によると、筒内圧センサの出力信号は、エンジンの筒内圧の微分値を表す信号である。筒内圧センサの出力を積分した値には、ドリフトが生じるおそれがある。該ドリフトに起因して、該積分値がオーバーシュートするおそれがある。オーバーシュートが生じると、ノッキングの検出精度が低下する。筒内圧センサの出力信号からノッキング検出区間を算出することにより、このようなドリフトに起因した、ノッキングの検出精度の低下を防ぐことができる。

この発明の一実施形態によると、第２の信号は、筒内圧がピークに達した時に発生するインパルス信号が現れる周波数帯域の信号である。ノッキング検出区間設定装置は、さらに、第２の信号と所定値とを比較することにより、筒内圧のピークの発生を表すインパルス信号を検出する筒内圧ピーク検出装置と、該インパルス信号が検出された時から所定時間にわたって、ノッキング検出区間を設定する設定装置と、を備える。

この発明によれば、インパルス信号を用いることにより、筒内圧のピークを検出することができる。筒内圧のピークに対してノッキング検出区間を設定することにより、燃焼に応じた最適なノッキング検出区間を設定することができる。ノッキングが発生するタイミングにずれが生じても、最適なノッキング検出区間が設定されるので、より正確にノッキングを検出することができる。

この発明の他の実施形態では、第２の信号は、筒内圧の周波数成分を含む周波数帯域を持つ信号である。ノッキング検出区間設定装置は、さらに、第２の信号に基づいて、筒内圧の２次微分信号を算出する微分器と、該２次微分信号と所定値とを比較することにより、筒内圧のピークの発生を検出する筒内圧ピーク検出装置と、筒内圧のピークの発生を検出した時から、所定期間にわたってノッキング検出区間を設定する設定装置と、を備える。

この発明によれば、筒内圧のピークを、筒内圧の２次微分値から検出することができる。筒内圧のピークに対してノッキング検出区間を設定することにより、燃焼に応じた最適なノッキング検出区間を設定することができる。ノッキングが発生するタイミングにずれが生じても、最適なノッキング検出区間が設定されるので、より正確にノッキングを検出することができる。

この発明の一実施形態では、ノッキング検出区間設定装置は、さらに、筒内圧ピーク検出装置の上流に信号通過許可装置を備える。信号通過許可装置は、エンジンについて検出されたクランク角信号が所定範囲内にあるかどうかを判断し、該クランク角信号が該所定範囲内にあるときは、第２の信号の筒内圧ピーク検出装置への通過を許可し、該クランク角信号が該所定範囲内にないときは、該第２の信号の該筒内圧ピーク検出装置への通過を禁止する。

この発明によれば、クランク角信号に基づいて、筒内圧のピークを検出する処理の対象となる第２の信号の範囲を限定するので、第２の信号に含まれる何らかのノイズに反応してノック検出区間が誤って設定されることを回避することができる。微分器が設けられる実施形態では、信号通過許可装置は、微分器と筒内圧ピーク検出装置との間に設けられる。信号通過許可装置は、クランク角信号が該所定範囲内にあるときは、２次微分信号の筒内圧ピーク検出装置への通過を許可し、該クランク角信号が該所定範囲内にないときは、該２次微分信号の該筒内圧ピーク検出装置への通過を禁止する。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、エンジンおよびその制御装置の全体的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１ｂを備えるコンピュータである。ＥＣＵ１は、メモリ１ｃを備えており、該メモリ１ｃは、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なマップを格納する読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）と、ＣＰＵ１ｂの演算のための作業領域を提供し、プログラムおよびデータを一時的に格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を備えている。さらに、ＥＣＵ１は、車両の各部から送られてくるデータを受け取入れる入力インターフェース１ａ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備えている。

エンジン２は、この実施例では４サイクルのエンジンである。エンジン２は、吸気弁３を介して吸気管４に連結され、排気弁５を介して排気管６に連結されている。ＥＣＵ１からの制御信号に従って燃料を噴射する燃料噴射弁７が、吸気管４に設けられている。

エンジン２は、吸気管４から吸入される空気と、燃料噴射弁７から噴射される燃料との混合気を、燃焼室８に吸入する。燃料室８には、ＥＣＵ１からの点火時期信号に従って火花を飛ばす点火プラグ９が設けられている。点火プラグ９によって発せられた火花により、混合気は燃焼する。燃焼により混合気の体積は増大し、これによりピストン１０を下方に押し下げる。ピストン１０の往復運動は、クランク軸１１の回転運動に変換される。

筒内圧センサ１５は、例えば圧電素子からなるセンサであり、点火プラグ９のエンジンシリンダに接する部分に埋没されている。筒内圧センサ１５は、燃焼室８内の圧力（筒内圧）の変化を示す信号ｄＰを出力し、それをＥＣＵ１に送る。

エンジン２には、クランク角センサ１７が設けられている。クランク角センサ１７は、クランクシャフト１１の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ１に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ１は、該ＣＲＫ信号に応じ、エンジン２の回転数ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、ピストン１０のＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。

エンジン２の吸気管４には、スロットル弁１８が設けられている。スロットル弁１８の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号により制御される。スロットル弁１８に連結されたスロットル弁開度センサ（θＴＨ）１９は、スロットル弁１８の開度に応じた電気信号を、ＥＣＵ１に供給する。

吸気管圧力（Ｐｂ）センサ２０は、スロットル弁１８の下流側に設けられている。Ｐｂセンサ２０によって検出された吸気管圧力ＰｂはＥＣＵ１に送られる。

スロットル弁１８の上流には、エアフローメータ（ＡＦＭ）１６が設けられている。エアフローメータ１６は、スロットル弁１８を通過する空気量を検出し、それをＥＣＵ１に送る。

ＥＣＵ１に向けて送られた信号は入力インターフェース１ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ１ｂは、変換されたデジタル信号を、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って処理し、車両のアクチュエータに送るための制御信号を作り出すことができる。出力インターフェース１ｄは、これらの制御信号を、燃料噴射弁７、点火プラグ９、スロットル弁１８、およびその他の機械要素のアクチュエータに送る。また、ＣＰＵ１ｂは、該変換されたデジタル信号を用いて、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従い、エンジンのノッキングを検出することができる。

図２は、筒内圧センサ１５の取り付けの一例を示す図である。シリンダヘッド２１のねじ孔２２に点火プラグ９がねじ込まれている。シリンダヘッド２１の点火プラグの取り付け座面２３と、点火プラグ座金部２４との間に、筒内圧センサのセンサ素子部２５が、ワッシャ２６と共に挟み込まれている。センサ素子部２５は、圧電素子からなる。

センサ素子部２５は、点火プラグ９の座金として締め付けられるので、該センサ素子部２５には、所定の締め付け荷重が与えられる。燃焼室８内の圧力が変化すると、該センサ素子部２５に印加される荷重が変化する。筒内圧センサ１５は、該所定の締め付け荷重に対する荷重の変化を、筒内圧の変化として検出する。

図３を参照すると、（ａ）には、以下のような条件で行われたシミュレーションにおいて得られた筒内圧センサの出力、すなわち筒内圧の変化を示す信号ｄＰ（以下、筒内圧変化信号と呼ぶ）が示されている。

＜シミュレーションの条件＞
・筒内圧センサの出力をサンプリングする周波数Ｆｓ：３６ｋＨｚ
・ナイキスト周波数Ｆｎ：１８ｋＨｚ
・エンジン回転数ＮＥ：１５００ｒｐｍ
・エンジンの負荷：低
式（１）に示すように、筒内圧変化信号ｄＰを積分することにより、筒内圧を示す信号Ｐ（以下、筒内圧信号と呼ぶ）を算出することができる。

数式１

図の（ｂ）には、（ａ）の筒内圧変化信号ｄＰを式（１）に従って積分することにより得られた筒内圧信号Ｐが示されている。このシミュレーションでは、時間ｔ１の辺りでノッキングが発生している。ノッキングが発生すると、筒内圧変化信号ｄＰおよび筒内圧信号Ｐに、ノッキングを表す信号（以下、ノッキング信号と呼ぶ）が含まれることが知られている。領域３１および３２には、このようなノッキング信号が含まれた波形が示されている。

筒内圧は、エンジン回転数に依存した周波数成分を持つ。具体的には、筒内圧の周波数帯域は、ゼロから、エンジン回転数のｋ次の周波数（ｋは、２以上）にまで及ぶ。エンジン回転数が高くなるほど、エンジンの１サイクルの時間が短くなるので、筒内圧の周波数帯域は高くなる。

発明者は、エンジン回転数が１５００ｒｐｍである上記のシミュレーションでは、筒内圧が、ゼロから約１５０Ｈｚの周波数帯域に及ぶことを確かめた。また、発明者は、他の様々なエンジン回転数についても同様のシミュレーションを行い、筒内圧が、起こりうるエンジン回転数について、約１ｋＨｚ未満の周波数帯域を持つことを確かめた。

一方、ノッキングは、エンジンのボアおよびストロークなどに依存した特定の周波数成分を持ち、筒内圧のピークの前後に発生する。上記のシミュレーションで用いたエンジンでは、ノッキングは、およそ８ｋＨｚの周波数を持つことが確かめられた。他のエンジンについての計算結果においても、ノッキングが、６ｋＨｚ以上の周波数帯域を持つことがわかっている。

このように、筒内圧の周波数帯域は、ノッキングの周波数帯域よりもかなり低い。したがって、筒内圧変化信号を周波数分解することにより、筒内圧変化信号からノッキング信号を抽出することができる。

式（２）および（３）に示すように、正弦波（ｓｉｎθ）および余弦波（ｃｏｓθ）の周波数成分は、積分操作により変化しないので、筒内圧変化信号ｄＰは、筒内圧信号Ｐと同じ周波数成分を持つ。

数式２

したがって、周波数分解する対象は筒内圧信号Ｐでもよい。しかしながら、積分操作によって、筒内圧信号Ｐにはドリフトが含まれるおそれがあり、このようなドリフトに起因して、算出される筒内圧信号Ｐにオーバーシュートが生じるおそれがある。したがって、好ましくは、筒内圧変化信号ｄＰを周波数分解する。

図４は、本発明の一実施形態に従う、ノッキング検出装置のブロック図である。各ブロックの機能は、典型的には、ＥＣＵ１（図１）のメモリ１ｃに格納されているプログラムを実行することによって実現される。代替的に、これらの機能を、ハードウェアにより実現してもよい。

サンプリング装置４１は、筒内圧センサ１５（図１）の出力を、所定の周波数でサンプリングし、筒内圧変化信号ｄＰのサンプルを得る。

ウェーブレット変換器４２は、離散ウェーブレット変換を用いて周波数分解を実行する。具体的には、ウェーブレット変化器４２は、サンプリング装置４１から筒内圧変化信号ｄＰのサンプルを受け取る。ウェーブレット変換器４２は、該筒内圧変化信号ｄＰのサンプルに離散ウェーブレット変換を適用し、ノッキングに対応する周波数帯域を持つ第１の信号Ｐｗ１と、筒内圧のピークを検出するための周波数帯域を持つ第２の信号Ｐｗ２を抽出する。

周波数分解の手法として、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）が考えられるが、ＦＦＴでは、周波数分解を逐次的に行うことはできない。また、窓フーリエ変換など、時間を細かく区切ったＦＦＴによって周波数分解する手法がある。しかしながら、このような手法は、時間分解能を細かくすると周波数分解能が粗くなるという特性を有するので、逐次的な周波数分解に適していない。

したがって、この実施形態に示されるように、離散ウェーブレット変換を用いるのが好ましい。離散ウェーブレット変換によれば、逐次的な周波数分解を効率よく行うことができる。代替的に、逐次的に周波数分解を行う他の適切な手法を用いてもよい。

ノックゲート算出装置４３は、第２の信号Ｐｗ２に基づいて、燃焼サイクルごとに筒内圧のピークを検出する。ノックゲート算出装置４３は、さらに、該検出された筒内圧のピークに基づいて、ノッキングを検出する区間（以下、ノッキング検出区間と呼ぶ）を設定する。図に示されるゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥは、ノッキング検出区間を表す信号である。ノックゲート算出装置４３については、いくつかの実施例があり、詳細は後述される。

ノックレベル算出装置４４は、ノッキング検出区間において第１の信号Ｐｗ１を調べ、第１の信号Ｐｗ１のピーク値Ｋｍａｘを求める。ノッキング判定装置４５は、該第１の信号Ｐｗ１のピーク値Ｋｍａｘと所定値とを比較することにより、ノッキングが発生しているかどうかを判定する。

代替的に、第１の信号Ｐｗ１のピーク値Ｋｍａｘの代わりに、該第１の信号Ｐｗ１を統計処理した値、たとえば平均値および積算値を用いてもよい。この場合、ノッキング判定装置４５は、該統計処理した値と所定値とを比較することにより、ノッキングが発生しているかどうかを判定する。統計処理値を用いることにより、ノイズに起因した誤判定を低減することができる。

このように、ノックゲート算出装置４３により、筒内圧のピークに基づいてノッキング検出区間を燃焼サイクルごとに決定するので、ノッキング検出区間が、該燃焼サイクルにおける燃焼に応じた最適な区間に設定される。したがって、ノッキングが発生するタイミングにずれが生じても、ノッキングをより正確に検出することができる。

通常、着座ノイズは、吸排気バルブが閉じるタイミングで発生する。一方、ノッキングは、筒内圧のピークの前後に発生する。着座ノイズとノッキングとが発生するタイミングは異なるので、ノッキング検出区間を燃焼に応じて最適に設定すれば、該ノッキング検出区間に着座ノイズが含まるおそれはない。したがって、着座ノイズを、ノッキングと誤って判定することを回避することができる。

図５は、ウェーブレット変換器４２の詳細なブロック図を示す。ウェーブレット変換器４２の段数（次数ともいう）は５であり、それぞれの段に、高周波サブバンドフィルタおよび低周波サブバンドフィルタが設けられる。

ウェーブレット変換器の段数が、筒内圧センサの出力をサンプリングする周波数Ｆｓに従って設定される点に注意されたい。筒内圧変化信号ｄＰのサンプリング周波数Ｆｓが、それぞれの段の高周波サブバンドフィルタおよび低周波サブバンドフィルタで分割されるからである。前述したように、第１の信号Ｐｗ１はノッキングに対応する周波数帯域を持ち、第２の信号Ｐｗ２は、筒内圧のピークを検出するための周波数帯域を持つ。したがって、これらの周波数帯域が切り出されるのに必要な段数が設定されるようウェーブレット変換器が構成される点に注意されたい。図には、サンプリング周波数Ｆｓが３６ｋＨｚの場合を例として示している。

また、ウェーブレット変換器４２の段数は、後述するノックゲート算出装置４３がどの実施例に従って実現されるかに依存する。これは、筒内圧のピークを検出するための周波数帯域が、ノックゲート算出装置４３がどの実施例に従って実現されるかに従って異なるからである。図５は、第１および第２の実施例に従うノックゲート算出装置４３を用いる場合のウェーブレット変換器４２を示している。

ウェーブレット変換器４２は、サンプリング装置４１によって得られた筒内圧変化信号のサンプルｄＰ（ｎ）を受け取る。ｎはサンプリング時刻を示し、筒内圧変化信号のサンプルは、Ｆｓの周波数で得られる。

第１の高周波サブバンドフィルタは、式（４）に従って、出力信号Ｐ_Ｈ１を生成する。式中の下向きの矢印は、ダウンサンプリングを表している。出力信号Ｐ_Ｈ１は、（Ｆｓ／２）の周波数で生成される。

数式３

第１の高周波サブバンドフィルタにより実行される式（４）をブロック図で表すと、図６の（ａ）のように表されることができる。筒内圧変化信号の今回値ｄＰ（ｎ）と、遅延子５１により遅延された信号、すなわち、筒内圧変化信号の前回値ｄＰ（ｎ−１）との差分を、差分器５２により算出する。差分器５２の出力は、増幅器５３によって（１／２）が乗算される。増幅器５３からの出力は、ダウンサンプリング回路５４によってダウンサンプリングされる。代替的に、増幅器５３によって乗算される値は、他の値を用いてもよい。

この例ではサンプリング周波数Ｆｓが３６ｋＨｚであるので、ダウンサンプリングにより、第１の高周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｈ１の周波数Ｆｓ１は１８ｋＨｚであり、ナイキスト周波数Ｆｎ１は９ｋＨｚとなる。０〜１８ｋＨｚの周波数帯域のうち、第１の高周波サブバンドフィルタは、高側の周波数帯域の信号、すなわち９〜１８ｋＨｚの信号を出力する。

第２〜第５の高周波サブバンドフィルタも、第１の高周波サブバンドフィルタと同様の構成および機能を有する。すなわち、それぞれの高周波サブバンドフィルタは、入力信号の周波数の半分の周波数を持つ信号を出力する。出力信号は、入力信号の周波数帯域を半分にした時の高側の周波数帯域を持つ。

第１の低周波サブバンドフィルタは、式（５）に従って出力信号Ｐ_Ｌ１を生成する。式中の下向きの矢印は、ダウンサンプリングを表している。出力信号Ｐ_Ｌ１は、（Ｆｓ／２）の周波数で生成される。

数式４

第１の低周波サブバンドフィルタにより実行される式（５）をブロック図で表すと、図６の（ｂ）のように表されることができる。筒内圧変化信号の今回値ｄＰ（ｎ）と、遅延子５６により遅延された信号、すなわち筒内圧変化信号の前回値ｄＰ（ｎ−１）との和を、加算器５７により算出する。加算器５７の出力は、増幅器５８によって（１／２）が乗算される。増幅器５８からの出力は、ダウンサンプリング回路５９によってダウンサンプリングされる。代替的に、増幅器５８によって乗算される値は、他の値を用いてもよい。

この例ではサンプリング周波数Ｆｓが３６ｋＨｚであるので、ダウンサンプリングにより、第１の低周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｌ１の周波数Ｆｓ１は１８ｋＨｚであり、ナイキスト周波数Ｆｎ１は９ｋＨｚとなる。０〜１８ｋＨｚの周波数帯域のうち、第１の低周波サブバンドフィルタは、低側の周波数帯域の信号、すなわち０〜９ｋＨｚの信号を出力する。

第２〜第５の低周波サブバンドフィルタも、第１の低周波サブバンドフィルタと同様の構成および機能を有する。すなわち、それぞれの低周波サブバンドフィルタは、入力信号の周波数の半分の周波数を持つ信号を出力する。出力信号は、入力信号の周波数帯域を半分にした時の低側の周波数帯域を持つ。

前述したように、ノッキング信号は、エンジンに依存して所定の周波数帯域に現れる。上記のシミュレーションでは、ノッキング信号の周波数はおよそ８ｋＨｚであった。８ｋＨｚの周波数は、第２の高周波サブバンドフィルタの出力信号の周波数帯域（４．５〜９ｋＨｚ）に含まれる。したがって、第２の高周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｈ２から、ノッキング信号を抽出することができる。第２の高周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｈ２が、第１の信号Ｐｗ１として用いられる。

また、前述したように、筒内圧は、エンジン回転数に依存する周波数成分を持つ。エンジン回転数が１５００ｒｐｍである上記のシミュレーションでは、筒内圧の周波数帯域は、０〜約１５０Ｈｚであり、これは、第５の低周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｌ５の周波数帯域（０〜６００Ｈｚ）に含まれる。したがって、第５の低周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｌ５の周波数帯域を、ノッキング信号を含まない筒内圧信号の周波数帯域として扱う。

代替的に、エンジン回転数が１５００ｒｐｍの場合、筒内圧の周波数帯域は、０〜約１５０Ｈｚであるので、第６の低周波サブバンドフィルタを設けて、該第６の低周波サブバンドフィルタの出力信号を、筒内圧信号を抽出するのに用いてもよい。しかしながら、高周波ノイズを考慮すると、０〜６００Ｈｚ程度の広さの周波数帯域を用いた方が好ましい。また、第６の低周波サブバンドフィルタを設けると、ウェーブレット変換の段数が増えるので、計算負荷が増大する。また、エンジン回転数が高くなるにつれ筒内圧の周波数帯域も高くなるが、０〜６００Ｈｚの周波数帯域は、エンジン回転数が高くなっても（たとえば、６０００ｒｐｍぐらい）、筒内圧信号を抽出するのに用いることができる。したがって、この実施形態では、第５の低周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｌ５の周波数帯域（０〜約６００Ｈｚ）を、筒内圧の周波数帯域として扱う。

第２の信号Ｐｗ２は、筒内圧のピークを検出するための信号である。後述する第１および第２の実施例に従うノックゲート算出装置４３では、筒内圧がピークに達した時に発生するインパルス信号を用いて、筒内圧のピークを検出する。該インパルス信号は、第５の高周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｈ５から抽出されることができる（理由は、後述される）。したがって、第５の高周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｈ５が、第２の信号Ｐｗ２として用いられる。

図７は、後述する第３および第４の実施例に従うノックゲート算出装置４３を用いる場合のウェーブレット変換器４２のブロック図を示す。図７に示すウェーブレット変換器４２は、図５に示すウェーブレット変換器４２と、段数のみが異なり、高周波サブバンドフィルタおよび低周波サブバンドフィルタの構成および機能は同じである。第２の高周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｈ２を、第１の信号Ｐｗ１として用いる点も同じである。この実施例では、筒内圧変化信号ｄＰのサンプリング周波数Ｆｓが３６ｋＨｚであるので、４段を使用するが、前述したように、該サンプリング周波数に従って段数が変わる点に注意されたい。

第３および第４の実施例に従うノックゲート算出装置４３は、筒内圧の２次微分信号に基づいて、筒内圧のピークを算出する。筒内圧の２次微分信号は、第４の低周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｌ４から算出されることができる（理由は、後述される）。したがって、第４の低周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｌ４を、第２の信号Ｐｗ２として用いる。

次に、図８を参照して、ノックレベル算出装置４４およびノックレベル判定装置４５の動作について、より詳細に説明する。

ノックゲート算出装置４３から出力されるゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥは、ノッキング検出区間を示す信号である。時間ｔ１〜ｔ２においてゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥがハイレベルに維持されており、この区間が、ノッキング検出区間である。

ノックレベル算出装置４４は、式（６）に示すように、ノッキング検出区間において第１の信号Ｐｗ１が得られるたびに、該第１の信号Ｐｗ１の絶対値Ｐｗ１＿ａｂｓを算出する。式中のＡＢＳは、絶対値を求める関数を表している。さらに、ノックレベル算出装置４４は、式（７）に示すように、ノッキング検出区間における、第１の信号の絶対値Ｐｗ１＿ａｂｓのピーク値Ｋｍａｘを求める。図には、こうして算出された絶対値Ｐｗ１＿ａｂｓおよびピーク値Ｋｍａｘが示されている。

数式５

ノッキング判定装置４５は、ピーク値Ｋｍａｘを、所定値ＳＨｋｎｏｃｋと比較する。ピーク値Ｋｍａｘが所定値ＳＨｋｎｏｃｋ以上ならば、筒内圧センサの出力にノッキング信号が含まれていることを示す。ノッキング判定装置４５は、式（８）に示すように、ピーク値Ｋｍａｘが所定値ＳＨｋｎｏｃｋ以上ならば、ノッキングが発生したと判定する。ピーク値Ｋｍａｘが所定値ＳＨｋｎｏｃｋより小さければ、ノッキングは発生していないと判定する。

数式６

図に示される例では、時間ｔ１〜ｔ２において、所定値ＳＨｋｎｏｃｋ以上の値を持つピーク値Ｋｍａｘが検出されており、よってノッキング判定装置４５は、ノッキングが発生したと判定する。

前述したように、ピーク値Ｋｍａｘの代わりに、第１の信号の絶対値を統計処理した値、たとえば平均値および積分値を用いてもよい。該平均値Ｋａｂｅを算出するための式（９）および該積分値Ｋｉｎｔを算出するための式（１０）を以下に示す。ｎは、１燃焼サイクル中のノッキング検出区間において第１の信号がサンプリングされる回数を示す。この場合、該平均値Ｋａｂｅまたは積分値Ｋｉｎｔが、所定値ＳＨｋｎｏｃｋより小さければ、ノッキングは発生していないと判定する。

数式７

次に、ノックゲート算出装置４３について、いくつかの実施例を参照しつつ説明する。

ノックゲート算出装置の第１実施例
図９を参照すると、（ａ）には、第１実施例に従うノックゲート算出装置４３のブロック図が示されている。筒内圧ピーク検出装置６１は、ウェーブレット変換器４２の第５の高周波サブバンドフィルタの出力信号を、第２の信号Ｐｗ２として受け取る。第２の信号Ｐｗ２の周波数帯域は、図５に示されるように、０．６〜１．２ｋＨｚである。第２の信号Ｐｗ２から、筒内圧のピークを検出する。

このような周波数帯域を持つ信号Ｐｗ２から筒内圧のピークを検出する理由を述べる。筒内圧のピークは、その変化が急峻であるため、広範囲の周波数成分を含む。ノッキングおよび筒内圧信号による影響を取り除くため、ノッキングの周波数帯域および筒内圧信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域を選択して、筒内圧ピークを検出することが望ましい。

この実施例で具体的に述べると、ノッキングの周波数は約８ｋＨｚであるが、ノッキングの２次以上の周波数成分も筒内圧変化信号に含まれているおそれがある。したがって、８ｋＨｚ以上の周波数帯域は選択しないのが好ましい。ノッキングの周波数帯域より低く、かつ筒内圧の周波数帯域（０〜６００Ｈｚ）とは異なる周波数帯域を選択する。こうして、この実施例では、第５の高周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｈ５の周波数帯域６００Ｈｚ〜１．２ｋＨｚを選択し、該出力信号Ｐ_Ｈ５を、第２の信号Ｐｗ２として用いる。

代替的に、第４の高周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｈ４および第４の低周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｌ４は、ノッキングの周波数帯域より低く、かつ筒内圧の周波数帯域とは異なる周波数帯域を持つので、これらの信号を第２の信号Ｐｗ２として用いることもできる。

筒内圧ピーク検出装置６１は、式（１１）に示すように、第２の信号Ｐｗ２が得られるたびに、該第２の信号Ｐｗ２と所定値ＳＨｐｍａｘを比較する。該所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ第２の信号Ｐｗ２が得られたならば、筒内圧のピークが検出されたと判断し、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘに値１をセットする。該所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ第２の信号Ｐｗ２が現れなければ、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘはゼロにセットされたままである。

数式８

ノッキング検出区間設定装置６２は、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘに値１が設定されることに応じて、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥを値１にセットし、所定期間Ｃｇａｔｅの計測を開始する。該所定期間Ｃｇａｔｅの間、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥは値１に維持される。ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥが値１に維持される区間が、ノッキング検出区間である。

図９の（ｂ）を参照して、第１の実施例に従うノックゲート算出装置の動作の一例を具体的に説明する。筒内圧信号Ｐは、筒内圧のピークがどの時点で発生しているかを示すために図に示されており、ノックゲート算出装置４３は実際には筒内圧信号Ｐを用いない点に注意されたい。

時間ｔ１における筒内圧のピークに対応して、第２の信号Ｐｗ２にインパルス信号が現れているのがわかる。時間ｔ１において、所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ第２の信号Ｐｗ２が得られたので、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘが値１に設定される。ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘが値１に設定されたので、Ｃｇａｔｅの間（時間ｔ１〜ｔ２）にわたって、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥの値が１に設定される。

こうして、筒内圧のピークに基づいてノッキング検出区間が設定されるので、着座ノイズが該ノッキング検出区間に含まれることを回避することができると共に、燃焼に応じたノッキング検出区間を各燃焼サイクルで設定することができる。ノッキングの発生するタイミングにずれが生じても、ノッキング検出区間が適切に設定されるので、ノッキングをより正確に検出することができる。

ノックゲート算出装置の第２実施例
前述したように、インパルス信号は、様々な周波数成分を持つ。着座ノイズも不連続に発生し、よってこのようなインパルス信号を発生させるおそれがある。第２の信号Ｐｗ２に着座ノイズが混入していると、該着座ノイズのインパルス信号に反応して、ノッキング検出区間が誤って設定されるおそれがある。これは、ノッキングを検出する精度を低下させる。第２の実施例に従うノックゲート算出装置４３は、このように誤ってノッキング検出区間が設定されることを回避する。

図１０を参照すると、（ａ）には、第２の実施例に従うノックゲート算出装置４３のブロック図が示されている。第１の実施例と異なる点は、信号通過許可装置７１が、筒内圧ピーク検出装置７２の上流に設けられていることである。信号通過許可装置７１は、クランク角センサ１７（図１）から出力されるクランク角ＣＲＫを受け取る。信号通過許可装置７１は、クランク角ＣＲＫが、所定範囲（Ｄｐｗ２ｓ〜Ｄｐｗ２ｅ）内にあるかどうかを判断する。式（１２）に示すように、クランク角ＣＲＫが該所定範囲内にあるならば、第２の信号Ｐｗ２の筒内圧ピーク検出装置７２への通過を許可する。すなわち、第２の信号Ｐｗ２の値が、Ｐｗ２＿ｔｐにセットされる。クランク角ＣＲＫが該所定範囲内になければ、第２の信号Ｐｗ２の筒内圧ピーク検出装置７２への通過を禁止する。すなわち、Ｐｗ２＿ｔｐにはゼロがセットされる。

数式９

上記の所定範囲は、筒内圧のピークが発生するクランク角度を含むよう設定される。典型的には、筒内圧のピークは、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に達する時に得られるので、上死点を基準に設定される（たとえば、ＴＤＣ前５度〜ＴＤＣ後１０度）。

筒内圧ピーク検出装置７２は、信号Ｐｗ２＿ｔｐに基づいて、第１の実施例と同様の方法で筒内圧のピークを検出する。すなわち、式（１３）に示されるように、所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ信号Ｐｗ２＿ｔｐが現れたならば、筒内圧のピークが検出されたと判断し、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘを値１にセットする。該所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ信号Ｐｗ２＿ｔｐが現れなければ、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘはゼロにセットされたままである。

数式１０

ノッキング検出区間設定装置７３は、第１の実施例のノッキング検出区間設定装置６２と同じである。すなわち、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘに値１が設定されることに応じて、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥを値１にセットし、所定期間Ｃｇａｔｅの計測を開始する。該所定期間Ｃｇａｔｅの間、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥは値１に維持される。ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥが値１に維持される区間が、ノッキング検出区間である。

図１０の（ｂ）を参照して、第２の実施例に従うノックゲート算出装置の動作の一例を具体的に説明する。信号Ｐｗ２＿ｔｐには、信号通過許可装置７１によって許可された期間における第２の信号Ｐｗ２が現れている。時間ｔ１において、所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ信号Ｐｗ２＿ｔｐが得られたので、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘが値１に設定される。ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘが値１に設定されたので、Ｃｇａｔｅの間（時間ｔ１〜ｔ２）にわたって、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥの値が１に設定される。

ノックゲート算出装置の第３実施例
図１１を参照すると、（ａ）には信号の一例が示されており、（ｂ）には、（ａ）の信号を１次微分した信号が示されており、（ｃ）には、（ｂ）の信号をさらに微分した信号、すなわち（ａ）の信号を２次微分した信号が示されている。このように、信号を２次微分することにより、該信号のエッジ（信号の値の変化が激しい部分）が強調された２次微分信号を得ることができる。この実施例では、２次微分により信号のエッジを強調する手法を用いて、筒内圧のピークを求める。

図１２を参照すると、（ａ）には、第３の実施例に従うノックゲート算出装置４３のブロック図が示されている。微分器８１は、ウェーブレット変換器４２の第４の低周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｌ４を、第２の信号Ｐｗ２として受け取る。該第２の信号Ｐｗ２の周波数帯域は、図７に示されるように、０〜１．２ｋＨｚである。

前述したように、筒内圧の周波数帯域は０〜６００Ｈｚである。第３の実施例によれば、この帯域を含み、かつノッキングの周波数帯域（この例では、８ｋＨｚ以上）とは異なる周波数帯域の信号を、第２の信号Ｐｗ２として用いることができる。この実施例では、０〜１．２ｋＨｚの周波数帯域を選択するが、代替的に、０〜６００Ｈｚの周波数帯域を用いてもよい。しかしながら、０〜１．２ｋＨｚの周波数帯域を用いることにより、図７に示すようにウェーブレット変換器４２の段数を減らすことができる。

第３の実施例によれば、第２の信号を抽出するのに、筒内圧の周波数成分を含む周波数帯域を選択すればいいので、インパルス信号のみを抽出可能な周波数帯域を選択する第１および第２の実施例よりも、周波数帯域の選択という観点において自由度が増す。

微分器８１は、式（１４）に示すように、第２の信号Ｐｗ２を微分し、信号Ｐｗ２’を算出する。この実施例では、第２の信号Ｐｗ２が、筒内圧信号Ｐの１次微分信号である筒内圧変化信号ｄＰに基づいて生成されているので、信号Ｐｗ２’は、筒内圧信号Ｐの２次微分信号である。

数式１１

筒内圧ピーク検出装置８２は、２次微分信号Ｐｗ２’と所定値ＳＨｐｍａｘとを比較する。式（１５）に示されるように、該所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ２次微分信号Ｐｗ２’が現れたならば、筒内圧のピークが検出されたと判断し、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘに値１をセットする。該所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ２次微分信号Ｐｗ２’が現れなければ、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘはゼロにセットされたままである。

数式１２

ノッキング検出区間設定装置８３は、第１の実施例のノッキング検出区間設定装置６２と同じである。すなわち、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘに値１が設定されることに応じて、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥを値１にセットし、所定期間Ｃｇａｔｅの計測を開始する。該所定期間Ｃｇａｔｅの間、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥは値１に維持される。ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥが値１に維持される区間が、ノッキング検出区間である。

図１２の（ｂ）を参照して、第３の実施例に従うノックゲート算出装置の動作の一例を具体的に説明する。筒内圧信号Ｐは、筒内圧のピークがどの時点で発生しているかを示すために図に示されており、ノックゲート算出装置４３は実際には筒内圧信号Ｐを用いない点に注意されたい。

時間ｔ１における筒内圧のピークに対応して、２次微分信号Ｐｗ２’が急峻に変化しているのがわかる。時間ｔ１において、所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ２次微分信号Ｐｗ２’が得られたので、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘが値１に設定される。ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘが値１に設定されたので、Ｃｇａｔｅの間（時間ｔ１〜ｔ２）にわたって、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥの値が１に設定される。

こうして、筒内圧のピークに基づいてノッキング検出区間が設定されるので、着座ノイズが該ノッキング検出区間に含まれることを回避することができると共に、燃焼に応じたノッキング検出区間を各燃焼サイクルで設定することができる。ノッキングの発生するタイミングにずれが生じても、ノッキング検出区間が適切に設定されるので、ノッキングをより正確に検出することができる。

周波数分解の対象が、筒内圧変化信号ｄＰではなく、筒内圧信号Ｐでもよいことは上に述べた。筒内圧信号Ｐをウェーブレット変換器４２で周波数分解する場合には、微分器８１は、第４の低周波サブバンドフィルタにより生成された信号を２次微分して、２次微分信号Ｐｗ２’を算出する。

ノックゲート算出装置の第４実施例
図１３を参照すると、（ａ）には、第４の実施例に従うノックゲート算出装置４３のブロック図が示されている。第３の実施例と異なる点は、信号通過許可装置９２を、微分器９１と筒内圧ピーク検出装置９３の間に設けた点である。信号通過許可装置９２は、第２の実施例を参照して説明した信号通過許可装置７１と同様に動作する。

微分器９１は、第３の実施例の微分器８１と同じであり、ウェーブレット変換器４２の第４の低周波サブバンドフィルタからの出力信号Ｐ_Ｌ４を、第２の信号Ｐｗ２として受け取り、２次微分信号Ｐｗ２’を生成する。

信号通過許可装置９２は、クランク角センサ１７（図１）から出力されるクランク角ＣＲＫを受け取る。信号通過許可装置９２は、クランク角ＣＲＫが、所定範囲（Ｄｐｗ２ｓ〜Ｄｐｗ２ｅ）内にあるかどうかを判断する。所定範囲は、第２の実施例における信号通過許可装置７１のものと同様に設定されることができる。

式（１６）に示すように、クランク角ＣＲＫが該所定範囲内にあるならば、２次微分信号Ｐｗ２’の筒内圧ピーク検出装置９３への通過を許可する。すなわち、２次微分信号Ｐｗ２’の値が、Ｐｗ２’＿ｔｐにセットされる。クランク角ＣＲＫが該所定範囲内になければ、２次微分信号Ｐｗ２’の筒内圧ピーク検出装置９２への通過を禁止する。すなわち、Ｐｗ２’＿ｔｐにはゼロがセットされる。

数式１３

筒内圧ピーク検出装置９３およびノッキング検出区間設定装置９４は、第３の実施例のものと同様に動作する。具体的には、筒内圧ピーク検出装置９３は、式（１７）に示すように、信号Ｐｗ２’＿ｔｐが得られるたびに、該信号Ｐｗ２’＿ｔｐと所定値ＳＨｐｍａｘを比較する。該所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ信号Ｐｗ２’＿ｔｐが得られたならば、筒内圧のピークが検出されたと判断し、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘに値１をセットする。該所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ信号Ｐｗ２’＿ｔｐが得られなければ、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘはゼロにセットされたままである。

数式１４

ノッキング検出区間設定装置９４は、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘに値１が設定されることに応じて、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥを値１にセットし、所定期間Ｃｇａｔｅの計測を開始する。該所定期間Ｃｇａｔｅの間（ｔ１〜ｔ２）、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥは値１に維持される。ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥが値１に維持される区間が、ノッキング検出区間である。

図１３の（ｂ）を参照して、第４の実施例に従うノックゲート算出装置の動作の一例を具体的に説明する。信号Ｐｗ２’＿ｔｐには、信号通過許可装置９２によって許可された期間における２次微分信号Ｐｗ２’が現れている。時間ｔ１において、所定値ＳＨｐｍａｘ以上の値を持つ信号Ｐｗ２’＿ｔｐが得られたので、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘが値１に設定される。ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘが値１に設定されたので、Ｃｇａｔｅの間（時間ｔ１〜ｔ２）にわたって、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥの値が１に設定される。

次に、図１４〜図１９を参照して、ノッキングを検出するプロセスのフローチャートを示す。該プロセスは、典型的には、図４に示される機能ブロックにより実施されることができる。ノッキング検出区間の設定は、上記の第２の実施例に従うノックゲート算出装置４３により実施されるプロセスに基づいている。したがって、ウェーブレット変換プロセスは、図５に示されるウェーブレット変換器４２により実施されるプロセスに基づいている。しかしながら、当業者ならば、第１、第３および第４の実施例に従うノックゲート算出装置４３に対応するように、該プロセスを修正することができることは、明らかであろう。

図１４および図１５は、ウェーブレット変換のプロセスを示すフローチャートである。筒内圧センサの出力がサンプリングされるたびに、該プロセスは実施される。

ステップＳ１〜Ｓ５は、第１の低周波サブバンドフィルタの処理を示す。ステップＳ１において、筒内圧センサの出力信号の今回値ｄＰ（ｎ）を受け取るためのシフト処理が行われる。ステップＳ１の処理により、筒内圧センサの出力信号の今回値ｄＰ（ｎ）はＰ（ｎ）に記憶され、前回値はＰ（ｎ−１）に記憶される。

ステップＳ２において、式（５）に従って、第１の低周波サブバンドフィルタの出力Ｐ_Ｌ１（ｎ）を算出する。ステップＳ３〜５において、ダウンサンプリングされる。カウンタＣｏｕｎｔが設定され、Ｃｏｕｎｔの値がゼロならば、Ｃｏｕｎｔｅの値をインクリメントして（Ｓ５）、該プロセスを終了する。Ｃｏｕｎｔの値が１ならば、Ｃｏｕｎｔの値をリセットして（Ｓ４）、該フィルタの出力Ｐ_Ｌ１（ｎ）をウェーブレットの第２段に渡す。

ステップＳ６〜Ｓ８は、第２の低周波サブバンドフィルタによるプロセスを示す。ステップＳ６において、第１段から受け取った値の今回値Ｐ_Ｌ１（ｎ）と前回値Ｐ_Ｌ１（ｎ−１）を用い、式（５）と同様の方法で、第２の低周波サブバンドフィルタの出力信号Ｐ_Ｌ２（ｎ）を生成する。ステップＳ７において、第１段から受け取った値Ｐ_Ｌ１のシフト処理が行われる。ステップＳ８のダウンサンプリングの処理では、実際には、ステップＳ３〜Ｓ５と同じ処理が行われるが、簡略化のため省略している。

ステップＳ９およびＳ１０は、第２の高周波サブバンドフィルタによるプロセスを示す。第１段から受け取った今回値Ｐ_Ｌ１（ｎ）と前回値Ｐ_Ｌ１（ｎ−１）を用い、式（４）と同様の方法で、第２の高周波サブバンドフィルタの出力信号、すなわち第１の信号Ｐｗ１（ｎ）を生成する。ステップＳ１０では、ダウンサンプリング（Ｓ３〜Ｓ５と同じ）が行われる。

ステップＳ１１〜Ｓ１３は、第３の低周波サブバンドフィルタによるプロセスを示す。これは、第２の低周波サブバンドフィルタによるプロセスＳ６〜Ｓ８と同様に実施され、よって説明を省略する。

図１５に進み、ステップＳ１４〜Ｓ１６は、第４の低周波サブバンドフィルタによるプロセスを示す。これは、第２の低周波サブバンドフィルタによるプロセスＳ６〜Ｓ８と同様に実施され、よって説明を省略する。ステップＳ１７〜Ｓ１９は、第５の低周波サブバンドフィルタによるプロセスを示す。これも、第２の低周波サブバンドフィルタによるプロセスＳ６〜Ｓ８と同様に実施される。ここで、第２の信号Ｐｗ２が生成される。

図１６は、筒内圧のピークを検出するプロセスを示す。このプロセスは、ウェーブレット変換プロセスのステップＳ１７において、第２の信号Ｐｗ２が算出されるたびに実施される。たとえば、サンプリング周波数Ｆｓが３６ｋＨｚの場合、第２の信号Ｐｗ２が、１．２ｋＨｚの周波数で生成されるので、該プロセスも、１．２ｋＨｚの周波数で実行される。前述したように、ウェーブレット変換の各段における出力信号の周波数はサンプリング周波数Ｆｓに従って変化するので、１．２ｋＨｚは単なる一例である点に注意されたい。

ステップＳ３１およびＳ３２において、クランク角センサから検出された現在のクランク角ＣＲＫが、Ｄｐｗ２ｓおよびＤｐｗ２ｅで規定される所定範囲内にあるかどうかを調べる。クランク角ＣＲＫが該所定範囲内になければ、信号Ｐｗ２＿ｔｐにゼロを設定する（Ｓ３３）。クランク角ＣＲＫが該所定範囲内にあれば、信号Ｐｗ２＿ｔｐに、ステップＳ１７で算出されたＰｗ２を設定する（Ｓ３４）。

ステップＳ３５において、信号Ｐｗ２＿ｔｐと所定値ＳＨｐｍａｘを比較する。信号Ｐｗ２＿ｔｐが所定値ＳＨｐｍａｘ以上ならば、筒内圧のピークが検出されたことを示すので、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘに値１をセットする（Ｓ３６）。信号Ｐｗ２＿ｔｐが所定値ＳＨｐｍａｘより小さければ、筒内圧のピークが検出されていないことを示すので、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘにゼロをセットする（Ｓ３７）。

図１７は、ノッキング検出区間を設定するプロセスを示す。このプロセスは、筒内圧センサの出力をサンプリングするタイミングで実施される。例えば、サンプリング周波数Ｆｓが３６ｋＨｚである場合、該プロセスも、３６ｋＨｚの周波数で実施される。

ステップＳ４１において、ノッキング検出区間の継続時間を計測するタイマの値Ｔを調べ、ＴがゼロならばステップＳ４２に進み、ＴがゼロでなければステップＳ４４に進む。

ステップＳ４２において、ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘの値を調べる。ピークフラグＦ＿Ｐｍａｘの値が１ならば、筒内圧のピークが検出されたことを示すので、タイマの値Ｔに所定値Ｃｇａｔｅを設定する（Ｓ４３）。

ステップＳ４４およびＳ４５は、タイマの値Ｔを更新するプロセスである。ステップＳ４４でタイマの値Ｔが１だけデクリメントされる。ステップＳ４５で、タイマの値Ｔがゼロに達していなければ、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥの値を１に維持する（Ｓ４６）。これにより、ノッキング検出区間が継続する。

ステップＳ４５において、タイマの値Ｔがゼロ以下ならば、所定時間Ｃｇａｔｅが経過したことを示す。ステップＳ４７においてタイマＴの値をゼロにリセットし、ステップＳ４８において、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥの値をゼロにセットする。こうして、ノッキング検出区間を終了する。

図１８は、ノックレベルを算出するプロセスを示す。このプロセスは、ウェーブレット変換プロセスのステップＳ９において、第１の信号Ｐｗ１が算出されるたびに実施される。たとえば、サンプリング周波数Ｆｓが３６ｋＨｚの場合、第１の信号Ｐｗ１は９ｋＨｚの周波数で生成されるので、該プロセスも、９ｋＨｚの周波数で実行される。前述したように、ウェーブレット変換の各段における出力信号の周波数はサンプリング周波数Ｆｓに従って変化するので、９ｋＨｚは単なる一例である点に注意されたい。

ステップＳ５１において、ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥの値を調べる。ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥの値がゼロならば、ノッキング検出区間外を示すので、このプロセスを終了する。ゲート信号Ｆ＿ＧＡＴＥの値が１ならば、ノッキング検出区間であることを示す。

ステップＳ５２において、第１の信号Ｐｗ１に絶対値関数を適用し、第１の信号の絶対値Ｐｗ１＿ａｂｓを算出する。

ステップＳ５３およびＳ５４は、第１の信号の絶対値Ｐｗ１＿ａｂｓのピーク値Ｋｍａｘを求めるプロセス示す。Ｋｍａｘの初期値にはゼロが設定されている。ステップＳ５３において、絶対値Ｐｗ１＿ａｂｓが現在のピーク値Ｋｍａｘより大きければ、該ピーク値Ｋｍａｘを、該絶対値Ｐｗ１＿ａｂｓで更新する（Ｓ５４）。ステップＳ５３において、絶対値Ｐｗ１＿ａｂｓが現在のピーク値Ｋｍａｘ以下ならば、該ピーク値Ｋｍａｘを更新することなく、該プロセスを終了する。

図１９は、ノッキングを判定するプロセスを示す。該プロセスは、１燃焼サイクルにつき１回実行される。

ステップＳ６１において、ステップＳ５４で算出されたピーク値Ｋｍａｘと所定値ＳＨｋｎｏｃｋとを比較する。ピーク値Ｋｍａｘが所定値ＳＨｋｎｏｃｋ以上ならば、ノッキングが発生していると判断し、ノックフラグＦ＿Ｋｎｏｃｋに値１をセットする（Ｓ６２）。ピーク値Ｋｍａｘが所定値ＳＨｋｎｏｃｋより小さければ、ノッキングが発生していないと判断し、ノックフラグＦ＿Ｋｎｏｃｋにゼロをセットする（Ｓ６３）。ステップＳ６４において、ピーク値Ｋｍａｘを、次の燃焼サイクルについての処理のためにゼロにリセットする。

本発明は、汎用の（例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。

この発明の一実施例に従う、エンジンおよびその制御装置を概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、筒内圧センサの取り付けを示す図。 この発明の一実施例に従う、筒内圧変化信号および筒内圧信号を示す図。 この発明の一実施例に従う、ノッキング検出装置のブロック図。 この発明の一実施例に従う、ウェーブレット変換器のブロック図。 この発明の一実施例に従う、（ａ）高周波サブバンドフィルタ、および（ｂ）低周波サブバンドフィルタの構成を示す図。 この発明の他の実施例に従う、ウェーブレット変換器のブロック図。 この発明の一実施例に従う、ノッキングを判定する手法を説明するための図。 この発明の第１の実施例に従う、ノッキング検出区間設定装置のブロック図およびノッキング検出区間を設定する手法を説明するための図。 この発明の第２の実施例に従う、ノッキング検出区間設定装置のブロック図およびノッキング検出区間を設定する手法を説明するための図。 信号の２次微分値を示す図。 この発明の第３の実施例に従う、ノッキング検出区間設定装置のブロック図およびノッキング検出区間を設定する手法を説明するための図。 この発明の第４の実施例に従う、ノッキング検出区間設定装置のブロック図およびノッキング検出区間を設定する手法を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、ウェーブレット変換プロセスのフローチャート。 この発明の一実施例に従う、ウェーブレット変換プロセスのフローチャート。 この発明の一実施例に従う、筒内圧のピークを検出するプロセスのフローチャート。 この発明の一実施例に従う、ノッキング検出区間を設定するプロセスのフローチャート。 この発明の一実施例に従う、ノックレベルを算出するプロセスのフローチャート。 この発明の一実施例に従う、ノッキングを判定するプロセスのフローチャート。 従来技術に従う、（ａ）振動センサの出力信号および（ｂ）該出力信号にウェーブレット変換を適用することにより得られる信号を示す図。

符号の説明

１ ＥＣＵ
２ エンジン
８ 燃焼室
１５ 筒内圧センサ
１７ クランク角センサ

Claims (5)

1. エンジンの筒内圧に応じた信号を出力する筒内圧センサと、
   前記筒内圧センサの出力信号から、前記エンジンのノッキングに対応する周波数帯域を持つ第１の信号および前記筒内圧のピークを検出するための周波数帯域を持つ第２の信号を抽出する信号抽出装置と、
   前記第２の信号に基づいて、前記ノッキングを検出するためのノッキング検出区間を設定するノッキング検出区間設定装置と、
   前記ノッキング検出区間において前記第１の信号を調べ、ノッキングが発生したかどうかを判断するノッキング判定装置と、を備え、
   前記第２の信号は、前記ノッキングに対応する周波数帯域および前記エンジンの筒内圧の周波数帯域とは異なる周波数帯域であって、前記筒内圧がピークに達した時に発生するインパルス信号が現れる周波数帯域の信号であり、
   前記ノッキング検出区間設定装置は、さらに、
   前記第２の信号を所定値と比較し、該第２の信号の大きさが前記所定値以上になった時点を、前記筒内圧がピークに達した時に発生する前記インパルス信号の発生時点として検出する筒内圧ピーク検出装置と、
   前記検出されたインパルス信号の発生時点から所定時間にわたって、前記ノッキング検出区間を設定する設定装置と、を備える、
   ノッキング検出装置。
2. 前記ノッキング判定装置は、前記ノッキング検出区間において、前記第１の信号のピーク値が所定値を超えたならば、ノッキングが発生したと判断する、
   請求項１に記載のノッキング検出装置。
3. 前記ノッキング判定装置は、前記ノッキング検出区間において、前記第１の信号を統計処理した値が所定値を超えたならば、ノッキングが発生したと判断する、
   請求項１に記載のノッキング検出装置。
4. 前記筒内圧センサの出力信号は、前記エンジンの筒内圧の微分値を表す信号である、
   請求項１から３のいずれかに記載のノッキング検出装置。
5. 前記ノッキング検出区間設定装置は、さらに、前記筒内圧ピーク検出装置の上流に信号通過許可装置を備えており、
   該信号通過許可装置は、前記エンジンについて検出されたクランク角信号が所定範囲内にあるかどうかを判断し、該クランク角信号が該所定範囲内にあるときは、前記第２の信号の前記筒内圧ピーク検出装置への通過を許可し、該クランク角信号が該所定範囲内にないときは、該第２の信号の該筒内圧ピーク検出装置への通過を禁止する、
   請求項１から４のいずれかに記載のノッキング算出装置。

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