JP5610845B2 - 内燃機関用のノック制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のノック制御装置に関し、特に、点火タイミングを好適化させる際に用いて好適のものである。

自動車等の内燃機関は、点火コイルと点火プラグとを備えており、点火信号に応じて点火コイルが駆動されたとき点火プラグの電極が放電され、これにより、シリンダ内の混合気が燃焼膨張し、この膨張エネルギーを用いてクランクシャフトの回転トルクを発生させている。この点火信号は、自動車に搭載されたＥＣＵ（Engine Control Unit）から出力されるものであって、当該ＥＣＵによって点火信号の出力タイミングが規定される。

ところで、内燃機関は、ピストンの往復動作に伴ってシリンダ容積が変動するところ、燃焼行程中の上死点ＴＤＣで混合ガスが燃焼すると、内燃機関のエネルギー効率が向上することとなる。一方、内燃機関で発生するノッキングは、ピストンの推力と混合ガスの膨張方向とが干渉する際に発生するため、燃焼制御が行われる内燃機関では、ピストンの上死点ＴＤＣの近傍に点火タイミングが設定されると、意に反してノッキングが発生してしまう場合がある。即ち、進角制御されている内燃機関では、先の事情より、所定の進角度を境にノッキングが発生し始めることとなる。

また、ノッキングが発生し始める点火タイミングは、内燃機関の運転状態（回転数，負荷状態等）によって変動するため、当該点火タイミングを一律に特定できない。更に、内燃機関では、運転状態を同一条件とした場合であっても、サイクル毎に混合ガスの燃焼状態を完全に再現できない不確実性を伴うため、ノッキングが発生し始める点火タイミングは、運転状態が同一条件であるにも関わらず一定しないことが知られている。

特開平７−１３９４５６号公報（特許文献１）では、内燃機関のノッキング制御装置が紹介されている。当該ノッキング制御装置は、ノッキングの発生するタイミングとノッキングの収束するタイミングとの間で点火タイミングを微量角往来させ、ノッキングが検出されたときには点火タイミングを遅角側へ直ちに制御させ、ノッキングが検出されないときには点火タイミングを進角側へ制御させる。即ち、当該ノッキング制御装置は、進角動作に応じてノッキングを徐徐に検知して、これにより、ノッキングの発生する点火タイミングの境界を特定し、ノッキングの状態が甚大となることを回避できるように点火タイミングを随時修正させるものである。尚、このような点火タイミングの制御は、近年のノッキング制御において主流の技術とされている。

一方、最近の燃焼制御技術では、燃焼後に生じるイオン電流を検出し、当該イオン電流の情報に基づいて内燃機関の挙動を解析するものが知られている。かかる燃焼制御技術を用いたノック検出方法では、イオン電流に重畳されたノック信号を抽出し、このノック信号を解析することでノッキングの発生状態を判別する。従って、特許文献１に係るノッキング制御装置では、このようなノック検出方法を採用することで、ノッキング強度が大きくなる前に点火タイミングが適宜に制御され、これにより、ノッキング発生限界を超えて進角制御されても、このときのノッキングの発生強度は最小限に抑えられ、かかるノッキング限界の追従制御が実現される。

このようなイオン電流を用いたノック検出装置は、例えば、特開２００１−２３４８０４号公報（特許文献２）で紹介されている。当該ノック検出装置は、ノック判定を行うプログラムと当該プログラムで動作するＥＣＵとによって構成される。そして、かかるノック検出装置は、イオン電流のピーク値を算出させる処理と、イオン電流の検出値からノック信号を抽出させる処理と、ＢＰＦ処理によって得たノック信号を所定区間について積分演算させる処理と、ノッキングが発生しない条件値をノック信号の積分値に換算して算出させる処理と、ノッキングが発生しない条件値に基づいて閾値を算出させる処理と、かかるノック信号の積分値と先の閾値とを比較させる処理を実行させ、これにより、ノッキング発生の判定を行なっている。

以下、図２２及び図２３を参照し、ノッキングの発生しない条件値（以下、基準積分値と呼ぶ）と、当該基準積分値に基づいて算出される閾値とについて説明する。図２２（ａ）は、ノック検出装置によってサンプルされたノック信号の積分値（以下、ノック成分積分値と呼ぶ）と、当該積分値のサンプリングサイクルにおけるイオン電流のピーク値との関係が示されている。また、同図には、内燃機関の回転数Ｎｒと、点火タイミングの進角度ＣＡとの条件が表記されている。この場面における回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）とは、その値を特定するものではなく、或る回転数がサンプリング区間において略一定回転を推移している状態を指しているに過ぎない。また、進角度ＮＫＮ０とは、ノッキングが十分に収束しているときの点火タイミングの進角状態を指す。

図２２（ａ）では、ノック成分積分値について、Ｖ０ｍ（１）〜Ｖ０ｍ（１０）の１０点のサンプリングが行なわれる。尚、Ｖｎｍ（ｘ）の表現は、点火タイミングの進角度がＮＫＮｎ、回転数ＮｒがＮｍ（ｒｐｍ）、第ｘ点目にサンプルされたノック成分積分値を指す。例えば、ノック成分積分値Ｖ０ｍ（１）は、点火タイミングの進角度がＮＫＮ０、回転数ＮｒがＮｍ（ｒｐｍ）であって、第１点目にサンプルされたときのノック成分積分値を意味する。

上述の如く、サンプルされたノック成分積分値Ｖ０ｍ（１）〜Ｖ０ｍ（１０）は、所定の不確実性を伴って発現する。その分布状態は、イオン電流のピーク値方向Ｆｉに広く分散し、他方、積分値方向Ｆｖの分散状態が抑えられる傾向を示す。図示の如く、ノック成分積分値Ｖ０ｍ（１）〜Ｖ０ｍ（１０）は、内燃機関の回転数Ｎｒ及び進角度ＣＡに基づいて、或るまとまりを伴って現われる。ここで、集合Ｖ０ｍとは、進角度ＮＫＮ０且つ回転数Ｎｍで現われるノック成分積分値の集合を指す。

図２２（ｂ）は、上述した積分値集合が内燃機関の回転数毎に示されている。同図では、点火タイミングの進角度が何れもＮＫＮ０の場合に、全てのノック成分積分値がサンプルされている。

先ず、内燃機関の回転数Ｎｒは、Ｎａ（ｒｐｍ），Ｎｂ（ｒｐｍ），Ｎｃ（ｒｐｍ）が設定条件とされ、各々の回転数は、Ｎａ（ｒｐｍ）＜Ｎｂ（ｒｐｍ）＜Ｎｃ（ｒｐｍ）の関係を有する。また、積分値集合Ｖ０ａは、進角度ＮＫＮ０、回転数Ｎａ（ｒｐｍ）の条件下でサンプルされたノック成分積分値の集合を指す。同様に、積分値集合Ｖ０ｂは、進角度ＮＫＮ０、回転数Ｎｂ（ｒｐｍ）の条件下でサンプルされたノック成分積分値の集合を指し、積分値集合Ｖ０ｃは、進角度ＮＫＮ０、回転数Ｎｃ（ｒｐｍ）の条件下でサンプルされたノック成分積分値の集合を指す。

図示の如く、積分値集合Ｖ０ｂは、集合Ｖ０ａよりも分散方向Ｆσへサンプル点の分布が分散する傾向を示す。同様に、積分値集合Ｖ０ｃは、集合Ｖ０ｂよりも分散方向Ｆσへサンプル点の分布が分散する傾向を示す。即ち、積分値集合は、回転数Ｎｒの増加に伴い、ノック成分積分値の分散方向Ｆσに沿って、当該積分値の分布状態が分散する傾向を示す。ここで、ノック成分積分値の分散方向Ｆσは、図示される関数Ｖｎｎｋの傾き方向を指す。関数Ｖｎｎｋは、各定数をα，Ｖ０とし、イオン電流のピーク値をＩｐとすると、Ｖｎｎｋ＝α・Ｉｐ＋Ｖ０、によって表現される。この関数Ｖｎｎｋは、ノッキング収束時のサンプル値がピーク値毎にプロットされた軌跡を示す。即ち、関数Ｖｎｎｋの線上に乗るノック成分積分値は、ノッキングの発生しない条件値をイオン電流のピーク値ごとに示したものである。以下、関数Ｖｎｎｋの線上に乗るノック成分積分値を、その性質に準え、基準積分値と呼ぶこととする。

図２３（ａ）は、回転数Ｎｒが一律Ｎａ（ｒｐｍ）であって、点火タイミングをＮＫＮ０→ＮＫＮ１→・・・→ＮＫＮｍ−１→ＮＫＮｍへと徐徐に進角させた場合の積分値集合が示されている。このうち、積分値集合Ｖ０ａは、進角度ＮＫＮ０の集合であって、ノッキングが収束している分布を示している。一方、積分値集合Ｖｍ−１・ａは、進角度ＮＫＮｍ−１に対応する集合であって、点火タイミングが所定量進角された時の分布が示されている。また、積分値集合Ｖｍａは、進角度ＮＫＮｍに対応する集合であって、積分値集合Ｖｍ−１・ａよりも更に進角された分布が示されている。

図２３（ａ）に示す如く、進角制御が進んだ場合の積分値集合は、その進角度に応じてノック成分積分値の分布が分散方向Ｆσに沿って伸張する。また、かかる場合、各々の積分値集合は、進角度の増加に伴い、積分値方向への分散も顕著となる。即ち、進角制御が進んだ積分値集合は、進角度の増加に応じてノック成分積分値の分布領域を拡大させる傾向を示し、各々の積分値集合は、その進角度に応じて分散方向Ｆσへ推移する傾向を示す。

特許文献２に係るノック判定装置では、ノッキングの収束状態を示す関数Ｖｎｎｋに基づいて、閾値関数Ｖｔｈが設定される。当該閾値関数Ｖｔｈは、定数Ｋを関数Ｖｎｎｋに乗算させて、Ｖｔｈ＝Ｋ・Ｖｎｎｋ＝Ｋ・（α・Ｉｐ＋Ｖ０）、によって算出される（図２３ｂ参照）。この定数Ｋは、所謂「適合係数」であって、ノックが発生する場面におけるノック成分積分値の分散状態に適合させて設定される。かかる如く設定された閾値関数Ｖｔｈは、サンプル時におけるイオン電流のピーク値Ｉｐを代入することで、同ピーク値のノック成分積分値に対する閾値を決定する。

そして、サンプルされたノック成分積分値は、図２３（ｂ）に示す如く、閾値関数Ｖｔｈに基づいて算出された閾値を超えると、ノック検出装置にてノッキングが発生したと判定され、閾値を超えない期間はノッキングが発生していないと判定される。従って、当該ノック判定は、定数Ｋが適正か否かによって、その判定精度が左右されることとなる。

特開平７−１３９４５６号公報 特開２００１−２３４８０４号公報

上述の如く、ノック判定を用いた燃焼制御では、ノッキングの発生が認識されるまで、点火タイミングの進角制御が実施される。しかし、内燃機関での燃焼は之に付随する現象が或る不確実性を伴って現われるところ、ノック成分積分値といったサンプル値の大きさに基づく処理では、ノッキングが起こり得るか否かの状態を正確に把握できない場合がある。例えば、図２４（ａ）に示すように、ノック成分積分値の分布状態が十分に拡大した場面では、進角制御を更に行うと非常に高い確立でノッキングが発生してしまう。しかしながら、同図に示されるノック成分積分値は、各々が閾値関数Ｖｔｈを超えていないので、ノッキング未発生という判定処理が機械的に行われてしまう。かかる場合、点火タイミングを遅角させた方が次回の点火タイミングでノッキングの発生を回避できるにも関わらず、上述の技術では、点火タイミングの更なる進角制御を許容してしまい（図２４ｂ参照）、この不要な進角制御によってノッキングが発生してしまうとの問題が生じる。尚、積分値集合Ｖｍ−１・ａは、ノッキングの発生直前近傍における進角度の場面を指し、積分値集合Ｖｍ・ａは、閾値関数Ｖｔｈを上回るノック成分積分値がサンプリングされた直後の場面を指すものである。

そして、このようなノッキングは、頻発に発生することにより車両の操作性の低下を招き、場合によっては、内燃機関の損傷を招いてしまうとの問題も招来させる。

本発明は上記課題に鑑み、点火タイミングの進角度をノッキング限界へ追従制御させる技術において、ノッキングの発生を未然に防止させ好適な点火タイミング制御を実現し得る内燃機関用のノック制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような内燃機関用のノック制御装置の構成とする。即ち、内燃機関で生じたイオン電流について比例出力されたイオン電流検出信号を保持させる信号保持手段と、前記イオン電流検出信号に重畳されたノック信号の周波数帯を通過域としたＢＰＦ処理により前記ノック信号を抽出するノック信号抽出手段と、前記ノック信号の検出値に基づいて積分されたノック成分積分値を算出させるノック成分積分手段と、前記ノック成分積分値を無次元化させたノック定数を算出させるノック定数算出手段と、前記ノック定数の分布状態を現すため少なくとも一種類の集合定数を算出させる集合定数算出手段と、前記集合定数の値と当該集合定数に与えられた閾値（以下、集合定数用の閾値）との比較結果に基づいて点火タイミングの遅進角制御に関する判定を行なう集合定数判定手段と、を備え、
前記集合定数用の閾値は、ノッキング発生有無の判定基準として用いられるノック判定閾値よりもノッキング発生の危険度が低い領域へ設定されることとする。

当該内燃機関用のノック制御装置には、前記ノック定数の値に基づいてノック判定を実施するノック定数判定手段を追加させるのが好ましい。

また、前記ノック定数算出手段は、前記信号保持手段で保持されたイオン電流検出信号のピーク値を算出するピーク値算出手段と、前記ノック成分積分値の次元に一致する値であってノッキングの略収束状態について現された基準積分値を前記ピーク値に基づいて推定する基準積分値推定手段と、前記ノック成分積分値から前記基準積分値を除算させる無次元化手段とから構成されるのが好ましい。

また、前記基準積分値推定手段は、前記基準積分値が前記ピーク値の関数として算出されるのが好ましい。

また、前記基準積分値は、当該基準積分値をＶｂとし、前記ピーク値をＩｐとし、前記ピーク値の増分に対する前記基準積分値の増加する割合をαとし、前記ピーク値が零となるときのノック成分積分値をＶ０とすると、Ｖｂ＝α・Ｉｐ＋Ｖ０、の関数として算出されるのが好ましい。

好ましくは、前記集合定数は、当該集合定数と点火タイミングの進角状態との相関関係に基づいて、前記点火タイミングの進角状態を特定することとする。より好ましくは、前記集合定数用の閾値は、前記点火タイミングが進角され点火動作されてもノッキングを生じさせない領域と、点火タイミングが進角されて点火動作されるとノッキングを生じさせる危険が高くなる領域との間に設定されることとする。更に好ましくは、前記集合定数算出手段は、異なる複数の物理量を対象とした複数の集合に関する定数（以下、複数の集合定数）を算出させる手段であって、前記集合定数判定手段は、前記複数の集合定数の各値と当該集合定数の各値に対応して与えられた閾値との比較結果に基づいて遅進角制御に関する判定を行うこととする。

また、本発明では次のような内燃機関用のノック制御装置の構成としても良い。即ち、内燃機関で生じたイオン電流について比例出力されたイオン電流検出信号を保持させる信号保持手段と、前記イオン電流検出信号に重畳されたノック信号の周波数帯を通過域としてＢＰＦ処理により前記ノック信号を抽出するノック信号抽出手段と、前記ノック信号の検出値に基づく積分値とされるノック成分積分値を算出させるノック成分積分手段と、前記ノック成分積分値の分布状態を現すため少なくとも一種類の集合定数を算出させる集合定数算出手段と、前記集合定数の値と当該集合定数に与えられた閾値（以下、集合定数用の閾値）との比較結果に基づいて点火タイミングの遅進角制御に関する判定を行なう集合定数判定手段と、を備え、
前記集合定数用の閾値は、ノッキング発生有無の判定基準として用いられるノック判定閾値よりもノッキング発生の危険度が低い領域へ設定されることとする。

当該内燃機関用のノック制御装置には、前記ノック成分積分値の値に基づいてノック判定を実施するノック定数判定手段を備えるのが好ましい。

好ましくは、前記集合定数は、当該集合定数と点火タイミングの進角状態との相関関係に基づいて、前記点火タイミングの進角状態を特定することとする。より好ましくは、前記集合定数用の閾値は、前記点火タイミングが進角され点火動作されてもノッキングを生じさせない領域と、点火タイミングが進角されて点火動作されるとノッキングを生じさせる危険が高くなる領域との間に設定されることとする。更に好ましくは、前記集合定数算出手段は、異なる複数の物理量を対象とした複数の集合に関する定数（以下、複数の集合定数）を算出させる手段であって、前記集合定数判定手段は、前記複数の集合定数の各値と当該集合定数の各値に対応して与えられた閾値との比較結果に基づいて遅進角制御に関する判定を行うこととする。

本発明に係る内燃機関用のノック制御装置によると、集合定数の値に基づいて進角度の状態判定が実施されるので、ノック成分積分値の分布状態に係る情報が遅進角に係る判定要素として取り入れられ、これにより、ノッキング制御装置では、ノッキングの発生を回避した点火タイミングの調整が可能となり、内燃機関では、ノッキング発生の前に遅角されるという好適な点火タイミングの制御が実現される。

内燃機関に用いられる燃焼制御システムの構成を示す図。 実施の形態に係る内燃機関用のノック制御装置の回路構成を示す図。 実施例１に係る第１の信号処理ルーチンを説明する図。 実施例１に係るノック制御装置の動作を説明するタイミングチャート。 点火タイミングの進角度とノック成分積分値の分布との関係を示す図。 ノック成分積分値のサンプル動作を説明する図。 ノック定数の傾向を説明する図。 各種集合定数と進角度との関係を説明する図。 実施例１に係るノック定数を用いた第２の信号処理ルーチンを説明する図。 ノック定数閾値の役割を説明する図。 実施例１に係る集合パラメータを用いた第３の信号処理ルーチンを説明する図。 実施例１に係る偏差を用いたノック判定を説明する図。 実施例１に係る平均値を用いたノック判定を説明する図。 実施例２に係るノック定数の変動量を説明する図。 実施例２に係る第３の信号処理ルーチンを説明する図。 実施例２に係る変動量を用いたノック判定を説明する図。 ノック成分積分値の傾向を説明する図。 実施例３に係る第１の信号処理ルーチンを説明する図。 実施例３に係る第２の信号処理ルーチンを説明する図。 実施例３に係る偏差判定処理を示す図。 実施例３に係る偏差判定処理を示す図。 ノックが発生しない運転状態におけるノック成分積分値の分布を示す図。 閾値関数を用いた場合のノック判定処理の動作を示す図 閾値関数を用いた場合のノック判定処理の動作を示す図

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、内燃機関自動車に設けられる燃焼制御システム１は、機関部Ａと、当該期間部Ａに密接に関連する各種装置とから構成される。図示の如く、機関部Ａは、吸気管Ｐｉと排気管Ｐｏと内燃機関Ｅｇとから成り、吸気管Ｐｉは、内燃機関Ｅｇのインテーク側に接続され、エアクリーナ１０と吸気センサ２０とスロットルバルブ９１とを備えており、排気管Ｐｏは、内燃機関Ｅｇの排気側に接続されている。また、内燃機関Ｅｇは、吸気バルブＶｉ及び排気バルブＶｏを具備するシリンダＳｄと、点火プラグＰＧ及び点火コイルＣＬと、シリンダ内に摺動自在に設けられたピストンＰｔと、ピストンＰｔの動作を伝達させるピストンロッドＰｒと、ピストンロッドＰｒの動作によって回転力を発生させるクランクシャフトＣｓとから構成される。当該内燃機関Ｅｇは、吸気バルブＶｉから混合気を吸入すると、点火コイルＣＬによって高電圧が発生され、点火プラグＰＧがシリンダ内の混合気を燃焼させる。このとき、ピストンＰｔは、混合気の熱膨張によって押し下げられ、クランクシャフトＣｓに回転力が与えられる。尚、クランクシャフトＣｓには、内燃機関（クランクシャフト）の回転数を検出するクランクポジションセンサ５０が設けられ、当該クランクポジションセンサ５０は、内燃機関Ｅｇの回転数に関する電気信号を出力させる。

エアクリーナ１０は、内部にフィルターエレメントが収容され、車体が取り込んだエアーをフィルターエレメントによって濾過させ、これにより浄化されたエアーを吸気管Ｐｉへと送り込む。吸気センサ２０は、吸気管Ｐｉへ送り込まれたエアーの量を計測し、エアーの流量に関する情報を電気信号に変換して出力させる。スロットルバルブ９１は、アクセルペダルモジュール８０と電気的に接続されており、ドライバーがアクセルペダルを操作すると、ペダルの踏み込み量に関する信号をアクセルペダルモジュール８０から受信し、当該信号に応じて弁開度を制御させ、吸気管Ｐｉに流れるエアーの流量を調節する。

一方、燃料供給系統Ｂは、燃料タンクＴＫと燃料ポンプＰＭとインジェクションＩＮＪとから構成され、後述する制御装置ＥＣＵによって、インテーク側への燃料供給量が適宜に制御される。

制御装置ＥＣＵは、図示の如く、吸気センサ２０から吸気流量に関する信号が入力され、スロットルバルブ９１の開度信号が入力され、クランクポジションセンサ５０から内燃機関の回転数に関する信号が入力され、この他、水温信号、車速信号等が適宜に入力される。制御装置ＥＣＵは、ＣＰＵ、所定のプログラムを格納させたメモリ回路、Ａ／Ｄ変換回路、クロック回路等を内蔵させており、入力された信号に応じて適宜の情報処理を実施させ、インジェクションＩＮＪ及びイグナイタＩｇを適宜に制御させる。このうち、イグナイタＩｇへ送られる点火信号ＳＧは、シリンダ内の混合気の点火タイミングを適性化させるため、当該点火信号の出力タイミングが制御装置ＥＣＵによって適宜に制御される。尚、制御装置ＥＣＵの機能等については、図２以降によって詳細に説明する。

かかる構成を具備する燃焼制御システム１は、スロットルバルブ９１が制御されると、バルブ開度がセンサ９２によって制御装置ＥＣＵへ報知され、制御装置ＥＣＵでは、これを受けて、インジェクションＩＮＪなどの燃料供給系統Ｂを制御し、所望量の燃料をインテーク側へ供給させる。また、当該制御装置ＥＣＵは、クランクポジションセンサ５０の信号を受けて、点火信号ＳＧの出力タイミングを適宜に調整し、当該信号をイグナイタＩｇへと出力させる。イグナイタＩｇは、点火コイルＣＬを駆動させ、これによって高電圧が印加された点火プラグＰＧは、プラグギャップを放電させてシリンダ内の混合ガスを燃焼させる。即ち、制御装置ＥＣＵは、点火信号ＳＧの出力タイミングを制御することにより、混合ガスの点火タイミングを適宜に制御させる。

図２は、イオン電流検出装置の回路構成が示されている。図示の如く、イオン電流検出装置１００は、点火プラグＰＧと、点火コイルＣＬと、スイッチング素子Ｔｒと、制御装置ＥＣＵと、イオン電流検出回路ＩＮＳとから構成される。

点火プラグＰＧは、内燃機関のプラグホール内へ各々設けられ、印加電圧（二次コイルの誘導電圧）に応じてプラグギャップ間を放電させ、シリンダ内の混合気を燃焼させる。

点火コイルＣＬは、一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２及び鉄心等から構成され、一次コイルＬ１に流れる電流が変動すると、当該電流値の変動に応じて、二次コイルＬ２から誘導電圧を発生させる。かかる点火コイルＣＬは、絶縁樹脂によってパッケージされ、点火プラグＰＧの端子部へ装着される。これにより、二次コイルＬ２は、点火プイラグＰＧへ電気的に接続され、一次コイルＬ１の通過電流が変動すると点火プラグＰＧへ誘導電圧を出力させる。尚、一次コイル側に示されるＶＢは、車載バッテリから供給されるバッテリ電圧を指す。

スイッチング素子Ｔｒは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transister）、ＭＯＳＦＥＴ等、点火信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ動作するパワートランジスタが用いられる。当該スイッチング素子Ｔｒは、一次コイルＬ１の出力端とグランドとの間に介挿され、点火信号に応じて、一次コイルＬ１の通電状態を制御させる。

制御装置ＥＣＵは、本実施の形態ではEngine Control Unitとされている。当該Engine Control Unitは、車両の動作情報を集中管理し、かかる情報に基づいて点火信号等の種々の信号を演算する。このうち、点火信号ＳＧは、前述の如く、その出力タイミングが制御装置ＥＣＵによって規定され、スイッチング素子ＴｒのＯＮ／ＯＦＦ動作を規定する。

また、制御装置ＥＣＵは、メモリ回路に種々の制御プログラムが格納され、所定の起動動作に応じて制御プログラムが適宜起動される。本実施の形態において、メモリ回路には、イオン電流検出信号Ｖ０を保持する処理プログラムと、当該イオン電流検出信号Ｖ０に重畳されたノック信号の周波数成分を抽出する処理プログラムと、ＢＰＦ処理の出力値に基づいてノック信号の値を積分演算させる処理プログラムと、この積分値を無次元化させたノック定数を算出させる処理プログラムと、ノック定数の分布状態を現す集合定数を算出させる処理プログラムと、集合定数の値に基づいてノック判定を実施する処理プログラムと、ノック定数の値に基づいてノック判定を実施する処理プログラムと、この他、種々の処理プログラムが格納されている。そして、これら処理プログラムが実行されることにより、制御装置ＥＣＵでは、特許請求の範囲に記載される各種手段（信号保持手段、ノック信号抽出手段、ノイズ成分積分手段、ノック定数算出手段、集合定数算出手段、集合定数判定手段、ノック定数判定手段等）を実現させる。このように、制御装置ＥＣＵは、これらノック判定処理を規定するプログラムと協働して、ノック判定を行なう装置を構成する。かかる装置を、以下、内燃機関用のノック制御装置ＥＣＵと記載する場合がある。

イオン電流検出回路ＩＮＳは、図示の如く、ツェナーダイオードＺＤ、ダイオードＤ１，Ｄ２、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、オペアンプＡＭＰとから構成され、オペアンプＡＭＰの出力端子からイオン電流Ｉ２の増幅値を出力させる（以下、イオン電流検出信号Ｖ０と呼ぶ）。かかるイオン電流検出回路ＩＮＳは、イグナイタＩｇ又は制御装置ＥＣＵ等の回路部に内蔵される。

ここで、ノック制御装置ＥＣＵから点火信号ＳＧが出力されると（図４ａ参照）、当該点火信号ＳＧにおけるパルスの立下りを迎えるので、スイッチング素子ＴｒがＯＮ状態からＯＦＦ状態に切換えられる。このとき、一次コイルＬ１は急峻に経ち下がり（図４ｂ参照）、二次コイルＬ２からは高電圧が発生する。これに応じて点火プラグＰＧが放電すると、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→コンデンサＣ１→ダイオードＤ１、に示す経路で放電電流Ｉ１が流れる。このとき、コンデンサＣ１は、イオン電流検出のための電力がチャージされることとなる。その後、燃焼による化学反応が進行すると、周知の通り、回路内には、抵抗Ｒ２→抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧ、に示す経路でイオン電流Ｉ２が流れる。

イオン電流検出信号Ｖ０は、イオン電流検出回路ＩＮＳで検出された信号値が電圧値として伝達され、当該電圧値がノック制御装置ＥＣＵのＡＤ入力端子へ入力される。このイオン電流検出信号Ｖ０は、図４（ｃ）に示す如く、ノッキングが発生している場合、イオン電流のピーク値Ｉｐの後段にノック信号Ｉｎｋが重畳される。

以下、図３を参照し、ノック制御装置ＥＣＵで実施されるイオン電流検出信号の処理動作について説明する。ノック制御装置ＥＣＵでは、点火信号ＳＧが立ち下がると、本実施例に係る信号処理ルーチンＲ１１を起動させる。当該信号処理ルーチンＲ１１は、先ず、イオン電流検出信号Ｖ０をＡＤタイミング毎に検出し、設定された区間Ｗ１（図４ｃ参照）について検出値をメモリ回路に保持させる（Ｓ１１１／信号保持手段）。

処理Ｓ１１１が完了すると、同処理で保持されたイオン電流検出信号Ｖ０のサンプル値の中から、イオン電流のピーク値Ｉｐを取得する（Ｓ１１２／ピーク値算出手段）。

処理Ｓ１１２が完了すると、ウインドウＷ２が設定され（図４ｄ参照）、当該区間Ｗ２についてＢＰＦ処理を実行させる（Ｓ１１３／ノック信号抽出手段）。ＢＰＦ処理は、イオン電流検出信号に重畳されたノック信号Ｉｎｋの周波数帯を通過域とし、当該ノック信号Ｉｎｋを抽出するために設けられた処理である（図４ｅ参照）。尚、ウインドウＷ２は、内燃機関の運転状態に応じて、ノック信号を検出できる区間に設定される。

処理Ｓ１１３が完了すると、ＢＰＦ処理の出力値を積分演算させる（Ｓ１１４／ノック成分積分手段）。処理Ｓ１１４では、図４（ｆ）に示す如く、演算処理の結果として、ノック成分積分値Ｖｉｎｔが算出される。かかるノック成分積分値Ｖｉｎｔは、ＢＰＦ処理がウインドウＷ２の区間で行なわれているところ、当該積分値もウインドウＷ２の区間について積分された値となる。尚、処理Ｓ１１４で算出されるノック成分積分値Ｖｉｎｔは、ＡＤタイミング毎に検出値の変動量（絶対値）を累積処理させて算出しても良く、この他、検出値の正の値のみを累積させて算出しても良く、その算出方法を問うものではない。

図５を参照し、ノッキングが発生する際のノック成分積分値Ｖｉｎｔの分布について説明する。但し、各々の回転数は、Ｎａ（ｒｐｍ）＜Ｎｂ（ｒｐｍ）＜Ｎｃ（ｒｐｍ）の関係を有し、進角度は、点火タイミングが進角されると、ＮＫＮ０→ＮＫＮ１→ＮＫＮ２→ＮＫＮ３へ移行するものとする。尚、ＮＫＮ０はノックの発生状態が完全に収束している進角度を指し、ＮＫＮ２はノッキングが発生する直前の進角度を指し、ＮＫＮ３はノッキングが発生した直後の進角度を指すこととする（以下の実施例についても同じ）。

図５（ａ）は、回転数Ｎｒが一律Ｎａ（ｒｐｍ）であって、点火タイミングをＮＫＮ０→ＮＫＮ１→ＮＫＮ２→ＮＫＮ３へと徐徐に進角させた場合の積分値集合が示されている。このうち、積分値集合Ｖ０ａは進角度ＮＫＮ０の集合であって、積分値集合Ｖ１ａは進角度ＮＫＮ１の集合であって、積分値集合Ｖ２ａは進角度ＮＫＮ２の集合であって。積分値集合Ｖ３ａは進角度ＮＫＮ３の集合が示されている。

図示の如く、進角制御後の積分値集合Ｖ１ａ〜Ｖ３ａは、進角度に伴い、積分値方向Ｆｖへの分散状態が顕著となる。また、ピーク値方向Ｆｉにもその分布が広がるので、ノック成分積分値の分布領域を拡大させる傾向が認められる。更に、各々の積分値集合は、進角度の増加に伴い分散方向Ｆσへ推移する傾向を示す。

図５（ｂ）は、回転数Ｎｒの条件のみがＮｂ（ｒｐｍ）に変更されている。積分値集合Ｖ０ｂは進角度ＮＫＮ０の集合を指し、積分値集合Ｖ１ｂは進角度ＮＫＮ１の集合、積分値集合Ｖ２ｂは進角度ＮＫＮ２の集合、積分値集合Ｖ３ｂは進角度ＮＫＮ３の集合を指す。図示の如く、回転数Ｎｂにおける各々の積分値集合は、回転数Ｎａの各集合と比較すると、当該積分値集合の分布をピーク値方向Ｆｉへも積分値方向Ｆｖへも拡大させる傾向を示す。このことは、回転数がＮｃへと更に高回転に遷移した場合にも、その変動に応じて積分値集合の拡大傾向を顕著に示すこととなる（図５ｃ参照）。

図３に戻り、信号処理ルーチンＲ１１の説明を続ける。処理Ｓ１１４が完了すると、ノック制御装置ＥＣＵでは、ノック成分積分値Ｖｉｎｔを無次元化させたノック定数ｋｎｍを算出させる（Ｓ１１５／ノック定数算出手段）。本実施例の場合、イオン電流のピーク値Ｉｐが既に算出されているので、ノック定数算出処理Ｓ１１５は、基準積分値をピーク値Ｉｐに基づいて推定する処理（基準積分値推定手段）と、ノック成分積分値から基準積分値を除算させる処理（無次元化手段）とを実施させる。

基準積分値は、ノック成分積分値の次元（Dimension）に一致する値であり、ノッキングの略収束状態を示す値である。当該基準積分値は、ノッキングを起こさない場合のノック成分積分値の軌跡を表した関数Ｖｎｎｋによって推定され、この基準積分値によって、ノッキングの略収束状態というものが数値化される。

ここで、イオン電流のピーク値をＩｐとし、ピーク値の増分に対する基準積分値の増加する割合をαとし、ピーク値が零となるときのノック成分積分値をＶ０とすると、基準積分値を算出させる関数Ｖｎｎｋは、Ｖｎｎｋ＝α・Ｉｐ＋Ｖ０、の式で表される。尚、増分αは、イオン電流検出回路を構成する回路素子の電気的性質に関する「ばらつき」を吸収する機能をも担う。

図６には、ノック定数算出処理Ｓ１１５によって算出されるノック定数の算出工程が示されている。図６（ａ）に示す如く、処理Ｓ１１４によってノック成分積分値Ｖｎｍ｛１｝がサンプリングされると、処理１１５では、ノック成分積分値Ｖｎｍ｛１｝に対応するイオン電流のピーク値Ｉ１を読み出し、当該ピーク値Ｉ１に対応する基準積分値Ｖｎｂ｛１｝を算出させる。当該基準積分値Ｖｎｂ｛１｝は、上述の如く、ノックが発生しない条件におけるノック成分積分値の推定値を意味する。

基準積分値Ｖｎｂ｛１｝は、サンプルされたノック成分積分値Ｖｎｍ｛１｝の次元を同じくするところ、ノック成分積分値Ｖｎｍ｛１｝を基準積分値Ｖｎｂ｛１｝で除算させると、その商は無次元化された値となる。即ち、単位を持たない係数に変換されることとなる。

図６（ｂ）に示す如く、ノック係数ｋｎｍ｛１｝は、所定のサンプルタイミングで演算処理される。ノック係数ｋｎｍ｛１｝は、サンプルしたノック成分積分値と基準積分値との比であって、ノッキングの強度に比例してその係数の値が大きくなる。一方、ノッキングが発生していない場合、ノック定数は「１」に近い値をとる。

かかるノック定数は、処理Ｓ１１６及び処理Ｓ１１７を通じて、複数点検出されることとなる。即ち、処理Ｓ１１５でノック定数が検出保持されると、処理Ｓ１１６では、その処理回数をカウントさせるため、カウント値をノック定数の処理Ｓ１１５ごとにインクリメントさせる。その後、処理Ｓ１１７では、ノック係数算出の処理回数Ｎｓが規定回数Ｎｔｈに到達したか否かを判定し、処理回数Ｎｓが規定回数Ｎｔｈに到達していない場合、次回の点火信号によって再び信号処理ルーチンＲ１１を起動させ、処理回数Ｎｓが規定回数Ｎｔｈに到達するまで、このループ処理を繰返す。そして、処理回数Ｎｓが規定回数Ｎｔｈに到達すると、処理Ｓ１１６におけるカウント値をクリヤさせ、次の段階の信号処理ルーチンＲ１２を起動させる。

上述した処理Ｓ１１６及び処理Ｓ１１７によると、規定回数Ｎｔｈを２００回に設定すれば、ノック係数のサンプル点が２００箇所取得され、規定回数Ｎｔｈを１０回に規定すれば、ノック係数のサンプル点が１０箇所取得されることとなる。以下、便宜的に、規定回数Ｎｔｈが１０回に設定されているものとして説明する。

図７（ａ）に示す如く、ノック成分積分値Ｖ２ｃ（１）〜Ｖ２ｃ（１０）は、所定シリンダでの燃焼サイクル毎にサンプルされていく。そして、ノック成分積分値Ｖ２ｃ（１）〜Ｖ２ｃ（１０）は、各々が基準積分値に基づいてノック定数ｋ２ｃ（１）〜ｋ２ｃ（１０）へと変換され、図７（ｂ）に示す如く、ノック定数ｋ２ｃ（１）〜ｋ２ｃ（１０）は、燃焼サイクルに対応したサンプルタイミング毎に算出取得されることとなる。以下、規定回数Ｎｔｈにてサンプルされたノック定数の集合をノック定数集合と呼ぶ。

本実施例では、かかるノック定数集合の状態に基づいて集合定数が算出される。当該集合定数は、本実施例の場合、ノック定数集合に係る偏差と平均値とから成るものである。図７（ｃ）を参照すると、ノック定数集合に係る各集合定数と進角度との関係が見出される。同図では、点火タイミングを徐徐に進角させた場合のノック定数集合が各々示されている。同図は、回転数ＮｒがＮｃ（ｒｐｍ）なる条件のもとでノック定数が規定回数サンプルされたものとする。尚、ノック定数集合Ｋ１ｃは進角度ＮＫＮ１の際のノック定数のサンプル集合を指し、ノック定数集合Ｋ２ｃは進角度ＮＫＮ２の際のノック定数のサンプル集合を指し、ノック定数集合Ｋ３ｃは進角度ＮＫＮ３の際のノック定数のサンプル集合を指す（進角度：ＮＫＮ１＜ＮＫＮ２＜ＮＫＮ３）。

ここで、ノック定数集合Ｋ？ｍに係る平均値Ｋａｖは、サンプルされたノック定数ｋ？ｍ（１）〜ｋ？ｍ（１０）の総和Σｋを算出し、当該ノック定数の総和Σｋをサンプル数Ｎｔｈで除算させて求められる。ノック定数集合に係る平均値Ｋａｖは、その性質上、ノック定数の分散状態の中心を示すこととなる。そして、進角度に応じてノック定数集合がノック定数方向Ｆｋへシフトする現象の中では（図５参照）、進角度に応じて平均値Ｋａｖも増加することとなる（図７ｃ参照）。

図８（ａ）には、ノック定数集合に係る平均値Ｖａｖと進角度との関係が示されている。同図では、ノック定数に係る平均値Ｋａｖ０が進角度ＮＫＮ０に対応し、平均値Ｋａｖ１が進角度ＮＫＮ１に対応し、平均値Ｋａｖ２が進角度ＮＫＮ２に対応し、平均値Ｋａｖ３が進角度ＮＫＮ３に対応する。図示の如く、ノック定数の平均値Ｋａｖは、点火タイミングの進角度に応じて単純増加する傾向が認められる。この場合、集合定数として算出された平均値Ｋａｖは、回転数が一致しているという条件のもとで、関数Ｆ（Ｋａｖ）の線上に現われることとなる。かかる関数Ｆ（Ｋａｖ）は、所定の条件下（回転数含む）で行なわれる実験によって予めサンプルされ得る情報であり、ノック定数集合に係る平均値Ｋａｖが確定されれば、点火タイミングの進角状態が判明することとなる。

一方、ノック定数集合に係る偏差σｐは、サンプルされたノック定数の一つとノック定数の平均値Ｋａｖとの差分についての二乗値Ｂｋ・Ｂｋを各々算出し、ノック定数毎に算出された二乗値Ｂｋ・Ｂｋについての総和ΣＢｋ・Ｂｋを算出し、更に、当該総和ΣＢｋ・Ｂｋをサンプル数Ｎｔｈで除算させた分散値（ΣＢｋ・Ｂｋ）／Ｎｔｈを算出させ、この分散値（ΣＢｋ・Ｂｋ）／Ｎｔｈの平方根を開くことにより偏差σｐが求められる。ノック定数に係る偏差σｐは、平均値に対する「ばらつき」を示すこととなり、ノック定数の分布領域を示す指標となる。従って、進角度に応じてノック定数集合の分布領域が拡大してゆく現象の中では（図５参照）、進角度に応じて偏差σｐも増加することとなる（図７ｃ参照）。

図８（ｂ）には、ノック定数集合に係る偏差σｐと進角度との関係が示されている。同図では、ノック定数に係る偏差σ０が進角度ＮＫＮ０に対応し、偏差１が進角度ＮＫＮ１に対応し、偏差σ２が進角度ＮＫＮ２に対応し、偏差σ３が進角度ＮＫＮ３に対応する。図示の如く、ノック定数集合に係る偏差σｐについても、点火タイミングの進角度に応じて単純増加する傾向が認められる。この場合、集合定数として算出された偏差σｐは、回転数が一致しているという条件のもとで、関数Ｇ（σｐ）の線上に現われる。関数Ｇ（σｐ）についても、所定の条件下で行なわれる実験によって予めサンプルされ得る情報であり、ノック定数集合に係る偏差σｐが確定されれば、点火タイミングの進角状態が判明する。

本実施例では、進角度の状態判定を実施する前に、ノック強度に基づくノックの判定処理が行なわれる。かかるノック強度に基づく判定処理は、本実施例では信号処理ルーチンＲ１２（ノック定数判定手段）がその役割を担う。当該信号処理ルーチンＲ１２は、ノック定数のサンプル回数が規定回数Ｎｔｈに到達すると、その旨の情報を認識することにより起動される（図９参照）。信号処理ルーチンＲ１２では、先ず、ノック定数閾値Ｋｔｈを設定させる（Ｓ１２１）。当該処理Ｓ１２１では、図１０（ａ）に示す如く、ノック定数ｋｎｍがノック強度の指標とされるところ、ノック定数閾値Ｋｔｈが適宜なノック強度（ノック定数）の位置に設定されることで、正確なノック判定が行なわれることとなる。当該ノック定数閾値Ｋｔｈは、ノック制御装置ＥＣＵによって回転数この他の運転状態に適合させて設定される。この閾値Ｋｔｈは、ノック定数が無次元化された値とされるので、その値を固定値として設定することが可能となる。ここで、本処理の段階におけるノック制御装置ＥＣＵは、内燃機関の回転数はＮｃ（ｒｐｍ）であると認識しているが、サンプルされているノック定数の集合は、どの進角度ＮＫＮ０〜ＮＫＮ３におけるノック係数集合に属するかは特定できていない。

処理１２１が完了すると、ノック定数判定を行なう処理が実施される（Ｓ１２２）。当該処理Ｓ１２２は、サンプルされたノック定数ｋｎｍとノック判定閾値Ｋｔｈとの大小比較を行い、図１０（ｂ）に示す如く、ノック定数集合ｋ？ｃがノック閾値Ｋｔｈを超えるサンプル値を含む場合、ノッキングが発生したものと判定する（Ｓ１２３）。

一方、処理Ｓ１２２は、サンプルされたノック定数とノック判定閾値Ｋｔｈとの大小比較を行い、図１０（ｃ）に示す如く、ノック定数集合ｋ？ｃの全てがノック閾値Ｋｔｈを下回る場合、ノッキングが発生していないものと判定する。但し、本発明の課題で指摘した通り、ノッキングの発生が認められなかった場合でも、進角させない方が好ましい場面もある。このため、本実施例に係るノック制御装置ＥＣＵでは、ノッキングの発生が認められなかった場合、進角度の状態判定を行う信号処理ルーチンＲ１３を起動させる（Ｓ１２４）。

図１１に示す如く、信号処理ルーチンＲ１３が起動されると、先ず、内燃機関の運転状態を示す回転数Ｎｒの認識処理が実施される（Ｓ１３１）。以下、回転数Ｎｒは、認識結果がＮｃ（ｒｐｍ）であったとする。かかる処理後、集合定数の算出処理が実施される（Ｓ１３２）。ここで、集合定数とは、本実施例の場合、ノック定数集合ｋ？ｃに係る偏差σｐと、同集合ｋ？ｃに係る平均値Ｋａｖとの双方を指す。

ノック定数集合ｋ？ｃに係る偏差σｐ及び平均値Ｋａｖが算出されると（Ｓ１３２）、信号処理ルーチンＲ１３では、これら複数種類の集合定数に対する閾値の設定を行なう（Ｓ１３３）。本実施例では、処理Ｓ１３３によって、偏差閾値σｔｈと平均用の閾値Ｋａｖｔｈとが設定される。このうち、偏差閾値σｔｈは、偏差σ１とσ２との間に設定される（図１２参照）。即ち、偏差閾値σｔｈは、偏差σｐが進角制御とともに随時増加する過程において、ノック発生直前の偏差σ２を検出する役割を担う。また、平均値用の閾値Ｋａｖｔｈは、平均値Ｋａｖ１と平均値Ｋａｖ２との間に設定される（図１３参照）。これについても、平均値用の閾値Ｋａｖｔｈは、平均値Ｋａｖが進角制御とともに随時増加する過程において、ノック発生直前の平均値Ｋａｖ２を検出する役割を担う。これらの閾値は、内燃機関の回転数Ｎｒに基づいて設定されるものであり、この設定動作は、ノック制御装置ＥＣＵによって行われる。

閾値設定が完了すると、偏差σｐに基づく「進角度の状態判定（遅進角制御に関する判定）」が実施される（Ｓ１３４）。処理Ｓ１３４は、前処理Ｓ１３２で算出された偏差σｐが偏差閾値σｔｈより大きいとき（図１２ａ参照）、点火タイミングがノッキング発生直前の進角度（以下、危険進角度と呼ぶ）に至ったと判定し、これに基づいて遅角制御を実施させる（Ｓ１３６）。一方、本処理１３４では、偏差σｐが偏差閾値σｔｈより小さいとき（図１２ｂ参照）、点火タイミングを更に進角させてもノッキングを起こさない位置（以下、安全進角度と呼ぶ）にあると判定する。

本実施例では、偏差に基づく「進角度の状態判定（遅進角制御に関する判定）」が完了すると、安全進角度にあると判定された積分値集合ｋ？ｃについて、平均値Ｋａｖに基づく「進角度の状態判定（遅進角制御に関する判定）」が実施される（Ｓ１３５）。処理Ｓ１３５は、前処理Ｓ１３２で算出された平均値Ｋａｖが平均値用の閾値Ｋｔｈより大きいとき（図１３ａ参照）、危険進角度ＮＫＮ２に至ったと判定し、これに基づいて遅角制御を実施させる（Ｓ１３６）。一方、本処理１３５では、算出された平均値Ｋａｖが平均値用の閾値Ｋｔｈより小さいとき（図１３ｂ参照）、安全進角度ＮＫＮ０又はＮＫＮ１にあると判定し、この場合、点火タイミングの更なる進角制御を実施させる（Ｓ１３７）。

即ち、「進角度の状態判定（遅進角制御に関する判定）」にあっては、ノック定数集合Ｋ？ｃが危険進角度に到達しているか否かが判定されるので、ノッキングが実際に発生する前に、ノック制御装置ＥＣＵによる遅角制御が可能となる。

ここで、上述したように、サンプルされるノック定数は、内燃機関における燃焼現象に関する指標とされる性質上、その発生頻度に所定の「ばらつき」が生じてしまう。このため、回転数が同一とされる場面でも、進角度の異なる偏差間に差異が生じない場合が稀に起こる。このような場合、偏差に基づいて行なわれる進角度の状態判定は不能となるが、平均値に基づいて行なわれる進角度の状態判定がこの不具合を補い得る。一方、進角度の度合が小さい場合、又は、進角度の変化に伴う偏差の変動が少ない場合、平均値に基づいて行なわれる進角度の状態判定は不能となるが、偏差に基づく進角度の状態判定がこの不具合を補うこととなる。即ち、本実施例のように、複数の集合定数を用いて進角度の状態判定が行なわれると、進角度の状態判定に係る判定精度の向上が図られる。

上述の如く、本実施例に係る内燃機関用のノック制御装置によると、集合定数の値に基づいて進角度の状態判定が実施されるので、ノック成分積分値の分布状態に係る情報が遅進角に係る判定要素として取り入れられ、これにより、ノッキング制御装置では、ノッキングの発生を回避した点火タイミングの調整が可能となり、内燃機関では、ノッキング発生の直前に遅角されるという好適な点火タイミングの制御が実現される。

尚、本実施例に係るノック制御装置は、集合定数の閾値が危険進角度を検出できる値に設定されているので、ノッキング発生直前に遅角制御されることとされている。しかし、かかる閾値を幾分低値に設定することで、ノッキングの発生直前に至る前に予め遅角制御が行なわれるようにすることも可能である。

本実施例で用いられる集合定数は、上述した偏差σｐ及び平均値Ｋａｖの他、新たに変動量Ｌｐが採用される。以下、この変動量Ｌｐについて説明する。

変動量Ｌｐは、図１４（ａ）に示す如く、ノック定数の始点をｋ２ｃ｛１｝としノック定数の終点をｋ２ｃ｛１０｝とすると、その始点から終点までの「長さ」が算出されることとなる。具体的に説明すると、Ｌｐ＝｜ｋ２ｃ｛２｝−ｋ２ｃ｛１｝｜＋｜ｋ２ｃ｛３｝−ｋ２ｃ｛２｝｜＋・・・＋｜ｋ２ｃ｛９｝−ｋ２ｃ｛８｝｜＋｜ｋ２ｃ｛１０｝−ｋ２ｃ｛９｝｜、によって変動量Ｌｐが算出される。但し、「ｋ２ｃ｛２｝−ｋ２ｃ｛１｝」は、ノック定数ｋ２ｃ｛２｝とノック定数ｋ２ｃ｛１｝の差分値であって、「｜ｋ２ｃ｛２｝−ｋ２ｃ｛１｝｜」は、その差分値の絶対値を意味する。かかる変動量Ｌｐは、ノック定数の分散状態に比例して大きくなる性質を有するところ、偏差σｐと同様、分布の「ばらつき」を示すこととなり、ノック定数の分散領域を示す指標となる。従って、進角度に応じてノック定数集合の分布領域が拡大してゆく現象の中では（図５参照）、進角度に応じて変動量Ｌｐも増加することとなる。尚、変動状態を示す集合定数として、変動量Ｌｐを所定のノック定数で除算させた変動率を用いても良い。

図１４（ｂ）には、ノック定数集合に係る変動量Ｌｐと進角度との関係が示されている。同図では、ノック定数集合に係る変動量Ｌｐが進角度ＮＫＮ０に対応し、変動量Ｌ１が進角度ＮＫＮ１に対応し、変動量Ｌ２が進角度ＮＫＮ２に対応し、変動量Ｌ３が進角度ＮＫＮ３に対応する。図示の如く、ノック定数集合に係る変動量Ｌｐは、点火タイミングの進角度に応じて単純増加する傾向が認められる。この場合、集合定数として算出された変動量Ｌｐは、回転数が一致しているという条件のもとで、関数Ｈ（Ｌｐ）の線上に現われることとなる。かかる関数Ｈ（Ｌｐ）は、所定の条件下（回転数含む）で行なわれる実験によって予めサンプルされ得る情報であり、ノック定数集合に係る変動量Ｌｐが確定されれば、点火タイミングの進角状態が判明することとなる。

以下、図１５を参照して、本実施例に係る信号処理ルーチンＲ２３について説明する。尚、実施例１において説明した同一部分については、同一符号を付し、その説明を省略することとする。

信号処理ルーチンＲ２３は、実施例１と同様、信号処理ルーチンＲ１２の指令に応じて起動され、回転数Ｎｒの認識処理を実施した後（Ｓ２３１）、ノック定数の分布状態を現す集合定数を算出させる（Ｓ２３２）。図示の如く、処理Ｓ２３２では、集合定数として、ノック定数の平均値Ｋａｖと、ノック定数の偏差σｐと、ノック定数の変動量Ｌｐとが算出される。即ち、本実施例における集合定数は、ノック定数の変動量Ｌｐが追加されたこととなる。

閾値設定が完了すると、偏差に基づくノック判定が実施される（Ｓ２３４）。そして、偏差に基づく「進角度の状態判定（遅進角制御に関する判定）」が完了すると、安全進角度にあると判定された積分値集合ｋ？ｃについて、平均値Ｋａｖに基づく「進角度の状態判定（遅進角制御に関する判定）」が実施される（Ｓ１３５）。更に、平均値Ｋａｖｔｈに基づく「進角度の状態判定（遅進角制御に関する判定）」が完了すると、安全進角度にあると判定された積分値集合ｋ？ｃについて、変動量Ｌｐに基づく「進角度の状態判定」が実施される（Ｓ２３６）。

処理Ｓ２３６は、前処理Ｓ２３２で算出された変動量Ｌｐが変動量閾値Ｌｔｈより大きいとき（図１６ａ参照）、危険進角度ＮＫＮ２に至ったと判定し、これに基づいて遅角制御を実施させる（Ｓ２３７）。一方、本処理２３６では、算出された変動量Ｌｐが変動量閾値Ｌｐより小さいとき（図１３ｂ参照）、安全進角度ＮＫＮ０又はＮＫＮ１にあると判定し、この時点で、点火タイミングの進角度が安全進角度である旨の最終的な判定をし、更なる進角制御の実施を許可させる（Ｓ２３８）。本実施例では、このように、３種類の状態判定処理を設けることで、進角度の状態判定に係る更なる判定精度の向上が図られる。

本実施例では、ノック強度に係る判定処理を省略させた点火タイミング制御について紹介する。本実施例に係るノック制御装置ＥＣＵは、上述の如く、メモリ回路に種々の制御プログラムが格納され、所定の起動動作に応じて制御プログラムが適宜起動される。かかるメモリ回路には、イオン電流検出信号Ｖ０を保持する処理プログラムと、当該イオン電流検出信号Ｖ０に重畳されたノック信号の周波数成分を抽出する処理プログラムと、ＢＰＦ処理の出力値に基づいてノック信号の値を積分演算させる処理プログラムと、ノック成分積分値の分布状態を現す集合定数を算出させる処理プログラムと、集合定数の値に基づいてノック判定を実施する処理プログラムと、この他、種々の処理プログラムが格納されている。そして、これら処理プログラムが実行されることにより、制御装置ＥＣＵでは、特許請求の範囲に記載される各種手段（信号保持手段、ノック信号抽出手段、ノック成分積分手段、集合定数算出手段、集合定数判定手段等）を実現させる。

図１７（ａ）に示す如く、ノック成分積分値Ｖ２ｃ（１）〜Ｖ２ｃ（１０）は、所定シリンダでの燃焼サイクル毎にサンプルされていく。そして、ノック成分積分値Ｖ２ｃ（１）〜Ｖ２ｃ（１０）は、図７（ｂ）に示す如く、燃焼サイクルに対応したサンプルタイミング毎に算出取得されることとなる。以下、規定回数Ｎｔｈにてサンプルされたノック成分積分値の集合を積分値集合と呼ぶ。

本実施例では、かかる積分値集合の状態に基づいて偏差（集合定数）が算出される。当該偏差σｐは、点火タイミングの進角度に応じてその値を増大させる傾向を示す（図１７ｃ参照）。

本実施例に係る信号処理ルーチンＲ３１は、イオン電流検出信号を所定のメモリ回路に保持させ（Ｓ３１１／信号保持手段）、イオン電流のピーク値Ｉｐを算出させ（Ｓ３１２）、イオン電流検出信号に基づいてノック信号を抽出し（Ｓ３１３／ノック信号抽出手段）、積分演算によってノック成分積分値を算出し（Ｓ３１４／ノイズ成分積分手段）、処理３１４の処理回数をカウントし（Ｓ３１５）、カウント値が規定回数へ達した後に信号処理ルーチンＲ３２を起動させる。即ち、本実施例では、ノック定数の算出処理を行なわず、ノック成分積分値に基づいて集合定数が算出される。

前段の処理が完了すると、図１９に示される信号処理ルーチンＲ３２が起動される。当該信号処理ルーチンＲ３２は、先ず、内燃機関の回転数Ｎｒを認識し（Ｓ３２１）、その後、ノック成分積分値に基づいて偏差σｐを算出させる（Ｓ３２２／集合定数算出手段）。かかる後、図２０（ａ）及び図２１（ａ）に示す如く、偏差σ１と偏差σ２との間に偏差閾値σｔｈが設定される（Ｓ３２３）。尚、実施例１と同様、ＮＫＮ０はノックの発生状態が完全に収束している進角度を指し、ＮＫＮ２はノッキングが発生する直前の進角度を指し、ＮＫＮ３はノッキングが発生した直後の進角度を指すこととする。

処理Ｓ３２１の後、偏差に基づく「進角度の状態判定」が実施される（Ｓ３２４／集合定数判定手段）。同処理では、処理Ｓ３２２で算出された偏差σｐが偏差閾値σｔｈより大きいとき、点火タイミングが危険進角度に達したものと判定し、遅角制御を実施させる（処理Ｓ３２５）。一方、かかる偏差σｐが偏差閾値σｔｈより小さいとき、点火タイミングが安全進角度であるとして、更なる進角制御を実施させる（処理Ｓ３２６）。かかる如く、本実施例では、実施例１で説明したノック定数を用いることなく、ノック成分積分値自身の分布状態に基づいて、点火タイミングの遅進角制御が行われる。

また、本実施例では、ノック強度に基づくノック判定を用いずに、点火タイミングの進角状態の判定のみに基づいて、当該点火タイミングの遅進角制御が行われる。かかる場合にあっても、積分値集合が危険進角度に到達しているか否か判定されるので、ノッキングが実際に発生する前に、ノック制御装置ＥＣＵによる遅角制御が行なわれる。

尚、上述した各種実施例では、内燃機関の運転状態を示す指標として回転数Ｎｒが紹介されている。しかし、内燃機関の運転状態は、かかる対象に限定されるものでなく、例えば、内燃機関の負荷状態を当該機関の運転状態としても良い。ここで、内燃機関の負荷状態は、シリンダ内の圧力センサを用いて解析するようにしても良く、イオン電流の波形に基づいて負荷状態を解析しても良い。更に、内燃機関の運転状態は、回転数及び負荷状態等の組合せによって、その状態が細かく区別されるようにしても良い。例えば、高負荷高回転，高負荷低回転，低負荷高回転，低負荷低回転，といったように運転状態を細分化させることにより、より適切な点火タイミングの遅進角制御が可能となる。

また、実施例１で説明したノック定数閾値は、一本に限定することなく、用途に応じて複数設定させても良い。例えば、検出されたノック定数が第１のノック定数閾値Ｋ１を上回った場合、変角量の小さい遅角制御を実施させ、検出されたノック定数が第２のノック定数閾値Ｋ２を上回った場合、変角量の大きい遅角制御を実施させると良い。これによれば、ノック強度が小さいときはノック発生の手前への遅角制御が可能と成り、ノック強度が大きいときには甚大なノッキングを急遽回避させる遅角制御が実現される。そして、このように複数の閾値を用いる場合、本発明では、ノック定数に対する閾値を固定値として設定できるので、従来例のように複数の閾値関数に対して閾値を各々算出するという煩雑な処理から免れ、これにより、ノック判定処理における演算処理の簡素化が図られることとなる。

また、集合定数判定手段で行なわれる「遅進角に関する判定」は、各集合定数に基づいて進角するか遅角するかの判定が行なわれている。しかし、これに限らず、「遅進角させない」という判定を「遅進角に関する判定」に加えても良い。このような判定結果を用いると、集合定数が比較的小さい場合には点火タイミングを進角制御させ、ノッキングの発生確立が高まった場面では点火タイミングを現時点の状態に維持させ、集合定数が更に大きくなった場合には遅角制御させる、といった制御が可能となる。

１ 内燃機関の燃焼制御システム
ＣＬ 点火コイル
Ｔｒ スイッチング素子
ＥＣＵ 制御装置（内燃機関用のノック制御装置）
ＰＧ 点火プラグ
ＩＮＳ イオン電流検出回路
Ｓ１１１ 信号保持手段
Ｓ１１３ ノック信号抽出手段
Ｓ１１４ ノック成分積分手段
Ｓ１１５ ノック定数算出手段
Ｓ１３３ 集合定数算出手段
Ｓ１３４，１３５ 集合定数判定手段

Claims (13)

1. 内燃機関で生じたイオン電流について比例出力されたイオン電流検出信号を保持させる信号保持手段と、前記イオン電流検出信号に重畳されたノック信号の周波数帯を通過域としたＢＰＦ処理により前記ノック信号を抽出するノック信号抽出手段と、前記ノック信号の検出値に基づいて積分されたノック成分積分値を算出させるノック成分積分手段と、前記ノック成分積分値を無次元化させたノック定数を算出させるノック定数算出手段と、前記ノック定数の分布状態を現すため少なくとも一種類の集合定数を算出させる集合定数算出手段と、前記集合定数の値と当該集合定数に与えられた閾値（以下、集合定数用の閾値）との比較結果に基づいて点火タイミングの遅進角制御に関する判定を行なう集合定数判定手段と、を備え、
   前記集合定数用の閾値は、ノッキング発生有無の判定基準として用いられるノック判定閾値よりもノッキング発生の危険度が低い領域へ設定される、ことを特徴とする内燃機関用のノック制御装置。
2. 前記ノック判定閾値を用いてノック判定を実施するノック定数判定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用のノック制御装置。
3. 前記ノック定数算出手段は、前記信号保持手段で保持されたイオン電流検出信号のピーク値を算出するピーク値算出手段と、前記ノック成分積分値の次元に一致する値であってノッキングの略収束状態について現された基準積分値を前記ピーク値に基づいて推定する基準積分値推定手段と、前記ノック成分積分値から前記基準積分値を除算させる無次元化手段と、から構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用のノック制御装置。
4. 前記基準積分値推定手段は、前記基準積分値が前記ピーク値の関数として算出されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用のノック制御装置。
5. 前記基準積分値は、
   当該基準積分値をＶｎｎｋとし、前記ピーク値をＩｐとし、前記ピーク値の増分に対する前記基準積分値の増加する割合をαとし、前記ピーク値が零となるときのノック成分積分値をＶ０とすると、
   Ｖｎｎｋ＝α・Ｉｐ＋Ｖ０
   の関数として算出されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の内燃機関用のノック制御装置。
6. 前記集合定数は、当該集合定数と点火タイミングの進角状態との相関関係に基づいて、前記点火タイミングの進角状態を特定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関用のノック制御装置。
7. 前記集合定数用の閾値は、前記点火タイミングが進角され点火動作されてもノッキングを生じさせない領域と、点火タイミングが進角されて点火動作されるとノッキングを生じさせる危険が高くなる領域と、の間に設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関用のノック制御装置。
8. 前記集合定数算出手段は、異なる複数の物理量を対象とした複数の集合に関する定数（以下、複数の集合定数）を算出させる手段であって、前記集合定数判定手段は、前記複数の集合定数の各値と当該集合定数の各値に対応して与えられた閾値との比較結果に基づいて遅進角制御に関する判定を行う、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の内燃機関のノック制御装置。
9. 内燃機関で生じたイオン電流について比例出力されたイオン電流検出信号を保持させる信号保持手段と、前記イオン電流検出信号に重畳されたノック信号の周波数帯を通過域としてＢＰＦ処理により前記ノック信号を抽出するノック信号抽出手段と、前記ノック信号の検出値に基づく積分値とされるノック成分積分値を算出させるノック成分積分手段と、前記ノック成分積分値の分布状態を現すため少なくとも一種類の集合定数を算出させる集合定数算出手段と、前記集合定数の値と当該集合定数に与えられた閾値（以下、集合定数用の閾値）との比較結果に基づいて点火タイミングの遅進角制御に関する判定を行なう集合定数判定手段と、を備え、
   前記集合定数用の閾値は、ノッキング発生有無の判定基準として用いられるノック判定閾値よりもノッキング発生の危険度が低い領域へ設定される、ことを特徴とする内燃機関用のノック制御装置。
10. 前記ノック判定閾値を用いてノック判定を実施する積分値判定手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関用のノック制御装置。
11. 前記集合定数は、当該集合定数と点火タイミングの進角状態との相関関係に基づいて、前記点火タイミングの進角状態を特定することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の内燃機関用のノック制御装置。
12. 前記集合定数用の閾値は、前記点火タイミングが進角され点火動作されてもノッキングを生じさせない領域と、点火タイミングが進角されて点火動作されるとノッキングを生じさせる危険が高くなる領域と、の間に設定されることを特徴とする請求項９乃至請求項１１の何れか一項に記載の内燃機関用のノック制御装置。
13. 前記集合定数算出手段は、異なる複数の物理量を対象とした複数の集合に関する定数（以下、複数の集合定数）を算出させる手段であって、前記集合定数判定手段は、前記複数の集合定数の各値と当該集合定数の各値に対応して与えられた閾値との比較結果に基づいて遅進角制御に関する判定を行う、ことを特徴とする請求項９乃至請求項１２の何れか一項に記載の内燃機関のノック制御装置。

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