JPH06186118A - ノッキング制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の種類や仕様の違いに容易に対応可
能とするとともに、ノッキングを高精度に検出する。 【構成】 クランク角センサ５の出力に応答して、点火
行程に入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、所定のクランク角の期間を観測期間Ｗ１に設定し、
この観測期間Ｗ１内を複数の解析区間Ｗ３に区分してノ
ックセンサ２の出力の周波数解析を行う。その結果、各
観測期間Ｗ１に亘って、ノッキングの発生する可能性の
ある複数の周波数帯域Ｆ１，Ｆ２，…を設定し、各帯域
毎にスペクトラムパワーの最大値Ｐ１，Ｐ２，…と、該
最大値となる周波数に隣接した周波数のスペクトラムパ
ワーとの和が指標値Ｓ１，Ｓ２，…に設定され、その移
動平均に基づいてノッキング判定基準Ｖが作成され、該
基準Ｖを用いた判定結果に対応して点火時期制御が行わ
れる。

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
御装置などで好適に実施されるノッキング制御方法およ
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制御方法では、
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を判定
し、その判定結果に対応して点火進角量を制御するよう
に構成されている。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】

【発明が解決しようとする課題】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７（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７（２）で示されるように変化す
る。この図７（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７（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、内燃機関の気筒数や、検出すべき気
筒とセンサとの距離差によっても変化する。したがっ
て、内燃機関の種類や仕様毎に前記共振周波数がばらつ
いてしまい、前記バンドパスフィルタの共振周波数の合
わせ込みが煩雑になるという問題がある。

【０００５】また、排ガス浄化の観点や低燃費化の観点
から、自動車メーカでは圧縮比を上げることによってこ
れらの改善を図ろうとしている。しかしながら、高回転
側になるにつれて増加する前記７．１ｋＨｚ以外の共振
周波数成分の影響を軽減するために、高回転時の点火時
期は低回転時の最適値よりも大きく遅角されている。

【０００６】本発明の目的は、内燃機関の種類や仕様の
違いに容易に対応することができるとともに、ノッキン
グを高精度に検出することができるノッキング制御方法
および装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、クランク角セ
ンサの出力に応答してピストンの上死点間に設定される
所定のノッキング観測期間を複数の解析区間に区分し、
前記各解析区間においてノックセンサの出力の周波数解
析を行い、その解析結果のスペクトラム分布において複
数の各周波数帯域を予め設定し、前記観測期間に亘る前
記各周波数帯域におけるスペクトラムパワーが最大値と
なる周波数と、該周波数に隣接する周波数とのスペクト
ラムパワーの加算値を指標値に設定し、前記各指標値に
基づいてノッキング判定を行い、その判定結果に対応し
て点火進角を制御することを特徴とするノッキング制御
方法である。

【０００８】また本発明の前記ノッキング判定は、前記
各指標値に基づいてノッキング判定基準を作成し、前記
各周波数帯域における指標値が前記ノッキング判定基準
以上であるか否かによって行われることを特徴とする。

【０００９】さらにまた本発明の前記ノッキング判定
は、前記各指標値に基づいてノッキング判定基準を作成
し、前記各周波数帯域における複数のスペクトラムパワ
ーが前記ノッキング判定基準以上であるか否かによって
行われることを特徴とする。

【００１０】また本発明の前記ノッキング判定基準は、
各周波数帯域の指標値毎に、該指標値をフィルタリング
して作成されることを特徴とする。

【００１１】さらにまた本発明の前記ノッキング判定基
準は、各周波数帯域の指標値の和をフィルタリングして
作成されることを特徴とする。

【００１２】また本発明の前記ノッキング判定基準は、
各周波数帯域の指標値にそれぞれ重み付けを行って加算
した値をフィルタリングして作成されることを特徴とす
る。

【００１３】さらにまた本発明は、クランク角センサの
出力に応答してピストンの上死点間に設定される所定の
ノッキング観測期間を複数の解析区間に区分し、前記各
解析区間においてノックセンサの出力の周波数解析を行
い、その解析結果のスペクトラム分布において複数の各
周波数帯域を予め設定し、前記観測期間に亘る前記各周
波数帯域におけるスペクトラムパワーが最大値となる周
波数と、該周波数に隣接する周波数とのスペクトラムパ
ワーの加算値を前記複数の各周波数帯域の全帯域に亘っ
て加算した値、または前記加算値のそれぞれに重み付け
を行って全帯域に亘って加算した値を指標値に設定し、
前記指標値に基づいてノッキング判定を行い、その判定
結果に対応して点火進角を制御することを特徴とするノ
ッキング制御方法である。

【００１４】また本発明は、クランク角センサの出力に
応答してピストンの上死点間に設定される所定のノッキ
ング観測期間を複数の解析区間に区分し、前記各解析区
間においてノックセンサの出力の周波数解析を行い、そ
の解析結果のスペクトラム分布において複数の各周波数
帯域を予め設定し、前記観測期間に亘る前記各周波数帯
域におけるスペクトラムパワーが最大値となる周波数
と、該周波数に隣接する周波数とのスペクトラムパワー
とにそれぞれ重み付けを行って加算し、その加算値を前
記複数の各周波数帯域の全帯域に亘って加算した値、ま
たは前記加算値のそれぞれに重み付けを行って全帯域に
亘って加算した値を指標値に設定し、前記指標値に基づ
いてノッキング判定を行い、その判定結果に対応して点
火進角を制御することを特徴とするノッキング制御方法
である。

【００１５】さらにまた本発明の前記ノッキング判定
は、前記指標値をフィルタリングしてノッキング判定基
準を作成し、前記指標値がこのノッキング判定基準以上
であるか否かによって行われることを特徴とするであ
る。

【００１６】また本発明は、内燃機関のノッキングを検
出するノックセンサと、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、前記クランク角センサの出力
に応答して内燃機関のピストンの上死点間に設定される
所定のノッキング観測期間を複数の解析区間に区分し、
各解析区間毎に前記ノックセンサからの出力の周波数解
析を行う解析手段と、前記観測期間に亘る解析手段の解
析結果から、複数の各周波数帯域毎に指標値を求める指
標値設定手段と、前記指標値に基づいてノッキング判定
を行い、その判定結果に対応して点火進角を制御する制
御手段とを含むことを特徴とするノッキング制御装置で
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°〜１１０°ＣＡ間がノッキン
グ観測期間に設定される。またこの観測期間は、周波数
解析のためのサンプリング周期などに対応して、複数の
解析区間に区分されている。前記各解析区間において、
圧電素子などで実現されるノックセンサの出力の周波数
解析が行われ、すなわち各周波数におけるスペクトラム
パワーが解析される。

【００１８】前記観測期間に亘るその解析結果のスペク
トラムパワーにおいて、ノッキングの発生を表す信号成
分を含んでいる可能性のある、たとえば７ｋＨｚ，１１
ｋＨｚ，１３ｋＨｚ，１５ｋＨｚおよび１９ｋＨｚなど
の周波数を中心周波数として、複数の各周波数帯域を予
め設定しておく。次に前記観測期間に亘る前記各周波数
帯域におけるスペクトラムパワーが最大値となる周波数
と、該周波数に隣接する周波数とのスペクトラムパワー
の加算値を指標値に設定する。あるいは、前記最大値と
なる周波数のスペクトラムパワーと、前記隣接する周波
数のスペクトラムパワーとにそれぞれ重み付けを行って
加算した値を指標値に設定する。

【００１９】こうして求められた指標値に基づいて、た
とえば該指標値の予め定める演算タイミングだけ以前の
値までに、たとえば移動平均などのフィルタ処理が施さ
れてノッキング判定基準が設定される。このノッキング
判定基準に対して、前記観測期間内で該各ノッキング判
定基準に対応する指標値のいずれか１つでも該ノッキン
グ判定基準以上となっていると、ノッキングが発生して
いるものと判定する。あるいは複数の指標値が前記ノッ
キング判定基準以上であるとき、すなわち共振モード毎
に異なるノッキング周波数の各指標値の複数が前記ノッ
キング判定基準以上となると、ノッキングが発生してい
るものと判定してもよい。その判定結果に対応して、ノ
ッキングが発生しているときには点火進角量が小さく制
御される。

【００２０】したがって、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、ノックセンサの出力からノッキング
成分を正確に抽出してノッキング判定を行うことがで
き、汎用性を向上することができるとともに、判定精度
を向上することができる。

【００２１】また、前記最大値となる周波数のスペクト
ラムパワーに隣接する周波数のスペクトラムパワーを加
算して指標値を設定することによって、周波数解析器の
分解能に起因して実際のスペクトラムパワーの最大値を
検出することができなくても、それに隣接したサンプリ
ング周波数のスペクトラムパワーの和から、前記最大値
を漏れなく検出することができる。

【００２２】また本発明に従えば、前記周波数解析結果
のスペクトラム分布から、上述のようにして求められる
前記観測期間に亘る複数の各周波数帯域毎の指標値を加
算した値、または各指標値に重み付けを行って加算した
値を指標値とすることによって、ノッキング判定を簡略
化して行うことができる。

【００２３】さらにまた本発明に従えば、上述のような
ノッキング判定を行うにあたって、圧電素子などで実現
され、シリンダブロックなどに取付けられるノックセン
サと、クランク軸の回転角度位置を検出するクランク角
センサと、前記周波数解析を行う解析手段と、その解析
結果から観測期間に亘る複数の各周波数帯域毎の指標値
を求める指標値設定手段とを設け、求められた指標値に
基づいて制御手段が前述のようにノッキング判定を行
い、その判定結果に対応して点火進角を制御する。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のノッキング制御
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。このノックセンサ２からの出力は、折返しノイズを
防止するために、たとえば遮断周波数が２０ｋＨｚのロ
ーパスフィルタ（略称ＬＰＦ）３を介してアナログ／デ
ジタル変換器４に入力される。

【００２５】一方、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サイクルの
内燃機関であるときには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を介してサンプリング信
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サンプリ
ング信号が導出され、前記アナログ／デジタル変換器４
は、このサンプリング信号に同期して前記ノックセンサ
２からの出力を、たとえば４０ｋＨｚのサンプリング周
波数でデジタル値に変換した後、周波数解析器８へ出力
する。

【００２６】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、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、その解析結果をノッキング
判定回路９に出力する。ノッキング判定回路９は後述す
るようにして、前記周波数解析器８の出力に基づいて作
成するノッキング周波数、ノッキング信号のみを通過さ
せるためにフィルタリングすべきノッキング周波数帯幅
および信号レベルからノッキング信号と判定するノッキ
ング判定基準Ｖに基づいて、ノッキングが発生している
か否かの判定を行い、その判定結果をマイクロコンピュ
ータなどで実現される制御回路１１へ導出する。

【００２７】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１１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
されており、制御回路１１はこの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１
２〜１４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。

【００２８】図２は、本発明のノッキング判定方法の考
え方を説明するための図である。ノックセンサ２からの
図２（１）で示される出力に対して、観測期間Ｗ１は、
ピストンの上死点（ＴＤＣ）間において、前記上死点か
ら期間Ｗ２、たとえば１０°ＣＡだけ経過した時点か
ら、たとえば１１０°ＣＡに到達するまでの期間に設定
される。

【００２９】今、内燃機関を４気筒４サイクルとし、ク
ランク角センサ５によって検出される内燃機関の回転速
度を３０００ｒｐｍとするとき、前記上死点間は１８０
°ＣＡとなり、その時間は１０ｍｓｅｃとなる。また、
前記期間Ｗ２が経過した観測期間Ｗ１の開始時点は前記
上死点から０．５６ｍｓｅｃだけ経過した時点であり、
該観測期間Ｗ１の終了時点は前記上死点から６．１１ｍ
ｓｅｃが経過した時点となる。

【００３０】一方、アナログ／デジタル変換器４のサン
プリング周波数を前述のように４０ｋＨｚとし、また周
波数解析を行うにあたって、周波数解析器８内でデータ
を蓄積することができるＲＡＭ容量を６４データ分とす
ると、図２（２）において参照符Ｗ３で示される一解析
区間は１．６ｍｓｅｃとなる。したがって、前述のよう
に内燃機関の回転速度が３０００ｒｐｍであるときに
は、前記観測期間Ｗ１内において、この解析区間Ｗ３は
図２（２）で示されるように約３．５回だけ設定するこ
とができ、また１５００ｒｐｍのときには約７回設定す
ることができる。

【００３１】周波数解析器８は、前記解析区間Ｗ３内で
の全てのサンプリングデータに基づいて、図２（３）で
示されるように周波数ｆ０〜ｆｎまでの帯域において、
複数の各周波数でのスペクトラムパワーを解析する。ノ
ッキング判定回路９は、その解析結果に対して、たとえ
ば７ｋＨｚ，１１ｋＨｚ，１３ｋＨｚ，１５ｋＨｚおよ
び１９ｋＨｚなどのノッキングの発生を表す信号成分を
含んでいる可能性のある周波数を中心として、図２
（３）において参照符Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｍ（総称する
ときは参照符Ｆで示す）で示されるように複数の各周波
数帯域Ｆを予め設定しておく。

【００３２】その各周波数帯域Ｆにおいて、図２（４）
で示されるように、まずスペクトラムパワーの最大値Ｐ
１１，Ｐ１２，…，Ｐ１ｍ；Ｐ２１，Ｐ２２…（総称す
るときは参照符Ｐで示す）を判定する。次に一観測期間
Ｗ１内において、または複数設定される解析区間Ｗ３で
相互に対応する周波数帯域Ｆが比較され、前記観測期間
Ｗ１に亘って各周波数帯域Ｆにおける最大値（図２にお
いては最大値Ｐ１１，Ｐ２２，…，Ｐ２ｍ）が判別され
る。続いて各周波数帯域、たとえばＦ１において、前記
最大値Ｐ１１となる周波数をｆａとすると、該周波数ｆ
ａに隣接する周波数ｆ（ａ−１），ｆ（ａ＋１）のスペ
クトラムパワーを前記最大値Ｐ１１に加算した値が指標
値Ｓ１に設定される。残余の周波数帯域Ｆ２〜Ｆｍにつ
いても同様に、それぞれ指標値Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓｍ
（総称するときは参照符Ｓで示す）が設定される。な
お、隣接する周波数は、前記周波数ｆａを中心として上
下に２つ、すなわちｆ（ａ−２），ｆ（ａ−１），ｆ
（ａ＋１），ｆ（ａ＋２）以上選ばれてもよい。

【００３３】前記各周波数帯域Ｆ毎に求められるこの指
標値Ｓは平均値ＳＬに演算され、さらにこの平均値ＳＬ
に式１で示すようにフィルタ処理が施されてノッキング
判定値ｖが求められる。

【００３４】 ｖ＝｛ｖ（ｉ−１）×７＋ＳＬｉ｝／８ …（１） ただし、ｖ（ｉ−１）は前回のノッキング判定値であ
り、ＳＬｉは今回の平均値である。

【００３５】ノッキング判定回路９は、こうして求めら
れたノッキング判定値ｖをたとえば３倍した値に設定さ
れるノッキング判定基準Ｖを今回の指標値Ｓｉが超える
と、ノッキングが発生しているものと判断し、制御回路
１１に点火進角量を小さくさせる。

【００３６】すなわちたとえば、前回の判定値ｖ（ｉ−
１）を５０とし、今回の平均値ＳＬｉを１００とすると
き、今回の判定値ｖは前記式１から、（５０×７＋１０
０）／８＝５６．２５となる。したがってノッキング判
定基準Ｖは、５６．２５×３＝１６８．７５となる。し
たがって、今回の指標値たとえばＳ１が１２０であると
きにはノッキング判定基準Ｖ以下となり、ノッキングが
発生していないものと判定される。

【００３７】これに対して次の平均値ＳＬ（ｉ＋１）
が、たとえば２５０であるときには前記式１から判定値
ｖは、（５６．２５×７＋２５０）／８＝８０．４７と
なり、ノッキング判定基準Ｖは８０．４７×３＝２４
１．４１となり、指標値たとえばＳ１が２５０であると
きにはノッキングが発生していると判定される。このよ
うにして、ノックセンサ２の出力に対応した点火時期制
御が行われる。

【００３８】なお上述の実施例では、ノッキング判定
は、各観測期間Ｗ１内において、各周波数帯域Ｆ１〜Ｆ
ｍの指標値Ｓ１〜Ｓｍのうち、いずれか１つの指標値が
前記ノッキング判定基準Ｖを超えているか否かで行われ
たけれども、本発明の他の実施例として、予め定める複
数個、たとえば３個以上の指標値が前記ノッキング判定
基準Ｖを超えているか否かによって行われてもよい。こ
れによって、判定精度を向上することができる。

【００３９】図３は、図２における各周波数帯域Ｆ毎の
指標値設定動作を説明するためのフローチャートであ
る。ステップｍ１では、各指標値Ｓ１〜Ｓｍが０にリセ
ットされる。ステップｍ２では、カウンタのカウント値
ｉが０にリセットされる。なお、このカウント値ｉの最
小値は０であり、最大値は、解析対象周波数をｆ０〜ｆ
ｎＨｚとし、周波数解析器８の分解能をｆｄＨｚとする
とき、（ｆｎ−ｆ０）／ｆｄの整数値となる。

【００４０】ステップｍ３では、全ての周波数ｆ０〜ｆ
ｎについてのスペクトラムパワーの判別動作が終了した
か否かが判断され、そうでないときにはステップｍ４に
移る。ステップｍ４ではｉ番目の周波数ｆｉのスペクト
ラムパワーＰｉが読込まれ、ステップｍ５では前記周波
数ｆｉは周波数帯域Ｆ１内の周波数であるか否かが判断
され、そうであるときにはステップｍ６に移る。ステッ
プｍ６では、周波数帯域Ｆ１におけるそれまでの最大値
Ｐ１と今回のスペクトラムパワーＰｉとが比較され、今
回のスペクトラムパワーＰｉが大きいときにはステップ
ｍ７で前記最大値Ｐ１が今回のスペクトラムパワーＰｉ
に更新された後ステップｍ８に移り、そうでないときに
は直接ステップｍ８に移る。ステップｍ８では、前記カ
ウント値ｉに１が加算されて更新された後、前記ステッ
プｍ３に戻り、こうして或る解析区間Ｗ３における周波
数帯域Ｆ１のピーク値、たとえばＰ１１が最大値Ｐ１に
設定されると、前記ステップｍ５からステップｍ９に移
る。

【００４１】ステップｍ９では周波数ｆｉが周波数帯域
Ｆ２内であるか否かが判断され、そうであるときにはス
テップｍ１０で、周波数帯域Ｆ２におけるそれまでの最
大値Ｐ２と今回のスペクトラムパワーＰｉとが比較さ
れ、今回のスペクトラムパワーＰｉが大きいときにはス
テップｍ１１で前記最大値Ｐ２が今回のスペクトラムパ
ワーＰｉに更新された後、前記ステップｍ８からステッ
プｍ３に戻る。こうして前記解析区間Ｗ３における周波
数帯域Ｆ２のピーク値、たとえばＰ２２が最大値Ｐ２に
設定されると、同様の動作によって残余の周波数帯域Ｆ
３〜Ｆｍの最大値Ｐｍが求められる。ステップｍ１２，
ｍ１３で、周波数帯域Ｆｍのピーク値、たとえばＰ２ｍ
が求められた後にはステップｍ８からステップｍ３に戻
り、周波数ｆｎまでの全てのスペクトラムパワーの判別
動作が終了すると、ステップｍ３からステップｍ１４に
移る。

【００４２】ステップｍ１４では、全ての解析区間Ｗ３
に関して上述のような最大値Ｐ１〜Ｐｍの判別動作が終
了したか否かが判断され、そうでないときには前記ステ
ップｍ２に戻って次の解析区間Ｗ３に関して、前記ステ
ップｍ３〜ｍ１３で示される判別動作を繰返し、最大値
Ｐ１〜Ｐｍが更新されてゆく。このようにして、複数の
解析区間Ｗ３から成る観測期間Ｗ１に亘って、各周波数
帯域Ｆ１〜Ｆｍ内のスペクトラムパワーの最大値Ｐ１〜
Ｐｍがそれぞれ判別されるとステップｍ１５に移る。ス
テップｍ１５では、その最大値Ｐ１〜Ｐｍとなった各周
波数の上下の周波数のスペクトラムパワーが該最大値Ｐ
１〜Ｐｍに加算された値が指標値Ｓ１〜Ｓｍにそれぞれ
設定された後、動作を終了する。

【００４３】図４は、本発明の他の実施例のノッキング
判定方法の考え方を説明するための図である。この実施
例は前述の図２で示される実施例に類似し、図４（１）
で示されるノックセンサ２からの出力が、図４（２）で
示されるように複数の解析区間Ｗ３毎に区分されて、図
４（３）で示されるように周波数解析が行われる。その
解析結果から図４（４）で示されるように、観測期間Ｗ
１に亘って、各周波数帯域Ｆ毎の指標値Ｓが求められ
る。この各周波数帯域Ｆ毎の指標値Ｓのそれぞれに前述
の式１で示されるフィルタ演算などが行われて、各周波
数帯域Ｆ毎にノッキング判定基準Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｍ
が作成される。

【００４４】こうして作成されたノッキング判定基準Ｖ
１，Ｖ２，…，Ｖｍと、対応する各指標値Ｓ１，Ｓ２，
…，Ｓｍとが比較されてノッキング判定が行われる。な
おこの比較にあたっては、１つの指標値、たとえばＳ１
がノッキング判定基準Ｖ１以上となることによってノッ
キング有りと判定されてもよく、あるいは複数の周波数
帯域Ｆの指標値Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｍがそれぞれのノッ
キング判定基準Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｍ以上となることに
よってノッキング有りと判定が行われてもよい。

【００４５】図５は、本発明のさらに他の実施例のノッ
キング判定方法の考え方を説明するための図である。こ
の実施例において図５（１）〜図５（３）は、それぞれ
前述の図２（１）〜図２（３）に対応している。この実
施例では、図５（３）で示される周波数解析結果から、
図５（４）で示されるように、観測期間Ｗ１に亘って、
各周波数帯域Ｆ毎に指標値Ｓが設定される。注目すべき
は、前記一観測期間Ｗ１に亘って各周波数帯域Ｆ毎に求
められたこれらの指標値Ｓを、加算して求めた値を実際
の制御に用いる指標値Ｓ０に設定する。この指標値Ｓ０
から前述の式１に従って前記ノッキング判定基準Ｖが作
成され、該指標値Ｓ０と比較されてノッキング判定が行
われる。これによって、ノッキング判定を簡略化して行
うことができる。

【００４６】図６は、本発明の他の実施例のノッキング
判定方法の考え方を説明するための図である。この実施
例は前述の図５で示される実施例に類似し、図６（１）
〜図６（４）はそれぞれ図５（１）〜図５（４）に対応
している。この実施例では、各指標値Ｓを加算して求め
た指標値Ｓ０に前記式１で示されるフィルタ処理などを
行って求められたノッキング判定基準Ｖは、各周波数帯
域Ｆ毎の前記指標値Ｓとそれぞれ比較されてノッキング
判定が行われる。

【００４７】このようにして本発明に従うノッキング制
御方法では、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２の出力からノッキング成分を正確
に抽出してノッキング判定を行うことができ、汎用性を
向上することができるとともに、判定精度を向上するこ
とができる。また、サンプリング周期である解析区間Ｗ
３およびサンプリングデータ数を一定にして周波数解析
を行うので、内燃機関の回転速度が変化しても容易に解
析を行うことができる。

【００４８】さらにまた、ノッキングの発生する可能性
のある各周波数帯域Ｆのみを対象として指標値Ｓを求め
るので、バルブの開閉などによるノイズ成分を抽出しな
いようにして、判定精度を向上することができる。ま
た、スペクトラムパワーの最大値Ｐ１〜Ｐｍに、該最大
値Ｐ１〜Ｐｍとなる周波数に隣接する周波数のスペクト
ラムパワーを加算して指標値Ｓ１〜Ｓｍを設定するの
で、周波数解析器８の分解能に起因して実際のスペクト
ラムパワーの最大値レベルを検出できなくても、それに
隣接したサンプリング周波数のスペクトラムパワーの和
から前記最大値レベルを再現することができ、これによ
ってもまた判定精度を向上することができる。

【００４９】なお、前記ノッキング判定値ｖは、前回の
指標値をＳ（ｉ−１）とし、前々回の指標値をＳ（ｉ−
２），…とするとき、式２で示すようにして求められて
もよい。

【００５０】 ｖ＝｛Ｓ（ｉ−１）＊α１＋Ｓ（ｉ−２）＊α２＋ …Ｓ（ｉ−ｎ＋１）＊α（ｎ＋１）＋Ｓｉ｝／ｎ …（２） すなわちたとえば、α１＝２、α２＝１．６、α３＝
１．２、…とすると、今回の指標値Ｓｉからｎ−１演算
周期以前の指標値Ｓ（ｉ−ｎ＋１）までのうち、新しい
指標値ほど影響度が大きくなるように重み付けを行った
移動平均を求めることができる。

【００５１】また上述の各実施例では、ノッキング判定
値ｖは連続する指標値Ｓｉ，Ｓ（ｉ−１），Ｓ（ｉ−
２），…から求められたけれども、本発明のさらに他の
実施例として、たとえば４気筒の場合にはＳｉ，Ｓ（ｉ
−４），Ｓ（ｉ−８），…、また６気筒の場合にはＳ
ｉ，Ｓ（ｉ−６），Ｓ（ｉ−１２），…、というよう
に、各気筒毎にデータをまとめるようにしてもよい。こ
れによって、ノックセンサ２からの距離差などによる該
ノックセンサ２の各気筒毎の検出感度のばらつきにも対
応することができ、高精度なノッキング判定を行うこと
ができる。

【００５２】さらにまた上述の各実施例では、各解析区
間Ｗ３の各周波数帯域Ｆ１〜Ｆｍ毎にピーク値Ｐ１１，
Ｐ１２，…，Ｐ１ｍ；Ｐ２１，…を求めた後、まずこの
ピーク値を各周波数帯域Ｆ１〜Ｆｍ内で観測期間Ｗ１に
亘って比較して最大値Ｐ１〜Ｐｍを判別した後、該最大
値Ｐ１〜Ｐｍとなる周波数に隣接する周波数のスペクト
ラムパワーを加算して指標値Ｓ１〜Ｓｍを求めるように
したけれども、本発明の他の実施例として、まず各ピー
ク値に、隣接する周波数のスペクトラムパワーを加算
し、その加算値を各周波数帯域内で観測期間Ｗ１に亘っ
て比較し、その最大値を指標値としてもよい。また、各
スペクトラムパワーに上述のような重み付けが行われた
後、加算するようにしてもよい。

【００５３】

【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
出力からノッキング成分を正確に抽出してノッキング判
定を行うことができ、汎用性を向上することができると
ともに、判定精度を向上することができる。また、サン
プリング周期である解析区間およびサンプリングデータ
数を一定にして周波数解析を行うので、内燃機関の回転
速度が変化しても容易に解析を行うことができる。

【００５４】さらにまた、スペクトラムパワーが最大値
となる周波数のスペクトラムパワーに、隣接する周波数
のスペクトラムパワーを加算して指標値を設定するの
で、周波数解析器の分解能に起因して実際のスペクトラ
ムパワーの最大値を検出することができなくても、それ
に隣接したサンプリング周波数のスペクトラムパワーの
和から、前記最大値を漏れなく検出することができ、こ
れによってもまた、判定精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のノッキング制御方法が用い
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の考え
方を説明するための図である。

【図３】図２における各周波数帯域Ｆ毎の指標値設定動
作を説明するためのフローチャートである。

【図４】本発明の他の実施例のノッキング判定方法の考
え方を説明するための図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例のノッキング判定方
法の考え方を説明するための図である。

【図６】本発明の他の実施例のノッキング判定方法の考
え方を説明するための図である。

【図７】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。

【符号の説明】

１ 点火時期制御装置 ２ ノックセンサ ５ クランク角センサ ７ サンプリング信号発生回路 ８ 周波数解析器 ９ ノッキング判定回路 １１ 制御回路 １２〜１４ センサ Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，… 指標値 Ｗ１ 観測期間 Ｗ３ 解析区間

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク角センサの出力に応答してピス
   トンの上死点間に設定される所定のノッキング観測期間
   を複数の解析区間に区分し、 前記各解析区間においてノックセンサの出力の周波数解
   析を行い、 その解析結果のスペクトラム分布において複数の各周波
   数帯域を予め設定し、前記観測期間に亘る前記各周波数
   帯域におけるスペクトラムパワーが最大値となる周波数
   と、該周波数に隣接する周波数とのスペクトラムパワー
   の加算値を指標値に設定し、 前記各指標値に基づいてノッキング判定を行い、 その判定結果に対応して点火進角を制御することを特徴
   とするノッキング制御方法。
2. 【請求項２】 前記ノッキング判定は、前記各指標値に
   基づいてノッキング判定基準を作成し、前記各周波数帯
   域における指標値が前記ノッキング判定基準以上である
   か否かによって行われることを特徴とする請求項１記載
   のノッキング制御方法。
3. 【請求項３】 前記ノッキング判定は、前記各指標値に
   基づいてノッキング判定基準を作成し、前記各周波数帯
   域における複数のスペクトラムパワーが前記ノッキング
   判定基準以上であるか否かによって行われることを特徴
   とする請求項１記載のノッキング制御方法。
4. 【請求項４】 前記ノッキング判定基準は、各周波数帯
   域の指標値毎に、該指標値をフィルタリングして作成さ
   れることを特徴とする請求項２または３に記載のノッキ
   ング制御方法。
5. 【請求項５】 前記ノッキング判定基準は、各周波数帯
   域の指標値の和をフィルタリングして作成されることを
   特徴とする請求項２または３に記載のノッキング制御方
   法。
6. 【請求項６】 前記ノッキング判定基準は、各周波数帯
   域の指標値にそれぞれ重み付けを行って加算した値をフ
   ィルタリングして作成されることを特徴とする請求項２
   または３に記載のノッキング制御方法。
7. 【請求項７】クランク角センサの出力に応答してピスト
   ンの上死点間に設定される所定のノッキング観測期間を
   複数の解析区間に区分し、 前記各解析区間においてノックセンサの出力の周波数解
   析を行い、 その解析結果のスペクトラム分布において複数の各周波
   数帯域を予め設定し、前記観測期間に亘る前記各周波数
   帯域におけるスペクトラムパワーが最大値となる周波数
   と、該周波数に隣接する周波数とのスペクトラムパワー
   の加算値を前記複数の各周波数帯域の全帯域に亘って加
   算した値、または前記加算値のそれぞれに重み付けを行
   って全帯域に亘って加算した値を指標値に設定し、 前記指標値に基づいてノッキング判定を行い、 その判定結果に対応して点火進角を制御することを特徴
   とするノッキング制御方法。
8. 【請求項８】クランク角センサの出力に応答してピスト
   ンの上死点間に設定される所定のノッキング観測期間を
   複数の解析区間に区分し、 前記各解析区間においてノックセンサの出力の周波数解
   析を行い、 その解析結果のスペクトラム分布において複数の各周波
   数帯域を予め設定し、前記観測期間に亘る前記各周波数
   帯域におけるスペクトラムパワーが最大値となる周波数
   と、該周波数に隣接する周波数とのスペクトラムパワー
   とにそれぞれ重み付けを行って加算し、その加算値を前
   記複数の各周波数帯域の全帯域に亘って加算した値、ま
   たは前記加算値のそれぞれに重み付けを行って全帯域に
   亘って加算した値を指標値に設定し、 前記指標値に基づいてノッキング判定を行い、 その判定結果に対応して点火進角を制御することを特徴
   とするノッキング制御方法。
9. 【請求項９】 前記ノッキング判定は、前記指標値をフ
   ィルタリングしてノッキング判定基準を作成し、前記指
   標値がこのノッキング判定基準以上であるか否かによっ
   て行われることを特徴とする請求項７または８に記載の
   ノッキング制御方法。
10. 【請求項１０】 内燃機関のノッキングを検出するノッ
    クセンサと、 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、 前記クランク角センサの出力に応答して内燃機関のピス
    トンの上死点間に設定される所定のノッキング観測期間
    を複数の解析区間に区分し、各解析区間毎に前記ノック
    センサからの出力の周波数解析を行う解析手段と、 前記観測期間に亘る解析手段の解析結果から、複数の各
    周波数帯域毎に指標値を求める指標値設定手段と、 前記指標値に基づいてノッキング判定を行い、その判定
    結果に対応して点火進角を制御する制御手段とを含むこ
    とを特徴とするノッキング制御装置。