WO2007139042A1 - 内燃機関のノッキング判定装置およびノッキング判定方法 - Google Patents

内燃機関のノッキング判定装置およびノッキング判定方法 Download PDF

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WO2007139042A1
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intensity
knocking
vibration
internal combustion
combustion engine
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PCT/JP2007/060748
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Rihito Kaneko
Kenji Kasashima
Masatomo Yoshihara
Kenji Senda
Yuuichi Takemura
Shuhei Oe
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Nippon Soken, Inc.
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
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    • G01L23/225—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine knock determination device and a knock determination method.
  • the present invention relates to a knocking determination device and a knocking determination method for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for determining the presence or absence of knocking based on a vibration waveform of the internal combustion engine.
  • the knock control device for an internal combustion engine described in Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 3-2 1 0 3 2 is a knock sensor for detecting knocking of an internal combustion engine, and statistical processing of an output signal detected by the knock sensor
  • a statistical processing unit that determines the occurrence of knocking based on a processing result of the statistical processing unit, a first temporary determination unit that determines the occurrence of knocking, and determines the occurrence of knocking based on the waveform shape of the output signal detected by the knock sensor
  • a second temporary determination unit A second temporary determination unit; and a final knock determination unit that finally determines the occurrence of knocking based on the results of the knock temporary determination by the first temporary determination unit and the knock temporary determination by the second temporary determination unit.
  • the final knock determination unit determines that knocking has finally occurred when both the first temporary determination unit and the second temporary determination unit determine that knocking has occurred.
  • the knock control device described in this publication only when it is determined that knocking has occurred in each tentative judgment using the knock tentative judgment by the statistical processing program and the knock tentative judgment by the waveform shape program. Finally, it is determined that knocking has occurred.
  • knock determination using only a statistical processing program or waveform shape program can accurately determine the occurrence of knocking even for an output signal in which knocking has been erroneously detected.
  • vibration due to seating of an intake valve or an exhaust valve can occur in addition to vibration due to knocking.
  • fuel is supplied to the injector (especially a direct injection injector that injects fuel directly into the cylinder) or the injector.
  • Vibration can also occur due to the operation of the high-pressure pump to be fed.
  • vibration due to these is detected as noise along with vibration due to knocking, a waveform different from that at the time of knocking is detected even though knocking has occurred. Even if knocking does not occur, a similar waveform is detected during knocking.
  • knocking is determined based on the waveform shape, as in the knock control device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2 003 _ 2 1 0 3 2, knocking occurs even though knocking has occurred. It may be erroneously determined that no knock has occurred, or it may be erroneously determined that knocking has occurred even though knock has not occurred. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a knock determination device for an internal combustion engine that can accurately determine the presence or absence of knocking.
  • An knock determination device for an internal combustion engine includes: a crank position sensor that detects a crank angle of the internal combustion engine; a knock sensor that detects a vibration intensity of the internal combustion engine corresponding to the crank angle; A unit.
  • the calculation unit is based on the vibration intensity of the internal combustion engine.
  • the first and second predetermined intervals for the crank angle have a smaller vibration intensity due to knocking than the first interval. Detects the vibration waveform at the interval, removes the noise part from the second interval waveform that has a strength greater than the predetermined reference intensity, and removes the noise part from the second interval waveform Based on the waveform at the first interval, it is determined whether knocking has occurred.
  • the vibration intensity of the internal combustion engine is detected in correspondence with the crank angle. Based on the vibration intensity, the first and second predetermined intervals for the crank angle are detected, and the vibration waveform at the second interval where the vibration intensity caused by knocking is smaller than the first interval is detected. If knocking occurs, these waveforms have a unique shape when knocking. Therefore, for example, the presence or absence of knocking can be determined by comparing this waveform model with the obtained waveform with reference to the waveform model created as the vibration waveform when knocking occurs.
  • vibration may occur due to the seating of the intake valve or exhaust valve.
  • vibration may be generated by operation of an injector (particularly, a direct injector or injector that directly injects fuel into a cylinder) or a high-pressure pump that supplies fuel to the injector.
  • an injector particularly, a direct injector or injector that directly injects fuel into a cylinder
  • a high-pressure pump that supplies fuel to the injector.
  • the noise portion which is a portion having an intensity greater than a predetermined reference intensity, is removed from the waveform at the second interval.
  • the reference intensity is a value calculated based on a predetermined number of intensities selected in preference to a smaller intensity from the detected intensity. .
  • the reference strength is calculated based on a predetermined number of strengths selected with priority on a smaller strength.
  • the reference strength can be calculated based on the strength that is considered to be the mechanical vibration of the internal combustion engine itself, which is vibration not caused by knocking or noise. Therefore, a reference strength similar to the mechanical vibration of the internal combustion engine itself can be obtained. By removing such a portion having a strength higher than the reference strength, vibrations that are not mechanical vibrations of the internal combustion engine itself, that is, vibrations caused by noise can be accurately removed.
  • the reference intensity prioritizes a smaller intensity than the detected intensity. It is a value calculated as an average value of a predetermined number of intensities selected in the above.
  • the reference strength is calculated as an average value of a predetermined number of strengths selected with priority on a smaller strength.
  • the reference strength can be calculated as an average value of the strength that is considered to be the mechanical vibration of the internal combustion engine itself, which is vibration not caused by knocking or noise. Therefore, a reference strength approximating the mechanical vibration of the internal combustion engine itself can be obtained. By removing such a portion having a strength greater than the reference strength, vibration that is not mechanical vibration of the internal combustion engine itself, that is, vibration due to noise can be accurately removed.
  • the arithmetic unit determines whether there is an intensity greater than a threshold value calculated based on the reference intensity, and if it is determined that there is an intensity greater than the threshold value, It is determined whether knocking has occurred.
  • this configuration it is determined whether or not there is an intensity greater than a threshold value calculated based on the reference intensity. If there is an intensity greater than the threshold, it can be said that knocking may have occurred. Therefore, it is determined whether or not knocking has occurred only when it is determined that there is an intensity greater than the threshold value. As a result, it is possible to determine whether or not knocking has occurred in consideration of not only the waveform shape but also the strength. Therefore, even if the vibration is considered to be not vibration due to knocking due to its low strength, it is possible to suppress erroneous determination that knocking has occurred because the waveform shape is similar. As a result, the presence or absence of knocking can be determined with higher accuracy.
  • the reference intensity is calculated when determining whether there is an intensity greater than the threshold value.
  • the reference intensity is calculated when determining whether there is an intensity greater than the threshold value. As a result, it is possible to determine whether or not knocking has occurred using the reference strength corresponding to the driving state at that time.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine controlled by an engine ECU that is a knock determination device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a frequency band of vibration generated in the engine at the time of knocking.
  • FIG. 3 is a control block diagram showing the engine ECU of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing engine vibration waveforms.
  • FIG. 5 is a diagram showing a knock waveform model stored in the ROM of the engine ECU.
  • Figure 6 compares the vibration waveform of the fourth frequency band D and the knock waveform model (part 1).
  • FIG. 7 is a diagram (part 1) showing a composite waveform of the first frequency band A to the third frequency band C used for calculating the knock intensity N.
  • FIG. 7 is a diagram (part 1) showing a composite waveform of the first frequency band A to the third frequency band C used for calculating the knock intensity N.
  • FIG. 8 is a diagram showing the reference intensity calculated using the integrated value in the vibration waveform of the fourth frequency band D.
  • FIG. 9 is a diagram showing a map of the determination value V (K X) stored in the ROM or SRAM of the engine ECU.
  • Figure 10 shows the frequency distribution of intensity value LOG (V) (part 1).
  • Figure 11 shows the frequency distribution of intensity LOG (V) (part 2).
  • Figure 12 shows the frequency distribution of intensity value LOG (V) (part 3).
  • Figure 13 shows the frequency distribution of intensity value LOG (V) (part 4).
  • Figure 14 shows the intensity values used to create the frequency distribution of the intensity value LOG (V).
  • FIG. 15 is a flowchart (No. 1) showing a control structure of a program executed by the engine ECU which is the knocking determination device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a flowchart (No. 2) showing a control structure of a program executed by the engine ECU which is the knocking determination device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a flowchart (No. 3) showing the control structure of the program executed by the engine ECU which is the knocking determination device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram showing a vibration waveform in the fourth frequency band D.
  • Figure 19 shows the comparison between the vibration waveform in the fourth frequency band D and the knock waveform model (Part 2).
  • Figure 20 shows a comparison between the vibration waveform in the fourth frequency band D and the knock waveform model. (Part 3).
  • FIG. 21 is a diagram (part 4) comparing the vibration waveform of the fourth frequency band D with the knock waveform model.
  • FIG. 22 shows a comparison of the vibration waveform of the fourth frequency band D and the knock waveform model (No. 5).
  • Fig. 23 is a diagram (part 6) that compares the vibration waveform of the fourth frequency band D with the knock waveform model.
  • Figure 24 is a diagram (part 7) comparing the vibration waveform of the fourth frequency band D with the knock waveform model.
  • FIG. 25 is a diagram (part 2) illustrating a composite waveform of the first frequency band A to the third frequency band C used for calculating the knock magnitude N.
  • the knocking determination apparatus is realized by a program executed by an engine ECU (Electronic Control Unit) 2 0 0, for example.
  • the engine 100 is an internal combustion engine in which an air-fuel mixture of air sucked from an air cleaner 10 2 and fuel injected from an injector 10 4 is ignited and burned by a spark plug 10 6 in a combustion chamber.
  • the ignition timing is retarded or advanced according to the operating state of the engine 100, such as when force knocking occurs so that the output torque reaches the maximum MBT (Minimum advance for Best Torque). It is horned.
  • Engine 1 0 0 is controlled by engine E C U 2 0 0.
  • the engine ECU 20 0 includes a knock sensor 3 0 0, a water temperature sensor 3 0 2, a crank position sensor 3 0 6 provided opposite to the timing rotor 3 0 4, and a throttle opening sensor 3 0 8, a vehicle speed sensor 3 1 0, an ignition switch 3 1 2 and an air flow meter 3 1 4 are connected.
  • Knock sensor 300 is provided in a cylinder block of engine 100.
  • Knock sensor 300 is composed of a piezoelectric element.
  • Knock sensor 3 0 0 generates a voltage due to vibration of engine 1 0 0.
  • the magnitude of the voltage corresponds to the magnitude of the vibration.
  • Knock sensor 3 0 0 transmits a signal representing the voltage to engine ECU 2 0 0.
  • the water temperature sensor 30 2 detects the temperature of the cooling water in the water jacket of the engine 100 and transmits a signal indicating the detection result to the engine E C U 2 0 0.
  • the timing rotor 3 0 4 is provided on the crankshaft 1 1 0 and rotates together with the crankshaft 1 1 0. On the outer periphery of the timing rotor 304, a plurality of protrusions are provided at predetermined intervals.
  • the crank position sensor 30 6 is provided to face the protrusion of the timing rotor 30 4. When the timing aperture 3 0 4 rotates, the air gap between the projection of the timing rotor 3 0 4 and the crank position sensor 3 0 6 changes, so that the magnetic flux passing through the coil portion of the crank position sensor 3 0 6 increases and decreases. And an electromotive force is generated in the coil section.
  • the crank position sensor 3 0 6 transmits a signal representing the electromotive force to the engine E C U 2 0 0.
  • the engine E C U 20 0 detects the crank angle and the number of revolutions of the crankshaft 110 based on the signal transmitted from the crank position sensor 3 06.
  • the throttle opening sensor 3 0 8 detects the throttle opening and transmits a signal indicating the detection result to the engine ECU 2 0 0.
  • the vehicle speed sensor 3 10 detects the number of rotations of a wheel (not shown) and transmits a signal indicating the detection result to the engine ECU 2 0 0.
  • the engine ECU 2 0 0 calculates the vehicle speed from the rotational speed of the wheel.
  • the ignition switch is turned on by the driver when starting the engine 1 0 0. Made.
  • Air flow meter 314 detects the amount of air taken into engine 100 and transmits a signal representing the detection result to engine ECU 200.
  • the engine ECU 200 is operated by electric power supplied from an auxiliary battery 320 as a power source.
  • the engine ECU 200 performs arithmetic processing based on the signals transmitted from each sensor and the ignition switch 312, maps and programs stored in ROM (Read Only Memory) 202 and SRAM (Static Random Access Memory) 204 And control the equipment so that the engine 100 is in the desired operating state.
  • ROM Read Only Memory
  • SRAM Static Random Access Memory
  • the engine ECU 200 determines a predetermined knock detection gate (a predetermined second crank angle from a predetermined first crank angle based on a signal and a crank angle transmitted from the knock sensor 300).
  • the vibration waveform of the engine 100 (hereinafter referred to as the vibration waveform) is detected during the period up to this point), and whether or not knocking has occurred in the engine 100 is determined based on the detected vibration waveform.
  • the knock detection gate in the present embodiment is from top dead center (0 degree) to 90 degrees in the combustion stroke. The knock detection gate is not limited to this.
  • the engine 100 When knocking occurs, the engine 100 is vibrated at a frequency near the frequency indicated by the solid line in FIG.
  • the frequency of vibration generated due to knocking is not constant and has a predetermined bandwidth. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, vibrations included in the first frequency band A, the second frequency band B, and the third frequency band C are detected. In addition, vibrations included in the fourth frequency band D in a wide area including the first frequency band A to the third frequency band C are detected.
  • CA in Fig. 2 represents the crank angle. Note that the frequency band of vibration caused by knocking is not limited to three.
  • Engine ECU200 consists of an AZD (analog-to-digital) converter 400, a bandpass filter (1) 410, a bandpass filter (2) 420, a bandpass filter (3) 430, and a bandpass filter ( 4) Includes 440 and accumulator 450.
  • AZD analog-to-digital
  • the A / D conversion unit 400 converts the analog signal transmitted from the knock sensor 300 into a digital signal.
  • Bandpass filter (1) 410 is a knock sensor 30 Only the signal of the first frequency band A among the signals transmitted from 0 is allowed to pass. In other words, only the vibration in the first frequency band A is extracted from the vibration detected by the knock sensor 3 100 by the bandpass filter (1) 4 10.
  • the bandpass filter (2) 4 2 0 allows only the signal in the second frequency band B among the signals transmitted from the knock sensor 3 0 0 to pass therethrough. In other words, only the vibration in the second frequency band B is extracted from the vibration detected by the knock sensor 300 by the bandpass filter (2) 4 20.
  • the bandpass filter (3) 4 30 passes only the signal in the third frequency band C out of the signals transmitted from the knock sensor 300. That is, only the vibration in the third frequency band C is extracted from the vibration detected by the knock sensor 30 0 by the bandpass filter (3) 4 30.
  • the bandpass filter (4) 4 40 allows only the signal in the fourth frequency band D out of the signals transmitted from the knock sensor 300. That is, only the vibration in the fourth frequency band D is extracted from the vibration detected by the knock sensor 300 by the bandpass filter (4) 4 40.
  • the integration unit 45 0 integrates the signals selected by the band pass filter (1) 4 10 to band pass filter (4) 4 40, that is, the intensity of vibration by 5 degrees in terms of crank angle.
  • the integrated value is referred to as an integrated value.
  • the integrated value is calculated for each frequency band. By calculating this integrated value, the vibration waveform in each frequency band is detected.
  • the calculated integrated values of the first frequency band A to the third frequency band C are added corresponding to the crank angle. That is, vibration waveforms in the first frequency band A to the third frequency band C are synthesized.
  • the vibration waveform of the engine 100 is detected.
  • the combined waveform of the first frequency band A to the third frequency band C and the vibration waveform of the fourth frequency band D are used as the vibration waveform of the engine 100.
  • the vibration waveform (integrated value) in the fourth frequency band D is used without being synthesized.
  • the vibration waveform in the fourth frequency band D is compared with the knock waveform model stored in the ROM 2 0 2 of the engine ECU 2 0 0 0 as shown in FIG. It is.
  • the knock waveform model "" is created in advance as a model of the vibration waveform when knocking occurs in the engine 100.
  • the vibration intensity is expressed as a dimensionless number from 0 to 1, and the vibration intensity does not uniquely correspond to the crank angle. That is, in the knock waveform model of this embodiment, it is determined that the vibration intensity decreases as the crank angle increases after the peak value of the vibration intensity. The crank angle at which the vibration intensity reaches the peak value Is not stipulated.
  • the knock waveform model in this embodiment corresponds to vibrations after the peak value of the vibration intensity generated by knocking.
  • a knock waveform model corresponding to the vibration after the rise of vibration caused by knocking may be stored.
  • the knock waveform model ⁇ / is created and stored in advance based on the vibration waveform of the engine 100 detected when the knocking is forcibly generated by experiments or the like.
  • the knock waveform model is the engine 10 0 (when the output value of the knock sensor 3 0 0 of the engine is the median of the tolerance of the output value of the knock sensor 3 0 0 of the dimension 1 It is created using That is, the knock waveform model is a vibration waveform when knocking is forcibly generated in the characteristic central engine. Note that the method of creating the knock waveform model is not limited to this, and may be created by simulation.
  • normalized waveform and the knock waveform model are compared as shown in Fig. 6.
  • normalization is, for example, expressing the intensity of vibration as a dimensionless number from 0 to 1 by dividing each integrated value by the maximum integrated value in the detected vibration waveform. Note that the normalization method is not limited to this.
  • the engine ECU 200 calculates a correlation coefficient K that is a value relating to a deviation between the normalized vibration waveform and the knock waveform model.
  • the normalized vibration waveform and knock waveform model are matched with the timing when the vibration intensity becomes maximum in the normalized vibration waveform and the timing when the vibration intensity becomes maximum in the knock waveform model.
  • the absolute value (deviation amount) of the deviation is calculated for each crank angle (every 5 degrees) Then, the correlation coefficient K is calculated.
  • ⁇ A S (I) is the sum of A S (I).
  • the correlation coefficient K is calculated as a larger value as the shape of the vibration waveform is closer to the shape of the knock waveform model. Therefore, if the vibration waveform includes a vibration waveform due to factors other than knocking, the correlation coefficient K is calculated to be small. Note that the method for calculating the correlation coefficient K is not limited to this.
  • the correlation coefficient K is calculated by comparing the vibration waveform of the fourth frequency band D in the wide band with the knock waveform model in comparison with the first frequency band A to the third frequency band C in the narrow band. This is because the accuracy of the shape is high.
  • the combined waveform of the first frequency band A to the third frequency band C is used to calculate the knock intensity N.
  • the reference strength is the sum of 90 degrees of crank angle (accumulated), and the knock region (for example, the crank angle) defined from the crank angle CA (P) at which the integrated value reaches its peak Knock strength N is calculated using the portion larger than the reference strength (total value of the difference between the integrated value and the reference strength) in the 40-degree corner area.
  • the reference intensity is calculated using the integrated value of the fourth frequency band D. As shown in Fig. 8, the reference intensity is selected from the integrated values obtained as the integrated values in the fourth frequency band D, with priority given to the smaller integrated value (M is the number of integrated values obtained). It is a natural number smaller than that, for example, “3”) and is calculated as the average of the integrated values. Note that the method for calculating the reference intensity is not limited to this, and the Mth smallest integrated value may be used as the reference intensity.
  • the engine ECU 200 compares the calculated knock magnitude N with the judgment value V (KX) stored in the SR AM 204 to determine whether or not the engine 100 has knocked by one ignition. Judge every cycle.
  • the determination value V (KX) is stored as a map for each region divided by the operating state using the engine speed NE and the intake air amount KL as parameters.
  • low rotation NE ⁇ NE (1)
  • medium rotation NE (1)
  • high rotation NE (2) ⁇ NE
  • low load KL ⁇ KL (1)
  • Medium load KL (1) ⁇ KL ⁇ KL (2)
  • High load KL (2) ⁇ KL
  • 9 areas are provided for each cylinder. The number of areas is not limited to this.
  • the region may be divided using parameters other than the engine speed NE and the intake air amount KL.
  • a value determined in advance through experiments or the like is used as the determination value V (KX) stored in the ROM 202 (the initial value of the determination value V (KX) at the time of shipment).
  • the determination value V (KX) stored in the ROM 202 (the initial value of the determination value V (KX) at the time of shipment).
  • the detected intensity can change. In this case, it is necessary to correct the determination value V (KX) and determine whether knocking has occurred using the determination value V (KX) according to the actually detected intensity.
  • knock determination level V (KD) is calculated.
  • Intensity value LOG (V) is calculated for each region with engine speed NE and intake air amount KL as parameters.
  • the strength V used to calculate the strength value LOG (V) is the peak value of the strength between the predetermined crank angles (the peak value of the integrated value every 5 degrees).
  • the median value V (50) is calculated to accumulate 50% of the frequency of the intensity value L0 G (V) from the minimum value.
  • the standard deviation ⁇ at the intensity value LOG (V) below the median value V (50) is calculated.
  • the median and standard deviation approximated with the median and standard deviation calculated based on multiple (eg, 200 cycles) intensity values LOG (V)
  • the value V (50) and the standard deviation are calculated for each ignition cycle using the following calculation method.
  • the predetermined value C (1) was added to the median value V (50) calculated last time. The value is calculated as the current median value V (50). Conversely, if the intensity value LOG (V) detected this time is smaller than the median value V (50) calculated last time, a predetermined value C (2) ( For example, the value obtained by subtracting C (2) is the same value as C (1)) is calculated as the median value V (50).
  • the detected intensity value LOG (V) is smaller than the previously calculated median value V (50) and less than the previously calculated median value V (50) minus the previously calculated standard deviation ⁇ . If it is larger, a value obtained by subtracting a value obtained by doubling the predetermined value C (3) from the previously calculated standard deviation ⁇ is calculated as the current standard deviation ⁇ . Conversely, if the detected intensity value LOG (V) force S is greater than the previously calculated median value V (50) or the previously calculated median value V (50), the previously calculated standard deviation ⁇ If the value is smaller than the value obtained by subtracting, the value obtained by adding the predetermined value C (4) (for example, (4) is the same value as C (3)) to the previously calculated standard deviation ⁇ is Calculated as the standard deviation ⁇ .
  • the method of calculating median value V (50) and standard deviation ⁇ is not limited to this.
  • the median value V (50) and the initial value of the standard deviation may be preset values or “0”.
  • the method for calculating knock determination level V (KD) is not limited to this.
  • the ratio (frequency) of the intensity value LOG (V) greater than the knock determination level V (KD) is determined as the frequency at which knocking occurred, and counted as the knock occupancy KC.
  • determination value V (KX) is set to a predetermined compensation value so that the ignition timing is retarded more frequently. It is corrected by a positive amount. If knock occupancy KC is smaller than threshold value KC (0), judgment value V (KX) is corrected by a predetermined correction amount so that the ignition timing is advanced more frequently. .
  • V (MAX) As the frequency of knocking increases, the maximum value V (MAX) further increases as shown in Fig. 13. At this time, the median V (50) and standard deviation ⁇ in the frequency distribution increase with the maximum value V (MAX). Therefore, knock determination level V (KD) increases.
  • An intensity value LOG (V) smaller than knock determination level V (KD) is not determined as an intensity value LOG (V) in the cycle in which knocking occurred, and therefore, when knock determination level V (KD) increases, knocking level Even if has occurred, the frequency of determining that knocking has not occurred increases.
  • FIG. 14 is a diagram in which the calculated intensity value LOG (V) is plotted for each correlation coefficient K in the cycle in which the intensity value LOG (V) was obtained.
  • the median V (50) and the standard deviation ⁇ are excessive. It becomes a stable value.
  • the knock determination level V ( ⁇ D) can be suppressed from becoming excessive. Therefore, even if knocking has occurred, it is possible to suppress an increase in the frequency at which it is determined that knocking has not occurred.
  • the method of extracting the intensity value LOG (V) used to calculate the median value V (50) and the standard deviation ⁇ is not limited to this.
  • the intensity value LOG (V) calculated in the ignition cycle in which the correlation coefficient K is greater than the threshold K (1). May be extracted.
  • step S the engine ECU 200 detects the engine speed NE based on the signal transmitted from the crank position sensor 306 and uses the signal transmitted from the air flow meter 314 as a signal. Based on this, the intake air volume KL is detected.
  • engine ECU 200 detects the intensity of vibration of engine 100 based on the signal transmitted from knock sensor 300.
  • the intensity of vibration is represented by the output voltage value of knock sensor 300.
  • the intensity of vibration may be expressed by a value corresponding to the output voltage value of knock sensor 300. Intensity detection is performed from the top dead center to 90 degrees (90 degrees crank angle) in the combustion stroke.
  • engine ECU 200 outputs the output voltage value of knock sensor 300.
  • engine ECU 200 calculates the reference intensity as an average value of M integrated values selected in preference to a smaller integrated value from the integrated value of fourth frequency band D.
  • engine ECU 200 determines that the accumulated value of fourth frequency band D is at the crank angle from top dead center to CA (A) (CA (A) is 90 degrees, for example 45 degrees). It is determined whether or not there is an integrated value larger than the product of the reference intensity and the coefficient Y (Y is a positive value, for example “2”).
  • engine ECU 200 tentatively determines that knocking has occurred. In S 112, engine ECU 200 determines that knocking has not occurred.
  • engine ECU 2'00 normalizes the vibration waveform of fourth frequency band D.
  • normalization means that the intensity of vibration is expressed as a dimensionless number from 0 to 1 by dividing each integrated value by the peak value of the integrated value in the vibration waveform.
  • engine ECU 200 calculates an absolute value ⁇ S (I) of the deviation for each crank angle between the normalized vibration waveform of fourth frequency band D and the knock waveform model.
  • engine ECU 200 determines whether there is ⁇ S (I) greater than threshold value ⁇ S (0). If there is A S (I) greater than threshold A S (0) (YES in S 202), the process proceeds to S 300. If not (NO in S202), the process proceeds to S312.
  • engine ECU 200 is greater than threshold ⁇ S (0).
  • engine ECU 200 determines that the strength matches the strength of the knock waveform model at a crank angle where AS (I) is larger than threshold value S (0) (AS (I) force S Correct the normalized vibration waveform so that it becomes smaller until it becomes “0”.
  • engine ECU 200 gives priority to a crank angle with a larger AS (I) among AS (I) than a threshold value ⁇ S (0), and Q (3) (Q (3) ⁇ Q (1)) Normalization at the crank angle at each location so that the strength matches the strength of the knock waveform model (AS (I) force S decreases to 0) Correct the vibration waveform.
  • engine ECU 200 stores the corrected crank angle and its correction amount (product of A S (I) and the peak value of the integrated value) ⁇ in SRAM 204.
  • engine ECU 200 compares the corrected vibration waveform with the knock waveform model, and calculates correlation coefficient K, which is a value related to the deviation between the corrected vibration waveform and the knock waveform model.
  • engine ECU 200 compares the normalized vibration waveform (uncorrected vibration waveform) with the knock waveform model, and calculates a value related to the deviation between the normalized vibration waveform and the knock waveform model.
  • the correlation coefficient K is calculated.
  • engine ECU 200 determines whether or not it has been provisionally determined that knocking has occurred. If it is temporarily determined that knocking has occurred (YES at S400), the process proceeds to S500. Otherwise (NO at S400), the process ends.
  • Knock strength N is calculated using a composite waveform of first frequency band A to third frequency band C. Knock strength N is 90 ° crank angle as shown in the diagonal line in Fig. 7. (For knock detection gate) Total (integrated) value, part ⁇ larger than the reference strength in the knock region determined from the crank angle CA (P) at which the integrated value peaks, and vibration waveform correction amount ⁇ Using,
  • engine ECU 200 determines whether knock magnitude N is larger than determination value V (KX) or not. If knock magnitude N is greater than straight decision V (KX) (YES in S502), the process proceeds to S504. Otherwise (NO at S 5002), the process proceeds to S508.
  • engine ECU 200 determines that knocking has occurred in engine 100. In S 506, engine ECU 200 retards the ignition timing.
  • engine ECU 200 determines that knocking has not occurred in engine 100. In S 510, engine ECU 200 advances the ignition timing.
  • engine speed NE is detected based on the signal transmitted from crank position sensor 306, and intake air amount KL is detected based on the signal transmitted from air flow meter 3 14. (S.100). Further, based on the signal transmitted from knock sensor 300, the vibration intensity of engine 100 is detected (S102).
  • an integrated value every 5 degrees is calculated for each vibration in the first frequency band A to the fourth frequency band D (S104). Further, the calculated integrated values of the first frequency band A to the third frequency band C are added corresponding to the crank angle to synthesize a vibration waveform.
  • the reference intensity is calculated as the average of the integrated values (S106).
  • the crank angle from top dead center to CA (A) is greater than the product of the reference strength and the coefficient Y. If there is a value (YES in S108), it can be said that knocking may have occurred. Therefore, it is temporarily determined that knocking has occurred (S 1 10).
  • the vibration waveform in the fourth frequency band D is normalized (S 114) whether it is provisionally determined that knocking has occurred or not.
  • the vibration intensity in the vibration waveform is expressed as a dimensionless number between 0 and 1. This makes it possible to compare the detected vibration waveform with the knock waveform model regardless of the vibration intensity. Therefore, it is not necessary to store a large number of knock waveform models corresponding to the intensity of vibration, and the creation of the knock waveform model can be facilitated. Match the timing at which the vibration intensity is maximized in the normalized vibration waveform with the timing at which the vibration intensity is maximized in the knock waveform model (see Fig. 6), and in this state, the normalized vibration waveform and knock The absolute value AS (I) of the deviation from the waveform model for each crank angle is calculated (S200).
  • the vibration waveform close to the knock waveform model when the vibration waveform close to the knock waveform model is obtained, there is no AS (I) larger than the threshold straight AS (0) (NO in S 202)
  • the obtained vibration waveform includes vibration caused by noise other than knocking (intake valve 1 16, exhaust valve 1 1 8, injector 104 (particularly a direct injector that injects fuel directly into the cylinder), pump 120 (particularly direct (Vibration due to the operation of a high-pressure pump that supplies fuel to the injector) is not included.
  • K (S- ⁇ ⁇ S (I)) / based on the sum of the calculated AS (I) ⁇ AS (I) and the value S obtained by integrating the vibration intensity with the crank angle in the knock waveform model
  • the correlation coefficient K is calculated from S (S 312).
  • the degree of coincidence between the detected vibration waveform and the knock waveform model is digitized. Can be judged objectively.
  • the vibration waveform with the knock waveform model it is possible to analyze whether or not it is a vibration at the time of knocking from the vibration behavior such as the vibration attenuation tendency.
  • vibration due to noise such as intake valve 116, exhaust valve 118, injector 104, pump 120, etc. is strong, but has a characteristic that it is damped faster than vibration due to knocking. It has been. In other words, the generation period of vibration due to noise is shorter than that due to knocking.
  • the obtained vibration waveform includes vibration due to noise. It is highly probable that
  • the obtained vibration waveform may contain vibration due to noise, but it may not.
  • Fig. 23 As shown in Fig. 1, among the crank angles where AS (I) is larger than the threshold value ⁇ S (0), priority is given to the crank angle with larger ⁇ S (I).
  • the vibration waveform is corrected so that the intensity matches the intensity of the knock waveform model (S 306). As a result, it is possible to prevent the vibration waveform from being corrected more than necessary. Therefore, it is possible to suppress erroneous determination that knocking has occurred although knocking has not occurred.
  • the corrected crank angle and its correction amount ⁇ are stored in the SRAM 204 (S 308).
  • the corrected vibration waveform is compared with the knock waveform model, and the phase relation number K is calculated (S 3 10).
  • the correlation coefficient K is calculated by comparing the obtained vibration waveform with the knock waveform model without correcting the vibration waveform (S 312). As a result, it is possible to suppress erroneous determination that knocking has occurred even though knocking has not occurred.
  • knock intensity N is not calculated, and the process ends. That is, the calculated correlation coefficient K is used only to create the frequency distribution described above (see Figure 14). This can prevent unnecessary processing from being performed.
  • knock strength N is calculated.
  • the integrated value in the composite waveform of first frequency band A to third frequency band C is used.
  • a noise part (A) and a noise part (B) corresponding to vibration due to noise can be mixed.
  • the knock intensity N is calculated without using the part where the integrated value is greater than the reference intensity.
  • the noise portion (A) in FIG. 25 outside the knock region can be removed. Therefore, in a region where the intensity of vibration caused by knocking is small, a large integrated value is calculated, so that it is possible to remove the integrated value that is considered to be due to noise.
  • the knock strength ⁇ is calculated by subtracting the correction amount ⁇ from the portion where the integrated value is larger than the reference strength in the knock region.
  • the noise part ( ⁇ ) in FIG. 25 in the knock region can be removed. For this reason, in the region where the intensity of vibration caused by knocking is large, the integrated value considered to be due to noise can be removed from the waveform shape.
  • the portion where the integrated value is larger than the reference strength is excluded outside the knock region, and the knock strength N is calculated.
  • the knock strength N is calculated in a region where the intensity of vibration caused by knocking is small, a large integrated value is calculated, and thus an integrated value that is considered to be due to noise can be removed.

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Abstract

第１の周波数帯Ａ～第３の周波数帯Ｃの振動の合成波形のうち、ノック領域において積算値が基準強度より大きい部分βを用い、ノック領域外（ノック検出ゲートからノック領域を除いた領域）において積算値が基準強度より大きい部分を用いずに、ノック強度Ｎが算出される。ノック強度Ｎが判定値Ｖ（ＫＸ）よりも大きい場合、ノッキングが発生したと判定される。ノック強度Ｎが判定値Ｖ（ＫＸ）よりも大きい状態ではない場合、ノッキングが発生していないと判定される。

Description

明細書 内燃機関のノツ^ング判定装置およびノッキング判定方法 技術分野
本発明は、 内燃機関のノッキング判定装置およびノッキング判定方法に関し、 特に、 内燃機関の振動の波形に基づいてノッキングの有無を判定する技術に関す る。 背景技術
従来より、 ノッキング （ノック） の有無を判定する様々な方 ί¾が提案されてい る。 特開 2 0 0 3— 2 1 0 3 2号公報に記載の内燃機関のノック制御装置は、 内 燃機関のノッキングを検出するためのノックセンサと、 ノックセンサにより検出 される出力信号を統計処理する統計処理部と、 統計処理部による処理結果に基づ いてノッキングの発生を判定する第 1の仮判定部と、 ノックセンサにより検出さ れる出力信号の波形形状に基づいてノッキングの発生を判定する第 2の仮判定部 と、 第 1の仮判定部によるノック仮判定と第 2の仮判定部によるノック仮判定と の結果に基づいて最終的にノッキングの発生を判定する最終ノック判定部とを備 える。 最終ノック判定部は、 第 1の仮判定部と第 2の仮判定部との両方がノツキ ングが発生したと判定したときに最終的にノッキングが発生したと判定する。 この公報に記載のノック制御装置によると、 統計処理プログラムによるノック 仮判定と、 波形形状プログラムによるノック仮判定とを用いて、 それぞれの仮判 定にてノッキングが発生したと判定された場合にのみ、 最終的にノッキングが発 生したと判定される。 これにより、 統計処理プログラムや波形形状プログラムの みを用いたノック判定ではノッキングの誤検出をしていた出力信号に対しても精 度良くノッキングの発生を判定することができる。
ところで、 内燃機関においては、 ノッキングによる振動以外にも、 吸気バルブ もしくは排気バルブの着座による振動が発生し得る。 また、 インジェクタ （特に、 筒 '内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタ） もしくはインジヱクタに燃料を供 給する高圧ポンプの作動によっても振動が発生し得る。 これらによる振動がノィ ズとして、 ノッキングによる振動とともに検出された場合、 ノッキングが発生し ているにも関わらず、 ノッキング時とは異なる波形が検出される。 また、 ノツキ ングが発生していなくても、 ノッキング時に似た波形が検出される。 この場合、 特開 2 0 0 3 _ 2 1 0 3 2号公報に記載のノック制御装置のように、 波形形状に 基づいてノッキングの有無を判定すると、 ノッキングが発生しているにも関わら ずノッキングが発生していないと誤判定されたり、 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されたりし得る。 発明の開示
本発明の目的は、 ノッキングの有無を精度よく判定することができる内燃機関 のノッキング判定装置等を提供することである。
この発明のある局面に係る内燃機関のノッキング判定装置は、 内燃機関のクラ ンク角を検出するクランクポジションセンサと、 クランク角に対応させて、 内燃 機関の振動の強度を検出するノックセンサと、 演算ユニットとを備える。.演算ュ ニットは、 内燃機関の振動の強度に基づいて、 クランク角についての予め定めら れた第 1の間隔および第 1の間隔に比べてノッキングに起因する振動の強度が小 さい第 2の間隔における振動の波形を検出し、 第 2の間隔の波形から、 予め定め られた基準強度よりも大きい強度を有する部分であるノイズ部を除去し、 ノイズ 部が除去された第 2の間隔の波形および第 1の間隔の波形に基づいて、 ノッキン グが発生したか否かを判定する。
この構成によると、 クランク角に対応させて、 内燃機関の振動の強度が検出さ れる。 この振動の強度に基づいて、 クランク角についての予め定められた第 1の 間隔および第 1の間隔に比べてノッキングに起因する振動の強度が小さい第 2の 間隔における振動の波形が検出される。 これらの波形は、 ノッキングが発生した 場合、 ノッキング時に特有の形状になる。 したがって、 たとえば、 ノッキングが 発生した場合の振動の波形として作成された波形モデルを基準として、 この波形 モデルと得られた波形とを比較することにより、 ノッキングの有無を判定するこ とができる。 しかしながら、 内燃機関においては、 ノッキングによる振動以外に も、 吸気バルブもしくは排気バルブの着座により振動が発生し得る。 また、 イン ジェクタ （特に、 筒内に直接燃料を噴射する直嘖イン,ジェクタ） もしくはインジ ェクタに燃料を供給する高圧ポンプの作動によって振動が発生し得る。 これらに よる振動がノイズとしてノッキングによる振動とともに検出された場合、 ノツキ ングが発生しているにも関わらず、 ノッキング時とは異なる波形が検出される。 また、 ノッキングが発生していなくても、 ノッキング時に似た波形が検出される。 ノイズを含む波形を用いてノッキングの有無を判定した場合、 ノッキングが発生 しているにも関わらずノッキングが発生していないと誤判定されたり、 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されたりするお それがある。 ここで、 第 2の間隔では第 1の間隔に比べてノッキングに起因する 振動の強度が小さいことから、 第 2の間隔の波形において強度が大きい部分は、 ノイズによるものである可能性が高い。 そこで、 第 2の間隔の波形から、 予め定 められた基準強度よりも大きい強度を有する部分であるノイズ部が除去される。 これにより、 ノイズによる影響を抑制してノッキングの有無を判定することがで きる。 そのため、 ノッキングが発生しているにも関わらずノッキングが発生して いないと誤判定されたり、 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されたりすることを抑制することができる。 その結果、 ノッ キングの有無を精度よく判定することができる内燃機関のノッキング判定装置を 提供することができる。
好ましくは、 基準強度は、 検出された強度からより小さい強度を優先して選択 した予め定められた個数の強度に基づいて算出される値である。 .
この構成によると、 より小さい強度を優先して選択した予め定められた個数の 強度に基づいて、 基準強度が算出される。 これにより、 ノッキングやノイズによ らない振動であつて、 内燃機関自体の機械振動であると考えられる強度に基づレヽ て、 基準強度を算出することができる。 そのため、 内燃機関自体の機械振動に近 似した基準強度を得ることができる。 このような基準強度よりも大きい強度を有 する部分を除去することにより、 内燃機関自体の機械振動ではない振動、 すなわ ちノイズによる振動を精度よく除去することができる。
さらに好ましくは、 基準強度は、 検出された強度からより小さい強度を優先し て選択した予め定められた個数の強度の平均値として算出される値である。
この構成によると、 より小さい強度を優先して選択した予め定められた個数の 強度の平均値として、 基準強度が算出される。 これにより、 ノッキングやノイズ によらない振動であって、 内燃機関自体の機械振動であると考えられる強度の平 均値として、 基準強度を算出することができる。 そのため、 内燃機関自体の機械 振動に近似した基準強度を得ることができる。 このような基準強度よりも大きい 強度を有する部分を除去することにより、 内燃機関自体の機械振動ではない振動、 すなわちノィズによる振動を精度よく除去することができる。
さらに好ましくは、 演算ユニッ トは、 基準強度に基づいて算出されるしきい値 よりも大きい強度があるか否かを判定し、 しきい値よりも大きい強度があると判 定された場合に、 ノッキングが発生したか否かを判定する。
この構成によると、 基準強度に基づいて算出されるしきい値よりも大きい強度 があるか否かが判別される。 しきい値よりも大きい強度があれば、 ノッキングが 発生した可能性があるといえる。 したがって、 しきい値よりも大きい強度がある と判定された場合にのみ、 ノッキングが発生したか否かが判定される。 これによ り、 波形形状のみならず、 強度の大きさも考慮してノッキングが発生したか否か を判別することができる。 そのため、 強度が小さいためにノッキングによる振動 ではない'と考えられる振動であっても、 波形形状が似ているためにノッキングが 発生したと誤判定することを抑制することができる。 その結果、 ノッキングの有 無をより精度よく判定することができる。
さらに好ましくは、.基準強度は、 しきい値よりも大きい強度があるか否かを判 定する際に算出される。 '
この構成によると、 しきい値よりも大きい強度があるか否かを判定する際にお いて、 基準強度が算出される。 これにより、 その時々の運転状態に応じた基準強 度を用いてノッキングが発生したか否かを判定することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施例に係るノッキング判定装置であるエンジン E C Uによ り制御されるェンジンを示す概略構成図である。 図 2は、 ノッキング時にエンジンで発生する振動の周波数帯を示す図である。 図 3は、 図 1のエンジン E C Uを示す制御プロック図である。
図 4は、 エンジンの振動波形を示す図である。
図 5は、 エンジン ECUの ROMに記憶されたノック波形モデルを示す図であ る。
図 6は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形とノック波形モデルとを比較した図 （そ の 1) である。
図 7は、 ノック強度 Nを算出するために用いられる、 第 1の周波数帯 A〜第 3 の周波数帯 Cの合成波形を示す図 （その 1) である。
図 8は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形における積算値を用いて算出される基準 強度を示す図である。
図 9は、 エンジン ECUの ROMもしくは SRAMに記憶された判定値 V (K X) のマップを示す図である。
図 1 0は、 強度値 LOG (V) の頻度分布を示す図 （その 1) である。
図 1 1は、 強度ィ直 LOG (V) の頻度分布を示す図 （その 2) である。
図 1 2は、 強度値 LOG (V) の頻度分布を示す図 （その 3) である。
図 1 3は、 強度値 LOG (V) の頻度分布を示す図 （その 4) である。
図 1 4は、 強度値 LOG (V) の頻度分布を作成するために用いられる強度値
LOG (V) を示す図である。
図 1 5は、 本発明の実施例に係るノッキング判定装置であるエンジン E C Uが 実行するプログラムの制御構造を示すフローチャート （その 1) である。
図 16は、 本発明の実施例に係るノッキング判定装置であるエンジン ECUが 実行するプログラムの制御構造を示すフローチャート （その 2) である。
図 17は、 本発明の実施例に係るノッキング判定装置であるエンジン ECUが 実行するプログラムの制御構造を示すフローチャート （その 3) である。
図 18は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形を示す図である。
図 1 9は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形とノック波形モデルとを比較した図 (その 2) である。
図 20は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形とノック波形モデルとを比較した図 (その 3 ) である。
図 2 1は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形とノック波形モデルとを比較した図 (その 4 ) である。
図 2 2は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形とノック波形モデルとを比較した図 (その 5 ) である。
図 2 3は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形とノック波形モデルとを比較した図 (その 6 ) である。
図 2 4は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形とノック波形モデルとを比較した図 (その 7 ) である。
図 2 5は、 ノック強度 Nを算出するために用いられる、 第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cの合成波形を示す図 （その 2 ) である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照しつつ、 本発明の実施例について説明する。 以下の説明では、 同一の部品には同一の符号を付してある。 それらの名称および機能も同一である。 したがって、 それらについての詳細な説明は繰返さない。
図 1を参照して、 本発明の実施例に係るノッキング判定装置を搭載した車両の エンジン 1 0 0について説明する。 このエンジン 1 0 0には複数の気筒が設けら れる。 本実施例に係るノッキング判定装置は、 たとえばエンジン E C U (Electr onic Control Unit) 2 0 0が実行するプログラムにより実現される。
エンジン 1 0 0は、 エアクリーナ 1 0 2から吸入された空気とインジェクタ 1 0 4から噴射される燃料との混合気を、 燃焼室内で点火プラグ 1 0 6により点火 して燃焼させる内燃機関である。 点火時期は、 出力トルクが最大になる MB T (Minimum advance for Best Torque) になるように制御される力 ノッキング が発生した場合など、 エンジン 1 0 0の運転状態に応じて遅角されたり、 進角さ れたりする。
混合気が燃焼すると、 燃焼圧によりピストン 1 0 8が押し下げられ、 クランク シャフト 1 1 0が回転する。 燃焼後の混合気 （排気ガス） は、 三元触媒 1 1 2に より浄化された後、 車外に排出される。 エンジン 1 0 0に吸入される空気の量は、 スロットルバルブ 1 1 4により調整される。
エンジン 1 0 0は、 エンジン E C U 2 0 0により制御される。 エンジン E C U 2 0 0には、 ノックセンサ 3 0 0と、 水温センサ 3 0 2.と、 タイミングロータ 3 0 4に対向して設けられたクランクポジシヨンセンサ 3 0 6と、 スロットル開度 センサ 3 0 8と、 車速センサ 3 1 0と、 ィグニッションスィツチ 3 1 2と、 エア フローメータ 3 1 4とが接続されている。
ノックセンサ 3 0 0は、 エンジン 1 0 0のシリンダブロックに設けられる。 ノ ックセンサ 3 0 0は、 圧電素子により構成されている。 ノックセンサ 3 0 0は、 エンジン 1 0 0の振動により電圧を発生する。 電圧の大きさは、 振動の大きさと 対応した大きさとなる。 ノックセンサ 3 0 0は、 電圧を表わす信号をエンジン E CU 2 0 0に送信する。 水温センサ 3 0 2は、 エンジン 1 0 0のウォータージャ ケット内の冷却水の温度を検出し、 検出結果を表わす信号を、 エンジン E C U 2 0 0に送信する。
タイミングロータ 3 0 4は、 クランクシャフト 1 1 0に設けられており、 クラ ンクシャフト 1 1 0と共に回転する。 タイミングロータ 3 0 4の外周には、 予め 定められた間隔で複数の突起が設けられている。 クランクポジションセンサ 3 0 6は、 タイミングロータ 3 0 4の突起に対向して設けられている。 タイミング口 ータ 3 0 4が回転すると、 タイミングロータ 3 0 4の突起と、 クランクポジショ ンセンサ 3 0 6とのエアギヤップが変化するため、 クランクポジションセンサ 3 0 6のコイル部を通過する磁束が增減し、 コイル部に起電力が発生する。 クラン クポジションセンサ 3 0 6は、 起電力を表わす信号を、 エンジン E C U 2 0 0に 送信する。 エンジン E C U 2 0 0は、 クランクポジションセンサ 3 0 6から送信 された信号に基づいて、 クランク角およびクランクシャフト 1 1 0の回転数を検 出する。
スロッ トル開度センサ 3 0 8は、 スロッ トル開度を検出し、 検出結果を表わす 信号をエンジン E C U 2 0 0に送信する。 車速センサ 3 1 0は、 車輪 （図示せ ず） の回転数を検出し、 検出結果を表わす信号をエンジン E C U 2 0 0に送信す る。 エンジン E C U 2 0 0は、 車輪の回転数から、 車速を算出する。 ィグニッシ ヨンスィッチ 3 1 2は、 エンジン 1 0 0を始動させる際に、 運転者によりオン操 作される。 エアフローメータ 314は、 エンジン 100に吸入される空気量を検 出し、 検出結果を表わす信号をエンジン ECU200に送信する。
エンジン ECU 200は、 電源である補機バッテリ 320から供給された電力 により作動する。 エンジン ECU 200は、 各センサおよぴィグニッシヨンスィ ツチ 312から送信された信号、 ROM (Read Only Memory) 202や SRAM (Static Random Access Memory) 204に記憶されたマップおよびプログラム に基づいて演算処理を行ない、 エンジン 100が所望の運転状態となるように、 機器類を制御する。
本実施例において、 エンジン ECU200は、 ノックセンサ 300から送信さ れた信号およびクランク角に基づいて、 予め定められたノック検出ゲート （予め 定められた第 1クランク角から予め定められた第 2クランク角までの区間） にお けるエンジン 100の振動の波形 （以下、 振動波形と記載する） を検出し、 検出 された振動波形に基づいて、 エンジン 100にノッキングが発生したか否かを判 定する。 本実施例におけるノック検出ゲートは、 燃焼行程において上死点 （0 度） から 90度までである。 なお、 ノック検出ゲートはこれに限らない。
ノッキングが発生した場合、 エンジン 100には、 図 2において実線で示す周 波数付近の周波数の振動が発生する。 ノッキングに起因して発生する振動の周波 数は一定ではなく、 所定の帯域幅を有する。 そのため、 本実施例においては、 図 2に示すように、 第 1の周波数帯 A、 第 2の周波数帯 Bおよび第 3の周波数帯 C に含まれる振動を検出する。 また、 第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cを包含 する広域の第 4の周波数帯 Dに含まれる振動が検出される。 なお、 図 2における CAは、 クランク角 （Crank Angle) を示す。 なお、 ノッキングに起因して発生 する振動の周波数帯は 3つに限られない。
図 3を参照して、 エンジン ECU 200についてさらに説明する。 エンジン E CU200は、 AZD (アナログノデジタル） 変換部 400と、 バンドパスフィ ノレタ （1) 410と、 バンドパスフィルタ (2) 420と、 バンドパスフィルタ (3) 430と、 バンドパスフイノレタ （4) 440と、 積算部 450とを含む。
A/D変換部 400は、 ノックセンサ 300から送信されたアナ口グ信号をデ ジタル信号に変換する。 バンドパスフィルタ (1) 410は、 ノックセンサ 30 0から送信された信号のうち、 第 1の周波数帯 Aの信号のみを通過させる。 すな わち、 バンドパスフィルタ （1 ) 4 1 0により、 ノックセンサ 3 0 0が検出した 振動から、 第 1の周波数帯 Aの振動のみが抽出される。
バンドパスフィルタ （2 ) 4 2 0は、 ノックセンサ 3 0 0から送信された信号 のうち、 第 2の周波数帯 Bの信号のみを通過させる。 すなわち、 バンドパスフィ ルタ （2 ) 4 2 0により、 ノックセンサ 3 0 0が検出した振動から、 第 2の周波 数帯 Bの振動のみが抽出される。
バンドパスフィルタ （3 ) 4 3 0は、 ノックセンサ 3 0 0から送信された信号 のうち、 第 3の周波数帯 Cの信号のみを通過させる。 すなわち、 バンドパスブイ ルタ （3 ) 4 3 0により、 ノックセンサ 3 0 0が検出した振動から、 第 3の周波 数帯 Cの振動のみが抽出される。
バンドパスフィルタ （4 ) 4 4 0は、 ノックセンサ 3 0 0から送信された信号 のうち、 第 4の周波数帯 Dの信号のみを通過させる。 すなわち、 バンドパスブイ ルタ （4 ) 4 4 0により、 ノックセンサ 3 0 0が検出した振動から、 第 4の周波 数帯 Dの振動のみが抽出される。
積算部 4 5 0は、 バンドパスフィルタ （1 ) 4 1 0〜バンドパスフィルタ ( 4 ) 4 4 0により選別された信号、 すなわち振動の強度を、 クランク角度で 5 度分づっ積算する。 以下、 積算された値を積算値と表わす。 積算値の算出は、 周 波数帯ごとに行なわれる。 この積算値の算出により、 各周波数帯における振動波 形が検出される。
さらに、 算出された第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cの積算値は、 クラン ク角度に対応して加算される。 すなわち、 第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 C の振動波形が合成される。
これにより、.図 4に示すように、 エンジン 1 0 0の振動波形が検出される。 す なわち、 第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cの合成波形と第 4の周波数帯 Dの 振動波形とが、 エンジン 1 0 0の振動波形として用いられる。 第 4の周波数帯 D の振動波形 （積算値） は合成されずに、 単独で用いられる。
検出された振動波形のうち、 第 4の周波数帯 Dの振動波形は、 図 5に示すよう にエンジン E C U 2 0 0の R OM 2 0 2に記憶されたノック波形モデルと比較さ れる。 ノック波形モデ^"は、 エンジン 1 0 0にノッキングが発生した場合の振動 波形のモデルとして予め作成される。
ノック波形モデルにおいて、 振動の強度は 0〜1の無次元数として表され、 振 動の強度はクランク角と一義的には対応していない。 すなわち、 本実施例のノッ ク波形モデルにおいては、 振動の強度のピーク値以降、 クランク角が大きくなる につれ振動の強度が低減することが定められている力 振動の強度がピーク値と なるクランク角は定められていなレ、。
本実施例におけるノック波形モデルは、 ノッキングにより発生した振動の強度 のピーク値以降の振動に対応している。 なお、 ノッキングに起因した振動の立ち 上がり以降の振動に対応したノック波形モデルを記憶してもよい。
ノック波形モデ^/は、 実験などにより、 強制的にノッキングを発生させた場合 におけるエンジン 1 0 0の振動波形を検出し、 この振動波形に基づいて予め作成 されて記憶される。
ノック波形モデノレは、 エンジン 1 0 0の寸法ゃノックセンサ 3 0 0の出力値が、 寸法公差ゃノックセンサ 3 0 0の出力値の公差の中央値であるエンジン 1 0◦ (以下、 特性中央エンジンと記載する） を用いて作成される。 すなわち、 ノック 波形モデルは、 特性中央エンジンに強制的にノッキングを発生させた場合におけ る振動波形である。 なお、 ノック波形モデルを作成する方法は、 これに限られず、 その他、 シミュレーションにより作成してもよい。
検出された波形とノック波形モデルとの比較におい は、 図 6に示すように、 正規化された波形とノック波形モデルとが比較される。 ここで、 正規化とは、 た とえば、 検出された振動波形における積算値の最大値で各積算値を除算すること により、 振動の強度を 0〜1の無次元数で表わすことである。 なお、 正規化の方 法はこれに限らない。
本実施例において、 エンジン E C U 2 0 0は、 正規化された振動波形とノック 波形モデルとの偏差に関する値である相関係数 Kを算出する。 正規化後の振動波 形において振動の強度が最大になるタイミングとノック波形モデルにおいて振動 の強度が最大になるタイミングとを一致させた状態で、 正規化後の振動波形とノ ック波形モデルとの偏差の絶対値 （ズレ量） をクランク角ごと （5度ごと） に算 出することにより、 相関係数 Kが算出される。
正規化後の振動波形とノック波形モデルとのクランク角ごとの偏差の絶対値を
A S ( I ) ( Iは自然数） とし、 ノック波形モデルにおける振動の強度をクラン ク角で積分した値 （ノック波形モデルの面積） を Sとおくと、 相関係数 Kは、 K = ( S - Σ Δ S ( I ) ) / Sという方程式により算出される。 ここで、 ∑A S ( I ) は、 A S ( I ) の総和である。 本実施例において、 相関係数 Kは、 振動波 形の形状がノック波形モデルの形状に近いほど、 大きな値として算出される。 し たがって、 振動波形にノッキング以外の要因による振動の波形が含まれた場合、 相関係数 Kは小さく算出される。 なお、 相関係数 Kの算出方法はこれに限らない。 広帯域の第 4の周波数帯 Dの振動波形をノック波形モデルと比較して相関係数 Kを算出するのは、 狭帯域の第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cに比べて、 波 形形状の精度が高いからである。
第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cの合成波形は、 ノック強度 Nを算出する ために用いられる。 図 7において斜線で示すように、 基準強度をクランク角で 9 0度分合計 （積算） した値ひと、 積算値がピークとなるクランク角 C A ( P ) を 起点として定められたノック領域 （たとえばクランク角で 4 0度分の領域） にお いて基準強度より大きい部分 （積算値と基準強度との差の合計値） とを用いて、 ノック強度 Nが算出される。
すなわち、 ノッキングに起因する振動の強度が比較的大きいノック領域におい ては、 基準強度より大きい部分 が用いられ、 ノック領域に比べてノッキングに 起因する振動の強度が小さい （振動が減衰する） 領域 （ノック領域外の領域） に おいては基準強度より大きい部分が用いられずに、 ノック強度 Nが算出される。 なお、 ノック強度 Nの算出方法は後述する。
基準強度は、 第 4の周波数帯 Dの積算値を用いて算出される。 図 8に示すよう に、 基準強度は、 第 4の周波数帯 Dの積算値として得られた積算値から、 より小 さい積算値を優先して選択した M (Mは得られた積算値の数よりも小さい自然数 で、 たとえば 「3」 ） 個の積算値の平均値として算出される。 なお、 基準強度の 算出方法はこれに限らず、 その他、 M番目に小さい積算値を基準強度としてもよ レ、。 本実施例において、 エンジン ECU 200は、 算出されたノック強度 Nと SR AM204に記憶された判定ィ直 V (KX) とを比較して、 エンジン 100にノッ キングが発生したか否かを 1点火サイクルごとに判定する。
図 9に示すように、 判定値 V (KX) は、 エンジン回転数 NEと吸入空気量 K Lとをパラメータとした運転状態により区分される領域毎に、 マップとして記憶 される。 本実施例においては、 低回転 （NEく NE (1) ) 、 中回転 （NE (1) ≤NE<NE (2) ) 、 高回転 （NE (2) ≤NE) 、 低負荷 （KLく K L (1) ) 、 中負荷 （KL (1) ≤KL<KL (2) ) 、 高負荷 （KL (2) ≤ KL) で区分することにより、 気筒毎に 9つの領域が設けられる。 なお、 領域の 数はこれに限らない。 また、 エンジン回転数 NEおよび吸入空気量 KL以外のパ ラメータを用いて領域を区分するようにしてもよい。
エンジン 100もしくは車両の出荷時において、 ROM 202に記憶される判 定値 V (KX) (出荷時における判定値 V (KX) の初期値） には、 予め実験な どにより定められる値が用いられる。 ところが、 ノックセンサ 300の出力値の ばらつきや劣化などにより、 エンジン 100で同じ振動が生じた場合であっても、 検出される強度が変化し得る。 この場合、 判定値 V (KX) を補正し、 実際に検 出される強度に応じた判定値 V (KX) を用いてノッキングが発生したか否かを 判定する必要がある。
そこで、 本実施例においては、 強度 Vを対数変換した値である強度値 LOG (V) と、 各強度値 LOG (V) が検出された頻度 （回数、 確率ともいう） との 関係を示す頻度分布に基づいて、 ノック判定レベル V (KD) が算出される。 エンジン回転数 NEと吸入空気量 KLとをパラメータとする領域ごとに強度値 LOG (V) が算出される。 強度値 LOG (V) を算出するために用いられる強 度 Vは、 予め定められたクランク角の間における強度のピークイ直 （5度ごとの積 算値のピーク値） である。 算出される強度 LOG (V) に基づいて、 強度値 L〇 G (V) の頻度を最小値から累積して 50%になる中央値 V (50) が算出され る。 また、 中央値 V (50) 以下の強度値 LOG (V) における標準偏差 σが算 出される。 たとえば、 本実施例においては、 複数 （たとえば 200サイクル） の 強度値 LOG (V) に基づいて算出される中央値および標準偏差と近似した中央 値 V (50) および標準偏差びが、 以下の算出方法により 1点火サイクルごとに 算出される。
今回検出された強度値 LOG (V) が前回算出された中央値 V (50) よりも 大きい場合、 前回算出された中央値 V (50) に予め定められた値 C (1) を加 算した値が、 今回の中央値 V (50) として算出される。 逆に、 今回検出された 強度値 LOG (V) が前回算出された中央値 V (50) よりも小さい場合、 前回 算出された中央値 V (50) から予め定められた値 C (2) (たとえば C (2) は C (1) と同じ値） を減算した値が、 今回の中央値 V (50) として算出され る。
今回検出された強度値 LOG (V) 、 前回算出された中央値 V (50) より も小さく、 かつ前回算出された中央値 V (50) から前回算出された標準偏差 σ を減算した値よりも大きい場合、 前回算出された標準偏差 σから予め定められた 値 C (3) を 2倍した値を減算した値が、 今回の標準偏差 σとして算出される。 逆に、 今回検出された強度値 LOG (V) 力 S、 前回算出された中央値 V (50) よりも大きい場合、 または前回算出された中央値 V (50) から前回算出された 標準偏差 σを減算した値よりも小さい場合、 前回算出された標準偏差 σに予め定 められた値 C (4) (たとえば。 （4) は C (3) と同じ値） を加算した値が、 今回の標準偏差 σとして算出される。 なお、 中央値 V (50) および標準偏差 σ の算出方法はこれに限定されない。 また、 中央値 V (50) および標準偏差びの 初期値は、 予め設定された値であってもよいし、 「0」 であってもよい。
中央値 V (50) および標準偏差 σを用いて、 ノック判定レベル V (KD) が 算出される。 図 10に示すように、 中央値 V (50) に係数 U (1) (U (1) は定数で、 たとえば U (1) =3) と標準偏差 σとの積を加算した値が、 ノック 判定レベル V (KD) となる。 なお、 ノック判定レベル V (KD) の算出方法は これに限らない。
ノック判定レベル V (KD) よりも大きい強度値 LOG (V) の割合 （頻度） が、 ノッキングが発生した頻度として判定され、.ノック占有率 KCとしてカウン トされる。 ノック占有率 KCがしきい値 KC (0) よりも大きいと、 点火時期の 遅角が行なわれる頻度が高くなるように、 判定値 V (KX) が予め定められた補 正量だけ小さく補正される。 ノック占有率 KCがしきい値 KC (0) よりも小さ いと、 点火時期の進角が行なわれる頻度が高くなるように、 判定値 V (KX) が 予め定められた補正量だけ大きく補正される。
係数 U (1) は、 実験などより得られたデータや知見から求められた係数であ る。 U (1) = 3とした場合のノック判定レベル V (KD) よりも大きい強度値 LOG (V) I 実際にノッキングが発生した点火サイクルにおける強度値 L〇 G (V) と略一致する。 なお、 係数 U (1) に 「3」 以外の値を用いるようにし てもよい。
強度値 LOG (V) の頻度分布においては、 エンジン 100においてノッキン グが発生していなければ、 図 11に示すように正規分布となり、 強度値 LOG (V) の最大値 V (MAX) とノック判定レベル V (KD) とが一致する。 一方、 ノッキングが発生することにより、 検出される強度 Vが大きくなり、 大きい強度 値 LOG (V) が算出される,と、 図 12に示すように、 ノック判定レベル V (K D) よりも最大値 V (MAX) が大きくなる。
さらにノッキングが発生する頻度が大きくなると、 図 1 3に示すように最大値 V (MAX) はさらに大きくなる。 このとき、 頻度分布における中央値 V (5 0) および標準偏差 σは、 最大値 V (MAX) とともに大きくなる。 そのため、 ノック判定レベル V (KD) が大きくなる。
ノック判定レベル V (KD) よりも小さい強度値 LOG (V) は、 ノッキング が発生したサイクルにおける強度値 LOG (V) とは判定されないため、 ノック 判定レベル V (KD) が大きくなると、 それだけ、 ノッキングが発生していても、 ノッキングが発生していないと判定される頻度が高くなる。
そこで、 本実施例においては、 図 14で示すように、 破線で囲まれる領域内の 強度値 LOG (V) を用いることで、 しきい値 V (1) よりも大きい強度値 L〇 G (V) を除外して中央値 V (50) および標準偏差 σが算出される。 図 14は、 算出された強度値 LOG (V) を、 その強度値 LOG (V) が得られたサイクル における相関係数 Kごとにプロッ トした図である。
しきい値 V (1) は、 強度値 LOG (V) の頻度分布の中央値に、 中央値以下 の強度値 LOG (V) における標準偏差と係数 U (2) (U (2) は定数で、 た とえば U (2) =3) との積を加算した値である。
しきい値 V (1) より小さい強度値 LOG (V) のみを抽出して中央値 V (5 0) および標準偏差 σを算出することにより、 中央値 V (50) および標準偏差 σが過大にならず、 安定した値となる。 これにより、 ノック判定レベル V (Κ D) が過大になることを抑制することができる。 そのため、 ノッキングが発生し ていても、 ノッキングが発生していないと判定される頻度が高くなることを抑制 することができる。
なお、 中央値 V (50) および標準偏差 σを算出するために用いられる強度値 LOG (V) の抽出方法は、 これに限らない。 たとえば、 前述のしきい値 V (1) よりも小さい強度値 LOG (V) のうち、 相関係数 Kがしきぃィ直 K (1) より大きい点火サイクルにおいて算出された強度値 LOG (V) を抽出するよう にしてもよい。
図 15〜図 1 7を参照して、 本実施例に係るノッキング判定装置であるェンジ ン ECU 200力 ノッキングが発生したか否かを 1点火サイクルごとに判定し て点火時期を制御するために実行するプログラムの制御構造について説明する。 ステップ （以下、 ステップを Sと略す） 100にて、 エンジン ECU 200は、 クランクポジションセンサ 306から送信された信号に基づいて、 エンジン回転 数 NEを検出するとともに、 エアフローメータ 314から送信された信号に基づ いて、 吸入空気量 KLを検出する。
S 102にて、 エンジン E CU 200は、 ノックセンサ 300から送信された 信号に基づいて、 エンジン 100の振動の強度を検出する。 振動の強度は、 ノッ クセンサ 300の出力電圧値で表される。 なお、 ノックセンサ 300の出力電圧 値と対応した値で振動の強度を表してもよい。 強度の検出は、 燃焼行程において 上死点から 90度 （クランク角で 90度） までの間で行なわれる。
S 104にて、 エンジン ECU 200は、 ノックセンサ 300の出力電圧値
(振動の強度を表わす値） を、 クランク角で 5度ごとに （5度分だけ） 積算した 値 （積算値） を算出する。 積算値の算出は、 第 1の周波数帯 A〜第 4の周波数帯 Dの振動ごとに行なわれる。 このとき、 第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯じの 積算値がクランク角度に対応して加算される。 すなわち、 第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cの振動波形が合成される。
S 106にて、 エンジン ECU 200は、 第 4の周波数帯 Dの積算値から、 よ り小さい積算値を優先して選択した M個の積算値の平均値として、 基準強度を算 出する。
S 108にて、 エンジン ECU 200は、 上死点から C A (A) (CA (A) く 90度であって、 たとえば 45度） までクランク角において、 第 4の周波数帯 Dの積算値に、 基準強度と係数 Y (Yは正値であって、 たとえば 「2」 ) との積 よりも大きい積算値があるか否かを判別する。
基準強度と係数 Yとの積よりも大きい積算値がある場合 （S 108にて YE S) 、 処理は S 1 10に移される。 そうでない場合 （S 108にて NO) 、 処理 は S 1 12に移さ^^る。
S 1 10にて、 エンジン ECU 200は、 ノッキングが発生したと仮判定する。 S 1 12にて、 エンジン ECU 200は、 ノッキングが発生していないと判定す る。
S 1 14にて、 エンジン ECU 2' 00は、 第 4の周波数帯 Dの振動波形を正規 化する。 ここで、 正規化とは、 振動波形における積算値のピーク値で、 各積算値 を除算することにより、 振動の強度を 0〜 1の無次元数で表わすことをいう。
S 200にて、 エンジン ECU 200は、 正規化後の第 4の周波数帯 Dの振動 波形とノック波形モデルとのクランク角ごとの偏差の絶対値 Δ S (I) を算出す る。
S 202にて、 エンジン ECU 200は、 しきい値 Δ S (0) よりも大きい Δ S (I) があるか否かを判別する。 しきい値 A S (0) よりも大きい A S (I) がある場合 （S 202にて YES) 、 処理は S 300に移される。 そうでない場 合 （S 202にて NO) 、 処理は S 312に移される。
S 300にて、 エンジン ECU 200は、 しきい値 Δ S (0) よりも大きい厶
S (I) の数が、 予め定められた数 Q (1) 以下であるか否かを判別する。 しき い値 A S (0) よりも大きい A S (I) の数が、 予め定められた数 Q (1) 以下 である場合 （S 300にて YES) 、 処理は S 302に移される。 そうでない場 合 （S 300にて NO) 、 処理は S 312に移される。 S 302にて、 エンジン ECU 200は、 しきい値 Δ S (0) よりも大きい厶 S (I) の数が、 予め定められた数 Q (2) 以下であるか否かを判別する。 しき い値 A S (0) よりも大きい A S (I) の数が、 予め定められた数 Q (2) 以下 である場合 （S 302にて YES) 、 処理は S 304に移される。 そうでない場 合 （S 302にて NO) 、 処理は S 306に移される。
S 304にて、 エンジン ECU 200は、 A S (I) がしきぃ値厶 S (0) よ りも大きいクランク角において、 強度がノック波形モデルの強度と一致するよう に （A S (I) 力 S 「0」 になるまで小さくなるように） 、 正規化された振動波形 を補正する。
S 306にて、 エンジン ECU 200は、 A S ( I ) がしきぃ値厶 S (0) よ りも大きいクランク角のうち、 A S (I) がより大きいクランク角を優先して、 Q (3) (Q (3) <Q (1) ) 箇所のクランク角において、 強度がノック波形 モデルの強度と一致するように （A S (I) 力 S 「0」 になるまで小さくなるよう に） 、 正規化された振動波形を補正する。
S 308にて、 エンジン ECU 200は、 補正が行なわれたクランク角とその 補正量 （A S (I) と積算値のピーク値との積） γを SRAM204に記憶する。
S 310にて、 エンジン ECU 200は、 補正された振動波形とノック波形モ デノレとを比較して、 補正された振動波形とノック波形モデルとの偏差に関する値 である相関係数 Kを算出する。 '
S 312にて、 エンジン ECU 200は、 正規化された振動波形 （補正がされ ていない振動波形） とノック波形モデルとを比較して、 正規化された振動波形と ノック波形モデルとの偏差に関する値である相関係数 Kを算出する。
S 400にて、 エンジン ECU 200は、 ノッキングが発生したと仮判定され たか否かを判別する。 ノッキングが発生したと仮判定された場合 （S 400にて YES) 、 処理は S 500に移される。 そうでない場合 （S 400にて NO) 、 この処理は終了する。
S 500にて、 エンジン ECU 200は、 ノック強度 Nを算出する。 ノック強 度 Nは、 第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cの合成波形を用いて算出される。 ノック強度 Nは、 図 7の斜線で示すように、 基準強度をクランク角で 90度分 (ノック検出ゲー ト分） 合計 （積算） した値ひ、 積算値がピークとなるクランク 角 CA (P) を起点として定められたノック領域において基準強度より大きい部 分 β、 振動波形の補正量 γを用いて、
Ν= (ひ + (β - y) Κ) α · · ■ (1)
により算出される。 ここで、 振動波形の補正が行なわれていない場合は、 y = 0としてノック強度 Nが算出される。
S 502にて、 エンジン ECU 200は、 ノック強度 Nが判定値 V (KX) よ りも大きいか否かを判別する。 ノック強度 Nが判定ィ直 V (KX) よりも大きい場 合 （S 502にて YES) 、 処理は S 504に移される。 そうでない場合 （S 5 02にて NO) 、 処理は S 508に移される。
S 504にて、 エンジン ECU 200は、 エンジン 100にノッキングが発生 したと判定する。 S 506にて、 エンジン ECU200は、 点火時期を遅角する。
S 508にて、 エンジン ECU 200は、 エンジン 100にノッキングが発生 していないと判定する。 S 510にて、 エンジン ECU 200は、 点火時期を進 角する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、 本実施例に係るノッキング 判定装置であるエンジン ECU 200の動作について説明する。 なお、 以下の説 明においては、 上述した予め定められた数 Q (1) 力 S 「3」 であると、 Q (2) 力 S 「2」 であると、 Q (3) 力 S 「 1J であると想定する。
エンジン 100の運転中において、 クランクポジションセンサ 306から送信 された信号に基づいて、 エンジン回転数 NEが検出されるとともに、 エアフロー メータ 3 14から送信された信号に基づいて、 吸入空気量 KLが検出される （S .100) 。 また、 ノックセンサ 300から送信された信号に基づいて、 エンジン 100の振動の強度が検出される （S 10 2) 。
燃焼行程における上死点から 90度までの間において、 5度ごとの積算値が第 1の周波数帯 Aから第 4の周波数帯 Dの振動ごとに算出される （S 104) 。 さ らに、 算出された第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cの積算値がクランク角度 に対応して加算され、 振動波形が合成される。
第 4の周波数帯 Dの積算値から、 より小さい積算値を優先して選択した M個の 積算値の平均値として、 基準強度が算出される （S 106) 。 ここで、 ノッキン グは、 略同じクランク角で発生することから、 図 18に示すように、 上死点から CA (A) までのクランク角に、 基準強度と係数 Yとの積よりも大きい積算値が ある場合 （S 108にて YES) 、 ノッキングが発生した可能性があるといえる。 そのため、 ノッキングが発生したと仮判定される （S 1 10) 。
一方、 上死点から C A (A) までのクランク角に、 基準強度と係数 Yとの積よ りも大きい積算値がない場合 （S 108にて NO) 、 ノッキングが発生した可能 性が極めて低いといえる。 そのため、 ノッキングが発生していないと判定される (S 112) 。
その後、 ノッキングが発生したと仮判定された場合であっても、 そうでない場 合であっても、 第 4の周波数帯 Dの振動波形が正規化される （S 1 14) 。 正規 化により、 振動波形における振動の強度が 0〜1の無次元数で表される。 これに より、 振動の強度に関係なく検出された振動波形とノック波形モデルとの比較を 行なうことができる。 そのため、 振動の強度に対応した多数のノック波形モデル を記憶しておく必要がなく、 ノック波形モデルの作成を容易にすることができる。 正規化後の振動波形において振動の強度が最大になるタイミングとノック波形 モデルにおいて振動の強度が最大になるタイミングとを一致させ （図 6参照） 、 この状態で、 正規化後の振動波形とノック波形モデルとのクランク角ごとの偏差 の絶対値 A S (I) が算出される （S 200) 。
このとき、 図 1 9に示すように、 ノック波形モデルに近い振動波形が得られた ことにより、 しきいィ直 A S (0) よりも大きい AS (I) がない場合 （S 202 にて NO) 、 得られた振動波形には、 ノッキング以外のノイズによる振動 （吸気 バルブ 1 16、 排気バルブ 1 1 8、 インジェクタ 104 (特に筒内に直接燃料を 噴射する直嘖インジヱクタ） 、 ポンプ 1 20 (特に直嘖インジェクタに燃料を供 給する高圧ポンプ） 等の作動による振動） が含まれていないと考えられる。
この場合、 算出された A S (I) の総和∑ A S (I) およびノック波形モデル において振動の強度をクランク角で積分した値 Sに基づいて、 K= (S-Σ Δ S (I) ) /Sにより相関係数 Kが算出される （S 312) 。
これにより、 検出された振動波形とノック波形モデルとの一致度合を数値化し て客観的に判定することができる。 また、 振動波形とノック波形モデルとを比較 することで、 振動の減衰傾向など、 振動の挙動からノッキング時の振動であるか 否かを分析することができる。
ところで、 一般的に、 吸気バルブ 116、 排気バルブ 1 18、 インジェクタ 1 04、 ポンプ 120等のノイズによる振動は、 その強度は大きいが、 ノッキング による振動に比べて早く減衰するという特性を有することが知られている。 すな わち、 ノイズによる振動は、 その発生期間がノッキングによる振動に比べて短い。
したがって、 図 20に示すように、 ノック波形モデルに近い振動波形が得られ たが、 しきい値 A S (0) よりも大きい A S (I ) があり （3202にて £ S) 、 その数が 「3」 以下である場合 （S 300にて YES) 、 得られた振動波 形にはノイズによる振動が含まれている可能性があるといえる。
特に、 しきい値 AS (0) よりも大きい A S (I) の数が 「2」 以下である場 合 （S 302にて YES) 、 得られた振動波形にはノイズによる振動が含まれて レ、る可能性が高いと考えられる。
この場合において、 得られた振動波形をそのままノック波形モデルと比較して も、 大きい AS (I) が存在するために、 ノッキングが発生しているにも関わら ずノッキングが発生していないと誤判定されるおそれがある。
そこで、 図 21に示すように、 AS (I) がしきい値 A S (0) よりも大きい クランク角において、 強度がノック波形モデ の強度と一致するように、 振動波 形が補正される （S 304) 。
これにより、 振動波形に含まれるノィズによる振動の影響を抑制することがで きる。 そのため、 ノッキングが発生しているにも関わらずノッキングが発生して いないと誤判定されることを抑制することができる。
一方、 図 22に示すように、 しきい値 A S (0) よりも大きい AS (I) の数 「3」 以下である （S 300にて YES) 1S 「2」 より多い場合 (S 302 にて NO) 、 得られた振動波形にはノイズによる振動が含まれている可能性があ るが、 そうでない可能性もある。
この場合に振動波形を補正すると、 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されるおそれがある。 そこで、 この場合、 図 23 に示すように、 A S (I) がしきぃ値厶 S (0) よりも大きいクランク角のうち、 Δ S (I) がより大きいクランク角を優先して、 「1」 箇所のクランク角におい て、 強度がノック波形モデルの強度と一致するように、 振動波形が補正される (S 306) 。 これにより、 必要以上に振動波形が補正されることを抑制するこ とができる。 そのため、 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 発生したと誤判定されることを抑制することができる。
補正が行なわれたクランク角とその補正量 γは、 SRAM 204に記憶される (S 308) 。 補正された振動波形とノック波形モデルとが比較されて、 相関係 数 Kが算出される （S 3 10) 。
図 24に示すように、 ノック波形モデルと大きく異なる振動波形が得られたこ とにより、 しきい値 A S (0) よりも大きい A S (I) があり （S 202にて N O) 、 その数が 「4」 である場合 （ 「3」 よりも多い場合） （S 300にてN O) 、 得られた振動波形には、 ノイズによる振動が含まれていない可能性が高レ、。 したがって、 振動波形の補正は行なわれずに、 得られた振動波形とノック波形 モデルとを比較して、 相関係数 Kが算出される （S 312) 。 これにより、 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されること を抑制することができる。
その後、 ノッキングが発生したと仮判定されていない場合 （S 400にてN O) 、 すなわちノッキングが発生していないと判定された場合は、 ノック強度 N の算出が行なわれずに、 処理が終了する。 すなわち、 算出された相関係数 Kは、 前述した頻度分布を作成するためにのみ用いられる （図 14参照） 。. これにより、 不必要な処理が行なわれることを抑制することができる。
一方、 ノッキングが発生したと仮判定された場合 (S 40◦にて YE S) は、 ノック強度 Nの算出が行なわれる。 ノック強度 Nの算出においては、 第 1の周波 数帯 A〜第 3の周波数帯 Cの合成波形における積算値が用いられる。
図 25に示すように、 第 1の周波数帯 A〜第 3の周波数帯 Cの合成波形におい ても、 ノイズによる振動に対応したノイズ部 （A) およびノイズ部 （B) が混在 し得る。 これらのノイズ部を除去するために、 基準強度をクランク角で 90度分 合計 （積算） した値ひ、 ノック領域において積算値が基準強度より大きい部分^ 補正量 yを用いて、 ノック強度 Nが Ν = ( α + ( β - y ) X Κ) として算出 される （S 5 0 0 ) 。
すなわち、 ノッキングに起因した振動の強度が大きいノック領域においては積 算値が基準強度より大きい部分 j3を用い、 ノック領域外 （ノック検出ゲートから ノック領域を除いた領域であって、 ノック領域に比べてノッキングに起因する振 動の強度が小さい領域） において積算値が基準強度より大きい部分を用いずにノ ック強度 Nが算出される。 これにより、 ノック領域外にある、 図 2 5におけるノ ィズ部 （A) を除去することができる。 そのため、 ノッキングに起因する振動の 強度が小さい領域において、 大きな積算値が算出されたためにノイズによるもの であると考えられる積算値を除去することができる。
また、 ノック領域において積算値が基準強度より大きい部分 から補正量 γを 減算してノック強度 Νが算出される。 これにより、 ノック領域内にある、 図 2 5 におけるノイズ部 （Β ) を除去することができる。 そのため、 ノッキングに起因 する振動の強度が大きい領域において、 波形形状からノイズによるものであると 考えられる積算値を除去することができる。
このようにして算出されたノック強度 Νが判定値 V (Κ Χ) よりも大きい場合 ( S 5 0 2にて Y E S ) 、 ノッキングが発生したと判定され （S 5 0 4 ) 、 点火 時期が遅角される （S 5 0 6 ) 。 これにより、 ノッキングの発生が抑制される。 一方、 ノック強度 Nが判定値 V (K X) よりも大きい状態ではない場合 （S 5 0 2にて N O) 、 ノッキングが発生していないと判定され （S 5 0 8 ) 、 点火時 期が進角される （S 5 1 0 ) 。 このようにして、 ノック強度 Nと判定値 V ( K X) とを比較することにより 1点火サイクルごとにノッキングが発生したか否か が判定され、 点火時期が遅角されたり、 進角されたりする。
以上のように、 本実施例に係るノッキング判定装置であるエンジン E C Uによ れば、 ノック領域外においては、 積算値が基準強度より大きい部分が除外されて、 ノック強度 Nが算出される。 これにより、 ノッキングに起因する振動の強度が小 さい領域において、 大きな積算値が算出されたためにノイズによるものであると 考えられる積算値を除去することができる。 このようなノック強度 Nに基づいて、 ノッキングが発生したか否かが判定される。 そのため、 ノッキングが発生してい るにも関わらずノッキングが発生していなと誤判定されたり、 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されたりすることを抑制 することができる。
今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考 えられるべきである。 本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によつ て示され、 請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ とが意図される。

Claims

請求の範囲
1. 内燃機関のノッキング判定装置であって、
前記内燃機関 （1 00) のクランク角を検出するクランクポジションセンサ (306) と、
クランク角に対応させて、 前記内燃機関 （100) の振動の強度を検出するノ ックセンサ (300) と、
演算ュニット （200) とを備え、
前記演算ュニット （200) は、
前記内燃機関 （100) の振動の強度に基づいて、 クランク角についての予め 定められた第 1の間隔および前記第 1の間隔に比べてノッキングに起因する振動 の強度が小さい第 2の間隔における振動の波形を検出し、
前記第 2の間隔の波形から、 予め定められた基準強度よりも大きい強度を有す る部分であるノイズ部を除去し、
前記ノィズ部が除去された前記第 2の間隔の波形および前記第 1の間隔の波形 に基づいて、 ノッキングが発生したか否かを判定する、 内燃機関のノッキング判 定装置。
2. 前記基準強度は、 検出された強度からより小さい強度を優先して選択した予 め定められた個数の強度に基づいて算出される値である、 請求の範囲第 1項記載 の内燃機関のノッキング判定装置。
3. 前記基準強度は、 検出された強度からより小さい強度を優先して選択した予 め定められた個数の強度の平均値として算出される値である、 請求の範囲第 2項 記載の内燃機関のノッキング判定装置。
4. 前記演算ユニット （200) は、
前記基準強度に基づいて算出されるしきい値よりも大きい強度があるか否かを 判定し、
前記しきい値よりも大きい強度があると判定された場合に、 ノッキングが発生 したか否かを判定する、 請求の範囲第 1項記載の内燃機関のノッキング判定装置。
5. 前記基準強度は、 前記しきい値よりも大きい強度があるか否かを判定する際 に算出される、 請求の範囲第 4項記載の内燃機関のノッキング判定装置。
6 . 内燃機関のノッキング判定方法であって、
前記内燃機関 （1 0 0 ) のクランク角を検出するステップと、
クランク角に対応させて、 前記内燃機関 （1 0 0 ) の振動の強度を検出するス テツプと、
前記内燃機関 （1 0 0 ) の振動の強度に基づいて、 クランク角についての予め 定められた第 1の間隔および前記第 1の間隔に比べてノッキングに起因する振動 の強度が小さい第 2の間隔における振動の波形を検出するステップと、
前記第 2の間隔の波形から、 予め定められた基準強度よりも大きい強度を有す る部分であるノイズ部を除去するステップと、
前記ノィズ部が除去された前記第 2の間隔の波形および前記第 1の間隔の波形 に基づいて、 ノッキングが発生したか否かを判定するステップとを備える、 内燃 機関のノッキング判定方法。
7 . 前記基準強度は、 検出された強度からより小さい強度を優先して選択した予 め定められた個数の強度に基づいて算出される値である、 請求の範囲第 6項記載 の内燃機関のノッキング判定方法。
8 . 前記基準強度は、 検出された強度からより小さい強度を優先して選択した予 め定められた個数の強度の平均値として算出される値である、 請求の範囲第 7項 記載の内燃機関のノッキング判定方法。
9 . 前記ノッキング判定方法は、 前記基準強度に基づいて算出されるしきい値よ りも大きい強度があるか否かを判定するステップをさらに備え、
ノッキングが発生したか否かを判定するステップは、 前記しきい値よりも大き い強度があると判定された場合に、 ノッキングが発生したか否かを判定するステ ップを含む、 請求の範囲第 6項記載の内燃機関のノッキング判定方法。
1 0 . 前記基準強度は、 前記しきい値よりも大きい強度がある力否かを判定する 際に算出される、 請求の範囲第 9項記載の内燃機関のノッキング判定方法。
1 1 . 内燃機関のノッキング判定装置であって、
前記内燃機関 （1 0 0 ) のクランク角を検出するためのクランク角検出手段 ( 3 0 6 ) と、 クランク角に対応させて、 前記内燃機関 （1 00) の振動の強度を検出するた めの強度検出手段 （300) と、
前記内燃機関 （100) の振動の強度に基づいて、 クランク角についての予め 定められた第 1の間隔および前記第 1の間隔に比べてノッキングに起因する振動 の強度が小さい第 2の間隔における振動の波形を検出するための波形検出手段 (200) と、
前記第 2の間隔の波形から、 予め定められた基準強度よりも大きい強度を有す る部分であるノイズ部を除去するための除去手段 （200) と、
前記ノィズ部が除去された前記第 2の間隔の波形および前記第 1の間隔の波形 に基づいて、 ノッキングが発生したか否かを判定するための判定手段 （200) とを備える、 内燃機関のノッキング判定装置。
1 2. 前記基準強度は、 検出された強度からより小さい強度を優先して選択した 予め定められた個数の強度に基づいて算出される値である、 請求の範囲第 1 1項 記載の内燃機関のノッキング判定装置。
13. 前記基準強度は、 検出された強度からより小さい強度を優先して選択した 予め定められた個数の強度の平均値として算出される値である、 請求の範囲第 1 2項記載の内燃機関のノッキング判定装置。
14. 前記ノッキング判定装置は、 前記基準強度に基づいて算出されるしきい値 よりも大きい強度があるか否かを判定するための強度判定手段 （200) をさら に備え、
前記判定手段 (200) は、 前記しきい値よりも大きい強度があると判定され た場合に、 ノッキングが発生したか否かを判定するための手段を含む、 請求の範 囲第 1 1項記載の内燃機関のノッキング判定装置。
15. 前記基準強度は、 前記強度判定手段 (200) による判定時において算出 される、 請求の範囲第 14項記載の内燃機関のノッキング判定装置。
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