JP2008095602A - 内燃機関のノック判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になった場合でも、ノイズとノッキングとを精度良く区別できるようにする。
【解決手段】ノックセンサ２８の出力から１次〜４次の周波数帯の振動成分（以下「周波数成分」という）をバンドパスフィルタ処理により抽出する。その際、一次の周波数帯はノッキング振動の周波数のうちの最も低周波である基本周波数（１次の共振周波数）を含む周波数帯に設定し、２次〜４次の周波数帯はそれぞれ２次〜４次の共振周波数を含む周波数帯に設定する。そして、１次の周波数成分の振動強度と、１次〜４次の周波数成分を合成した合成振動波形と予め記憶した理想ノック波形（ノック特有の波形を表す振動波形）との比較結果と、１次〜４次の周波数成分の合計の振動強度とを用いることで、ノイズとノッキングとを精度良く区別して、ノッキングの有無を精度良く判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のノッキング振動を検出する振動センサの出力に基づいてノッキングの有無を判定する内燃機関のノック判定装置に関するものである。

一般に、内燃機関のノック判定装置は、内燃機関のシリンダブロックに、ノックキング振動を検出するノックセンサを取り付け、このノックセンサの出力から所定周波数帯の振動成分をバンドパスフィルタ等で抽出し、この所定周波数帯の振動成分のピーク値や積分値（つまり振動強度の情報）をノック判定閾値と比較してノック判定を行うようにしたものが多い。

しかし、筒内噴射エンジンの燃料噴射弁の駆動ノイズや可変バルブタイミング装置の駆動ノイズ等、新技術導入に伴う新たなノイズが増加しているため、ノイズとノッキングとを精度良く区別することが困難になってきている。

そこで、特許文献１（特開２００５−３０７７５３号公報）に記載されているように、ノックセンサの出力から検出した振動波形と、予め記憶したノック波形（ノッキング特有の振動波形）とを比較することで、ノイズとノッキングとを精度良く区別できるようにしたものがある。
特開２００５−３０７７５３号公報（第２頁等）

ところで、図３に示すように、複数のノイズの発生間隔が短くなって複数のノイズが重なり合うように発生すると、これらの重なり合ったノイズの合成振動波形が偶然にノック波形と類似した波形形状になることがある。例えば、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁とを備えたデュアル噴射エンジンでは、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と吹き分けるために、筒内噴射用の燃料噴射弁の噴射時間（開弁期間）が短くなって、筒内噴射用の燃料噴射弁の開弁時に発生するノイズと閉弁時に発生するノイズが重なり合い、これらの重なり合ったノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になることがある。

このようにノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になった場合には、上記特許文献１の技術のように、検出した振動波形と予め記憶したノック波形とを比較しても、ノイズとノッキングとを精度良く区別することができず、実際にノッキングが発生していないのにノッキング有りと誤判定してしまう可能性がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、ノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になった場合でも、ノイズとノッキングとを精度良く区別することができて、ノック判定精度を向上させることができる内燃機関のノック判定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関のノッキング振動を検出する振動センサと、この振動センサの出力から複数の周波数帯の振動成分を抽出するフィルタ手段と、このフィルタ手段により振動センサの出力から抽出した複数の周波数帯の振動成分に基づいてノッキングの有無を判定するノック判定手段とを備えた内燃機関のノック判定装置において、振動センサの出力から少なくともノッキング振動の周波数のうちの最も低周波である基本周波数を含む周波数帯（以下「基本周波数帯」という）の振動成分をフィルタ手段により抽出し、振動センサの出力から抽出した振動波形と予め記憶した振動波形との比較結果と、基本周波数帯の振動強度と、複数の周波数帯の合計の振動強度とに基づいてノッキングの有無をノック判定手段により判定するようにしたものである。

ノッキングが発生した場合には、シリンダのボア径によって決まる共振周波数のうちの最も低周波である基本周波数（例えば６〜９ｋＨｚ）の振動成分が必ず含まれる。一方、複数のノイズが重なり合ってノイズの合成振動波形がノック波形に類似した波形形状になるのは、個々のノイズの振動波形がノッキングに比べて急激に減衰するインパルス的なノイズの場合であり、このように急激に減衰するノイズの振動成分は、一般にノッキングの基本周波数よりも高周波側（例えば１０ｋＨｚ以上）に現れる。

従って、振動センサの出力から抽出した振動波形と予め記憶した振動波形との比較結果と基本周波数帯の振動強度とを用いれば、ノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になった場合でも、ノイズとノッキングとを精度良く区別することができ、更に、複数の周波数帯の合計の振動強度を用いることで、ノッキングの有無を精度良く判定することができる。

基本周波数帯の振動強度を評価する方法としては、例えば、請求項２のように、基本周波数帯の今回の振動強度と該基本周波数帯の振動強度の平均値又は中央値とを比較することで基本周波数帯の振動強度の増大度合を判定するようにしても良い。つまり、基本周波数帯の振動強度が増大すると、基本周波数帯の今回の振動強度が該基本周波数帯のそれまでの振動強度の平均値や中央値に対して大きくなるため、基本周波数帯の今回の振動強度と該基本周波数帯の振動強度の平均値又は中央値とを比較することで基本周波数帯の振動強度の増大度合を精度良く判定することができる。

この場合、基本周波数帯の振動強度の平均値や中央値を定義式通りに算出するようにしても良いが、基本周波数帯の振動強度の平均値や中央値を定義式通りに算出する場合には、多量のデータを記憶する大容量のメモリが必要となる。しかも、内燃機関の運転状態の変化等による基本周波数帯の振動強度の変化に対して平均値や中央値を応答良く追従させることができない。

そこで、請求項３のように、基本周波数帯の振動強度をなまし処理（スムージング処理）することで該基本周波数帯の振動強度の平均値又は中央値を近似的に算出するようにしても良い。このようにすれば、基本周波数帯の振動強度の平均値や中央値を算出する際のメモリ使用量を節約することができると共に、内燃機関の運転状態の変化等による振動強度の変化に対して平均値や中央値を応答良く追従させることができる。

また、請求項４のように、基本周波数帯の振動強度と該基本周波数帯よりも高周波側の周波数帯の振動強度とを比較することで基本周波数帯の振動強度の増大度合を判定するようにしても良い。つまり、基本周波数帯の振動強度が増大すると、基本周波数帯の振動強度が該基本周波数帯よりも高周波側の周波数帯の振動強度に対して大きくなるため、基本周波数帯の振動強度と該基本周波数帯よりも高周波側の周波数帯の振動強度とを比較することで基本周波数帯の振動強度の増大度合を精度良く判定することができる。

更に、請求項５のように、基本周波数帯の振動強度の増大度合が所定以下であると判定されたときにノッキング無しと判定するようにすると良い。つまり、ノッキングが発生すると、基本周波数帯の振動強度が増大するため、基本周波数帯の振動強度の増大度合が所定以下のときには、ノッキング無しと判定することができる。これにより、ノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になった場合に、ノッキングが発生していないにも拘らずノッキング有りと誤判定することを確実に防止できる。

本発明は、請求項６のように、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉特性を変化させる可変バルブ装置を備えたシステムや、請求項７のように、内燃機関の筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えたシステムに適用すると良い。可変バルブ装置や筒内噴射用の燃料噴射弁を備えたシステムでは、可変バルブ装置の駆動ノイズや筒内噴射用の燃料噴射弁の駆動ノイズ等の新たなノイズの増加によって、ノイズとノッキングとを精度良く区別することが困難になってきているが、本発明を適用することで、ノイズとノッキングとを精度良く区別することができ、ノック判定精度を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図３に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１０によって開度調節されるスロットルバルブ１５と、このスロットルバルブ１５の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ燃料を筒内に噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

また、エンジン１１には、吸気バルブ２９のバルブタイミング（開閉タイミング）を可変する吸気側可変バルブタイミング装置３１と、排気バルブ３０のバルブタイミングを可変する排気側可変バルブタイミング装置３２とが設けられている。

一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２５と、ノックキング振動を検出するノックセンサ２８（振動センサ）と、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２６が取り付けられている。このクランク角センサ２６の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ２７は、後述する図２のノック判定プログラムを実行することで、次のようにしてノック判定を行う。まず、ノックセンサ２８の出力に第１〜第４のバンドパスフィルタ処理を施すことで、ノックセンサ２８の出力から１次の周波数帯（基本周波数帯）の振動成分及び２次〜４次の周波数帯の振動成分を抽出する。ここで、一次の周波数帯（つまり第１のバンドパスフィルタの通過帯域）は、ノッキング振動の周波数のうちの最も低周波である基本周波数（シリンダのボア径によって決まる１次の共振周波数であり、例えば６〜９ｋＨｚ）を含む周波数帯に設定されている。また、２次〜４次の周波数帯（つまり第２〜第４のバンドパスフィルタの通過帯域）は、それぞれ２次〜４次の共振周波数を含む周波数帯に設定されている。

そして、これらの１次〜４次の周波数帯の振動成分（以下「周波数成分」という）を合成した合成振動波形と予め記憶した理想ノック波形（ノック特有の波形を表す振動波形）との比較結果と、１次の周波数成分の振動強度と、１次〜４次の周波数成分の合計の振動強度とに基づいてノッキングの有無を判定する。

図３に示すように、複数のノイズの発生間隔が短くなって複数のノイズが重なり合うように発生すると、これらの重なり合ったノイズの合成振動波形が偶然にノック波形と類似した波形形状になることがあるが、ノッキングが発生した場合には、基本周波数（例えば６〜９ｋＨｚ）の振動成分が必ず含まれる。一方、複数のノイズが重なり合ってノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になるのは、個々のノイズの振動波形がノッキングに比べて急激に減衰するインパルス的なノイズの場合であり、このように急激に減衰するノイズの振動成分は、一般にノッキングの基本周波数よりも高周波側（例えば１０ｋＨｚ以上）に現れる。また、ノッキングの基本周波数と同じ周波数帯のノイズの振動成分は、ノッキングに比べて減衰が緩やであるため、波形形状で容易にノッキングと区別することができる。

従って、本実施例１のように、１次の周波数成分（基本周波数帯の振動成分）の振動強度と、１次〜４次の周波数成分を合成した合成振動波形と予め記憶した理想ノック波形との比較結果とを用いれば、ノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になった場合でも、ノイズとノッキングとを精度良く区別することができ、更に、１次〜４次の周波数成分の合計の振動強度を用いることで、ノッキングの有無を精度良く判定することができる。

以下、ＥＣＵ２７が実行する図２のノック判定プログラムの処理内容を説明する。
図２に示すノック判定プログラムは、ＥＣＵ２７の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいうノック判定手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、ノックセンサ２８の出力を読み込むことでエンジン１１のシリンダブロックの振動を検出する。この振動検出は、燃焼行程の所定区間（例えば上死点から上死点後９０℃Ａまでの区間）で行なわれる。

この後、ステップ１０２に進み、ノックセンサ２８の出力に第１〜第４のバンドパスフィルタ処理を施すことで、ノックセンサ２８の出力から１次〜４次の周波数成分を抽出する。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいうフィルタ手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０３に進み、所定区間（例えば上死点から上死点後９０℃Ａまでの区間）において、所定クランク角（例えば５℃Ａ）毎に、ノックセンサ２８の出力から抽出した１次〜４次の周波数成分をそれぞれ所定クランク角（例えば５℃Ａ）分だけ積算した積算値を算出すると共に、１次〜４次の周波数成分の所定クランク角毎の積算値を合計して合成振動波形を作成する。

この後、ステップ１０４に進み、１次の周波数成分の積算値のうちの最も大きいピーク値Ｐ1 （１次の周波数成分の振動強度に相当にする値）を算出すると共に、１次〜４次の周波数成分の積算値を合計した合成振動波形のうちの最も大きいピーク値Ｐ（１次〜４次の周波数成分の合計の振動強度に相当する値）を算出する。

この後、ステップ１０５に進み、今回の１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 を次式によりなまし処理（スムージング処理）して、今回の１次の周波数成分のピーク値のなまし値ＳＭＰ1(i)を求めることで、１次の周波数成分のピーク値の平均値又は中央値を近似的に算出する。

ＳＭＰ1(i)＝ＳＭＰ1(i-1)＋Ｋ×｛Ｐ1 −ＳＭＰ1(i-1)｝
ここで、ＳＭＰ1(i-1)は、前回の１次の周波数成分のピーク値のなまし値であり、Ｋは、なまし係数である。

この後、ステップ１０６に進み、今回の１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、なまし値ＳＭＰ1 に所定値を乗算して求めた判定値よりも大きいか否かを判定することで、１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定する。１次の周波数成分の振動強度が増大すると、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、なまし値ＳＭＰ1 に対して大きくなるため、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、なまし値ＳＭＰ1 に所定値を乗算して求めた判定値よりも大きいか否かを判定することで、１次の周波数成分の振動強度の増大度合を精度良く判定することができる。

このステップ１０６で、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、なまし値ＳＭＰ1 に所定値を乗算した判定値以下であると判定された場合、つまり、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 のなまし値ＳＭＰ1 に対する比が所定値以下であると判定された場合には、１次の周波数成分の振動強度の増大度合が所定以下であるため、ステップ１１２に進み、ノッキングが発生していないと判定して、点火時期を進角する。これにより、ノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になった場合に、実際にノッキングが発生していないのにノッキング有りと誤判定することを確実に防止できる。

これに対して、上記ステップ１０６で、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、なまし値ＳＭＰ1 に所定値を乗算して求めた判定値よりも大きいと判定された場合には、１次の周波数成分の振動強度の増大度合が大きいため、ノッキングが発生した可能性があると判断して、ステップ１０７進み、１次〜４次の周波数成分の所定クランク角毎の積算値を合計した合成振動波形を正規化する。

ここで、正規化とは、１次〜４次の周波数成分の所定クランク角毎の積算値の合計をそれぞれピーク値Ｐで除算することにより、振動の強度を無次元数（例えば０〜１の無次元数）で表す処理をいう。尚、正規化の方法は、これに限定されず、例えば、１次〜４次の周波数成分の所定クランク角毎の積算値の合計をそれぞれピーク位置における積算値の合計で除算するようにしても良い。この正規化により、振動の強度に関係なく、検出された合成振動波形と、予め記憶した理想ノック波形（ノック特有の波形を表す振動波形）との比較を行なうことができるため、振動の強度に対応した多数の理想ノック波形を記憶しておく必要がなく、理想ノック波形の作成が容易となる。

この後、ステップ１０８に進み、検出された合成振動波形（正規化後の合成振動波形）と理想ノック波形との一致度合を表す形状相関係数Ｋを次のようにして算出する。まず、検出された合成振動波形において振動強度が最大になるタイミング（つまりピーク位置）と、理想ノック波形において振動強度が最大になるタイミングとを一致させた状態で、所定クランク角（例えば５℃Ａ）毎に、検出された合成振動波形と理想ノック波形との偏差の絶対値ΔＳを算出する。

この後、所定区間（例えば上死点から上死点後９０℃Ａまでの区間）におけるΔＳの総和ΣΔＳと、所定区間における理想ノック波形の積分値Ｓ（つまり理想ノック波形の面積）とを用いて形状相関係数Ｋを次式より算出する。
Ｋ＝（Ｓ−ΣΔＳ（Ｉ））／Ｓ

これにより、検出された合成振動波形と理想ノック波形との一致度合（類似性）を数値化して客観的に判定することができる。また、検出された合成振動波形と理想ノック波形とを比較することで、振動の減衰傾向等の振動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。

この後、ステップ１０９に進み、形状相関係数Ｋが所定値よりも大きいか否かを判定する。このステップ１０９で、形状相関係数Ｋが所定値以下である（つまり、検出された合成振動波形と理想ノック波形との一致度合が低い）と判定された場合には、ステップ１１２に進み、ノッキングが発生していないと判定して、点火時期を進角する。

一方、上記ステップ１０９で、形状相関係数Ｋが所定値よりも大きい（つまり、検出された合成振動波形と理想ノック波形との一致度合が高い）と判定された場合には、ステップ１１０に進み、１次〜４次の周波数成分の積算値を合計した合成振動波形のピーク値Ｐと、形状相関係数Ｋと、バックグランドレベルＢＧＬ（Back Ground Level ）とを用いてノック強度Ｎを次式により算出する。
Ｎ＝Ｐ×Ｋ／ＢＧＬ
ここで、バックグランドレベルＢＧＬは、エンジン１１にノッキングが発生していない状態におけるエンジン１１の振動強度を表す値である。

これにより、検出された合成振動波形と理想ノック波形との一致度合に加えて、振動強度に基づいて、エンジン１１の振動がノッキングに起因した振動であるか否かをより詳細に分析することができる。

この後、ステップ１１１に進み、ノック強度Ｎがノック判定値よりも大きいか否かを判定する。このステップ１１１で、ノック強度Ｎがノック判定値以下であると判定された場合には、ステップ１１２に進み、ノッキングが発生していないと判定して、点火時期を進角する。

一方、上記ステップ１１１で、ノック強度Ｎがノック判定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ１１３に進み、ノッキングが発生したと判定して、点火時期を遅角する。これにより、ノッキングの発生を抑制する。

以上説明した本実施例１では、ノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になるケースは、ノイズの振動成分がノッキングの基本周波数よりも高周波のときに限られることに着目して、ノック判定の際に、１次の周波数成分（基本周波数帯の振動成分）の振動強度（１次の周波数成分ピーク値Ｐ1 ）と、１次〜４次の周波数成分を合成した合成振動波形と予め記憶した理想ノック波形との比較結果（形状相関係数Ｋ）とを用いるようにしたので、ノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になった場合でも、ノイズとノッキングとを精度良く区別することができ、更に、１次〜４次の周波数成分の合計の振動強度（合成振動波形のピーク値Ｐ）を用いることでノッキングの有無を精度良く判定することができる。

しかも、本実施例１のように、可変バルブタイミング装置３１，３２や筒内噴射用の燃料噴射弁２０を備えたシステムでは、可変バルブタイミング装置３１，３２の駆動ノイズや筒内噴射用の燃料噴射弁２０の駆動ノイズ等の新たなノイズの増加によって、ノイズとノッキングとを精度良く区別することが困難になってきているが、本実施例１のノック判定方法を用いることで、ノイズとノッキングとを精度良く区別することができ、ノック判定精度を向上させることができる。

また、本実施例１では、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 となまし値ＳＭＰ1 とを比較することで１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定する。その際、今回の１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 をなまし処理（スムージング処理）して、今回の１次の周波数成分のピーク値のなまし値ＳＭＰ1 を求めることで、１次の周波数成分のピーク値の平均値又は中央値を近似的に算出するようにしている。

１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 の平均値や中央値を定義式通りに算出する場合には、多量のデータを記憶する大容量のメモリが必要となり、しかも、エンジン運転状態の変化等による１次の周波数成分の振動強度の変化に対して平均値や中央値を応答良く追従させることができない。

その点、本実施例１では、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 をなまし処理（スムージング処理）することで１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 の平均値又は中央値を近似的に算出するようにしているため、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 の平均値や中央値を算出する際のメモリ使用量を節約することができると共に、エンジン運転状態の変化等による１次の周波数成分の振動強度の変化に対してなまし値（平均値や中央値の代用情報）を応答良く追従させることができる。

しかしながら、本発明は、１次の周波数成分のピーク値の平均値や中央値を定義式通りに算出して、１次の周波数成分のピーク値と平均値又は中央値とを比較することで１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定するようにしても良い。

尚、上記実施例１では、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 がなまし値ＳＭＰ1 に所定値を乗算した判定値よりも大きいか否か、つまり、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 となまし値ＳＭＰ1 との比が所定値よりも大きいか否かを判定することで、１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定するようにしたが、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 となまし値ＳＭＰ1 との差が所定値よりも大きいか否かを判定することで、１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定するようにしても良い等、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 となまし値ＳＭＰ1 とを比較して１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定する方法は適宜変更しても良い。

次に、図４を用いて本発明の実施例２を説明する。
前記実施例１では、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 となまし値ＳＭＰ1 とを比較することで１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定するようにしたが、本実施例２では、図４のノック判定プログラムを実行することで、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 と２次〜４次の周波数成分のピーク値Ｐ2 〜Ｐ4 のうちの最大値Ｐmax とを比較することで１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定するようにしている。

図４に示すノック判定プログラムでは、ノックセンサ２８の出力から１次〜４次の周波数成分をバンドパスフィルタ処理により抽出し、所定クランク角毎に１次〜４次の周波数成分をそれぞれ所定クランク角分だけ積算した積算値を算出すると共に、１次〜４次の周波数成分の所定クランク角毎の積算値を合計して合成振動波形を作成する（ステップ２０１〜２０３）。

この後、ステップ２０４に進み、１次〜４次の周波数成分について、それぞれ積算値のピーク値Ｐ1 〜Ｐ4 を算出すると共に、１次〜４次の周波数成分の積算値を合計した合成振動波形のピーク値Ｐを算出する。

この後、ステップ２０５に進み、１次以外（つまり２次〜４次）の周波数成分のピーク値Ｐ2 〜Ｐ4 のうちの最大値Ｐmax を算出した後、ステップ２０６に進み、今回の１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、最大値Ｐmax に所定値を乗算して求めた判定値よりも大きいか否かを判定することで、１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定する。つまり、１次の周波数成分の振動強度が増大すると、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、２次〜４次）の周波数成分のピーク値Ｐ2 〜Ｐ4 に対して大きくなるため、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、最大値Ｐmax に所定値を乗算して求めた判定値よりも大きいか否かを判定することで、１次の周波数成分の振動強度の増大度合を精度良く判定することができる。

このステップ２０６で、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、最大値Ｐmax に所定値を乗算した判定値以下であると判定された場合、つまり、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 の最大値Ｐmax に対する比が所定値以下であると判定された場合には、１次の周波数成分の振動強度の増大度合が所定以下であるため、ステップ２１２に進み、ノッキングが発生していないと判定して、点火時期を進角する。

これに対して、上記ステップ２０６で、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が、最大値Ｐmax に所定値を乗算して求めた判定値よりも大きいと判定された場合には、１次の周波数成分の振動強度の増大度合が大きいため、ノッキングが発生した可能性があると判断して、ステップ２０７進み、１次〜４次の周波数成分の所定クランク角毎の積算値を合計した合成振動波形を正規化した後、ステップ２０８に進み、検出された合成振動波形（正規化後の合成振動波形）と理想ノック波形との一致度合を表す形状相関係数Ｋを算出する。

この後、ステップ２０９で、形状相関係数Ｋが所定値よりも大きいか否かを判定し、形状相関係数Ｋが所定値以下である（つまり、検出された合成振動波形と理想ノック波形との一致度合が低い）と判定された場合には、ノッキングが発生していないと判定して、点火時期を進角する（ステップ２１２）。

一方、上記ステップ２０９で、形状相関係数Ｋが所定値よりも大きい（つまり、検出された合成振動波形と理想ノック波形との一致度合が高い）と判定された場合には、１次〜４次の周波数成分の積算値を合計した合成振動波形のピーク値Ｐと、形状相関係数Ｋと、バックグランドレベルＢＧＬとを用いてノック強度Ｎを算出し、ノック強度Ｎがノック判定値よりも大きいか否かを判定する（ステップ２１０，２１１）。

その結果、ノック強度Ｎがノック判定値以下であると判定された場合には、ノッキングが発生していないと判定して、点火時期を進角する（ステップ２１２）。一方、ノック強度Ｎがノック判定値よりも大きいと判定された場合には、ノッキングが発生したと判定して、点火時期を遅角する（ステップ２１３）。

以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
尚、上記実施例２では、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 が最大値Ｐmax に所定値を乗算して求めた判定値よりも大きいか否か、つまり、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 と最大値Ｐmax との比が所定値よりも大きいか否かを判定することで、１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定するようにしたが、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 と最大値Ｐmax との差が所定値よりも大きいか否かを判定することで、１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定するようにしても良い等、１次の周波数成分のピーク値Ｐ1 と最大値Ｐmax とを比較して１次の周波数成分の振動強度の増大度合を判定する方法は適宜変更しても良い。

また、上記各実施例１，２では、ノックセンサ２８の出力から１次〜４次の４つの周波数成分を抽出してノック判定を行うようにしたが、これに限定されず、少なくとも１次の周波数成分を抽出すれば、抽出する周波数帯の数や範囲は適宜変更しても良い。更に、ノックセンサ２８の出力から抽出した振動波形と予め記憶した理想ノック波形との比較方法や、１次の周波数成分の振動強度の評価方法、或は、複数の周波数帯の合計の振動強度の評価方法等を適宜変更しても良い。

また、上記各実施例１，２では、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング装置を搭載したシステムに本発明を適用したが、吸気バルブや排気バルブのリフト量を可変する可変バルブリフト装置を備えたシステムや、吸気バルブや排気バルブの作用角（開弁期間）を可変する可変バルブ作用角装置を備えたシステムに本発明を適用しても良い。更に、可変バルブタイミング装置、可変バルブリフト装置、可変バルブ作用角装置等の可変バルブ装置を２つ以上備えたシステムに本発明を適用しても良い。

また、上記各実施例１，２では、本発明を筒内噴射エンジンに適用したが、吸気ポート噴射エンジンや、吸気ポートと筒内の両方に燃料噴射弁を設けたデュアル噴射エンジンに本発明を適用しても良い。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例１のノック判定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 ノイズの振動波形がノック波形に類似した波形形状になった状態を説明するための図である。 実施例２のノック判定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２７…ＥＣＵ（フィルタ手段，ノック判定手段）、２８…ノックセンサ（振動センサ）

Claims (7)

1. 内燃機関のノッキング振動を検出する振動センサと、前記振動センサの出力から複数の周波数帯の振動成分を抽出するフィルタ手段と、前記フィルタ手段により前記振動センサの出力から抽出した複数の周波数帯の振動成分に基づいてノッキングの有無を判定するノック判定手段とを備えた内燃機関のノック判定装置において、
   前記フィルタ手段は、前記振動センサの出力から、少なくともノッキング振動の周波数のうちの最も低周波である基本周波数を含む周波数帯（以下「基本周波数帯」という）の振動成分を抽出し、
   前記ノック判定手段は、前記振動センサの出力から抽出した振動波形と予め記憶した振動波形との比較結果と、前記基本周波数帯の振動強度と、前記複数の周波数帯の合計の振動強度とに基づいてノッキングの有無を判定することを特徴とする内燃機関のノック判定装置。
2. 前記ノック判定手段は、前記基本周波数帯の今回の振動強度と該基本周波数帯の振動強度の平均値又は中央値とを比較することで前記基本周波数帯の振動強度の増大度合を判定する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノック判定装置。
3. 前記ノック判定手段は、前記基本周波数帯の振動強度をなまし処理することで該基本周波数帯の振動強度の平均値又は中央値を近似的に算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のノック判定装置。
4. 前記ノック判定手段は、前記基本周波数帯の振動強度と該基本周波数帯よりも高周波側の周波数帯の振動強度とを比較することで前記基本周波数帯の振動強度の増大度合を判定する手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関のノック判定装置。
5. 前記ノック判定手段は、前記基本周波数帯の振動強度の増大度合が所定以下であると判定されたときにノッキング無しと判定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の内燃機関のノック判定装置。
6. 内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉特性を変化させる可変バルブ装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関のノック判定装置。
7. 内燃機関の筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関のノック判定装置。

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