JP4459125B2 - ノック発生状態判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノックの発生状態を判定する内燃機関のノック発生状態判定装置に関する。

一般に内燃機関においては、ノック振動を検出するノックセンサを内燃機関のシリンダブロックに取付け、ノックセンサの出力信号からノック周波数成分をバンドパスフィルタで一燃焼毎に抽出し、一燃焼毎のノック周波数成分のピーク値をノック判定用閾値と比較してノック判定を行うようにしている。

特許文献１においては、前述したノック判定手法とは別個のノック発生状態判定手法が開示されている。そして、特許文献１においてはノック発生状態判定装置の結果に基づいてノック判定用閾値を所定燃焼回数毎に修正している。

このような構成であるために、特許文献１においては、仮にノック判定用閾値の初期適合ミスにより誤遅角が発生したとしても、ノック発生状態判定手法によりノックが発生していないことが判定される場合にはノック判定用閾値を適切に修正することが可能である。このため、特許文献１の内燃機関においては、ノック発生状態判定手法を使用しない場合に比較して、ロバスト性が向上する（例えば、特許文献１参照。）。
特願２００４−１２１８６５号

しかしながら、特許文献１においてノック発生状態判定手法の結果に基づいてノック判定用閾値を修正する修正幅は、点火時期の安定性等を考慮する必要があるので、それほど大きな値ではない。

このため、仮に初期適合ミスによりノック判定用閾値が適正値から大幅に乖離している場合には、この閾値を適正な値にまで修正するのに多大な時間が必要とされる。

また、特許文献１のノック発生状態判定手法では特定の領域におけるノック発生状態の判定が困難である場合があり、このような場合にノック判定用閾値を誤って修正してしまうと、ドライバビリティに大きな影響を与えかねない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、信頼性を確保しつつノック判定用閾値を適正に修正することのできるノック発生状態判定装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、内燃機関のノック発生状態を判定するノック発生状態判定装置が、前記内燃機関のノック状態に応じた波形の信号を出力するセンサと、所定燃焼回数において前記センサにより出力された波形の振動強度分布に基づいて前記内燃機関のノック発生状態を判定する第一から第三のノック発生状態判定手段のうちの少なくとも第一および第二のノック発生状態判定手段とを具備し、前記第一のノック発生状態判定手段は、所定燃焼回数における前記センサにより出力された波形の振動強度分布の中央値と該中央値を基準として算出されたバラツキであるバラツキ指標とを算出する中央値算出手段と、前記中央値算出手段により算出された前記中央値および前記バラツキ指標とに基づいて統計的基準値を決定する基準値決定手段とを含んでおり、前記所定燃焼回数において振動強度が前記統計的基準値を越えた回数に基づいてノック発生状態を判定するようにしており、前記第二のノック発生状態判定手段は、前記所定燃焼回数における前記振動強度の平均値を算出すると共に前記振動強度の分散に基づいてバラツキ指標を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段により算出された前記平均値および前記バラツキ指標とに基づいて前記振動強度の分布を分割して複数の領域を形成する複数領域形成手段と、を含んでおり、前記複数の領域は、前記振動強度の平均値に前記バラツキ指標を加算した値よりも大きい第一領域と、前記振動強度の平均値から前記バラツキ指標を減算した値よりも小さい第二領域と、前記振動強度の平均値から前記バラツキ指標を減算した値と前記振動強度の平均値との間に位置する第三領域とを含んでおり、さらに、前記複数領域形成手段により形成された複数の領域のそれぞれに含まれる振動強度の回数をカウントするカウント手段を含んでおり、前記第二のノック発生状態判定手段は、前記第三領域における前記振動強度の回数に対する前記第二領域における前記振動強度の回数の比および前記第一領域における前記振動強度の回数のうちの少なくとも一方に基づいてノック発生状態を判定するようにしており、前記第三のノック発生状態判定手段は、前記中央値を基準として算出されたバラツキであるバラツキ指標の前記所定燃焼回数におけるバラツキ指標平均値を算出するバラツキ指標平均値算出手段を含んでおり、前記バラツキ指標平均値算出手段により算出されたバラツキ指標平均値に基づいてノック発生状態を判定するようにしており、前記第一のノック発生状態判定手段によってノック発生状態が判定されない場合に、前記第二のノック発生状態判定手段によってノック発生状態を判定するようにしているノック発生状態判定装置が提供される。

すなわち１番目の発明においては、第一から第三のノック発生状態判定手段を採用し、各ノック発生状態判定手段の判定結果に応じてノック判定用閾値を補正することができるので、ノック判定用閾値を適正に修正することが可能となる。また、第一から第三のノック発生状態判定手段の良好に判定できるレンジには互いに差があるので、これら第一から第三のノック発生状態判定手段を使用することにより、あらゆる領域において信頼性の高いノック発生状態の判定を行うことが可能となる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記センサにより出力された一燃焼毎の波形の振動強度と閾値とを比較して前記振動強度が前記閾値を越えたときにノックを検出するノック検出手段を具備し、前記閾値の補正量は、前記第一から第三のノック発生状態判定手段の少なくとも一つにより判定されたノック発生状態に応じて定まるようにした。

３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ノック発生状態判定装置が前記第一から第三のノック発生状態判定手段の少なくとも第一および第二のノック発生状態判定手段を具備しており、さらに、前記センサにより出力された一燃焼毎の波形の振動強度と閾値とを比較して前記振動強度が前記閾値を越えたときにノックを検出するノック検出手段と、該ノック検出手段によって検出されたノックの回数を所定燃焼回数にわたってカウントするカウント手段とを具備し、前記閾値の補正量は前記ノック発生状態判定手段によるノック発生状態判定結果と前記カウント手段の結果に応じて定まるようにした。

さらに、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には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホルド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホルド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を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。

一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等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、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４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、ノック振動を検出するノックセンサ２８と、エンジン１１のクランク軸が所定クランク各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が取付られている。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。なお、ノックセンサ２８の代わりに、図示しない筒内圧センサを用いるようにしてもよい。

これら各種センサの出力は、エンジン制御ユニット２７（以下、「ＥＣＵ２７」と称する）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、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に内蔵されたＲＡＭは、各プログラムを実行する際のデータおよび各種の所定値の記憶のために使用される。

このＥＣＵ２７は後述するノック発生状態判定のための各種プログラムを実行することにより、ノック発生状態の有無を判定する。さらに、このＥＣＵ２７は一燃焼毎にセンサ出力のノック周波数成分のピーク値をノック判定用閾値と比較して一燃焼毎にノックの有無を判定する。そして、ノック有りと判定した場合には点火時期を遅角補正してノックを抑制すると共に、ノック無しの判定が連続してなされた場合には点火時期を進角補正する。これにより、聴感で許容できるノック音の範囲内で点火時期を進角させてエンジン出力や燃費を向上させるようにしている。

本発明においてはノック判定用閾値はプログラム５００に基づいて変更される。図２および図３は本発明に基づくノック発生状態判定装置のプログラム５００を示すフローチャートである。以下、図２および図３を参照しつつ、本発明のノック発生状態判定装置によるノック発生状態の判定について説明する。

はじめに、プログラム５００のステップ５０１において、ＥＣＵ２７内に設けられた燃焼数カウンタに記録されたカウンタ数Ｎを一つ増やす処理を行う。従って、ステップ５０１より後のステップは内燃機関の一燃焼毎に行われるものとする。なお、燃焼数カウンタおよび後述するカウンタは全てＥＣＵ２７内に組み込まれているものとする。

次いで、ステップ５０２においてノックセンサ２８により出力された波形の振動強度Ｍを所定の検出レベルＬと比較する。検出レベルＬは実験等により予め定められた値であり、ノック判定用閾値と言い換えてもよい。なお、別途算出されたノック判定用の形状相関係数を検出レベルＬに掛けて得られた積と、振動強度Ｍとを比較するようにしてもよい。

そして、振動強度Ｍが検出レベルＬよりも大きいと判定された場合には、当該燃焼においてノックが生じたものと判定し、ステップ５０３においてノック検出カウンタのカウンタ数Ｎｋを一つ増やす処理を行う。一方、振動強度Ｍが検出レベルＬよりも大きいと判定されなかった場合には、ステップ５０４に進む。つまり、プログラム５００におけるステップ５０２およびステップ５０３は、ノックが生じたか否かを一燃焼毎に行うノック判定ロジックに相当し、ノック有りの場合には前述した遅角補正をしている。

ステップ５０４においては、後述する第一から第三のノック発生状態判定手法のためのそれぞれのＲＡＭを更新する。これら第一から第三のノック発生状態判定手法は所定燃焼回数にわたる振動強度を統計的に判断して、「ノック発生状態」を判定する手法である。このため、ステップ５０５においては、ステップ５０１で更新した燃焼回数が所定の回数を越えたか否かを判定し、越えた場合に第一から第三のノック発生状態判定手法によるノック発生状態の判定を行う。なお、燃焼回数が所定の回数を越えていない場合には処理を終了する。

すなわち、本発明においては、複数、例えば第一から第三の三つのノック発生状態判定手法を採用している。ノック判定ロジックにおける検出レベルＬ（ステップ５０２）は第一から第三のノック発生状態判定手法から得られたノック発生状態判定結果に基づいて修正される。

以下、第一から第三のノック発生状態判定手法について説明する。なお、説明を簡単にする目的で、以下においては、例えば第一のノック発生状態判定手段を単に「第一の手法」と適宜呼ぶこととする。

はじめに、図４および図５を参照しつつ、第一のノック発生状態判定手法について説明する。第一のノック発生状態判定手法、つまり第一手法１００においては、ノックセンサ２８で得られた振動強度Ｍの対数変換を行う（ステップ１０１）。これは、対数変換することにより、ノックが発生していないときの振動強度分布をほぼ正規分布に安定させるためである。このとき、振動強度分布に関する中央値ＶＭＥＤとバラツキ指標ＳＧＭとを算出する。

図６は中央値ＶＭＥＤおよびバラツキ指標ＳＧＭを説明するための図であり、典型的な振動強度分布を示している。図６において横軸は振動強度の対数を示しており、縦軸は頻度を示している。図６から分かるように中央値ＶＭＥＤは振動強度分布の中央の位置に対応する値であり、バラツキ指標ＳＧＭはこの中央値ＶＭＥＤを基準として算出されたバラツキである。このため、厳密にいえば、バラツキ指標ＳＧＭは標準偏差とは異なる。

図６の振動強度分布から分かるように、「ＶＭＥＤ−ＳＧＭ」から「ＶＭＥＤ」にかけての領域における振動強度分布の面積Ａ１は、残りの領域の振動強度分布の面積Ａ２、Ａ３の合計面積（Ａ２＋Ａ３）の約半分に相当する。言い換えれば、面積Ａ１と合計面積（Ａ２＋Ａ３）との比は約１：２である。つまり、振動強度分布の約三分の一が面積Ａ１の領域に集中しているといえる。このため、図６から分かるように、中央値ＶＭＥＤからバラツキ指標ＳＧＭの３倍分だけ離れた位置Ａ４（「ＶＭＥＤ＋３×ＳＧＭ」）よりもさらに遠方（右方）の領域（振動強度の大きい領域）においては振動強度はほとんど分布していない。第一手法１００においては、この位置Ａ４を統計的基準値Ａ４とし、統計的基準値Ａ４よりも遠方の領域において検出レベルＬを越えた回数Ｎｓｇｍをカウントして、その回数Ｎｓｇｍに応じてノック発生状態を判定するようにしている。

第一のノック発生状態判定手法を説明するための図である図７（ａ）を参照すると、複数の振動強度分布Ｂ１〜Ｂ４が描かれている。図７（ａ）においては中央値ＶＭＥＤよりも右方の領域における波形が振動強度分布Ｂ１から振動強度分布Ｂ３にかけて次第に歪んでいるのが示されている。そして、統計的基準値Ａ４（「ＶＭＥＤ＋３×ＳＧＭ」）よりも遠方の領域においては、前述した回数Ｎｓｇｍが振動強度分布Ｂ１から振動強度分布Ｂ３にかけて増えているのが分かる。それゆえ、第一手法１００においては上記のようにノック発生状態を判定することができる。

再び図４および図５を参照して、このことを具体的に説明する。ステップ１０２において燃焼数カウンタを更新した後、ステップ１０２ａにおいて、前述した統計的基準値Ａ４を決定する。なお、図４等では統計的基準値Ａ４は「ＶＭＥＤ＋３×ＳＧＭ」としているが、統計的基準値Ａ４は出力された振動強度分布の中央値ＶＭＥＤおよびバラツキ指標ＳＧＭに基づいてＥＣＵ２７において決定される値であり、統計的基準値Ａ４が「ＶＭＥＤ＋３×ＳＧＭ」以外の値であってもよい。また、プログラム５００のステップ５０１で燃焼数カウンタの更新を行っているので、ステップ１０２における燃焼数カウンタの更新は実際には省略されるものとする。

次いで、ステップ１０３において振動強度Ｍと統計的基準値Ａ４（「ＶＭＥＤ＋３×ＳＧＭ」）とを比較し、振動強度Ｍのほうが大きい場合にはステップ１１１に進んで、統計的基準値Ａ４を越えたカウンタ数Ｎｓｇｍを一つ増やす処理を行う。次いで、ステップ１１２（図３）において、所定燃焼回数Ｎが経過しているのを再度確認し、ステップ１１３に進む。なお、図２のステップ５０５が存在しているので、ステップ１１２を省略しても良い。

ステップ１１３においては、回数Ｎｓｇｍと回数Ｎｓｇｍに関する所定の回数とを比較する。そして、回数Ｎｓｇｍの方が大きい場合には、ステップ１１４においてノック発生状態有り、厳密には小ノック発生状態有りと判定する。一方、回数Ｎｓｇｍが所定の回数よりも大きくない場合には、ステップ１１５においてノック発生状態無しと判定する。その後、カウンタ値Ｎ、Ｎｓｇｍをリセット（ステップ１１６）して第一手法１００の処理を終了する。

図７（ｂ）はノック状態とカウンタ値Ｎｓｇｍとの関係を示す図である。図７（ｂ）の縦軸は図７（ａ）におけるノック状態に対応しており、図７（ｂ）における縦軸の最上方がノック無し状態を示すと共に下方に向かってノック強度が大きくなる状態を示している。振動強度分布Ｂ１から振動強度分布Ｂ３にかけては分布の歪みが比較的小さい所謂小ノック（中央値ＶＭＥＤの変化が比較的小さい状態）である。図７（ｂ）から分かるように小ノックにおいては回数Ｎｓｇｍとノックの状態とは概ね線形関係を示すようになる。従って、小ノックの領域においては第一手法１００は、小ノック発生状態をその強度と共に有効に判定することができる。

一方、図７（ａ）および図７（ｂ）の最下段に示されるように、「小ノック」よりもノック強度が大きい「発散ノック」になると、振動強度分布Ｂ４全体が歪むようになる。発散ノックにおいては、中央値ＶＭＥＤおよびバラツキ指標ＳＧＭが振動強度分布Ｂ４の歪みに伴って大幅に増大し、その結果、統計的基準値Ａ４がかなり右方にシフトする。これにより、回数Ｎｓｇｍは低下するようになるので、ステップ１１３からステップ１１５における回数Ｎｓｇｍ比較は適正なものにはならず、第一手法１００によって発散ノックでのノック発生状態を正確に判定することはできない（図７（ｂ）を参照されたい）。

ところで、発散ノックでない所謂小ノック状態の場合には、第一手法１００のステップ１０５からステップ１１０に示されるように中央値ＶＭＥＤおよび／またはバラツキ指標ＳＧＭを補正するのが好ましい。これらの補正に関する詳細な説明は省略するが、ステップ１０５からステップ１０６において場合分けした後で、ステップ１０７、１０８においては中央値ＶＭＥＤを所定の値Ｃ１だけ増加または低下し、ステップ１０９、１１０においてはバラツキ指標ＳＧＭを所定の値Ｃ２だけ増加または低下している。なお、バラツキ指標ＳＧＭを補正することによって得られた新たなバラツキ指標ＳＧＭは、振動強度分布が正規分布であると仮定したときの標準偏差に概ね等しくなり、より適切なノック発生状態の判定を行うことができる。

続いて、図８および図９を参照しつつ、第二のノック発生状態判定手法について説明する。第二のノック発生状態判定手法、つまり第二手法２００においては、燃焼数カウンタに記録されたカウンタ数Ｎを一つ増やす処理を行った後（ステップ２０１）、ステップ２０２およびステップ２０３において、予め算出された振動強度Ｍの平均値Ｖａｖおよび分散Ｘｄｉｖの更新を行う。具体的には、これら更新作業は、なまし定数α、β（０＜α、β＜１）を使用して、以下の式（１）および式（２）に基づいて行われる。さらに、ステップ２０４において以下の式（３）に基づき標準偏差σが算出される。なお、プログラム５００のステップ５０１で燃焼数カウンタの更新を行っているので、ステップ２０１における燃焼数カウンタの更新は実際には省略される。

Ｖａｖ←α×振動強度＋（１−α）×Ｖａｖ （１）

Ｘｄｉｖ←β×（振動強度−Ｖａｖ）²＋（１−β）×Ｘｄｉｖ （２）

σ←（Ｘｄｉｖ）^0.5 （３）

ところで、図１０は第二のノック発生状態判定手法で使用される領域を説明するための図であって図６と同様の図である。図１０に示される典型的な振動強度分布においては、平均値Ｖａｖ、標準偏差σに加えて、三つの領域ＺＡ、領域ＺＣ、および領域ＺＤが示されている。図示されるように、領域ＺＡは「Ｖａｖ＋σ」よりも大きい領域であり、領域ＺＤは「Ｖａｖ−σ」よりも小さい領域である。さらに、領域ＺＣは「Ｖａｖ−σ」と「Ｖａｖ」との間に位置する領域である。

このような領域分けを行った理由を図１１（ａ）を参照して説明する。図１１（ａ）は第二のノック発生状態判定手法を説明するための図７（ａ）と同様の図である。図１１（ａ）においては振動強度分布Ｄ１から振動強度分布Ｄ４にかけてノック強度が増大する状態が示されている。図１１（ａ）から分かるように、振動強度分布Ｄ１から振動強度分布Ｄ４にかけてノック強度が増大すると、右方向、つまりピークが大きくなる方向に振動強度分布が伸びる。これにより、平均値Ｖａｖも大きくなる方向にシフトすると共に、標準偏差σが増加する。その結果、ノック強度が増加すると、例えば振動強度分布Ｄ３に示されるように、振動強度分布の大部分が領域ＺＣに含まれるようになる。

それゆえ、本発明の第二のノック発生状態判定手法においては、領域ＺＣと領域ＺＤとの間の比ＺＤ／ＺＣを振動強度分布Ｄ１から振動強度分布Ｄ４のそれぞれについて算出し、比ＺＤ／ＺＣを通じてノック発生状態の有無を判定するようにしている。この点に関し、第二手法２００においては、領域比の代わりに、各領域ＺＡ、ＺＣ、ＺＤのそれぞれにおいて検出レベルＬを越えた回数、つまりカウンタ値Ｎａ、Ｎｃ、Ｎｄおよびカウンタ値Ｎｄ、Ｎｃの比Ｎｄ／Ｎｃを使用している。

図１１（ｂ）はノック状態とカウンタ値の比Ｎｄ／Ｎｃおよびカウンタ値Ｎａとの関係を示す図であり、図７（ｂ）に対応する図である。図１１（ｂ）に示されるように、比Ｎｄ／Ｎｃはノックが発生していない状態においては比較的大きく、ノックが発生してその強度が大きくなるにつれて次第に低下する。図示されるように、ノック強度がさらに増大して所謂「小ノック」状態になると比Ｎｄ／Ｎｃは一定値（概ね零）をとるようになり、ノック強度が「小ノック」よりも増大して「発散ノック」になったとしても、比Ｎｄ／Ｎｃは変化しない。言い換えれば、比Ｎｄ／Ｎｃは「小ノック」よりもノック強度の小さい領域においてノック発生状態の有無を判定するのに有効である。

一方、図１１（ａ）において領域ＺＡに着目すると、領域ＺＡにおける振動強度分布はノック強度が増大するのに伴って低下する。従って、図１１（ｂ）に示されるように、領域ＺＡにおけるカウンタ値Ｎａもノック強度の増大に伴って低下する。このカウンタ値は「小ノック」状態において一定値をとる。そして、「発散ノック」時の振動強度分布Ｄ４においては振動強度分布が歪んで標準偏差σが増大するものの、振動強度分布の歪みはそれ以上であるので、図１１（ｂ）に示されるようにカウンタ値Ｎａは再び上昇するようになる。従って、カウンタ値Ｎａによって「発散ノック」発生状態の有無を判定することができる。

前述した内容をふまえつつ、図８を再び参照して、第二手法２００におけるノック発生状態の判定について説明する。図８のステップ２０５からステップ２０７においては図１１（ａ）に示される領域ＺＡ、領域ＺＣおよび領域ＺＤへの場合分けが行われる。すなわち、ステップ２０５においては振動強度Ｍが「Ｖａｖ−σ」よりも小さいか否かの判定を通じて領域ＺＤにおける振動強度Ｍを選出し、ステップ２０６においては振動強度Ｍが「Ｖａｖ−σ」以上でかつ「Ｖａｖ」よりも小さいか否かの判定を通じて領域ＺＣにおける振動強度Ｍを選出する。同様に、ステップ２０７においては振動強度Ｍが「Ｖａｖ＋σ」よりも大きいか否かの判定を通じて領域ＺＡにおける振動強度Ｍを選出する。次いで、ステップ２０８からステップ２１０のそれぞれにおいて、各領域ＺＤ、ＺＣ、ＺＡに関するカウンタ値Ｎｄ、Ｎｃ、Ｎａを一つ増やす処理が行われる。

次いで、図９におけるステップ２１１においては燃焼数カウンタのカウンタ値が所定の回数を越えたか否かが判定される。そして、所定の回数を越えた場合に、第二のノック発生状態判定手法によるノック発生状態の判定が行われる。なお、図２のステップ５０５が存在するので、ステップ２１１を省略してもよい。

はじめに、ステップ２１２において比Ｎｄ／Ｎｃと、比Ｎｄ／Ｎｃに関する所定値とを比較し、比Ｎｄ／Ｎｃが所定値よりも小さくないと判定された場合にはステップ２１４においてノック発生状態無しと判定される（図１１（ｂ）を参照されたい）。一方、比Ｎｄ／Ｎｃが所定値よりも小さいと判定された場合には、ノック発生状態であると判定されて、ステップ２１３に進む。

ステップ２１３においては、ノック発生状態が「小ノック」であるのか「発散ノック」であるのかの判定が行われる。カウンタ値Ｎａが、カウンタ値Ｎａに関する所定値よりも小さい場合には、ステップ２１５においてノック発生状態が「小ノック」であると判定される。一方、カウンタ値Ｎａが所定値よりも小さくない場合には、ステップ２１６においてノック発生状態が「発散ノック」であると判定される。その後、ステップ２１７において各カウンタ値Ｎ、Ｎａ、Ｎｃ、Ｎｄがリセットされて、第二手法２００の処理は終了される。このように第二手法２００においては、比Ｎｄ／Ｎｃおよびカウンタ値Ｎａを用いることにより、ノック無し状態、小ノック状態および発散ノック状態を区別して判定可能になっている。

図１２はノック発生状態可能範囲を説明するための図である。図１２にも示されるように、第一手法１００はノック強度がノック無しから「小ノック」の範囲に在るときに有効に機能し、第二手法２００はノック強度がノック無しから「発散ノック」の範囲に在るときに有効に機能する。

これに対し、本発明における第三のノック発生状態判定手法、つまり第三手法３００は、「発散ノック」および「発散ノック」よりもノック強度が大きい「完全発散ノック」においてもノック発生状態を判定することができる。ところが、第三手法３００では、ノック無し状態および「小ノック」を検出できないので、第三手法３００は第一手法１００および第二手法２００によりノック発生状態無しと判定された際に実施されるのが好ましい。

図１３は第三手法のプログラムを示すフローチャートである。はじめに、ステップ３０１において燃焼数カウンタの更新が行われるが、実際にはプログラム５００のステップ５０１で燃焼数カウンタの更新を行っているので、ステップ３０１における燃焼数カウンタの更新は同様に省略される。

次いで、ステップ３０２において、バラツキ指標ＳＧＭの積算値Ｓｓｇｍの更新を行う。すなわち、第三手法３００においては第一手法１００のステップ１０１と同様に、振動強度分布に関する中央値ＶＭＥＤとバラツキ指標ＳＧＭとが算出されている。そして、バラツキ指標ＳＧＭは一燃焼毎に積算値Ｓｓｇｍとして別途積算されており、ステップ３０２においては、バラツキ指標ＳＧＭの積算値Ｓｓｇｍが更新される。

次いで、ステップ３０３において燃焼数のカウント値Ｎが所定回数を越えたか否かを判定し、越えた場合にはステップ３０４に進んで、ノック発生状態の判定が行われる。なお、図２のステップ５０５が存在するのでステップ３０３を省略してもよい。図１４は第三のノック発生状態判定手法を説明するための図である。前述した図１１（ａ）による振動強度分布Ｄ４は振動強度が大きい方向に歪んでいるが、「完全発散ノック」状態になると、図１４における振動強度分布Ｅ２のように振動強度がさらに大きい方向に歪む。これにより、振動強度分布Ｅ２の形状は、概ね正規分布をなすノック発生状態無しのときの振動強度分布Ｅ１の形状に近づくようになる。このため、「完全発散ノック」の振動強度分布Ｅ２を第一手法１００または第二手法２００によって判定することはできない。

しかしながら、図１４における振動強度分布Ｅ１と振動強度分布Ｅ２とを比較して分かるように、振動強度分布Ｅ２のバラツキ指標ＳＧＭは振動強度分布Ｅ１のバラツキ指標ＳＧＭから大幅に増加しているので、「完全発散ノック」の有無であれば、バラツキ指標ＳＧＭの大きさを通じて判定することができる。図１３に示される第三手法３００においては、Ｎ回分の燃焼におけるバラツキ指標ＳＧＭ平均値、すなわち「Ｓｓｇｍ／Ｎ」を算出する。次いで、ステップ３０４において平均値Ｓｓｇｍ／Ｎと、この平均値に関する所定値と比較する。そして、平均値Ｓｓｇｍ／Ｎが所定値よりも大きい場合にはステップ３０５において「完全発散ノック」であると判定する。一方、平均値Ｓｓｇｍ／Ｎが所定値よりも大きくない場合には「完全発散ノック」とは判定しない。その後、カウンタ値Ｎ、および積算値Ｓｓｇｍをリセットして第三手法３００の処理を終了する。

前述したように、本発明のノック発生状態判定装置においては第一から第三のノック発生状態判定手法が利用される。そして、第一から第三のノック発生状態判定手法の判定結果を通じて、検出レベルＬ（ステップ５０２）の補正が行われる。

ここで、再び図２を参照すると、プログラム５００のステップ５０５の後、前述した第一手法１００を実施する。そして、ステップ５０６において第一手法１００によりノック発生状態有りと判定された場合、厳密には「小ノック」有りと判定された場合にはステップ５０７に進んで、ステップ５０３で得られたノック検出カウンタ値Ｎｋが所定の第一上限値Ｕ１よりも大きいか否かが判定される。第一上限値Ｕ１ならびに後述する各種の上限値および下限値（各種の上限値よりも小さい）は実験等により求められており、ＥＣＵ２７のＲＡＭに予め組み入れられているものとする。

ノック検出カウンタ値Ｎｋが第一上限値Ｕ１よりも大きい場合には、ステップ５０９に進んで検出レベルＬを補正量ΔＬだけ増加させる。補正量ΔＬは比較的微少な所定の値である。検出レベルＬを増加させることによって、次回以降のステップ５０２においてはノックを検出され難くする。なお、ステップ５０９においては、補正することなしに検出レベルＬを維持するようにしてもよい。

一方、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第一上限値Ｕ１よりも大きくない場合には、ステップ５０８に進んで、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第一下限値Ｌ１よりも小さいか否かが判定される。そして、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第一下限値Ｌ１よりも小さい場合には、ステップ５１１に進む。この場合には、第一手法１００によりノック発生状態であると判定された（ステップ５０６）にも関わらずノック検出カウンタ値Ｎｋは小さいことになるので、検出レベルＬを補正量ΔＬだけ低下させ、それにより、次回以降のステップ５０２においてはノックを検出され易くする。このため、ステップ５１１における補正量ΔＬの絶対値はステップ５０９における補正量ΔＬの絶対値よりも大きくてもよい。

なお、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第一下限値Ｌ１よりも小さくない場合、つまりノック検出カウンタ値Ｎｋが第一下限値Ｌ１以上でかつ第一上限値Ｕ１以下である場合には検出レベルＬを変更しない（ステップ５１０）。

ところで、ステップ５０６において「小ノック」であると判定されなかった場合には第二手法２００（図３）を行い、次いで、ステップ５１３において第二手法２００によるノック発生状態が判定されたか否かが判定される。このときには、既に第一手法１００により「小ノック」であると判定されていないので、第二手法２００によって「小ノック」判定が行われることはない。第二手法２００はノック発生状態が小ノックか発散ノックかを判定し分けることができるので、ステップ５１３においては、実際には「発散ノック」であるか否かが判定される。

そして、第二手法２００によるノック発生状態が在ると判定された場合にはステップ５１４に進んで、ステップ５０３で得られたノック検出カウンタ値Ｎｋが所定の第二上限値Ｕ２よりも大きいか否かが判定される。

ノック検出カウンタ値Ｎｋが第二上限値Ｕ２よりも大きい場合には、ステップ５１６に進む。この場合のノック発生状態は発散ノック状態であるので、ノック検出カウンタ値Ｎｋが比較的大きい場合であっても、ノック検出量がさらに大きくなるように補正することが望まれる。従って、ステップ５１６においては、検出レベルＬを補正量ΔＬかまたは補正量ΔＬ以上だけ低下させる。検出レベルＬを低下させることによって、次回以降のステップ５０２においてはノックを検出され易くする。

一方、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第二上限値Ｕ２よりも大きくない場合には、ステップ５１５に進む。この場合には、発散ノック状態であるにも関わらずノックが検出されにくくなっていることになるので、ステップ５１８においてノックがさらに検出され易いように検出レベルＬを大幅に低下させる必要がある。従って、ステップ５１８においては、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第二下限値Ｌ２よりも小さいか否かが判定される。そして、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第二下限値Ｌ２よりも小さい場合には、ステップ５１８に進んで、検出レベルＬを補正量ΔＬの三倍分だけ低下させ、それにより、次回以降のステップ５０２においてはノックをさらに検出され易くする。

なお、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第二下限値Ｌ２よりも小さくない場合、つまりノック検出カウンタ値Ｎｋが第二下限値Ｌ２以上でかつ第二上限値Ｕ２以下である場合には、検出レベルＬを補正量ΔＬの二倍分だけ低下させ、それにより、次回以降のステップ５０２においてはノックを検出され易くする（ステップ５１７）。この場合にも、発散ノック状態にあるためにノックが検出され易くなるように検出レベルＬを補正するのが望まれるが、その補正量はステップ５１６とステップ５１８との間の量である必要がある。それゆえ、プログラム５００のステップ５１７においては検出レベルＬを補正量ΔＬの二倍分だけ低下させている。

ところで、ステップ５１３において「発散ノック」であると判定されなかった場合には第三手法３００（図３）を行い、次いで、ステップ５１９において第三手法３００によるノック発生状態が判定されたか否かが判定される。このときには、既に第二手法２００により「発散ノック」であると判定されてなかったのであるから、ステップ５１９においては第三手法３００によって「完全発散ノック」であるか否かが判定される。

そして、第三手法３００によるノック発生状態、つまり完全発散ノックが在ると判定された場合にはステップ５２２に進んで、検出レベルＬを補正量ΔＬの四倍分だけ低下させる。つまり、この場合には、完全発散ノックであるので、ステップ５１８の場合（補正量ΔＬの三倍分）よりもさらにノックを検出し易いように低下させる。

一方、完全発散ノックが在ると判定されなかった場合にはステップ５２０に進んで、ステップ５０３で得られたノック検出カウンタ値Ｎｋが所定の第三上限値Ｕ３よりも大きいか否かが判定される。

ノック検出カウンタ値Ｎｋが第三上限値Ｕ３よりも大きい場合には、ステップ５２３に進む。このようなときには第一手法１００から第三手法３００によってノック発生状態でないことが分かっているものの、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第三上限値Ｕ３よりも大きいのは、ノックとは異なる燃焼をノックであると誤判定している可能性があるのが原因であると考えられる。従って、ステップ５２３においては、検出レベルＬを補正量ΔＬの二倍分だけ増加させる。検出レベルＬを増加させることによって、次回以降のステップ５０２においてはノックを検出され難くし、同時に誤判定が生じるのを抑制している。

一方、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第三上限値Ｕ３よりも大きくない場合には、ステップ５２１に進んで、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第三下限値Ｌ３よりも小さいか否かが判定される。第三下限値Ｌ３は第一下限値Ｌ１および第三下限値Ｌ３よりも小さい値であるものとする。そして、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第三下限値Ｌ３よりも小さい場合には、前述した誤判定が発生していないと考えられるので、補正することなしに検出レベルＬを維持する（ステップ５２５）。

一方、ノック検出カウンタ値Ｎｋが第三下限値Ｌ３よりも小さくない場合、つまりノック検出カウンタ値Ｎｋが第三下限値Ｌ３以上でかつ第三上限値Ｕ３以下である場合には、誤判定を確実に防止するために、検出レベルＬを補正量ΔＬだけ増加させる。これにより、次回以降のステップ５０２においてはノックを検出され易くする（ステップ５２４）。このときには誤判定しなくなる程度の補正で足りるので、ステップ５２４における補正量は補正量ΔＬのみで足りる。その後、ステップ５１２（図２参照）において各カウンタをリセットして処理を終了する。

このように、本発明においては、第一から第三のノック発生状態判定手法１００、２００、３００を採用し、各ノック発生状態判定手法１００、２００、３００の判定結果に応じてノック判定用閾値、つまり検出レベルＬを補正しているので、ノック判定用閾値の適正な修正が可能となる。

特に、本発明においては、第一から第三のノック発生状態判定手法１００、２００、３００によって多段的な判定を行うことにより、検出レベルＬの補正量を補正量ΔＬの一倍分から四倍分まで変化させている。このため、本発明においては、例えば適合ミスによって初期値が適正値から大幅に乖離している場合であっても、適正値への修正を迅速に行うことができ、目標状態への収束速度を早めることが可能となっている。

ところで、再び図１２を参照して分かるように、これら第一から第三のノック発生状態判定手法１００、２００、３００においては、ノック発生状態の判定可能な領域が互いに異なっている。すなわち、第一手法１００はノック無し領域と「小ノック」領域とを判定でき、第二手法２００はノック無し領域に加えて、「小ノック」領域および「発散ノック」領域におけるノック発生状態を区別して判定できる。さらに、第三手法３００は「発散ノック」領域および「完全発散ノック」領域におけるノック発生状態の判定に有利である。言い換えれば、第一手法１００、第二手法２００および第三手法３００のうちの一つのみを使用する場合には、ノック発生状態を全ての領域において判定するのは困難である。これに対し、本発明のノック発生状態判定装置は第一手法１００から第三手法３００を採用しているので、全ての領域において信頼性の高いノック発生状態の判定を行うことが可能となっている。ただし、ノック発生状態判定装置が第一手法１００、第二手法２００および第三手法３００のうちの一つまたはいずれか二つを採用する構成である場合も本発明の範囲に含まれるものとする。

また、図面を参照して説明した実施形態においてこれら上限値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３は互いに同一の値であってもよい。同様に、第一下限値Ｌ１、第二下限値Ｌ２、第三下限値Ｌ３が互いに同一の値であってもよいものとする。

さらに、図面を参照して説明した実施形態においては補正量ΔＬだけ補正、または補正量ΔＬの二倍分だけ補正するなどのように表現している。しかしながら、例えば「補正量ΔＬの二倍分」という表現は補正量ΔＬの一倍分、補正量ΔＬの三倍分および四倍分と区別するために用いられているにすぎない。従って、補正量大きさを互いに区別できるのであれば、補正量ΔＬの何倍分以外の表現を用いることも可能である。

本発明に基づくノック発生状態判定装置を含んだエンジン制御システム全体の概略構成図である。 本発明に基づくノック発生状態判定用のプログラムを示すフローチャートである。 本発明に基づくノック発生状態判定用のプログラムを示すフローチャートである。 本発明における第一のノック発生状態判定手法のプログラムを示すフローチャートである。 本発明における第一のノック発生状態判定手法のプログラムを示すフローチャートである。 中央値およびバラツキ指標を説明するための図である。 （ａ）第一のノック発生状態判定手法を説明するための図である。（ｂ）ノック状態とカウンタ値Ｎｓｇｍとの関係を示す図である。 本発明における第二のノック発生状態判定手法のプログラムを示すフローチャートである。 本発明における第二のノック発生状態判定手法のプログラムを示すフローチャートである。 第二のノック発生状態判定手法で使用される領域を説明するための図である。 （ａ）第二のノック発生状態判定手法を説明するための図である。（ｂ）ノック状態とカウンタ値の比Ｎｄ／Ｎｃおよびカウンタ値Ｎａとの関係を示す図である。 ノック発生状態可能範囲を説明するための図である。 本発明における第三のノック発生状態判定手法のプログラムを示すフローチャートである。 第三のノック発生状態判定手法を説明するための図である。

符号の説明

１１ エンジン
１２ 吸気管
１３ エアクリーナ
１４ エアフロメータ
１５ スロットルバルブ
１６ スロットル開度センサ
１７ サージタンク
１９ 吸気マニホルド
２０ 燃料噴射弁
２１ 点火プラグ
２２ 排気管
２３ 触媒
２４ 空燃比センサ
２５ 冷却水温センサ
２６ クランク角センサ
２７ エンジン制御ユニット
２８ ノックセンサ
１００ 第一手法
２００ 第二手法
３００ 第三手法
５００ プログラム（ノック発生状態判定装置）
Ａ１、Ａ２、Ａ３ 面積
Ａ４ 統計的基準値
Ｂ１〜Ｂ４ 振動強度分布
Ｄ１〜Ｄ４ 振動強度分布
Ｅ１〜Ｅ２ 振動強度分布
Ｌ 検出レベル
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 下限値
Ｍ 振動強度
Ｓｓｇｍ／Ｎ バラツキ指標平均値
Ｎ 所定燃焼回数
Ｎａ、Ｎｃ、Ｎｄ カウンタ値
Ｎｓｇｍ カウンタ値
Ｎｋ ノック検出カウンタ値
ＳＧＭ バラツキ指標
Ｓｓｇｍ バラツキ指標積算値
Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３ 上限値
Ｖａｖ 平均値
ＶＭＥＤ 中央値
Ｘｄｉｖ 分散
α、β 定数
ΔＬ 補正量
σ 標準偏差

Claims (3)

1. 内燃機関（１１）のノック発生状態を判定するノック発生状態判定装置（５００）が、
   前記内燃機関（１１）のノック状態に応じた波形の信号を出力するセンサ（２８）と、
   所定燃焼回数（Ｎ）において前記センサ（２８）により出力された波形の振動強度分布に基づいて前記内燃機関（１１）のノック発生状態を判定する第一から第三のノック発生状態判定手段（１００、２００、３００）のうちの少なくとも第一および第二のノック発生状態判定手段（１００、２００）とを具備し、
   前記第一のノック発生状態判定手段（１００）は、所定燃焼回数における前記センサ（２８）により出力された波形の振動強度分布の中央値と該中央値を基準として算出されたバラツキであるバラツキ指標とを算出する中央値算出手段と、
   前記中央値算出手段により算出された前記中央値および前記バラツキ指標とに基づいて統計的基準値を決定する基準値決定手段とを含んでおり、前記所定燃焼回数において振動強度が前記統計的基準値を越えた回数に基づいてノック発生状態を判定するようにしており、
   前記第二のノック発生状態判定手段（２００）は、前記所定燃焼回数における前記振動強度の平均値を算出すると共に前記振動強度の分散に基づいてバラツキ指標を算出する平均値算出手段と、
   前記平均値算出手段により算出された前記平均値および前記バラツキ指標とに基づいて前記振動強度の分布を分割して複数の領域を形成する複数領域形成手段と、を含んでおり、前記複数の領域は、前記振動強度の平均値に前記バラツキ指標を加算した値よりも大きい第一領域と、前記振動強度の平均値から前記バラツキ指標を減算した値よりも小さい第二領域と、前記振動強度の平均値から前記バラツキ指標を減算した値と前記振動強度の平均値との間に位置する第三領域とを含んでおり、
   さらに、
   前記複数領域形成手段により形成された複数の領域のそれぞれに含まれる振動強度の回数をカウントするカウント手段を含んでおり、前記第二のノック発生状態判定手段（２００）は、前記第三領域における前記振動強度の回数に対する前記第二領域における前記振動強度の回数の比および前記第一領域における前記振動強度の回数のうちの少なくとも一方に基づいてノック発生状態を判定するようにしており、
   前記第三のノック発生状態判定手段（３００）は、前記中央値を基準として算出されたバラツキであるバラツキ指標の前記所定燃焼回数におけるバラツキ指標平均値を算出するバラツキ指標平均値算出手段を含んでおり、前記バラツキ指標平均値算出手段により算出されたバラツキ指標平均値に基づいてノック発生状態を判定するようにしており、
   前記第一のノック発生状態判定手段（１００）によってノック発生状態が判定されない場合に、前記第二のノック発生状態判定手段（２００）によってノック発生状態を判定するようにしているノック発生状態判定装置。
2. さらに、前記センサ（２８）により出力された一燃焼毎の波形の振動強度と閾値とを比較して前記振動強度が前記閾値を越えたときにノックを検出するノック検出手段を具備し、
   前記閾値の補正量は、前記第一から第三のノック発生状態判定手段（１００、２００、３００）の少なくとも一つにより判定されたノック発生状態に応じて定まるようにした請求項１に記載のノック発生状態判定装置。
3. 前記ノック発生状態判定装置（５００）が前記第一から第三のノック発生状態判定手段（１００、２００、３００）の少なくとも第一および第二のノック発生状態判定手段（１００、２００）を具備しており、
   さらに、前記センサ（２８）により出力された一燃焼毎の波形の振動強度と閾値とを比較して前記振動強度が前記閾値を越えたときにノックを検出するノック検出手段と、
   該ノック検出手段によって検出されたノックの回数を所定燃焼回数にわたってカウントするカウント手段とを具備し、
   前記閾値の補正量は前記ノック発生状態判定手段によるノック発生状態判定結果と前記カウント手段の結果に応じて定まるようにした請求項１に記載のノック発生状態判定装置。

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