特許 6587981 ノッキング検出方法及びノッキング検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6587981

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】ノッキング検出方法及びノッキング検出装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20191001BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 368A

   F02D45/00 368C

   F02D45/00 368S

   F02D45/00 358N

【請求項の数】14

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-112666(P2016-112666)

(22)【出願日】2016年6月6日

(65)【公開番号】特開2017-218936(P2017-218936A)

(43)【公開日】2017年12月14日

【審査請求日】2018年8月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】316015888

【氏名又は名称】三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】柚木 晃広

(72)【発明者】

【氏名】竹本 大育

【審査官】 佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１１３７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０５２７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３２１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１８３５３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４３／００−４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記内燃機関の有する気筒の筒内圧力を複数のクランク角において取得する筒内圧取得ステップと、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算ステップと、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得ステップと、
前記筒内圧最大クランク角から第１値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第２値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定ステップと、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分ステップと、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第１ノッキング判定ステップと、
前記第１ノッキング判定ステップにおいてノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定ステップと、備え、
前記第１ノッキング判定ステップは、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第１ノック判定閾値よりも大きい場合に前記ノッキング有と判定し、
前記ノッキング強度判定ステップは、
前記小側クランク角よりも第３値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得ステップと、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定ステップと、を有することを特徴とするノッキング検出方法。

【請求項2】

内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記内燃機関の有する気筒の筒内圧力を複数のクランク角において取得する筒内圧取得ステップと、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算ステップと、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得ステップと、
前記筒内圧最大クランク角から第１値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第２値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定ステップと、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分ステップと、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第１ノッキング判定ステップと、
前記熱発生率の最大熱発生率が第２ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第２ノッキング判定ステップと、を備えることを特徴とするノッキング検出方法。

【請求項3】

前記第１ノッキング判定ステップは、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第１ノック判定閾値よりも大きい場合にノッキング有と判定することを特徴とする請求項２に記載のノッキング検出方法。

【請求項4】

前記第１ノッキング判定ステップにおいて前記ノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定ステップを、さらに備え、
前記ノッキング強度判定ステップは、
前記小側クランク角よりも第３値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得ステップと、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定ステップと、を有することを特徴とする請求項３に記載のノッキング検出方法。

【請求項5】

前記熱発生率の最大熱発生率が第２ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第２ノッキング判定ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のノッキング検出方法。

【請求項6】

前記第１値および前記第２値は、それぞれ３度〜７度であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のノッキング検出方法。

【請求項7】

前記熱発生率演算ステップは、前記筒内圧取得ステップで取得した前記筒内圧力を用いて、前記複数のクランク角におけるそれぞれの前記熱発生率を演算することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のノッキング検出方法。

【請求項8】

内燃機関の有する気筒の筒内圧力を検出可能な筒内圧センサと、前記内燃機関のクランク角を検出可能なクランク角センサと、を備えた内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記筒内圧センサによって検出された前記筒内圧力を複数の前記クランク角において取得する筒内圧取得部と、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算部と、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得部と、
前記筒内圧最大クランク角から第１値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第２値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定部と、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分部と、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第１ノッキング判定部と、
前記第１ノッキング判定部においてノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定部と、を備え、
前記第１ノッキング判定部は、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第１ノック判定閾値よりも大きい場合に前記ノッキング有と判定し、
前記ノッキング強度判定部は、
前記小側クランク角よりも第３値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得部と、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定部と、を有することを特徴とするノッキング検出装置。

【請求項9】

内燃機関の有する気筒の筒内圧力を検出可能な筒内圧センサと、前記内燃機関のクランク角を検出可能なクランク角センサと、を備えた内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記筒内圧センサによって検出された前記筒内圧力を複数の前記クランク角において取得する筒内圧取得部と、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算部と、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得部と、
前記筒内圧最大クランク角から第１値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第２値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定部と、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分部と、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第１ノッキング判定部と、
前記熱発生率の最大熱発生率が第２ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第２ノッキング判定部と、を備えることを特徴とするノッキング検出装置。

【請求項10】

前記第１ノッキング判定部は、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第１ノック判定閾値よりも大きい場合にノッキング有と判定することを特徴とする請求項９に記載のノッキング検出装置。

【請求項11】

前記第１ノッキング判定部において前記ノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定部を、さらに備え、
前記ノッキング強度判定部は、
前記小側クランク角よりも第３値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得部と、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定部と、を有することを特徴とする請求項１０に記載のノッキング検出装置。

【請求項12】

前記熱発生率の最大熱発生率が第２ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第２ノッキング判定部を、さらに備えることを特徴とする請求項８に記載のノッキング検出装置。

【請求項13】

前記第１値および前記第２値は、それぞれ３度〜７度であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のノッキング検出装置。

【請求項14】

前記熱発生率演算部は、前記筒内圧取得部で取得した前記筒内圧力を用いて、前記複数のクランク角におけるそれぞれの前記熱発生率を演算することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載のノッキング検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関におけるノッキング検出方法及びノッキング検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、ガスエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関は各燃焼サイクルにおける点火タイミングが早いほど高効率となる。その反面、点火タイミングが早いほど、シリンダ内で未燃のエンドガスが自己着火（自然発火）する異常燃焼の事象となるノッキングが発生する可能性が高くなる。そして、この自己着火により生じる衝撃波がシリンダの内壁面に形成される熱境界層を破壊してしまうことにより、シリンダの内壁面における表面温度を過度に上昇させ、シリンダなどのエンジン部品の溶損といった内燃機関の損傷を引き起こす。従って、ノッキングによる内燃機関の損傷を避けながら、内燃機関をできるだけ高効率に運転するためには、ノッキングの検出が重要となる。特に、強いノッキングは、それだけ内燃機関の損傷を引き起こすおそれがある。

【0003】

例えば、特許文献１〜２には、ノッキングの強さ（ノッキング強度）に基づいてノッキング判定を行うことにノッキングの検出を行うことが開示されている。特許文献１では、筒内圧センサや加速度センサ等の信号に基づいて、各燃焼サイクルにおけるノッキング強度を求めている。具体的には、上記の信号に対して、振幅の最大値を求める演算処理をしたり、高速フーリエ変換解析（以下、ＦＦＴ解析）を行い、ノッキング周波数付近のパワースペクトル密度の平方和であるパーシャルオーバーオール（以下、ＰＯＡ）を求める演算処理をしたり、波形信号を積分し、ＰＯＡ相当の値を求める演算処理をしたりして、ノッキング強度を求めている。また、特許文献２には、上記のＰＯＡが所定の閾値を超えた頻度であるシビアリティについて記載されており、このシビアリティもノッキングの強さの評価指標として用いられる。

【0004】

一方、特許文献３では、火花点火内燃機関の燃焼室内の熱発生率に基づいてノッキング判定を行うことが開示されている。一般的にノッキングが発生した際には、熱発生率は、正常燃焼による発生ピーク（１つ目のピーク）の後にノッキングによる２つ目のピークが生じるように推移する（後述する図５参照）。特許文献３は、このノッキングによる２つ目のピークの有無を判定することにより、ノッキングの検出を行うものである。ただし、燃焼の１サイクル中において熱発生率は上下に何度も変化するものであり、複数のピークが生じることから（後述する図５参照）、これら複数のピークのうちからノッキングにより生じる熱発生率のピークを区別する必要がある。この点、特許文献３では、正常燃焼時の発生ピーク（１つ目のピーク）から熱発生率が０となるまでの領域を熱発生率の立下り領域として検出し、この領域を解析することによりノッキング判定を行っている。つまり、ノッキングが発生した際には、この熱発生率の立下り領域において上記の２つ目のピークが観測されることを前提としている。そして、上記の熱発生率の立下り領域における、例えば熱発生率の負の最大傾き量（熱発生率の微分値の最大値）を閾値と比較することでノッキング判定を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−１３２１８５号公報

【特許文献2】特開２０１２−１５９０４８号公報

【特許文献3】特開平２−１９９２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１〜２のように、ノッキングの強さの評価指標としてノッキング・シビアリティを用いた場合において、その評価結果が実際に観測される典型的なノッキング特性とは矛盾する事例が散見されている。典型的には、ノッキング・シビアリティは、点火タイミングを進角させるにつれて大きくなる傾向を示すものであるが、評価結果の中には、ノッキング・シビアリティが点火タイミングを進角させるにつれて途中から小さくなる傾向（上に凸の傾向）やフラットになる傾向を示す場合がある。

【0007】

一方、特許文献３では、ノッキング判定を精度良く行うためには、上述した熱発生率の立下り領域を正確に検出することが重要である。しかし、上述したように、内燃機関の筒内における熱発生率は、クランク角の変化に伴って上下に何度も変化するのが一般的であり（後述する図５〜図６参照）、特に、熱発生率が０となるクランク角を特定するのは困難である。このため、熱発生率の立下り領域を正確に特定することは困難である。この点、特許文献３には、ノッキング等による高周波振動成分をフィルタでカットすることも開示されているが、このような方法では、検出しようとするノッキングの成分まで除去してしまい、ノッキングの検出精度の低下を招く可能性がある。

【0008】

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、内燃機関の筒内の熱発生率に基づくノッキング判定をより容易に精度良く行うことが可能なノッキング検出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るノッキング検出方法は、
内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記内燃機関の有する気筒の筒内圧力を複数のクランク角において取得する筒内圧取得ステップと、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算ステップと、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得ステップと、
前記筒内圧最大クランク角から第１値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第２値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定ステップと、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分ステップと、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第１ノッキング判定ステップと、を有する。

【0010】

上記（１）の構成によれば、ノッキング検出装置は、ノック判定クランク角領域における熱発生率に基づいてノッキング判定を行うように構成される。この際、このノック判定クランク角領域は、内燃機関が有する気筒の筒内圧力が最大となるクランク角（筒内圧最大クランク角）を取得し、この筒内圧最大クランク角を基準として定めるよう構成される。このため、筒内圧力から容易に判別可能な筒内圧最大クランク角に基づいて、ノック判定クランク角領域を容易に設定することができる。また、ノッキングが発生したクランク角を確実に含めるように第１値（小側クランク角）および第２値（大側クランク角）を決定することで、ノック判定クランク角領域における熱発生率に基づいて精度良くノッキング判定を行うことができる。

【0011】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記第１値および前記第２値は、それぞれ３度〜７度である。
本発明者らは、鋭意研究により、筒内圧最大クランク角の±３度〜７度の領域における熱発生率の微分値によりノッキング判定を精度よく行うことができることを見出した。よって、上記（２）の構成によれば、筒内圧最大クランク角の３度〜７度の領域をノック判定クランク角領域とすることにより、ノッキング判定精度を高めることができる。

【0012】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記第１ノッキング判定ステップは、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第１ノック判定閾値よりも大きい場合にノッキング有と判定する。
上記（３）の構成によれば、ノック判定クランク角領域における熱発生率の微分値の最大値と閾値とを比較することにより、ノッキング判定を容易に行うことができる。

【0013】

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記第１ノッキング判定ステップにおいてノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定ステップを、さらに備え、
前記ノッキング強度判定ステップは、
前記小側クランク角よりも第３値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得ステップと、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定ステップと、を有する。
上記（４）の構成によれば、ノッキング有と判定された際にノッキング強度も判定することができる。これによって、例えば、ノッキング強度の強弱によって点火時期を制御することにより、ノッキングによる内燃機関の損傷を避けながら、内燃機関をできるだけ高効率に運転することができる。

【0014】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の構成において、
前記熱発生率の最大熱発生率が第２ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第２ノッキング判定ステップを、さらに備える。
上記（５）の構成によれば、ノッキング強度が強いノッキングを迅速に検出することができる。これによって、内燃機関のノッキングによる損傷のより確実な防止を図ることができる。

【0015】

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記熱発生率演算ステップは、前記筒内圧取得ステップで取得した前記筒内圧力を用いて、前記複数のクランク角におけるそれぞれの前記熱発生率を演算する。
上記（６）の構成によれば、筒内圧力は、筒内圧最大クランク角の取得のために取得される情報であり、熱発生率を取得するためのセンサといった他の構成を用いることなく、筒内圧力を用いて演算することによって、熱発生率を容易に得ることができる。

【0016】

（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るノッキング検出装置は、
内燃機関の有する気筒の筒内圧力を検出可能な筒内圧センサと、前記内燃機関のクランク角を検出可能なクランク角センサと、を備えた内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記筒内圧センサによって検出された前記筒内圧力を複数の前記クランク角において取得する筒内圧取得部と、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算部と、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得部と、
前記筒内圧最大クランク角から第１値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第２値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定部と、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分部と、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第１ノッキング判定部と、を備える。
上記（７）の構成によれば、上記（１）と同様に、より精度良く容易にノッキング判定を行うことができる。

【0017】

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記第１値および前記第２値は、それぞれ３度〜７度である。
上記（８）の構成によれば、上記（２）と同様に、ノッキング判定精度を高めることができる。

【0018】

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）〜（８）の構成において、
前記第１ノッキング判定部は、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第１ノック判定閾値よりも大きい場合にノッキング有と判定する。
上記（９）の構成によれば、上記（３）と同様に、ノッキング判定を容易に行うことができる。

【0019】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記第１ノッキング判定部においてノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定部を、さらに備え、
前記ノッキング強度判定部は、
前記小側クランク角よりも第３値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得部と、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定部と、を有する。
上記（１０）の構成によれば、上記（４）と同様に、ノッキング有と判定された際にノッキング強度も判定することができる。これによって、ノッキング強度の強弱によって点火時期を制御することにより、ノッキングによる内燃機関の損傷を避けながら、内燃機関をできるだけ高効率に運転することができる。

【0020】

（１１）幾つかの実施形態では、上記（７）〜（１０）の構成において、
前記熱発生率の最大熱発生率が第２ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第２ノッキング判定部を、さらに備える。
上記（１１）の構成によれば、上記（５）と同様に、ノッキング強度が強いノッキングを迅速に検出することができる。これによって、内燃機関のノッキングによる損傷のより確実な防止を図ることができる。

【0021】

（１２）幾つかの実施形態では、上記（７）〜（１１）の構成において、
前記熱発生率演算部は、前記筒内圧取得部で取得した前記筒内圧力を用いて、前記複数のクランク角におけるそれぞれの前記熱発生率を演算する。
上記（１２）の構成によれば、上記（６）と同様に、熱発生率を取得するためのセンサといった他の構成を用いることなく、熱発生率を容易に得ることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、内燃機関の筒内の熱発生率に基づいて、より容易に精度良くノッキングを検出可能なノッキング検出方が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係るノッキング検出方法を実行するノッキング検出装置を備える内燃機関の構成を概略的に示す図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るノッキング検出装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るノッキング検出方法を示すフロー図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る内燃機関の気筒（シリンダ）における筒内圧変動曲線を例示する図である。

【図5】図４の筒内圧変動曲線に基づいて得られる熱発生率変動曲線を示す図である。

【図6】図５の熱発生率変動曲線を微分した熱発生率微分曲線を示す図である。

【図7】本発明の一実施形態に係るノッキング検出装置の構成を示す機能ブロック図であり、ノッキング検出装置は第２ノッキング判定部をさらに備える。

【図8】本発明の一実施形態に係るノッキング検出方法を示すフロー図であり、ノッキング判定方法は第２ノッキング判定ステップをさらに備える。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0025】

図１は、本発明の一実施形態に係るノッキング検出方法を実行するノッキング検出装置１を備える内燃機関２の構成を概略的に示す図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係るノッキング検出装置１の構成を示す機能ブロック図である。

【0026】

まず、図１〜図２に示される内燃機関２について説明すると、内燃機関は、シリンダ２１（気筒）と、シリンダ２１内を往復運動するピストン２２を備えている。ピストン２２は、コンロッド２３を介してクランク軸２４（クランクシャフト）に機械的に接続されており、ピストン２２の上面とシリンダ２１の容積部分とによって画される空間が燃焼室２５となる。通常、内燃機関２は複数の気筒（シリンダ２１）を備えており、上述した筒内圧センサ３はシリンダ２１毎に設けられて、シリンダ２１毎に筒内圧力Ｐを検出する。なお、図１では、１つのシリンダ２１が示されているが、シリンダ２１の数は１以上であれば良く、単気筒エンジン、多気筒エンジンであっても良い。また、内燃機関２は、ガスエンジンやガソリンエンジン等であっても良い。

【0027】

また、シリンダ２１には、燃焼室２５に空気と燃料の混合気を供給するための給気配管２６、燃焼室２５から燃焼ガス（排ガス）を排出するための排気配管２７とが接続されている。また、上記の給気配管２６には、給気配管２６の上流側から燃焼室２５に向けて流れてくる空気と燃料ガスとを混合するためのミキサ２９が設けられており、燃料ガスは、燃料調節弁２９ｖによって燃料供給量が調節されながら、ミキサ２９に接続された燃料供給管２９ｆからミキサ２９に供給されるようになっている。また、燃焼室２５と給気配管２６との連通状態を制御する給気弁２６ｖと、燃焼室２５と排気配管２７との連通状態を制御する排気弁２７ｖと、点火プラグ２８とが燃焼室２５に設けられている。なお、図１に示されるように、燃焼室２５は、内部に点火プラグ２８が設けられる副室２５ａと、副室２５ａと噴孔２５ｃを介して連通されている主室２５ｂとを備えていても良い。この場合には、副室２５ａ内にトーチ生成用として供給された少量の燃料ガスが点火プラグにより直接点火され、この副室２５ａ内の点火によって噴孔２５ｃから吹き出すトーチによって、上記の主室２５ｂに存在する混合気が点火される。

【0028】

また、図１〜図２に示される実施形態では、図示されるように、内燃機関２は、内燃機関２の有する気筒の筒内圧力Ｐを検出可能な筒内圧センサ３と、内燃機関のクランク軸２４のクランク角θ（以下、単に、クランク角θという）を検出可能なクランク角センサ４と、を備えている。クランク角センサ４は、クランク軸２４に設けられることにより、クランク軸２４の位相角度を検出し、現在のクランク角位相を表す信号（クランク角位相信号）をノッキング検出装置１に出力する。他方、上記の筒内圧センサ３は、シリンダ２１に設けられることにより、検出した燃焼室３５内部の圧力を表す信号（筒内圧信号）をノッキング検出装置１に出力する。

【0029】

次に、本発明の一実施形態に係るノッキング検出装置１を、図２〜図５を用いて説明する。ノッキング検出装置１は、単位クランク角あたりの熱発生量（Ｑ）である熱発生率（ｄＱ／ｄθ）。以下、単に、熱発生率をＱ´とする）を内燃機関２の気筒毎に求め、熱発生率Ｑ´に基づいてノッキング判定することにより、ノッキングを検出する。なお、以下では、熱発生率Ｑ´は、内燃機関２の気筒の筒内圧力Ｐを用いて演算するものとして説明する。

【0030】

幾つかの実施形態では、図２に示されるように、ノッキング検出装置１は、筒内圧取得部１１と、熱発生率演算部１２と、筒内圧最大クランク角取得部１３と、ノック判定クランク角領域決定部１４と、熱発生率微分部１５と、第１ノッキング判定部１６と、を備える。ノッキング検出装置１は、ＥＣＵ（電子制御装置）などのコンピュータで構成されており、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ（記憶装置）を備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラムの命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、上記のようなノッキング検出装置１の各機能部を実現する。

【0031】

なお、図１〜図２に示される実施形態では、ノッキング検出装置１は、内燃機関２の点火時期を制御する点火時期制御装置７と通信可能に設けられており、ノッキングの検出結果を点火時期制御装置７に向けて出力するよう構成されている。また、点火時期制御装置７は、ノッキング検出装置１からノッキングの検出した旨の信号が入力されると、点火プラグ２８による点火時期を遅角側へ制御するよう構成されている。
以下、上述したノッキング検出装置１が備える上記の構成をそれぞれ説明する。

【0032】

筒内圧取得部１１は、筒内圧センサ３によって検出された筒内圧力Ｐを複数のクランク角θにおいて取得する。クランク角θは、例えば、シリンダ２１のピストン２２の上死点を基準（０度）とし、この基準からの内燃機関２の回転角度となる。図１〜図２に示される実施形態では、筒内圧取得部１１は、筒内圧センサ３およびクランク角センサ４にそれぞれ接続されることにより、筒内圧信号およびクランク角位相信号が入力されている。そして、筒内圧取得部１１は、内燃機関２の燃焼サイクルにおいて発生したノッキングによる信号が含まれる可能性のあるクランク角θの領域（後述するノック判定クランク角領域Ｒｊ）を含む領域（監視クランク角領域Ｒ）における筒内圧力Ｐ（データ）を読み込んでいる（取得している）。例えば、上死点をクランク角θの基準（０°）とした際に、燃焼行程における上死点から−３０〜−６０度における所定のクランク角度θを監視クランク角領域Ｒの下限クランク角とし、一方、上死点から＋３０度〜＋６０度における所定のクランク角度θを監視クランク角領域Ｒの上限クランク角として設定しても良い（下限クランク角≦監視クランク角領域Ｒ≦上限クランク角）。ただし、この実施形態に本発明は限定されず、他の幾つかの実施形態では、監視クランク角領域Ｒは、内燃機関２の燃焼サイクルの全領域であっても良い。クランク角θが進むにつれて筒内圧力Ｐは変動するが、これによって、クランク角θと筒内圧力Ｐとの関係を示す筒内圧変動曲線Ｃｐ（後述する図４参照）が得られる。
そして、筒内圧取得部１１は、取得したクランク角θと筒内圧力Ｐとの関係（筒内圧変動曲線Ｃｐ）を、次に説明する熱発生率演算部１２および筒内圧最大クランク角取得部１３に出力するように構成されている。

【0033】

熱発生率演算部１２は、筒内圧取得部１１が取得した上記の複数のクランク角における気筒の熱発生率Ｑ´をそれぞれ演算する。周知のように、筒内圧力Ｐは、燃焼室２５内における混合気の燃焼により発生する熱発生量Ｑと相関関係があり、筒内圧力Ｐから熱発生率Ｑ´を求めることができる。図１〜図２に示される実施形態では、熱発生率演算部１２は筒内圧取得部１１に接続されている。そして、熱発生率演算部１２は、例えば１度などの所定のクランク角θの間隔で熱発生率Ｑ´を演算している。これによって、クランク角θと熱発生率Ｑ´との関係を示す熱発生率変動曲線Ｃｑ（後述する図５参照）が得られる。なお、他の幾つかの実施形態では、熱発生率演算部１２は、後述するノック判定クランク角領域決定部１４に接続されることで、ノック判定クランク角領域Ｒｊ（後述）における熱発生率Ｑ´のみを演算するように構成しても良い。

【0034】

筒内圧最大クランク角取得部１３は、内燃機関２の気筒の筒内圧力Ｐが最大となる筒内圧最大クランク角θｍａｘを取得する。図１〜図２に示される実施形態では、筒内圧最大クランク角取得部１３は筒内圧取得部１１に接続されている。そして、筒内圧最大クランク角取得部１３は、筒内圧取得部１１から入力された複数のクランク角θにおける筒内圧力Ｐ（筒内圧変動曲線Ｃｐ）の最大値Ｐｍａｘを判定し、その筒内圧力Ｐの最大値Ｐｍａｘを与えるクランク角度θを筒内圧最大クランク角θｍａｘとして取得している。

【0035】

ノック判定クランク角領域決定部１４は、筒内圧最大クランク角θｍａｘから第１値Ｒ１だけ小さい小側クランク角θｓと、筒内圧最大クランク角θｍａｘより第２値Ｒ２だけ大きい大側クランク角θｂとの間の領域となるノック判定クランク角領域Ｒｊを決定する。つまり、ノック判定クランク角領域Ｒｊは筒内圧最大クランク角θｍａｘを基準に決定されるクランク角θの領域である。図１〜図２に示される実施形態では、ノック判定クランク角領域決定部１４は、筒内圧最大クランク角取得部１３に接続されている。そして、ノック判定クランク角領域決定部１４は、筒内圧最大クランク角取得部１３から入力された筒内圧最大クランク角θｍａｘから第１値Ｒ１を減算することにより小側クランク角θｓを算出し、また、筒内圧最大クランク角θｍａｘに第２値Ｒ２を加算することにより大側クランク角θｂを算出し、ノック判定クランク角領域Ｒｊを決定している（θｓ≦Ｒｊ≦θθｂ）。

【0036】

そして、ノッキング判定は、次に説明するよう熱発生率微分部１５および第１ノッキング判定部１６がノック判定クランク角領域Ｒｊを解析することにより行われる。
熱発生率微分部１５は、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´の微分値（ｄ（ｄＱ／ｄθ）／ｄθ）を算出する。換言すれば、熱発生率Ｑ´の傾き量を算出する。図１〜図２に示される実施形態では、熱発生率微分部１５は、熱発生率演算部１２およびノック判定クランク角領域決定部１４にそれぞれ接続されている。そして、熱発生率微分部１５は、熱発生率演算部１２から入力された熱発生率Ｑ´であって、ノック判定クランク角領域決定部１４から入力されたノック判定クランク角領域Ｒｊにある熱発生率Ｑ´を微分している。これによって、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける、クランク角θと熱発生率Ｑ´の微分値との関係を示す熱発生率微分曲線Ｃｑｄ（後述する図６参照）が得られる。

【0037】

また、第１ノッキング判定部１６は、熱発生率微分部１５で算出されたノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う。図１〜図２に示される実施形態では、第１ノッキング判定部１６は、熱発生率微分部１５に接続されており、クランク角θと熱発生率Ｑ´の微分値との関係（熱発生率微分曲線Ｃｑｄ）が入力されている。より詳細には、図１〜図２に示される実施形態では、第１ノッキング判定部１６は、熱発生率微分部１５で算出された熱発生率Ｑ´の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、この最大微分熱発生率が第１ノック判定閾値Ｄｔｈよりも大きい場合にノッキング有と判定するよう構成されている。このようにノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´の微分値の最大値と閾値（第１ノック判定閾値Ｄｔｈ）とを比較することにより、ノッキング判定の容易な実行を可能としている。

【0038】

次に、上述した構成を備えるノッキング検出装置１などによって実行されるノッキング検出方法を、図３〜図６を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るノッキング検出方法を示すフロー図である。図４は、本発明の一実施形態に係る内燃機関２の気筒（シリンダ２１）における筒内圧変動曲線Ｃｐを例示する図である。図５は、図４の筒内圧変動曲線Ｃｐに基づいて得られる熱発生率変動曲線Ｃｑを示す図である。また、図５は、図５の熱発生率変動曲線Ｃｑを微分した熱発生率微分曲線Ｃｑｄを示す図である。
図３に示されるように、ノッキング検出方法は、内燃機関２におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、筒内圧取得ステップ（Ｓ１）と、熱発生率演算ステップ（Ｓ２）と、筒内圧最大クランク角取得ステップ（Ｓ３）と、ノック判定クランク角領域決定ステップ（Ｓ４）と、熱発生率微分ステップ（Ｓ５）と、第１ノッキング判定ステップ（Ｓ６）と、を備える。
以下、上述した各ステップを、図３に示すフローの実行ステップ順に説明する。

【0039】

図３のステップＳ１において筒内圧取得ステップが実行される。本ステップは、上述した筒内圧取得部１１の処理に相当する内容を実行するステップであり、この筒内圧取得ステップ（Ｓ１）によって、例えば上述した筒内圧センサ３やクランク角センサ４を用いて、内燃機関２の有する気筒の筒内圧力Ｐを複数のクランク角θにおいて取得する。そして、本ステップを実行することにより、図４に示されるような筒内圧変動曲線Ｃｐが取得される。図４には、破線によって示されるノッキングが発生していない場合となる正常時の筒内圧変動曲線Ｃｐ（ｎ）と、太実線によって示される内燃機関２の損傷を引き起こす可能性が高くなるような強いノッキングが発生している場合となるノッキング強時の筒内圧変動曲線Ｃｐ（ｓ）と、細実線によって示される上記の強いノッキングよりも弱いノッキングが発生している場合となるノッキング弱時の筒内圧変動曲線Ｃｐ（ｗ）の３種類が例示されている。

【0040】

ステップＳ２において熱発生率演算ステップが実行される。本ステップは、上述した熱発生率演算部１２の処理に相当する内容を行うステップであり、この熱発生率演算ステップ（Ｓ２）によって、複数のクランク角における気筒の熱発生率Ｑ´をそれぞれ演算する。そして、本ステップを実行することにより、図５に示されるような熱発生率変動曲線Ｃｑが取得される。図５の熱発生率変動曲線Ｃｑが示すように、燃焼の１サイクル中において熱発生率Ｑ´は上下に何度も変化するものであり、３つの熱発生率変動曲線Ｃｑの各々には、点火プラグ２８の点火で生じる燃焼による熱発生率Ｑ´のピーク（１つ目のピーク）が現れる。これと共に、ノッキングが発生した場合には、この１つ目のピークの後のクランク角θにおいて、ノッキングにより発生する２つ目の熱発生率Ｑ´のピークが現れる。また、この２つ目の熱発生率Ｑ´のピーク値は、ノッキング強度が強いほど大きくなる傾向を示す。図３に示される実施形態では、筒内圧取得ステップ（Ｓ１）で取得した筒内圧力Ｐを用いて、監視クランク角領域Ｒにおける熱発生率Ｑ´を複数のクランク角θにおいてそれぞれ演算している。

【0041】

ステップＳ３において筒内圧最大クランク角取得ステップが実行される。本ステップは、上述した筒内圧最大クランク角取得部１３の処理に相当する内容を行うステップであり、この筒内圧最大クランク角取得ステップ（Ｓ３）によって、内燃機関２の気筒の筒内圧力Ｐが最大となる筒内圧最大クランク角θｍａｘを取得する。図３に示される実施形態では、筒内圧取得ステップ（Ｓ２）で取得した監視クランク角領域Ｒにおける筒内圧最大クランク角θｍａｘを取得している。図４の例示では、筒内圧力Ｐの最大値（Ｐｍａｘ）は、正常時（Ｃｐ（ｎ）のＰｍａｘ）、ノッキング弱時（Ｃｐ（ｗ）のＰｍａｘ）、ノッキング強時（Ｃｐ（ｓ）のＰｍａｘ）の順で大きくなっており、これらの各々の筒内圧力Ｐの最大値に対応するクランク角θ（筒内圧最大クランク角θｍａｘ）は、正常時ではθｍｎ、ノッキング弱時ではθｍｗ、ノッキング強時ではθｍｓとなっている。

【0042】

ステップＳ４においてノック判定クランク角領域決定ステップが実行される。本ステップは、上述したノック判定クランク角領域決定部１４の処理に相当する内容を行うステップであり、このノック判定クランク角領域決定ステップ（Ｓ４）によって、上述したノック判定クランク角領域Ｒｊを決定する。つまり、ノック判定クランク角領域Ｒｊは、θｍａｘ−第１値Ｒ１とθｍａｘ＋第２値Ｒ２との間の領域となる（θｍａｘ−Ｒ１≦Ｒｊ≦θｍａｘ＋Ｒ２）。図４の例示では、ノック判定クランク角領域Ｒｊは、正常時ではθｍｎ−Ｒ１≦Ｒｊ（Ｃｐ（ｎ））≦θｍｎ＋Ｒ２、ノッキング弱時ではθｍｗ−Ｒ１≦Ｒｊ（Ｃｐ（ｗ））≦θｍｗ＋Ｒ２、ノッキング強時ではθｍｓ−Ｒ１≦Ｒｊ（Ｃｐ（ｓ））≦θｍｓ＋Ｒ２となる。（図４参照）。

【0043】

ステップＳ５において熱発生率微分ステップが実行される。本ステップは、上述した熱発生率微分部１５の処理に相当する内容を行うステップであり、この熱発生率微分ステップ（Ｓ５）によって、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´の微分値を算出する。すなわち、図５に示される熱発生率変動曲線Ｃｑから、図６に示される熱発生率微分曲線Ｃｑｄが得られる。図６には、図４〜図５に合わせて、上述した破線によって示される正常時の熱発生率微分曲線Ｃｑｄ（ｎ）と、太実線によって示されるノッキング強時の熱発生率微分曲線Ｃｑｄ（ｓ）と、細実線によって示されるノッキング弱時の熱発生率微分曲線Ｃｑｄ（ｗ）の３種類が例示されている。当然のことながら、熱発生率微分曲線Ｃｑｄ（図６）は、熱発生率変動曲線Ｃｑ（図５）と同様に、燃焼の１サイクル中において上下に何度も変化する。図６の例示では、３つの熱発生率微分曲線Ｃｑｄの各々は、燃焼開始時以降から熱発生率Ｑ´の変化（傾き）が、燃焼開始時以前に比べてより大きくなる点で共通している。また、この熱発生率Ｑ´の変化は、ノッキング強時の方がノッキング弱時に比べて大きくなっている。

【0044】

ステップＳ６（Ｓ６ａ、Ｓ６ｂ、Ｓ６ｙ、Ｓ６ｎ）において第１ノッキング判定ステップが実行される。本ステップは、上述した第１ノッキング判定部１６の処理に相当する内容を行うステップであり、この第１ノッキング判定ステップ（Ｓ６）によって、熱発生率微分ステップ（Ｓ５）で算出された熱発生率Ｑ´の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う。図３に示される実施形態では、ステップＳ６ａにおいて、熱発生率微分ステップ（Ｓ５）で算出された熱発生率Ｑ´の微分値の最大値となる最大微分熱発生率Ｄｍａｘを取得する。そして、ステップＳ６ｂにおいて、最大微分熱発生率Ｄｍａｘと第１ノック判定閾値Ｄｔｈとを比較する。そして、この比較の結果、最大微分熱発生率Ｄｍａｘが第１ノック判定閾値Ｄｔｈよりも大きい場合には、ステップＳ６ｙにおいてノッキング有と判定している。逆に、ステップＳ６ｂにおける比較の結果、最大微分熱発生率Ｄｍａｘが第１ノック判定閾値Ｄｔｈ以下の場合には、ステップＳ６ｎにおいてノッキング無と判定する。

【0045】

図６の例示では、クランク角θのノック判定クランク角領域Ｒｊにおける最大微分熱発生率Ｄｍａｘは、破線によって示される正常時ではＤ３であり、細実線によって示されるノッキング弱時ではＤ２であり、太実線によって示されるノッキング強時ではＤ１となっている。また、Ｄ１はＤ２よりも大きく、Ｄ２はＤ３よりも大きい（Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３）。そして、上記の第１ノック判定閾値Ｄｔｈは、Ｄ１およびＤ２よりも小さく、Ｄ３よりも大きい値に設定されている。このため、最大微分熱発生率ＤｍａｘがそれぞれＤ１およびＤ２となる熱発生率微分曲線Ｃｑｄ（ｓ）（ノッキング強時）およびＣｑｄ（ｗ）（ノッキング弱時）について、ノッキング有と判定されることになる。逆に、最大微分熱発生率ＤｍａｘがＤ３となる熱発生率微分曲線Ｃｑｄ（ｎ）（正常時）については、ノッキング無と判定されることになる。

【0046】

以上、本発明の一実施形態に係るノッキング検出装置１およびノッキング検出方法をそれぞれ説明した。上記の構成によれば、ノッキング検出装置１は、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´に基づいてノッキング判定を行うように構成される。この際、このノック判定クランク角領域Ｒｊは、内燃機関２が有する気筒の筒内圧力Ｐが最大となるクランク角θ（筒内圧最大クランク角θｍａｘ）を取得し、この筒内圧最大クランク角θｍａｘを基準として定めるよう構成される。このため、筒内圧力Ｐから容易に判別可能な筒内圧最大クランク角θｍａｘに基づいて、ノック判定クランク角領域Ｒｊを容易に設定することができる。また、ノッキングが発生したクランク角θを確実に含めるように第１値Ｒ１（小側クランク角θｓ）および第２値Ｒ２（大側クランク角θｂ）を決定することで、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´に基づいて精度良くノッキング判定を行うことができる。

【0047】

また、幾つかの実施形態では、ノック判定クランク角領域Ｒｊを画定する第１値Ｒ１および第２値Ｒ２は、それぞれ３度〜７度である。好ましくは、第１値Ｒ１および第２値Ｒ２は、それぞれ４度〜６度の範囲、特に好ましくは５度である。例えば、第１値Ｒ１および第２値Ｒ２をそれぞれ５度とした場合には、ノック判定クランク角領域Ｒｊは、クランク角θがθｍａｘ−５度とθｍａｘ＋５度の間の領域となる（θｍａｘ−５度≦Ｒｊ≦θｍａｘ＋５度）。図４の例示では、筒内圧最大クランク角θｍａｘは、正常時の筒内圧変動曲線Ｃｐ（ｎ）でθｍｎ、ノッキング強時の筒内圧変動曲線Ｃｐ（ｓ）でθｍｓ、ノッキング弱時の筒内圧変動曲線Ｃｐ（ｗ）でθｍｗとなっており、このため、ノック判定クランク角領域Ｒｊは、それぞれ、正常時ではθｍｍ−５度≦Ｒｊ（Ｃｐ（ｎ））≦θｍｎ＋５度、ノッキング強時ではθｍ−５度≦Ｒｊ（Ｃｐ（ｓ））≦θｍｓ＋５度、ノッキング弱時ではθｍｗ−５度≦Ｒｊ（Ｃｐ（ｗ））≦θｍｗ＋５度となる。なお、第１値Ｒ１および第２値Ｒ２は同じ５度として説明したが、第１値Ｒ１および第２値Ｒ２は、それぞれ異なる値であっても良い。

【0048】

上述したノック判定クランク角領域Ｒｊは、発明者らの鋭意研究によって、筒内圧最大クランク角θｍａｘの±３度〜７度の領域における熱発生率Ｑ´の微分値によりノッキング判定を精度よく行うことができることを見出されたクランク角θの領域となる。よって、上記の構成によれば、筒内圧最大クランク角θｍａｘの±３度〜７度（好ましくは±４度〜６度、特に好ましくは５度）の領域をノック判定クランク角領域Ｒｊとすることにより、ノッキング判定精度を高めることができる。

【0049】

幾つかの実施形態では、図２（後述する図７も同様）に示されるように、ノッキング検出装置１は、第１第１ノッキング判定部１６においてノッキング有と判定された場合に、検出したノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定部１７を、さらに備えても良い。このノッキング強度判定部１７は、上述した小側クランク角θｓよりも第３値Ｒ３だけ小さいクランク角θと小側クランク角θｓとの間の領域となる基準クランク角領域Ｒｂにおいて熱発生率Ｑ´の微分値の最大値となる基準微分熱発生率Ｑ´ｂを取得する基準微分熱発生率取得部１７ａと、基準微分熱発生率Ｑ´ｂに対する最大微分熱発生率Ｄｍａｘの大きさがノック強度判定閾値Ｌよりも大きい場合にはノッキング強度が強いと判定し、基準微分熱発生率Ｑ´ｂに対する最大微分熱発生率Ｄｍａｘの大きさがノック強度判定閾値Ｌ以下の場合にはノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定部１７ｂと、を有する。つまり、上記の基準クランク角領域Ｒｂは、ノック判定クランク角領域Ｒｊのクランク角θの小さい側（図６では、筒内圧最大クランク角θｍａｘから見てクランク角θが０度の側）に隣接しており、ノッキングの発生により熱発生率Ｑ´の微分値が大きく変化する前にある、熱発生率Ｑ´の微分値の変化が比較的小さい領域となっている。そして、最大微分熱発生率Ｄｍａｘ÷基準微分熱発生率Ｑ´ｂと、ノック強度判定閾値Ｌとの比較に基づいて、ノッキングの強弱を判定するようになっている。

【0050】

この実施形態に対応するノッキング検出方法を説明する。図３（後述する図８も同様）に示されるように、ノッキング検出方法は、上述した第１ノッキング判定ステップにおいてノッキング有と判定された場合（ステップＳ６ｙ）に、このノッキング有と判定されたノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定ステップ（Ｓ７）を、さらに備える。より詳細には、上記のノッキング強度判定ステップ（Ｓ７）は、上述した小側クランク角θｓよりも第３値Ｒ３だけ小さいクランク角θと小側クランク角θｓとの間の領域となる基準クランク角領域Ｒｂにおける、熱発生率Ｑ´の微分値の最大値となる基準微分熱発生率Ｑ´ｂを取得する基準微分熱発生率取得ステップ（Ｓ７ａ）と、基準微分熱発生率Ｑ´ｂに対する最大微分熱発生率Ｄｍａｘの大きさがノック強度判定閾値Ｌよりも大きい場合にはノッキング強度が強いと判定し、基準微分熱発生率Ｑ´ｂに対する最大微分熱発生率Ｄｍａｘの大きさがノック強度判定閾値Ｌ以下の場合にはノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定ステップ（Ｓ７ｂ、Ｓ７ｙ、Ｓ７ｎ）と、を有する。上記の基準微分熱発生率取得ステップ（Ｓ７ａ）は、上述した基準微分熱発生率取得部１７ａの処理に相当する内容を行うステップである。一方、ノッキング強度判定ステップ（Ｓ７ｂ、Ｓ７ｙ、Ｓ７ｎ）は、上述したノック強度判定部１７ｂの処理に相当する内容を行うステップである。

【0051】

図３のフローに従ってノッキング強度判定ステップ（Ｓ７）について説明すると、上述したステップＳ６ｙに続いて、ノッキング強度判定ステップ（Ｓ７）が実行される。すなわち、ステップＳ７ａにおいて基準微分熱発生率取得ステップが実行され、次のステップＳ７ｂにおいて、基準微分熱発生率Ｑ´ｂに対する最大微分熱発生率Ｄｍａｘの大きさ（Ｄｍａｘ÷Ｑ´ｂ）と、ノック強度判定閾値Ｌとを比較する。そして、ステップＳ７ｂでの比較結果がＹｅｓであれば（Ｄｍａｘ÷Ｑ´ｂ＞Ｌ）、ステップＳ７ｙにおいてノッキング強度が強いと判定する。逆に、ステップＳ７ｂでの比較の結果がＮｏであれば（Ｄｍａｘ÷Ｑ´ｂ≦Ｌ）、ステップＳ７ｎにおいてノッキング強度が弱いと判定する。

【0052】

図１〜図３に示される実施形態では、第３値Ｒ３は１５度となっている。また、図６の例示では、ノッキング強時およびノッキング弱時の両方において、基準微分熱発生率Ｑ´ｂはそれぞれＤ４となっている。そして、最大微分熱発生率Ｄｍａｘ÷Ｑ´ｂとノック強度判定閾値Ｌを比較した結果、ノッキング強時では、Ｄ１÷Ｄ４＞Ｌが成立することにより、ノッキング強度が強いと判定され、ノッキング弱時では、Ｄ２÷Ｄ４≦Ｌが成立することにより、ノッキング強度が弱いと判定される。

【0053】

なお、図３に示される実施形態では、ステップＳ７ｙにおいてノッキング強度が強いと判定すると、引き続くステップＳ８において、例えば点火時期を遅くするなどの点火時期の見直しを即座に行っている。これは、強いノッキングによる内燃機関２の損傷を速やかに防止するためとなる。逆に、ステップＳ７ｎにおいてノッキング強度が弱いと判定すると、引き続くステップＳ９において、例えば点火時期を遅くするなどの点火時期の見直しを即座に行っても良いし、あるいは、所定回数の燃焼サイクルだけ図３のステップＳ１〜Ｓ７ｂを繰り返した後、その結果に基づいて、例えば点火時期を遅くするなどの点火時期の見直しを行っても良い。これは、内燃機関２は各燃焼サイクルにおける点火タイミングが早いほど高効率となるため、強度の弱いノッキングの検出の頻度や連続性などを考慮して点火時期の見直し等を行うためであり、内燃機関２の高効率運転を可能な限り優先するためとなる。

【0054】

上記の構成によれば、ノッキング有と判定された際にノッキング強度も判定することができる。これによって、例えば、ノッキング強度の強弱によって点火時期を制御することにより、ノッキングによる内燃機関２の損傷を避けながら、内燃機関２をできるだけ高効率に運転することができる。

【0055】

次に、ノッキング判定や強度判定の他の幾つかの実施形態について、図７〜図８を用いて説明する。図７は、本発明の一実施形態に係るノッキング検出装置の構成を示す機能ブロック図であり、ノッキング検出装置１は第２ノッキング判定部１８をさらに備える。また、図８は、本発明の一実施形態に係るノッキング検出方法を示すフロー図であり、ノッキング判定方法は第２ノッキング判定ステップをさらに備える。なお、図７〜図８には、それぞれ図２〜図３と対応した機能部あるいは方法ステップがあるが、同一の符号で示されたものについて、重複する内容については説明を省略する。

【0056】

図１〜図３に示される実施形態では、熱発生率Ｑ´の微分値に基づいてノッキング判定や強度判定を実行している。他の幾つかの実施形態では、図７〜図８に示されるように、ノッキング判定や強度判定を熱発生率Ｑ´に基づいて実行しても良い。これは、図５に示されるように、熱発生率Ｑ´の最大値が過大となる場合には強いノッキングが発生している可能性が高く、熱発生率Ｑ´の微分値の演算を行うことなく、熱発生率Ｑ´を用いてノッキングの判定をより迅速に行うことが可能となる。

【0057】

具体的には、図７に示されるように、ノッキング検出装置１は、最大熱発生率Ｑ´ｍａｘが第２ノック判定閾値Ｌｑよりも大きい場合に、ノッキング強度が強いノッキングを検出したと判定する第２ノッキング判定部１８を、さらに備える。図７に示される実施形態では、第２ノッキング判定部１８は、前述した第１ノッキング判定部１６の前段に設けられている。より詳細には、第２ノッキング判定部１８は、熱発生率演算部１２およびノック判定クランク角領域決定部１４にそれぞれ接続されており、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´の最大値と第２ノック判定閾値Ｌｑとを比較することでノッキング判定を行っている。また、第２ノッキング判定部１８においてノッキング（強）有が判定されると、第１ノッキング判定部１６による判定結果を待たずに、点火時期制御装置７に対してその旨を通知するように構成されている。逆に、第２ノッキング判定部１８においてノッキング（強）有と判定されない場合には、第１ノッキング判定部１６よるノッキング判定が行われることになる。

【0058】

ただし、他の幾つかの実施形態では、第１ノッキング判定部１６および第２ノッキング判定部１８に対して熱発生率演算部１２およびノック判定クランク角領域決定部１４にそれぞれ接続されても良く、第１ノッキング判定部１６および第２ノッキング判定部１８の各々による処理が並列して行われても良い。この場合には、ノッキング検出装置１は、いずれか一方の機能部（１６、１８）がノッキング有と判定すれば、ノッキングが検出されたものとして点火時期制御装置７に対してその旨を通知する。また、ノッキング検出装置１は、両機能部（１７、１８）のいずれか一方がノッキング強と判定すれば、強いノッキングが発生したと判定する。

【0059】

本実施形態に対応するノッキング検出方法を、図８を用いて説明する。図８に示されるように、ノッキング検出方法は、最大熱発生率Ｑ´ｍａｘが第２ノック判定閾値Ｌｑよりも大きい場合に、ノッキング強度が強いノッキングを検出したと判定する第２ノッキング判定ステップ（Ｓ４−２：Ｓ４ａ〜Ｓ４ｃ）を、さらに備える。本ステップは、上述した第２ノッキング判定部１８の処理に相当する内容を行うステップであり、この第２ノッキング判定ステップ（Ｓ４−２）によって、最大熱発生率Ｑ´ｍａｘが第２ノック判定閾値Ｌｑよりも大きい場合に、ノッキング強度が強いノッキングを検出したと判定する。

【0060】

図８のフローに沿って順に説明すると、図８のステップＳ１〜ステップＳ４までは図２と同じであり、図２のステップＳ４とステップＳ５の間に挿入されるように、第２ノッキング判定ステップ（Ｓ４−２）が実行される。より詳細には、ステップＳ４ａにおいて、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける最大熱発生率Ｑ´ｍａｘを取得する。そして、次のステップＳ４ｂにおいて、最大熱発生率Ｑ´ｍａｘと第２ノック判定閾値Ｌｑとを比較する。そして、ステップＳ４ｂでの比較の結果、最大熱発生率Ｑ´ｍａｘが第２ノック判定閾値Ｌｑよりも大きい場合には（Ｑ´ｍａｘ＞Ｌｑ）、ステップＳ４ｃにおいて、ノッキング強度が強いノッキングを検出したと判定する。逆に、ステップＳ４ｂでの比較の結果、最大熱発生率Ｑ´ｍａｘが第２ノック判定閾値Ｌｑ以下の場合には（Ｑ´ｍａｘ≦Ｌｑ）、第２ノッキング判定ステップにおいてノッキング強度が強いノッキングが検出されなかったものとして、以降のステップを実行する。すなわち、上述したステップＳ５で熱発生率微分ステップ、ステップＳ６で第１ノッキング判定ステップ（図３のＳ６ａ、Ｓ６ｂ、Ｓ６ｙ、Ｓ６ｎ）を実行する。その後、図８に図示されない点火時期設定の見直し等（図３のステップＳ８やステップＳ９）が行われても良い。なお、図８に示される実施形態では、ステップＳ６の後のステップＳ７においてノッキング強度判定ステップが実行されているが、これには限定されず、他の幾つかの実施形態では、ノッキング強度判定ステップはなくても良い。

【0061】

図５の例示では、太実線で示される熱発生率変動曲線Ｃｑ（ｓ）については、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´の最大熱発生率Ｑ´ｍａｘは２つ目のピークのピーク値であり、この２つ目のピークのピーク値は第２ノック判定閾値Ｌｑを超えている。このため、Ｑ´ｍａｘ＞Ｌｑの関係が成立し、ノッキング強度が強いノッキングを検出したと判定される。他方、細実線で示される熱発生率変動曲線Ｃｑ（ｗ）については、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´の最大熱発生率Ｑ´ｍａｘも２つ目のピークのピーク値であるが、この２つ目のピークのピーク値は第２ノック判定閾値Ｌｑを下回っている。このため、Ｑ´ｍａｘ≦Ｌｑの関係が成立し、ノッキング強度が強いノッキングが検出したとは判定されない。同様に、破線で示される熱発生率変動曲線Ｃｑ（ｎ）については、ノック判定クランク角領域Ｒｊにおける熱発生率Ｑ´の最大熱発生率Ｑ´ｍａｘは１つめのピークのピーク値であり、この１つ目のピークのピーク値も第２ノック判定閾値Ｌｑを下回っている。このため、Ｑ´ｍａｘ≦Ｌｑの関係が成立し、ノッキング強度が強いノッキングが検出したとは判定されない。

【0062】

なお、上述した図７〜図８に示される実施形態では、最大熱発生率Ｑ´ｍａｘはノック判定クランク角領域Ｒｊに属しているものとして説明したが、他の幾つかの実施形態では、ノック判定クランク角領域Ｒｊに限らず、燃焼サイクルの全クランク角θから最大熱発生率Ｑ´ｍａｘを求めても良い。

【0063】

上記の構成によれば、ノッキング強度が強いノッキングを迅速に検出することができる。これによって、内燃機関２のノッキングによる損傷のより確実な防止を図ることができる。

【0064】

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した実施形態では、内燃機関２の気筒の筒内圧力Ｐを用いて、熱発生率Ｑ´を演算しているが、他の幾つかの実施形態では、例えば、熱発生量Ｑを直接検出することにより熱発生率Ｑ´を取得しても良いし、燃焼時の光の強度などの熱発生率Ｑ´と関連がある他の物理量を用いて熱発生率Ｑ´を演算しても良い。

【符号の説明】

【0065】

１ ノッキング検出装置
１１ 筒内圧取得部
１２ 熱発生率演算部
１３ 筒内圧最大クランク角取得部
１４ ノック判定クランク角領域決定部
１５ 熱発生率微分部
１６ 第１ノッキング判定部
１７ ノッキング強度判定部
１７ａ 基準微分熱発生率取得部
１７ｂ ノック強度判定部
１８ 第２ノッキング判定部
２ 内燃機関
２１ シリンダ（気筒）
２２ ピストン
２３ コンロッド
２４ クランク軸
２５ 燃焼室
２５ａ 副室
２５ｂ 主室
２５ｃ 噴孔
２６ 給気配管
２６ｖ 給気弁
２７ 排気配管
２７ｖ 排気弁
２８ 点火プラグ
２９ ミキサ
２９ｆ 燃料供給管
２９ｖ 燃料調節弁
３ 筒内圧センサ
４ クランク角センサ
７ 点火時期制御装置
Ｑ 熱発生量
Ｑ´ 熱発生率
Ｑ´ｍａｘ 最大熱発生率
Ｑ´ｂ 基準微分熱発生率
Ｐ 筒内圧力
Ｐｍａｘ 筒内圧力の最大値
θ クランク角
Ｒ 監視クランク角領域
Ｒｊ ノック判定クランク角領域
Ｒｂ 基準クランク角領域
Ｒ１ 第１値
Ｒ２ 第２値
Ｒ３ 第３値
Ｃｐ 筒内圧変動曲線
Ｃｑ 熱発生率変動曲線
Ｃｑｄ 熱発生率微分曲線
Ｄｍａｘ 最大微分熱発生率
Ｄｔｈ 第１ノック判定閾値
Ｌ ノック強度判定閾値
Ｌｑ 第２ノック判定閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】