特開 2023-124427 エンジンのノッキング判定装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023124427

(43)【公開日】2023-09-06

(54)【発明の名称】エンジンのノッキング判定装置および方法

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20230830BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20230830BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 368A

F02B19/12 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022028177

(22)【出願日】2022-02-25

(71)【出願人】

【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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 健吾

(72)【発明者】

【氏名】野口 知宏

(72)【発明者】

【氏名】竹本 大育

(72)【発明者】

【氏名】柚木 晃広

【テーマコード（参考）】

3G023

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G023AA06

3G023AD21

3G384DA55

3G384EB17

3G384ED07

3G384ED13

3G384FA29Z

3G384FA33Z

(57)【要約】

【課題】エンジンのノッキング判定装置および方法において、ノッキングの判定精度の向上を図る。
【解決手段】副室の火炎を主室に噴出して燃焼させる副室式エンジンにおいて、主室の圧力振幅を取得する圧力振幅取得部と、圧力振幅取得部が取得した圧力振幅を筒内圧最大値までの第１領域と筒内圧最大値以降の第２領域とに区画する領域区画部と、第１領域における圧力振幅の第１最大振幅と第２領域における圧力振幅の第２最大振幅とを比較してノッキングの発生を判定する判定部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

副室の火炎を主室に噴出して燃焼させる副室式エンジンにおいて、
前記主室の圧力振幅を取得する圧力振幅取得部と、
前記圧力振幅取得部が取得した前記圧力振幅を筒内圧最大値までの第１領域と前記筒内圧最大値以降の第２領域とに区画する領域区画部と、
前記第１領域における前記圧力振幅の第１最大振幅と前記第２領域における前記圧力振幅の第２最大振幅とを比較してノッキングの発生を判定する判定部と、
を備えるエンジンのノッキング判定装置。

【請求項2】

前記判定部は、前記第１最大振幅と前記第２最大振幅との比が予め設定された比判定値を超えるとノッキングが発生したと判定する、
請求項１に記載のエンジンのノッキング判定装置。

【請求項3】

前記第１領域または前記第２領域における前記第１最大振幅と前記第２最大振幅との比が前記振幅判定値以下であるとき、前記第１領域における最大筒内圧力に到達する時期と、前記第２領域における最大筒内圧力に到達する時期との時間差分が予め設定された時間差判定値より短いときに前記第１領域と前記第２領域を補正する領域補正部を有する、
請求項２に記載のエンジンのノッキング判定装置。

【請求項4】

前記時間差判定値は、前記第１領域および前記第２領域を合わせた領域にて、前記圧力振幅が最大になるときの最大筒内圧力と最小筒内圧力との各時期の時間差分の１／２として設定される、
請求項３に記載のエンジンのノッキング判定装置。

【請求項5】

前記領域補正部は、前記時間差判定値に基づいて前記第１領域と前記第２領域との境界位置を前記圧力振幅における圧力波形の１／４周期相当の時間差に基づいて補正する、
請求項３または請求項４に記載のエンジンのノッキング判定装置。

【請求項6】

副室の火炎を主室に噴出して燃焼させる副室式エンジンにおいて、
前記主室の圧力振幅を取得する工程と、
取得した前記圧力振幅を筒内圧最大値までの第１領域と前記筒内圧最大値以降の第２領域とに区画する工程と、
前記第１領域における前記圧力振幅の第１最大振幅と前記第２領域における前記圧力振幅の第２最大振幅とを比較してノッキングの発生を判定する工程と、
を有するエンジンのノッキング判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、エンジンのノッキング判定装置および方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

火炎の伝播により燃焼するエンジンは、燃焼の進行につれて未燃ガスの圧力や温度が上昇し、火炎伝播の前に自己着火による燃焼、いわゆる、ノッキングが発生することがある。エンジンは、ノッキングの発生により燃焼室で圧力波が生じ、ピストンなどの燃焼室の構成部材が損傷するおそれがある。一方で、エンジンの熱効率を向上するためには、点火時期を進めることが効果的である。ところが、点火時期を進めるとノッキングが発生しやすくなり、点火時期の進角には限界がある。そのため、エンジンにおけるノッキングの発生を高精度に判定することが極めて重要となる。

【0003】

従来のエンジンのノッキング判定装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載されたノッキング判定装置は、検出した筒内圧力をフィルタ処理した後に圧力振幅（筒内圧力）を評価し、圧力振幅が既定値以上になるとノッキングが発生したと判定するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０－２０５３８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

シリンダヘッドに点火用の副室が設けられた副室式ガスエンジンが知られている。副室式エンジンは、主燃焼室に燃料と空気の混合気が供給されると共に、副室に燃料が供給される。そして、主燃焼室の混合気がピストンにより圧縮されるとき、副室の燃料が点火プラグにより点火され、火炎が主燃焼室へ噴出されることで、主燃焼室の混合気に点火されて火炎が伝播する。このような副室式のガスエンジンは、副室の火炎が主燃焼室へ噴出されるとき、トーチジェット噴出による圧力波が発生する。そのため、圧力振幅の大きさによりノッキングの発生を判定するとき、トーチジェット噴出による圧力波がノイズとして圧力振幅に影響を与え、ノッキングの発生を誤判定するおそれがある。

【0006】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、ノッキングの判定精度の向上を図るエンジンのノッキング判定装置および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】

【0007】

上記の目的を達成するための本開示のエンジンのノッキング判定装置は、副室の火炎を主室に噴出して燃焼させる副室式エンジンにおいて、前記主室の圧力振幅を取得する圧力振幅取得部と、前記圧力振幅取得部が取得した前記圧力振幅を筒内圧最大値までの第１領域と前記筒内圧最大値以降の第２領域とに区画する領域区画部と、前記第１領域における前記圧力振幅の第１最大振幅と前記第２領域における前記圧力振幅の第２最大振幅とを比較してノッキングの発生を判定する判定部と、を備える。

【0008】

また、本開示のエンジンのノッキング判定方法は、副室の火炎を主室に噴出して燃焼させる副室式エンジンにおいて、前記主室の圧力振幅を取得する工程と、取得した前記圧力振幅を筒内圧最大値までの第１領域と前記筒内圧最大値以降の第２領域とに区画する工程と、前記第１領域における前記圧力振幅の第１最大振幅と前記第２領域における前記圧力振幅の第２最大振幅とを比較してノッキングの発生を判定する工程と、を有する。

【発明の効果】

【0009】

本開示のエンジンのノッキング判定装置および方法によれば、ノッキングの判定精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、副室式ガスエンジンの内部構成を表す概略図である。

【図2】図２は、第１実施形態のエンジンのノッキング判定装置を表す概略構成図である。

【図3】図３は、クランク角度に対する筒内圧力を表すグラフである。

【図4】図４は、エンジンのノッキング判定方法を表すフローチャートである。

【図5】図５は、第２実施形態のエンジンのノッキング判定装置を表す概略構成図である。

【図6】図６は、クランク角度に対する筒内圧力を表すグラフである。

【図7】図７は、エンジンのノッキング判定方法を表すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

【0012】

［第１実施形態］
＜副室式ガスエンジン＞
図１は、副室式ガスエンジンの内部構成を表す概略図である。

【0013】

図１に示すように、第１実施形態のエンジンは、副室式ガスエンジン１０である。第１実施形態では、エンジンを副室式ガスエンジン１０としたが、主室と副室を有するものであれば、他の形式のエンジンであってもよい。副室式ガスエンジン１０は、シリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２と、ピストン１３とを備える。

【0014】

シリンダブロック１１は、ブロック形状をなし、鉛直方向に沿って円柱形状をなす空間部が設けられ、空間部にシリンダライナ２１が装着される。図示しないが、空間部は、シリンダブロック１１の水平方向に間隔を空けて複数設けられる。シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１１の上部に配置され、複数のボルト（図示略）によりシリンダブロック１１に締結される。

【0015】

ピストン１３は、円柱形状をなし、シリンダブロック１１のシリンダライナ２１内に配置され、軸方向に沿って移動自在に支持される。シリンダブロック１１は、図示しないが、下部にクランクシャフトが回転自在に支持され、ピストン１４とクランクシャフトがコネクティングロッドを介して連結される。

【0016】

主燃焼室（主室）２２は、シリンダブロック１１におけるシリンダライナ２１の内周面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１３の頂面により区画される空間である。主燃焼室２２は、シリンダヘッド１２に設けられた吸気ポート２３および排気ポート２４の各端部が連通する。吸気ポート２３は、吸気弁２５の下端部が配置され、排気ポート２４は、排気弁２６の下端部が配置される。吸気弁２５および排気弁２６は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、付勢部材（図示略）により吸気ポート２３および排気ポート２４を閉止する方向（図１にて上方）に付勢される。吸気弁２５および排気弁２６は、図示しない吸気カムおよび排気カムが作用することで、吸気ポート２３および排気ポート２４を開放し、燃料ガスと空気の混合気が主燃焼室２２に供給される。

【0017】

シリンダヘッド１２は、主燃焼室２２の上方に対向する下面に副室口金３１が装着される。副室口金３１は、主燃焼室２２における径方向の中心部に位置すると共に、主燃焼室２２側に突出する。副室口金３１は、内部に副燃焼室（副室）３２が設けられると共に、主燃焼室２２側への突出部に複数の噴射口３３が周方向に間隔を空けて形成される。副燃焼室３２は、複数の噴射口３３を介して主燃焼室２２に連通する。

【0018】

また、シリンダヘッド１２は、副室口金３１の上方に副室ホルダ３４が装着される。副室ホルダ３４は、円筒形状をなし、副室ガス弁３５が配置される。副室ガス弁３５は、吸気行程中に開放されて副燃焼室３２燃料ガスを供給することができる。シリンダヘッド１２は、副室口金３１と副室ホルダ３４との間に点火プラグ３６が装着される。点火プラグ３６は、副燃焼室３２に供給された燃料を含む混合気に着火することができる。

【0019】

副室式ガスエンジン１０は、クランクシャフトが２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行する。このとき、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトが１回転し、吸気弁２５および排気弁２６が吸気ポート２３および排気ポート２４を開閉する。主燃焼室２２に吸気ポート２３から混合気が供給されると、ピストン１３の上昇により混合気が圧縮される。

【0020】

一方、副室ガス弁３５は、副燃焼室３２に燃料ガスを供給する。そして、点火プラグ３６は、副燃焼室３２に供給された燃料ガスに着火する。すると、副燃焼室３２で燃料ガスが燃焼することで燃焼ガスが発生する。副燃焼室３２の燃焼ガスは、複数の噴射口３３から主燃焼室２２に火種（トーチ）として噴出される。主燃焼室２２で圧縮された混合気は、副燃焼室３２からの火種により燃焼する。ピストン１３は、このときの燃焼によって発生した爆発荷重により押し下げられ、クランクシャフトを回転する。主燃焼室２２で発生した燃焼ガスは、排ガスとして排気ポート２４から排出される。

【0021】

＜ノッキング判定装置＞
図２は、第１実施形態のエンジンのノッキング判定装置を表す概略構成図である。

【0022】

図２に示すように、ノッキング判定装置４０は、クランク角センサ４１および筒内圧センサ４２が接続される。クランク角センサ４１は、クランクシャフトの回転角度（３６０度の位相）を検出し、ノッキング判定装置４０に出力する。すなわち、クランク角センサ４１は、クランクシャフトの回転角を、上死点を基準として検出する。例えば、クランクシャフトは、周方向に間隔を空けてスリットを有する円板が固定され、回転する円板を光学センサや電磁センサなどにより検出し、クランク位置（回転角）を出力する。筒内圧センサ４２は、主燃焼室２２（図１参照）の圧力（以下、筒内圧力）を検出し、ノッキング判定装置４０に出力する。筒内圧センサ４２は、例えば、シリンダヘッドに装着された圧電式高温圧力センサである。

【0023】

また、ノッキング判定装置４０は、エンジン制御部４３に接続される。ノッキング判定装置４０は、ノッキングの判定結果である副室式ガスエンジン１０におけるノッキングの発生の有無をエンジン制御部４３に出力する。エンジン制御部４３は、ノッキングの判定結果に応じて副室式ガスエンジン１０の進角時期などを制御する。

【0024】

ここで、ノッキング判定装置４０およびエンジン制御部４３は、制御装置である。ノッキング判定装置４０およびエンジン制御部４３としての制御装置は、コントローラであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などにより、記憶部に記憶されている各種プログラムがＲＡＭを作業領域として実行されることにより実現される。なお、ノッキング判定装置４０とエンジン制御部４３を一つの制御装置として構成してもよい。

【0025】

ノッキング判定装置４０は、フィルタ処理部（圧力振幅取得部）５１と、領域区画部５２と、第１最大振幅算出部５３と、第２最大振幅算出部５４と、判定部５５とを有する。

【0026】

フィルタ処理部５１は、バンドパスフィルタであって、筒内圧センサ４２が検出した筒内圧力から、一定の周波数により低周波成分および高周波成分を除去し、特定の周波数の圧力振幅を求める。すなわち、フィルタ処理部５１は、クランク角度（時間）に対する主燃焼室２２の圧力振幅の時間的な変化を取得する。

【0027】

領域区画部５２は、フィルタ処理部５１が取得したクランク角度に対する主燃焼室２２の圧力振幅の変化を第１領域と第２領域に区画する。ここで、第１領域は、筒内圧最大値までの時間的な領域であり、第２領域は、筒内圧最大値以降の時間的な領域である。なお、第１領域の開始時期は、例えば、燃焼開始前であり、第２領域の終了時期は、燃焼終了後である。すなわち、第１領域は、燃焼開始前から筒内圧力が筒内圧最大値になるまでの期間であり、第２領域は、筒内圧力が筒内圧最大値になってから燃焼終了後までの期間である。

【0028】

第１最大振幅算出部５３は、第１領域における圧力振幅の変化から第１最大振幅を算出する。すなわち、第１最大振幅算出部５３は、第１領域における最大振幅になるときの最大筒内圧力と最小筒内圧力の差分を第１最大振幅として算出する。第２最大振幅算出部５４は、第２領域における圧力振幅の変化から第２最大振幅を算出する。すなわち、第２最大振幅算出部５４は、第２領域における最大振幅になるときの最大筒内圧力と最小筒内圧力の差分を第２最大振幅として算出する。なお、ここでいう振幅とは、圧力波形の隣り合う山と谷（または谷と山）の差分である。但し、振幅は、このような差分以外に、例えば、第１領域と第２領域の境界の位置での圧力とその前後の山または谷の差分も含むものである。

【0029】

判定部５５は、第１領域における第１最大振幅と第２領域における第２最大振幅とを比較してノッキングの発生を判定する。すなわち、判定部５５は、第１最大振幅に対する第２最大振幅との比が予め設定された比判定値を超えるとノッキングが発生したと判定する。

【0030】

＜ノッキング判定方法＞
図３は、クランク角度に対する筒内圧力を表すグラフ、図４は、エンジンのノッキング判定方法を表すフローチャートである。

【0031】

第１実施形態のエンジンのノッキング判定方法は、主燃焼室２２の圧力振幅を取得する工程と、取得した圧力振幅を筒内圧最大値までの第１領域と筒内圧最大値以降の第２領域とに区画する工程と、第１領域における圧力振幅の第１最大振幅と第２領域における圧力振幅の第２最大振幅とを比較してノッキングの発生を判定する工程とを有する。

【0032】

図３にて、上段の実線は、筒内圧センサ４２が検出した筒内圧力であり、下段は、フィルタ処理部５１が筒内圧力を処理した主燃焼室の圧力振幅である。

【0033】

筒内圧力は、時間（クランク角度）ｔｐｍａｘで筒内圧最大値Ｐｍａｘになる。そのため、領域区画部５２が区画した第１領域ＴＷ１は、燃焼開始前から時間ｔｐｍａｘまでの期間であり、第２領域ＴＷ２は、時間ｔｐｍａｘから燃焼終了後までの期間である。すなわち、筒内圧力が筒内圧最大値Ｐｍａｘに到達する時期を境として第１領域ＴＷ１と第２領域ＴＷ２を区画することで、第１領域ＴＷ１の圧力振幅は、ノッキングの影響を含まない振動となり、第２領域は、ノッキングが発生した場合はノッキングの影響が加わった振動となる。

【0034】

そして、第１領域では、時間（クランク角度）ｔ１－ｍａｘで第１最大振幅Ｐ１となるときの最小筒内圧力Ｐｔ１－ｍａｘとなり、時間（クランク角度）ｔ１＋ｍａｘで第１最大振幅Ｐ１となるときの最大筒内圧力Ｐｔ１＋ｍａｘとなる。そのため、第１最大振幅算出部５３は、第１領域にて、最大筒内圧力Ｐｔ１＋ｍａｘから最小筒内圧力Ｐｔ１－ｍａｘを減算することで、第１最大振幅Ｐ１を算出する。

【0035】

また、第２領域では、時間（クランク角度）ｔ２＋ｍａｘで第２最大振幅Ｐ２となるときの最大筒内圧力Ｐｔ２＋ｍａｘとなり、時間（クランク角度）ｔ２－ｍａｘで第２最大振幅Ｐ２となるときの最小筒内圧力Ｐｔ２－ｍａｘとなる。そのため、第２最大振幅算出部５４は、第２領域にて、最大筒内圧力Ｐｔ２＋ｍａｘから最小筒内圧力Ｐｔ２－ｍａｘを減算することで、第２最大振幅Ｐ２を算出する。

【0036】

判定部５５は、第１領域ＴＷ１における第１最大振幅Ｐ１と第２領域ＴＷ２における第２最大振幅Ｐ２とを比較してノッキングの発生を判定する。すなわち、判定部５５は、第１最大振幅Ｐ１と第２最大振幅Ｐ２と比Ｐ２／Ｐ１が比判定値Ｐｊを超えるとノッキングが発生したと判定する。すなわち、第２領域における第２最大振幅Ｐ２が過大になることで、ノッキングが発生したと判定する。

【0037】

ノッキングの発生の判定方法を具体的に説明する。図２および図４に示すように、ステップＳ１１にて、ノッキング判定装置４０は、筒内圧センサ４２が検出した筒内圧力を取り込む。ステップＳ１２にて、フィルタ処理部５１は、筒内圧力をフィルタ処理することで、クランク角度（時間）に対する主燃焼室２２の圧力振幅を算出する。

【0038】

ステップＳ１３にて、領域区画部５２は、筒内圧最大値Ｐｍａｘになる時間（クランク角度）ｔｐｍａｘを境界として、第１領域ＴＷ１と第２領域ＴＷ２を区画する。ステップＳ１４にて、第１最大振幅算出部５３は、第１領域にて、第１最大振幅Ｐ１となるときの最大筒内圧力Ｐｔ１＋ｍａｘから第１最大振幅Ｐ１となるときの最小筒内圧力Ｐｔ１－ｍａｘを減算することで、第１最大振幅Ｐ１を算出する。ステップＳ１５にて、第２最大振幅算出部５４は、第２領域にて、第２最大振幅Ｐ２となるときの最大筒内圧力Ｐｔ２＋ｍａｘから第２最大振幅Ｐ２となるときの最小筒内圧力Ｐｔ２－ｍａｘを減算することで、第２最大振幅Ｐ２を算出する。

【0039】

そして、ステップＳ１６にて、判定部５５は、第１領域ＴＷ１における第１最大振幅Ｐ１と第２領域ＴＷ２における第２最大振幅Ｐ２とを比較してノッキングの発生を判定する。すなわち、判定部５５は、第１最大振幅Ｐ１に対する第２最大振幅Ｐ２の比Ｐ２／Ｐ１が比判定値Ｐｊ（例えば、１．３）を超えるか否かを判定する。判定部５５は、第１最大振幅Ｐ１に対する第２最大振幅Ｐ２の比Ｐ２／Ｐ１が比判定値Ｐｊを超えていると判定（Ｙｅｓ）すると、ステップＳ１７にて、ノッキングが発生していると判定する。一方、判定部５５は、第１最大振幅Ｐ１に対する第２最大振幅Ｐ２の比Ｐ２／Ｐ１が比判定値Ｐｊを超えていないと判定（Ｎｏ）すると、ステップＳ１８にて、ノッキングが発生していないと判定する。

【0040】

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態のエンジンのノッキング判定装置を表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0041】

図１に示すように、副室式ガスエンジン１０は、副燃焼室３２の燃焼ガスが主燃焼室２２に火種として噴出することで、主燃焼室２２で圧縮された混合気が燃焼する。このとき、主燃焼室２２では、火炎が広がる前に混合気が自己着火してノッキングが発生することがある。この場合、筒内圧力が最大値に到達する前に、ノッキングが発生するおそれがある。第２実施形態では、早期にノッキングが発生すると推定される場合、第１領域と第２領域の期間を補正することで、ノッキングの誤判定を抑制するものである。

【0042】

図５に示すように、ノッキング判定装置４０Ａは、フィルタ処理部５１と、領域区画部５２と、第１最大振幅算出部５３と、第２最大振幅算出部５４と、判定部５５に加え、時間差算出部６１と、誤判定評価部６３と、領域補正部６４とを有する。

【0043】

時間差算出部６１は、第１領域における最大筒内圧力に到達する時期と、第２領域における最大筒内圧力に到達する時期との時間差分、つまり、時間差を算出する。

【0044】

誤判定評価部６３は、判定部５５によりノッキングが発生していないと判定されたとき、時間差の絶対値が時間差判定値より短いと判定したとき、ノッキングが発生していないとした判定は誤りの可能性があると評価する。このとき、領域補正部６４は、第１領域と第２領域を補正する。

【0045】

この場合、誤判定評価部６３は、第１領域および第２領域を合わせた領域にて、圧力振幅が最大になるときの最大筒内圧力と最小筒内圧力との各時期の時間差分の１／２から１を時間差判定値に設定する。すなわち、時間差判定値は、最大筒内圧力の時間から最小筒内圧力の時間を減算した絶対値の１／２から１の規定値である。つまり、時間差判定値は、圧力の１／４から１／２周期である。

【0046】

そして、領域補正部６４は、時間差判定値（圧力波形の１／４から１／２周期の規定値）に基づいて第１領域と第２領域のそれぞれの区間の幅を変えずに両者の境界位置を補正する。なお、領域補正部６４は、第１領域と第２領域との境界位置を、時間差判定値（圧力波形の１／４周期から１／２周期の規定値）だけ第１領域側にずらすことが好ましいが、この方法に限定されるものではない。領域補正部６４は、第１領域と第２領域との境界位置を、圧力波形の１／４周期から圧力波形の１／２周期の間で第１領域側にずらせばよい。

【0047】

領域補正部６４が第１領域と第２領域を補正すると、その後、再び、第１最大振幅算出部５３、第２最大振幅算出部５４、判定部５５の処理を実行する。

【0048】

図６は、クランク角度に対する筒内圧力および熱発生率を表すグラフ、図７は、エンジンのノッキング判定方法を表すフローチャートである。

【0049】

図６にて、上段の実線は、筒内圧センサ４２が検出した筒内圧力であり、中段の実線は、筒内圧力から算出した主燃焼室の熱発生率であり、下段は、フィルタ処理部５１が筒内圧力を処理した主燃焼室の圧力である。

【0050】

筒内圧力は、時間（クランク角度）ｔｐｍａｘで筒内圧最大値Ｐｍａｘになるため、領域区画部５２が区画した第１領域ＴＷ１は、燃焼開始前から時間ｔｐｍａｘまでの期間であり、第２領域ＴＷ２は、時間ｔｐｍａｘから燃焼終了後までの期間である。

【0051】

そして、早期にノッキングが発生する場合、第１領域ＴＷ１における最大筒内圧力Ｐｔ１＋ｍａｘと、第２領域ＴＷ２における最大筒内圧力Ｐｔ２＋ｍａｘとが同じになる。そのため、時間差算出部６１は、第１領域における最大筒内圧力Ｐｔ１＋ｍａｘに到達する時間ｔｐ１＋ｍａｘと、第２領域における最大筒内圧力に到達する時間ｔｐ２＋ｍａｘとの時間差分の絶対値（｜ｔｐ２ｍａｘ＋ｔｐ１＋ｍａｘ｜）、つまり、時間差ｔｍを算出する。

【0052】

誤判定評価部６３は、判定部５５によりノッキングが発生していないと判定されたとき、時間差ｔｍが時間差判定値ｔｍｊより短いと判定したとき、ノッキングが発生していないとした判定は誤りの可能性があると評価する。すなわち、時間差算出部６１は、第１領域における最大筒内圧力Ｐｔ１＋ｍａｘに到達する時間ｔｐ１＋ｍａｘが第２領域における最大筒内圧力Ｐｔ２＋ｍａｘに到達する時間ｔｐ２＋ｍａｘと同時間であれば、時間差ｔｍ＝０である。そのため、誤判定評価部６３は、時間差ｔｍが時間差判定値ｔｍｊより短いと判定し、ノッキングが発生していないとした判定は誤りの可能性があると評価する。

【0053】

この場合、誤判定評価部６３は、第１領域ＴＷ１および第２領域ＴＷ２を合わせた領域にて、圧力振幅が最大になるときの最大筒内圧力Ｐｔ＋ｍａｘと、最小筒内圧力Ｐｔ－ｍａｘとの各時間差分ｔｗｍの１／２から１を時間差判定値ｔｍｊに設定する。そして、領域補正部６４は、第１領域と第２領域との境界位置を、図６に一点鎖線で示すように、時間差判定値（圧力の１／４周期から１／２周期の規定値）ｔｍｊだけ第１領域ＴＷ１側にずらす。

【0054】

ノッキングの発生の判定方法を具体的に説明する。図２および図７に示すように、ステップＳ１１からステップＳ１７までの処理は、第１実施形態と同様である。

【0055】

ステップＳ１６にて、判定部５５は、第１最大振幅Ｐ１に対する第２最大振幅Ｐ２の比Ｐ２／Ｐ１が比判定値Ｐｊを超えていないと判定（Ｎｏ）すると、ステップＳ１８にて、ノッキングが発生していないと判定する。但し、ここで、ノッキングが発生していないとした判定は誤りの可能性がある。そのため、ステップＳ２１にて、時間差算出部６１は、第１領域における最大筒内圧力Ｐｔ１＋ｍａｘに到達する時間ｔｐ１＋ｍａｘと、第２領域における最大筒内圧力Ｐｔ２＋ｍａｘに到達する時間ｔｐ２＋ｍａｘとの時間差分の絶対値、つまり、時間差ｔｍを算出する。

【0056】

ステップＳ２２にて、誤判定評価部６３は、時間差ｔｍが時間差判定値ｔｍｊより短いか否かを判定する。誤判定評価部６３は、時間差ｔｍが時間差判定値ｔｍｊより短くないと判定（Ｎｏ）すると、ノッキング発生の判定は正しいとしてルーチンを抜ける。一方、誤判定評価部６３は、時間差ｔｍが時間差判定値ｔｍｊより短いと判定（Ｙｅｓ）すると、ノッキング発生の判定は正しくないとしてステップＳ２３に移行する。そして、ステップＳ２３にて、領域補正部６４は、第１領域と第２領域のそれぞれの区間の幅を変えずに両者の境界位置を、時間差判定値（圧力振幅の１／４周期から１／２周期の規定値）ｔｍｊだけ第１領域ＴＷ１側にずらす。

【0057】

ステップＳ２３にて、領域補正部６４が第１領域と第２領域を補正すると、ステップＳ１４に戻り、ステップＳ１４以降の処理を繰り返し実行する。

【0058】

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係るエンジンのノッキング判定装置は、副燃焼室（副室）３２の火炎を主燃焼室（主室）２２に噴出して燃焼させる副室式ガスエンジン１０において、主燃焼室２２の圧力振幅を取得するフィルタ処理部（圧力振幅取得部）５１と、フィルタ処理部５１が取得した圧力振幅を筒内圧最大値までの第１領域と筒内圧最大値以降の第２領域とに区画する領域区画部５２と、第１領域における圧力振幅の第１最大振幅と第２領域における圧力振幅の第２最大振幅とを比較してノッキングの発生を判定する判定部５５とを備える。

【0059】

第１の態様に係るエンジンのノッキング判定装置によれば、領域区画部５２は、筒内圧力が筒内圧最大値に到達する時期を境として第１領域と第２領域を区画する。第１領域の圧力振幅は、ノッキングの影響を含まない振動となり、第２領域は、ノッキングが発生した場合はノッキングの影響が加わった振動となる。判定部５５は、第１領域における圧力振幅の第１最大振幅と第２領域における圧力振幅の第２最大振幅とを比較することで、第１領域と第２領域のトーチジェットによる影響を排除してノッキングの発生を適切に判定することができる。その結果、ノッキングの判定精度の向上を図ることができる。

【0060】

第２の態様に係るエンジンのノッキング判定装置は、判定部５５は、第１最大振幅と第２最大振幅との比が予め設定された比判定値を超えるとノッキングが発生したと判定する。これにより、ノッキングの発生を容易に判定することができる。

【0061】

第３の態様に係るエンジンのノッキング判定装置は、第１領域または第２領域における第１最大振幅と第２最大振幅との比が振幅判定値以下であるとき、第１領域における最大筒内圧力に到達する時期と、第２領域における最大筒内圧力に到達する時期との時間差分が予め設定された時間差判定値より短いときに第１領域と第２領域を補正する領域補正部６４を有する。これにより、ノッキングが早期に発生するエンジン運転状態であっても、領域補正部６４が第１領域と第２領域を補正することで、ノッキングの発生を高精度に判定することができる。

【0062】

第４の態様に係るエンジンのノッキング判定装置は、時間差判定値は、第１領域および第２領域を合わせた領域にて、圧力振幅が最大になるときの最大筒内圧力と最小筒内圧力との各時期の時間差分の１／２として設定される。これにより、ノッキングの発生を適切に判定することができる。

【0063】

第５の態様に係るエンジンのノッキング判定装置は、領域補正部６４は、時間差判定値に基づいて第１領域と第２領域との境界位置を圧力振幅における圧力波形の１／４周期相当の時間差に基づいて補正する。これにより、第１領域と第２領域を適切に補正することができる。

【0064】

第６の態様に係るエンジンのノッキング判定方法は、主燃焼室２２の圧力振幅を取得する工程と、取得した圧力振幅を筒内圧最大値までの第１領域と筒内圧最大値以降の第２領域とに区画する工程と、第１領域における圧力振幅の第１最大振幅と第２領域における圧力振幅の第２最大振幅とを比較してノッキングの発生を判定する工程とを有する。第１領域の圧力振幅は、ノッキングの影響を含まない振動となり、第２領域は、ノッキングが発生した場合はノッキングの影響が加わった振動となる。判定部５５は、第１領域における圧力振幅の第１最大振幅と第２領域における圧力振幅の第２最大振幅とを比較することで、第１領域と第２領域のトーチジェットによる影響を排除してノッキングの発生を適切に判定することができる。その結果、ノッキングの判定精度の向上を図ることができる。

【符号の説明】

【0065】

１０ 副室式ガスエンジン
１１ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１３ ピストン
２１ シリンダライナ
２２ 主燃焼室（主室）
２３ 吸気ポート
２４ 排気ポート
２５ 吸気弁
２６ 排気弁
３１ 副室口金
３２ 副燃焼室（副室）
３３ 噴射口
３４ 副室ホルダ
３５ 副室ガス弁
３６ 点火プラグ
４０，４０Ａ ノッキング判定装置
４１ クランク角センサ
４２ 筒内圧センサ
４３ エンジン制御部
５１ フィルタ処理部（圧力振幅取得部）
５２ 領域区画部
５３ 第１最大振幅算出部
５４ 第２最大振幅算出部
５５ 判定部
６１ 時間差算出部
６３ 誤判定評価部
６４ 領域補正部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】