(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流から内燃機関にノックの発生の判定を行う際に、イオン電流波形にオルタネータから発生するノイズが重畳すると、ノックと誤判定する問題が生じる。【解決手段】少なくとも１つの気筒のｎ番目の燃焼で検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形に対してノックバンドパスフィルタ（ノックＢＰＦ）による時間軸上の累積値から算出されるノイズ面積値を求め、少なくとも１つの気筒のｎ＋１番目の燃焼で検出したイオン波形に対してノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出されるノック面積値を求めると共に、ノック面積値とノイズ面積値を比較してノックの発生を判定する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒10を有する内燃機関と、
当該気筒10のシリンダ20内に供給された燃料と空気の混合気に点火を行う点火プラグ70と、
当該点火プラグ70へ高電圧を供給する１次コイル82と２次コイル84と鉄芯86からなる点火コイル80と、
当該内燃機関の燃焼によって前記点火プラグ70に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出回路90と、
当該イオン電流検出回路90が検出した前記イオン電流から前記内燃機関に発生するノックを判定するＥＣＵ92と、を備えた内燃機関の燃焼状態判定方法において、
前記ＥＣＵ92は、少なくとも１つの気筒のｎ番目の燃焼で検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形からノイズ成分を抽出すると共に、前記少なくとも１つの気筒のｎ＋１番目の燃焼で検出したイオン波形からノック成分を抽出し、
前記ノイズ成分と前記ノック成分を比較して前記少なくとも１つの気筒のノックの発生を判定することを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項２】
複数の気筒10を有する内燃機関と、
当該気筒10のシリンダ20内に供給された燃料と空気の混合気に点火を行う点火プラグ70と、
当該点火プラグ70へ高電圧を供給する１次コイル82と２次コイル84と鉄芯86からなる点火コイル80と、
当該内燃機関の燃焼によって前記点火プラグ70に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出回路90と、
当該イオン電流検出回路90が検出した前記イオン電流から前記内燃機関に発生するノックを判定するＥＣＵ92と、を備えた内燃機関の燃焼状態判定方法において、
前記ＥＣＵ92は、前記気筒10のうち燃焼行程とする１つの気筒から検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形からノイズ成分を抽出すると共に、前記１つの気筒の燃焼行程の直後に燃焼行程となる他の気筒から検出したイオン波形からノック成分を抽出し、
前記ノイズ成分と前記ノック成分を比較して前記他の気筒のノックの発生を判定することを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項３】
前記ノイズ成分は、前記少なくとも１つの気筒のｎ番目の燃焼で検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形に対してノックバンドパスフィルタ（ノックＢＰＦ）による時間軸上の累積値から算出されるノイズ面積値とし、
前記ＥＣＵ92は、前記少なくとも１つの気筒のｎ＋１番目の燃焼で検出したイオン波形に対して前記ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出されるノック面積値を求めると共に、前記ノック面積値と前記ノイズ面積値を比較してノックの発生を判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項４】
前記ノイズ成分は、前記気筒10のうち燃焼行程とする１つの気筒から検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形に対してノックバンドパスフィルタ（ノックＢＰＦ）による時間軸上の累積値から算出されるノイズ面積値とし、
前記ＥＣＵ92は、前記他の気筒の燃焼行程時に検出したイオン波形に対して前記ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出されるノック面積値を求めると共に、前記ノック面積値と前記ノイズ面積値を比較してノックの発生を判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項５】
前記ノイズ成分は、燃焼行程以外の気筒から検出した波形に対してノックバンドパスフィルタ（ノックＢＰＦ）による時間軸上の累積値から算出されるノイズ面積値とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項６】
前記ノイズ面積値及び前記ノック面積値の時間軸幅は、前記内燃機関の運転状態に基づくウインド値から決定されることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項７】
前記ＥＣＵ92は、前記ノイズ面積値及び前記ノック面積値が異なるとノックと判定することを特徴とする請求項３乃至６の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項８】
前記ノイズ成分は、前記気筒10のうち燃焼行程の気筒のクランク角が上死点から４５度以上に進角したイオン波形から抽出することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼状態を判定する方法において、特に、イオン電流を用いた燃焼状態判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、火花点火式の内燃機関において、内燃機関が発する金属性の音や振動する現象をノッキング（以下「ノック」）といい、ノックの原因としては、点火時期が早すぎることや圧縮比が高すぎること、極端に薄い混合気による燃焼等が上げられ、エンジンブローに繋がる恐れがある。ノックを検出する方法の１つに、内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流の波形からノックの発生を判断するものがある。
【０００３】
しかし、ノック発生時に生じるノイズ成分やエンジンを制御する様々な部品等の動作に伴うノイズ成分がイオン電流波形に重畳されると、イオン電流波形からノックの発生を判断することが困難になる問題が生じた。このような問題を解決するために、例えば特開平９−２２８９４１号公報（以下「特許文献１」）が知られている。
【０００４】
上記特許文献１において、内燃機関の燃焼室内に点火毎にイオン電流を発生させるイオン電流検出装置に電気的に接続される、内燃機関にノックが発生した際にイオン電流に重畳するノック成分の有無からノックを判定する判定手段と、イオン電流に重畳するノック成分とは異なるノイズ成分に感応して判定手段の判定を無効とする判定無効手段とを具備して構成するノック検出装置が提案されている。
【０００５】
また、別の例として、特開２００８−２６７２４３号公報（以下「特許文献２」）が知られている。
【０００６】
上記特許文献２において、内燃機関の燃焼時に発生するイオンに基づくイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、イオン電流に基づきノック信号を検出するノック信号検出手段と、内燃機関の回転位置に対応したクランク角を検出するクランク角検出手段と、内燃機関の燃焼行程終期に対応した所定クランク角以降にノイズ検出用のウィンドウを設定するウィンドウ設定手段と、ウィンドウ内におけるイオン電流の周波数成分強度およびイオン電流発生量の少なくとも一方に基づいてノイズ成分を検出するノイズ成分検出手段と、ノイズ成分とノック信号との関係に基づいてノック発生の有無を判定するノック判定手段とを備えたノック検出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２２８９４１号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の内燃機関のノック検出装置では次のような問題が生じている。即ち、特許文献１では、イオン電流にノイズ成分が重畳している場合に、判定無効手段がそのノイズ成分に感応して判定手段におけるノックの判定を無効とするので、誤判定が確実に防止される。つまり、ノイズ成分内にノック成分と同等の成分が含まれていたとしても、ノイズ成分がイオン電流に含まれると、判定無効手段が作動するために、そのイオン電流によるノックの有無は判定されない。したがって、ノイズ成分を誤ってノック成分として判定する誤判定がなくなり、ノック検出の信頼性が向上しているが、ノイズ成分が含まれる場合にノック判定を無効とすると実際ノックが発生しているにも係わらず継続的にノイズの重畳が続くと、最悪エンジンが破損してしまうことに繋がりかねない問題が生じる。
【０００９】
また、特許文献２では、ノック発生時の燃焼行程終期にはイオン電流信号がほとんど発生せず、ノイズ成分も発生しないことに基づき、ノック振動と同一周波数のノイズ成分がイオン電流信号に重畳しても、ノイズ成分とノック信号とを高精度に判別して、ノック発生の有無を高精度かつ高効率に検出しているが、所望のクランク角度以降にノイズが発生すると、ノック判定の信頼性が低いと見なしてノック否発生と判定すると実際ノックが発生しているにも係わらず継続的にノイズの重畳が続くと、最悪エンジンが破損してしまうことに繋がりかねない問題が生じる。
【００１０】
また、これらのノック検出装置では、ある程度規則的な周波数からなるノイズ成分とノックを区別することはできても、様々な周波数に変動するノイズに対してはノックとノイズを区別することが困難となる。様々な周波数に変動するノイズが発生する装置としては、自動車のバッテリや電装部品に電力を供給するオルタネータがあり、オルタネータはエンジン回転数の約８倍の回転をすると共に、エンジン駆動中は常に作動するため、ノック判定に対してオルタネータノイズ（以下「オルタノイズ」）が重畳する影響が懸念される。
【００１１】
図１１（イ）はオルタネータの回転数とノイズ周波数特性である。図１１（イ）において、Ｘ軸はエンジン回転数を示し、Ｙ軸はオルタノイズの周波数を示す。エンジンの回転数の上昇に伴って、オルタノイズの周波数も上昇する。即ち、オルタノイズは他の制御部品と比較してイオン電流に多大な影響を与えるノイズであることが示されている。また、図１１（ロ）はノイズバンドパスフィルタ及びノックバンドパスフィルタの周波数特性である。Ｘ軸はオルタノイズの周波数を示し、Ｙ軸は振幅を示す。また、ノイズバンドパスフィルタの周波数特性を実線で示し、ノックバンドパスフィルタの周波数特性を破線で示す。図１１（ロ）においては、ノイズバンドパスフィルタ（以下「ノイズＢＰＦ」）の周波数解析は６８００Ｈｚ程度までの周波数（Ｘ部）及び１１８００Ｈｚ程度以降の周波数（Ｚ部）のオルタノイズに強く反応する。一方、ノックバンドパスフィルタ（以下「ノックＢＰＦ」）の周波数解析は６８００〜１１８００Ｈｚの周波数（Ｙ部）のオルタノイズに強く反応する。図１１（イ）に戻り、６８００Ｈｚまでのオルタノイズを発生する際のエンジン回転数は５０００ｒｐｍ程度までで、このような低中回転域では、ノックが発生してもノイズＢＰＦが強く反応するため、ノックと判定されない問題が生じる。また、６８００〜１１８００Ｈｚのオルタノイズを発生する際のエンジン回転数は４８００〜８８００ｒｐｍまでで、このような高回転域では、ノイズが発生してもノックＢＰＦが強く反応するため、ノックが発生していなくてもノックと誤判定する問題が生じる。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流から内燃機関にノックの発生の判定を行う際に、イオン電流波形にオルタネータから発生するノイズが重畳しても、正確にノックの発生のみを判定することができる内燃機関の燃焼状態判定方法を提供することを目標とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は次のような構成とする。即ち、請求項１の発明においては、複数の気筒を有する内燃機関と、当該気筒のシリンダ内に供給された燃料と空気の混合気に点火を行う点火プラグと、当該点火プラグへ高電圧を供給する１次コイルと２次コイルと鉄芯からなる点火コイルと、当該内燃機関の燃焼によって前記点火プラグに発生するイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、当該イオン電流検出回路が検出した前記イオン電流から前記内燃機関に発生するノックを判定するＥＣＵと、を備えた内燃機関の燃焼状態判定方法において、前記ＥＣＵは、少なくとも１つの気筒のｎ番目の燃焼で検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形からノイズ成分を抽出すると共に、前記少なくとも１つの気筒のｎ＋１番目の燃焼で検出したイオン波形からノック成分を抽出し、前記ノイズ成分と前記ノック成分を比較して前記少なくとも１つの気筒のノックの発生を判定することを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定方法とする。
【００１４】
請求項１の発明においては、前記ノイズ成分は、前記少なくとも１つの気筒のｎ番目の燃焼で検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形に対してノックバンドパスフィルタ（ノックＢＰＦ）による時間軸上の累積値から算出されるノイズ面積値とし、前記ＥＣＵは、前記少なくとも１つの気筒のｎ＋１番目の燃焼で検出したイオン波形に対して前記ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出されるノック面積値を求めると共に、前記ノック面積値と前記ノイズ面積値を比較してノックの発生を判定してもよい。
【００１５】
また、別の発明とする請求項３の発明においては、複数の気筒を有する内燃機関と、当該気筒のシリンダ内に供給された燃料と空気の混合気に点火を行う点火プラグと、当該点火プラグへ高電圧を供給する１次コイルと２次コイルと鉄芯からなる点火コイルと、当該内燃機関の燃焼によって前記点火プラグに発生するイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、当該イオン電流検出回路が検出した前記イオン電流から前記内燃機関に発生するノックを判定するＥＣＵと、を備えた内燃機関の燃焼状態判定方法において、前記ＥＣＵは、前記気筒のうち燃焼行程とする１つの気筒から検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形からノイズ成分を抽出すると共に、前記１つの気筒の燃焼行程の直後に燃焼行程となる他の気筒から検出したイオン波形からノック成分を抽出し、前記ノイズ成分と前記ノック成分を比較して前記他の気筒のノックの発生を判定することを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定方法とする。
【００１６】
請求項２の発明においては、前記ノイズ成分は、前記気筒10のうち燃焼行程とする１つの気筒から検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形に対してノックバンドパスフィルタ（ノックＢＰＦ）による時間軸上の累積値から算出されるノイズ面積値とし、前記ＥＣＵは、前記他の気筒の燃焼行程時に検出したイオン波形に対して前記ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出されるノック面積値を求めると共に、前記ノック面積値と前記ノイズ面積値を比較してノックの発生を判定してもよい。また、前記ノイズ成分は、燃焼行程以外の気筒から検出した波形に対してノックバンドパスフィルタ（ノックＢＰＦ）による時間軸上の累積値から算出されるノイズ面積値としてもよい。
【００１７】
上記構成においては、前記ノイズ面積値及び前記ノック面積値の時間軸幅は、前記内燃機関の運転状態に基づくウインド値から決定してもよい。また、前記ＥＣＵは、前記ノイズ面積値及び前記ノック面積値が異なるとノックと判定してもよい。さらに、前記ノイズ成分は、前記気筒のうち燃焼行程の気筒のクランク角が上死点から４５度以上に進角したイオン波形から抽出してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
上記の通り、請求項１の発明においては、少なくとも１つの気筒のｎ番目の燃焼で検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形に対してノックバンドパスフィルタ（ノックＢＰＦ）による時間軸上の累積値から算出されるノイズ面積値を求め、少なくとも１つの気筒のｎ＋１番目の燃焼で検出したイオン波形に対してノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出されるノック面積値を求めると共に、ノック面積値とノイズ面積値を比較してノックの発生を判定することで、イオン電流波形にオルタネータから発生するノイズが重畳しても、正確にノックの発生のみを判定することができる内燃機関の燃焼状態判定方法が実現できる。また、同一の気筒においてノック面積値とノイズ面積値を比較することで、それぞれの気筒の位置によってオルタノイズの影響が異なる場合でも正確なノック判定を行うことができる。
【００１９】
また、請求項３の発明においては、気筒のうち燃焼行程とする１つの気筒から検出したイオン波形の大きさが０．２Ｖ以下となる波形に対してノックバンドパスフィルタ（ノックＢＰＦ）による時間軸上の累積値から算出されるノイズ面積値を求め、１つの気筒の燃焼行程の直後に燃焼行程となる他の気筒の燃焼行程時に検出したイオン波形に対してノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出されるノック面積値を求めると共に、ノック面積値とノイズ面積値を比較してノックの発生を判定することで、イオン電流波形にオルタネータから発生するノイズが重畳しても、正確にノックの発生のみを判定することができる内燃機関の燃焼状態判定方法が実現できる。また、燃焼行程の期間が前後する気筒においてノック面積値とノイズ面積値を比較することで、内燃機関の運転状態の変化によるオルタノイズの影響が異なる場合でも正確なノック判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例とする内燃機関の構成を示す図である。
【図２】内燃機関の点火装置の回路図である。
【図３】３気筒エンジンの燃焼行程を示す図である。
【図４】第１の実施例とする第１の気筒のｎ番目の燃焼から検出したイオン波形のタイムチャートである。
【図５】第１の実施例とする第１の気筒のｎ番目及びｎ＋１番目の燃焼から検出したイオン波形のタイムチャートである。
【図６】第１の実施例とする第１気筒のｎ番目及びｎ＋１番目の燃焼に対するノックＢＰＦの面積値を示すグラフである。
【図７】第１の実施例とするイオン波形を用いた内燃機関の燃焼状態判定方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施例とする第１の気筒及び第２の気筒の燃焼から検出したイオン波形のタイムチャートである。
【図９】第２の実施例とする第１気筒及び第２の気筒の燃焼に対するノックＢＰＦの面積値を示すグラフである。
【図１０】第２の実施例とするイオン波形を用いた内燃機関の燃焼状態判定方法を示すフローチャートである。
【図１１】（イ）はオルタネータの回転数とノイズ周波数特性を、（ロ）はノイズバンドパスフィルタ及びノックバンドパスフィルタの周波数特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図１０に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の第１の実施例とする内燃機関の構成を示す図を図１に、内燃機関の点火装置の回路図を図２に、３気筒エンジンの燃焼行程を示す図を図３に、第１の気筒のｎ番目の燃焼から検出したイオン波形のタイムチャートを図４に、第１の気筒のｎ番目及びｎ＋１番目の燃焼から検出したイオン波形のタイムチャートを図５に、第１気筒のｎ番目及びｎ＋１番目の燃焼に対するノックＢＰＦの面積値を示すグラフを図６に、イオン波形を用いた内燃機関の燃焼状態判定方法を示すフローチャートを図７にそれぞれ示す。
【００２３】
図１乃至図３において、内燃機関は第１、第２、及び、第３の気筒10からなる３気筒エンジンであり、当該気筒10毎に１つずつシリンダ20が形成され、当該シリンダ20の下部に備えられたピストン30と、当該ピストン30の上下方向の運動を回転運動に変換するクランク32を備えている。また、当該気筒10毎の当該クランク32を連動して回転させるためのクランクシャフト34を備えている。さらに、当該気筒10毎の当該シリンダ20上部には、当該シリンダ20内へ燃料と空気からなる混合気を供給するための吸気管40と、当該シリンダ20内から排気ガスを排出するための排気管60と、を備えている。
【００２４】
また、前記吸気管40には前記シリンダ20内への吸気量を調整する吸気バルブ42を備え、前記排気管60には前記シリンダ20からの排気ガスの量を調整する排気バルブ62が備えられている。さらに、前記気筒10毎の前記シリンダ20上部には前記吸気バルブ42の開閉動作を行うための吸気カム44と、前記排気バルブ62の開閉動作を行うための排気カム64と、を備えている。
【００２５】
また、前記気筒10毎の前記吸気カム44を連動して回転させるための吸気カムシャフト46と、前記気筒10毎の前記排気カム64を連動して回転させるための排気カムシャフト66と、を備えている。さらに、前記クランクシャフト34、当該吸気カムシャフト46、及び、当該排気カムシャフト66はタイミングベルトによって連動して駆動している。
【００２６】
また、前記第１、第２、及び、第３の気筒10は前記クランクシャフト34が２回転（７２０度）する間に吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、又は、排気行程を行い、前記第１、第２、第３の気筒10の順番で燃焼が行われると共に、前記気筒10毎に１２０度の間隔を空けてそれぞれの行程が行われる。さらに、前記シリンダ20上部には前記シリンダ20に供給された混合気に火花を飛ばすと共に、前記内燃機関の燃焼時に発生するイオン電流を検出するための電極を有した点火プラグ70が気筒数と同じ個数備えられている。
【００２７】
また、それぞれの前記点火プラグ70には前記シリンダ20内の混合気の点火に必要な数十ｋVの電圧を発生させる点火コイル80が電気的に接続されている。さらに、当該点火コイル80には前記内燃機関の燃焼時に前記点火プラグ70に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出回路90が電気的に接続されている。
【００２８】
また、前記点火コイル80及び前記イオン電流検出回路90は前記内燃機関の電気的制御を行うＥＣＵ92とそれぞれ電気的に接続されている。さらに、前記内燃機関は車両用バッテリ94や電装部品へ電力を供給するオルタネータを備え、当該オルタネータは当該バッテリ94や当該電装部品に対して電力を供給するためハーネスで接続されている。
【００２９】
図２に戻って、前記点火コイル80は１次巻線を巻き回した１次コイル82と、２次巻線を巻き回した２次コイル84と、珪素鋼板からなる鉄芯86と、スイッチング半導体からなるイグナイタ88と、から構成される。また、前記バッテリ94のプラス側は当該１次コイル82の低圧側と接続され、マイナス側はボディアースに接続される。さらに、当該１次コイル82の高圧側は当該イグナイタ88のコレクタ側と接続されている。
【００３０】
また、前記イグナイタ88のエミッタ側は前記ボディアースに接続され、ベース側は前記ＥＣＵ92に接続され、前記内燃機関の燃焼サイクルに応じた点火信号を供給している。さらに、前記２次コイル84は前記１次コイル82と前記鉄芯86で電磁誘導によって電流が発生する位置に配置され、前記２次コイル84の高圧側は前記点火プラグ70の中心電極と接続されている。
【００３１】
また、前記点火プラグ70は中心電極とギャップを介して備えられた側方電極が前記ボディアースと接続されている。さらに、前記２次コイル84の低圧側は前記イオン電流検出回路90を介して前記ボディアースに接続されている。
【００３２】
また、前記内燃機関の燃焼行程で前記シリンダ20内に生じたイオン電流が前記点火プラグ70と前記２次コイル84を介して前記イオン電流検出回路90に検出される。さらに、前記イオン電流検出回路90は前記ＥＣＵ92と接続され、前記ＥＣＵ92は前記イオン電流検出回路90が検出したイオン電流の大きさからイオン電流波形を算出し、前記内燃機関にノックが発生していないかを判定している。これにより、前記イオン電流検出回路90は前記気筒10毎の燃焼行程に対してイオン電流を検出し、前記ＥＣＵ92は前記気筒10毎のイオン電流波形から前記気筒10毎にノックの発生を判定している。
【００３３】
図４において、Ｘ軸は時間を、Ｙ軸はイオン波形の大きさを示す。また、前記第１の気筒10の燃焼で前記イオン電流検出回路90が検出したイオン波形を実線で示す。図４の実線のように前記第１の気筒10は燃焼によりイオン波形はピーク値まで上昇し、その後減少していくが、前記オルタネータの駆動時は、ノイズが前記第１の気筒10のイオン波形に重畳していることが示されており、このような上下の揺らぎはノック発生時にイオン波形に生じるノック波形として捉えられることがある。さらに、オルタノイズは前記オルタネータ本体から発すると共に、前記オルタネータから前記バッテリ94や電装部品を結ぶ前記ハーネスを伝って発するものであり、特に前記点火コイル80の前記２次コイル84に対して磁束の乱れを発生する。
【００３４】
また、前記第１の気筒10に発生するイオン波形は時間が経過すると０．２Ｖ以下となり、イオン波形は終息していく。このことから、０．２Ｖ以下のイオン波形にはノイズ成分のみが重畳していることが分かる。さらに、前記内燃機関の燃焼行程の終期にはノックは発生しない。即ち、イオン波形の終息後はノック判定をする必要がない。
【００３５】
図５において、図５は図４と同様にＸ軸は時間を、Ｙ軸はイオン波形の大きさを示す。前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼で前記イオン電流検出回路90が検出したイオン波形を破線で、前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼で前記イオン電流検出回路90が検出したイオン波形を実線で示す。また、図５より、前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼から検出したイオン波形及び前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼から検出したイオン波形はオルタノイズ及びノック成分を含んでいる。さらに、図４から分かるように０．２Ｖ以下のイオン波形にはノイズ成分のみが重畳していることから、図５の前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼から検出したイオン波形の範囲Ａからノイズ成分を抽出し、前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼から検出したイオン波形の範囲Ｂからノック成分を抽出し、当該ノイズ成分と当該ノック成分とを比較する。
【００３６】
また、前記範囲Ｂの時間軸幅は、前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼時の前記内燃機関のイオン波形の変動に応じて決定される。さらに、前記範囲Ａの時間軸幅は、前記範囲Ｂと同一の範囲の時間軸幅となる。
【００３７】
図６において、（１）は前記イオン波形にオルタノイズが重畳している時のノックバンドパスフィルタ（以下「ノックＢＰＦ」）による時間軸上の累積値から算出される前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼に対する前記範囲Ａ（図５内記載）のノイズ面積値及び前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼に対する前記範囲Ｂ（図５内記載）のノック面積値を示す。また、（２）は前記イオン波形にオルタノイズが重畳していない時の当該ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出される前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼に対する前記範囲Ａのノイズ面積値及び前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼に対する前記範囲Ｂのノック面積値を示す。
【００３８】
図６（１）でオルタノイズが重畳している前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼にノックが発生していない時の前記ノック面積値は、オルタノイズが重畳している前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼の前記ノイズ面積値と同一となる。しかし、オルタノイズが重畳している前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼にノックが発生している時の前記ノック面積値は、オルタノイズが重畳している前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼の前記ノイズ面積値に対してＰ部分だけ増加する。また、図６（２）でオルタノイズが重畳していない前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼にノックが発生していない時の前記ノック面積値は、オルタノイズが重畳していない前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼の前記ノイズ面積値と同一となる。しかし、オルタノイズが重畳していない前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼にノックが発生している時の前記ノック面積値は、オルタノイズが重畳していない前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼の前記ノイズ面積値に対してＱ部分だけ増加する。これにより、前記ノイズ面積値と前記ノック面積値を比較することで前記第１の気筒10にノックが発生しているか判定している。
【００３９】
次に、内燃機関の燃焼状態判定方法の動作を図７に基づいて説明する。
【００４０】
図７において、前記内燃機関は燃焼サイクルを開始させ（Ｓ１）、前記イオン電流検出回路90は前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼から前記２次コイル84を介してイオン電流を検出すると共に、前記ＥＣＵ92は前記イオン電流検出回路90が検出したイオン電流からイオン波形を算出する（Ｓ２）。また、前記イオン電流検出回路90は前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼から前記２次コイル84を介してイオン電流を検出すると共に、前記ＥＣＵ92は前記イオン電流検出回路90が検出したイオン電流からイオン波形を算出する（Ｓ３）。さらに、前記ＥＣＵ92は前記内燃機関の回転数から前記ノイズ面積値及び前記ノック面積値を算出するための時間軸幅としての前記範囲Ａ及びＢを決定する（Ｓ４）。
【００４１】
また、前記ＥＣＵ92は（Ｓ２）で検出した前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼のイオン波形に対して（Ｓ４）で決定した範囲Ａ内で時間軸上の累積値から算出される前記ノイズ面積値を算出し（Ｓ５）、前記ＥＣＵ92は（Ｓ３）で検出した前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼のイオン波形に対して（Ｓ４）で決定した範囲Ｂ内で時間軸上の累積値から算出される前記ノック面積値を算出する（Ｓ６）。さらに、前記ＥＣＵ92は（Ｓ５）で算出した前記ノイズ面積値＜（Ｓ６）で算出した前記ノック面積値となるかの判定を行う（Ｓ７）。
【００４２】
また、前記ＥＣＵ92は（Ｓ７）で前記ノイズ面積値＜前記ノック面積値となる場合、前記第１の気筒10の燃焼にノックが発生していると判定し（Ｓ８）、前記ＥＣＵ92は（Ｓ７）で前記ノイズ面積値＜前記ノック面積値とならない場合、前記第１の気筒10の燃焼にノックが発生していないと判定する（Ｓ１１）。
【００４３】
上記構成により、前記ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出される前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼に対する前記範囲Ａの前記ノイズ面積値及び前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼に対する前記範囲Ｂの前記ノック面積値を算出し、前記ノイズ面積値と前記ノック面積値を比較することで前記第１の気筒10にノックが発生しているか判定している。これにより、前記オルタネータ本体又は前記オルタネータから前記バッテリ94や電装部品を結ぶ前記ハーネスを伝って発するオルタノイズが重畳しても、オルタノイズをノック波形と間違って抽出することなく、ノックの発生のみを正確に判定することができる。また、前記第２及び第３の気筒10に対しても同様の効果が得られる。
【００４４】
また、前記第１の気筒10に発生するイオン波形は時間が経過すると０．２Ｖ以下となり、イオン波形は終息していく。このことから、０．２Ｖ以下のイオン波形にはノイズ成分のみが重畳していることが分かるため、図５の前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼から検出したイオン波形の範囲Ａからノイズ成分を抽出することで、ノイズのみを正確に抽出することが可能である。
【００４５】
なお、上記実施例１の変形例として、本実施例の内燃機関は第１、第２、及び、第３の気筒10からなると共に、前記第１、第２、第３の気筒10の順番に燃焼する３気筒エンジンとしたが、３気筒以外の複数気筒エンジンのうち、少なくとも１つの気筒に実施する構成とすれば同様の効果を得ることができる。また、前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼から検出したイオン波形は波形の大きさが０．２Ｖ以下となる範囲Ａからノイズ成分を抽出したが、燃焼行程の前記気筒10に対する前記クランク32の角度が上死点から４５度以上に進角した範囲からノイズ成分を抽出する構成としてもよい。さらに、前記範囲Ｂの時間軸幅は、前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼時の前記内燃機関の回転数と前記イオン波形の関係に基づいたウインド値から決定してもよい。
【００４６】
また、前記ＥＣＵ92は、前記ノイズ面積値＜前記ノック面積値となる場合、前記第１の気筒10の燃焼にノックが発生していると判定したが、前記ノイズ面積値と前記ノック面積値をグラフ化した傾きから前記ノイズ面積値の傾き＜前記ノック面積値の傾きとなる場合、前記第１の気筒10の燃焼にノックが発生していると判定する構成としてもよい。
【実施例２】
【００４７】
次に、第２の実施例とする第１の気筒及び第２の気筒の燃焼から検出したイオン波形のタイムチャートを図８に、第１気筒及び第２の気筒の燃焼に対するノックＢＰＦの面積値を示すグラフを図９に、イオン波形を用いた内燃機関の燃焼状態判定方法を示すフローチャートを図１０にそれぞれ示す。
【００４８】
当該第２の実施例においては前記第１の実施例で説明した前記ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出される前記第１の気筒10のｎ番目の燃焼に対する前記範囲Ａの前記ノイズ面積値及び前記第１の気筒10のｎ＋１番目の燃焼に対する前記範囲Ｂの前記ノック面積値を算出する点を除いた他の構成は前記第１の実施例と同一であるため、説明は省略する。
【００４９】
図８において、Ｘ軸は時間を、Ｙ軸はイオン波形の大きさを示す。前記第１の気筒10の燃焼で前記イオン電流検出回路90が検出したイオン波形を破線で、前記第２の気筒10の燃焼で前記イオン電流検出回路90が検出したイオン波形を実線で示す。また、図８より、前記第１の気筒10の燃焼から検出したイオン波形及び前記第２の気筒10の燃焼から検出したイオン波形はオルタノイズ及びノックを含んでいる。さらに、図８の前記第１の気筒10の燃焼から検出したイオン波形の範囲Ｃからノイズ成分を抽出し、前記第２の気筒10の燃焼から検出したイオン波形の範囲Ｄからノック成分を抽出し、当該ノイズ成分と当該ノック成分とを比較する。
【００５０】
また、前記範囲Ｄの時間軸幅は、前記第２の気筒10の燃焼時の前記内燃機関の回転数に応じて変動する前記第２の気筒10のノック発生期間から決定される。さらに、前記範囲Ｃの時間軸幅は、前記範囲Ｄと同一の範囲の時間軸幅となる。
【００５１】
図９において、（３）は前記イオン波形にオルタノイズが重畳している時の前記ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出される前記第１の気筒10の燃焼に対する前記範囲Ｃ（図８内記載）のノイズ面積値及び前記第２の気筒10の燃焼に対する前記範囲Ｄ（図８内記載）のノック面積値を示す。また、（４）は前記イオン波形にオルタノイズが重畳していない時の前記ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出される前記第１の気筒10の燃焼に対する前記範囲Ｃのノイズ面積値及び前記第２の気筒10の燃焼に対する前記範囲Ｄのノック面積値を示す。
【００５２】
図９（３）でオルタノイズが重畳している前記第２の気筒10の燃焼にノックが発生していない時の前記ノック面積値は、オルタノイズが重畳している前記第１の気筒10の燃焼の前記ノイズ面積値と同一となる。しかし、から重畳している前記第２の気筒10の燃焼にノックが発生している時の前記ノック面積値は、オルタノイズが重畳している前記第１の気筒10の燃焼の前記ノイズ面積値オルタノイズに対してＲ部分だけ増加する。また、図９（４）でオルタノイズが重畳していない前記第２の気筒10の燃焼にノックが発生していない時の前記ノック面積値は、オルタノイズが重畳していない前記第１の気筒の燃焼のノイズ面積値と同一となる。しかし、オルタノイズが重畳していない前記第２の気筒10の燃焼にノックが発生している時の前記ノック面積値は、オルタノイズが重畳していない前記第１の気筒10の燃焼の前記ノイズ面積値に対してＳ部分だけ増加する。これにより、前記ノイズ面積値と前記ノック面積値を比較することで前記第２の気筒10にノックが発生しているか判定している。
【００５３】
次に、内燃機関の燃焼状態判定方法の動作を図１０に基づき説明する。
【００５４】
図１０において、前記内燃機関は燃焼サイクルを開始させ（Ｓ２１）、前記イオン電流検出回路90は前記第１の気筒10の燃焼から前記２次コイル84を介してイオン電流を検出すると共に、前記ＥＣＵ92は前記イオン電流検出回路90が検出したイオン電流からイオン波形を算出する（Ｓ２１）。また、前記イオン電流検出回路90は前記第２の気筒10の燃焼から前記２次コイル84を介してイオン電流を検出すると共に、前記ＥＣＵ92は前記イオン電流検出回路90が検出したイオン電流からイオン波形を算出する（Ｓ２３）。さらに、前記ＥＣＵ92は前記内燃機関の回転数から前記ノイズ面積値及び前記ノック面積値を算出するための時間軸幅としての前記範囲Ｃ及びＤを決定する（Ｓ２４）。
【００５５】
また、前記ＥＣＵ92は（Ｓ２２）で検出した前記第１の気筒10の燃焼のイオン波形に対して（Ｓ２４）で決定した範囲Ｃ内で時間軸上の累積値から算出される前記ノイズ面積値を算出し（Ｓ２５）、前記ＥＣＵ92は（Ｓ２３）で検出した前記第２の気筒10の燃焼のイオン波形に対して（Ｓ２４）で決定した範囲Ｄ内で時間軸上の累積値から算出される前記ノック面積値を算出する（Ｓ２６）。さらに、前記ＥＣＵ92は（Ｓ２５）で算出した前記ノイズ面積値＜（Ｓ２６）で算出した前記ノック面積値となるかの判定を行う（Ｓ２７）。
【００５６】
また、前記ＥＣＵ92は（Ｓ２７）で前記ノイズ面積値＜前記ノック面積値となる場合、前記第２の気筒10の燃焼にノックが発生していると判定し（Ｓ２８）、前記ＥＣＵ92は（Ｓ２７）で前記ノイズ面積値＜前記ノック面積値とならない場合、前記第２の気筒10の燃焼にノックが発生していないと判定する（Ｓ３１）。
【００５７】
上記構成により、前記ノックＢＰＦによる時間軸上の累積値から算出される前記第１の気筒10の燃焼に対する前記範囲Ｃの前記ノイズ面積値及び前記第２の気筒10の燃焼に対する前記範囲Ｄの前記ノック面積値を算出し、前記ノイズ面積値と前記ノック面積値を比較することで前記第２の気筒10にノックが発生しているか判定している。これにより、前記オルタネータ本体又は前記オルタネータから前記バッテリ94や電装部品を結ぶ前記ハーネスを伝って発するオルタノイズが重畳しても、オルタノイズをノック波形と間違って抽出することなく、ノックの発生のみを正確に判定することができる。また、前記第１及び第３の気筒10に対しても同様の効果が得られる。
【００５８】
また、前記第１の気筒10に発生するイオン波形は時間が経過すると０．２Ｖ以下となり、イオン波形は終息していく。このことから、０．２Ｖ以下のイオン波形にはノイズ成分のみが重畳していることが分かるため、図８の前記第１の気筒10の燃焼から検出したイオン波形の範囲Cからノイズ成分を抽出することで、ノイズのみを正確に抽出することが可能である。
【００５９】
なお、上記実施例２の変形例として、本実施例の内燃機関は第１、第２、及び、第３の気筒10からなると共に、前記第１、第２、第３の気筒10の順番に燃焼する３気筒エンジンとしたが、３気筒以外の複数気筒エンジンのうち、少なくとも１つの気筒に実施する構成とすれば同様の効果を得ることができる。また、前記第１の気筒10の燃焼から検出したイオン波形は波形の大きさが０．２Ｖ以下となる範囲Cからノイズ成分を抽出したが、燃焼行程の前記気筒10に対する前記クランク32の角度が上死点から４５度以上に進角した範囲からノイズ成分を抽出する構成としてもよい。さらに、前記範囲Dの時間軸幅は、前記第２の気筒10の燃焼時の前記内燃機関の回転数と前記イオン波形の関係に基づいたウインド値から決定してもよい。
【００６０】
また、前記ＥＣＵ92は、前記ノイズ面積値＜前記ノック面積値となる場合、前記第２の気筒10の燃焼にノックが発生していると判定したが、前記ノイズ面積値と前記ノック面積値をグラフ化した傾きから前記ノイズ面積値の傾き＜前記ノック面積値の傾きとなる場合、前記第２の気筒10の燃焼にノックが発生していると判定する構成としてもよい。さらに、前記ノイズ面積値は前記第１の気筒10の燃焼中と同時期に前記第１の気筒10以外の気筒に生じるオルタノイズから算出してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
10：気筒
20：シリンダ
30：ピストン
32：クランク
34：クランクシャフト
40：吸気管
42：吸気バルブ
44：吸気カム
46：吸気カムシャフト
50：インジェクター
60：排気管
62：排気バルブ
64：排気カム
66：排気カムシャフト
70：点火プラグ
80：点火コイル
82：１次コイル
84：２次コイル
86：鉄芯
88：イグナイタ
90：イオン電流検出回路
92：ＥＣＵ
94：バッテリ
【図１】
2014047656.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014047656.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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