(57)【要約】      本発明は、内燃機関のシリンダに関する性能を分析するための装置であって、エンジン内のイオン電流を測定するように配置され、また、イオン電流測定手段によって実行される測定に対応する第１の信号を生成するように配置される前記イオン電流測定手段を備え、前記イオン電流測定手段に接続され、増幅された信号を生成するために前記第１の信号を受信して増幅するように配置される増幅器を更に備え、かつエンジン内のノッキング現象の徴候を検出するために前記増幅された信号を分析するための第１の分析手段を更にまた備え、前記増幅器が可変利得増幅器であり、および、前記装置が前記増幅された信号を受信して分析し、かつ前記増幅器の利得を調節するように配置される第２の分析手段を更に備える装置に関する。本発明は、エンジンの性能を分析するための方法にも関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダに関する性能を分析するための装置であって、エンジン内のイオン電流を測定するように配置され、かつまた、イオン電流測定手段（２）によって実行される測定に対応する第１の信号（７１）を生成するように配置される前記イオン電流測定手段（２）を備え、かつ前記イオン電流測定手段（２）に接続され、かつ増幅された信号（７２）を生成するために前記第１の信号（７１）を受信してかつ増幅するように配置される増幅器（４１）を更に備え、かつ前記エンジン内のノッキング現象の徴候を検出するために前記増幅された信号（７２）を受信してかつ分析するための第１の分析手段を更にまた備え、前記第１の信号が、また、低周波を含むように配置され、前記増幅器（４１）が可変利得増幅器であること、および、前記装置が前記増幅された信号（７２）を受信してかつ分析し、かつ前記増幅器（４１）の利得を調節するように配置される第２の分析手段を更に備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第２の分析手段が、少なくとも１つの基準値と前記増幅された信号（７２）の少なくとも１つの特性を比較することによって前記増幅された信号（７２）の分析を実行するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの基準値が、前記エンジンの性能、好ましくは前記エンジンのシリンダ（５１）の特性または前記エンジンにおいて使用される燃料の特性と相関している少なくとも１つの特性であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の信号（７１）が前記エンジンのクランクシャフトの回転のセクション、好ましくは前記エンジンのクランクシャフト回転の０°−９０°、より好ましくは、０°−５０°、さらにより好ましくは１０°−４０°に対応する時間間隔に関する情報を備えることを特徴とする請求項１−３のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
上死点位置に配置される前記クランクシャフトが、０°位置に対応することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１および第２の分析手段が、少なくとも２つの、好ましくは少なくとも４つの増幅された信号（７２）を受信するように配置され、各増幅された信号（７２）が、イオン電流測定手段（２）によって実行される測定に対応することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第１および第２の分析手段が、各々１つの信号（７１）に対応する、複数の増幅器（４１）から前記信号を受信するように配置され、そして、前記第２の分析手段が、前記複数の増幅器（４１）の各々の利得を前記複数の増幅器（４１）のすべてのその他から独立して変更するように配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記増幅された信号（７２）が、前記第２の分析手段によって受信される前に撹乱を除去するために配置されるローパスフィルタ（４２）を通過するように配置されることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
エンジンの性能を分析するための方法であって、以下のステップ、すなわち、
ａ）エンジン内のイオン電流を測定してかつ前記イオン電流に対応する第１の信号（７１）を生成するステップと、
ｂ）増幅された信号（７２）を作り出すために増幅器（４１）に前記第１の信号（７１）を供給するステップと、
ｃ）前記エンジン内のノッキング現象を検出するために前記増幅された信号（７２）を分析するステップと、を含み、前記第１の信号が、また、低周波を含むように配置されること、および前記方法が更に、
ｄ）前記増幅された信号（７２）の分析を実行してかつ前記分析の結果として前記増幅器（４１）の利得を調節するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
ステップｄ）内の前記分析が、少なくとも１つの基準値と前記増幅された信号（７２）の少なくとも１つの特性を比較することによって実行されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基準値が、前記エンジンのまたは前記エンジン内に使用される燃料の少なくとも１つの特性を記載することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ステップｃ）およびステップｄ）内の前記分析のために使用される前記増幅された信号（７２）が、前記エンジンのクランクシャフトの回転のセクション、好ましくは、前記シリンダ（５１）内部のピストンが上死点位置にある時始まる時間間隔に対応するセクションに対応することを特徴とする請求項９−１１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の信号（７１）が、複数のシリンダ（５１）内のイオン電流に対応する複数の第１の信号（７１）であることを特徴とするステップ９−１２のうちいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
前記増幅された信号（７２）が、前記第２の分析手段に供給される前に撹乱を除去するためのローパスフィルタ（４２）を通過することを特徴とするステップ９−１３のうちいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダに関する性能を分析するための装置であって、エンジン内のイオン電流を測定するように配置され、また、イオン電流測定手段によって実行される測定に対応する第１の信号を生成するように配置される前記イオン電流測定手段を備え、前記イオン電流測定手段に接続され、増幅された信号を生成するために前記第１の信号を受信して増幅するように配置される増幅器を更に備え、およびエンジン内のノッキング現象の徴候を検出するための前記増幅された信号を分析するための第１の分析手段を更にまた備える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンがノッキングする時、それはまた、エンジン上に高度の損傷を引き起こす可能性があるので、エンジン内のノッキング現象の発生は考慮すべき課題である。内燃機関において、空気と燃料の混合気が燃焼室に導入されて、そして次に、ピストンの上行運動によって圧縮され、圧縮混合気が、高電圧を燃焼室内に設置されるスパークプラグに印加することによって生成されるスパークによって点火されて燃焼し、および、ピストンが押し下げられるにつれて生成される力が仕事として回収される。時々、燃焼それ自体によって作り出される圧力が、まだ燃焼していない空気と燃料混合気を時期尚早に点火させ、ノッキング現象の原因である末端ガスのより小さい瞬間的な燃焼を作り出す可能性がある。それがエンジン部品を損傷するかまたは破壊する可能性があるので、この状態は望ましくなく、それでノッキング現象の発生を防ぐことが望ましい。燃焼が燃焼室の中で実行される時、チャンバ内の混合気の分子がイオン化され、それで、測定電圧が燃焼室内のスパークプラグに加えられると、電流、イオン電流がイオンの電荷に起因して流れる。イオン電流が燃焼圧力に従い変化し、それゆえに、ノッキング（圧力振動）の発生がイオン電流の信号内容を検出することによって判定されることができることが公知である。
【０００３】
（特許文献１）が、シリンダ内の燃焼の開始からイオン電流を検出して、判定レベルに基づいてイオン電流に重なるノッキング成分を判断することによって内燃機関内のノッキング現象の発生を検出する一方法を開示する。この方法はしかしながらエンジンの動作が変動するならば、例えば、エンジンが歪みにさらされる時、または新規の燃料混合気が使用されるならば、十分に正確でない。この既知の技法を通して信頼性が高い分析を得るのは、難しい。
【０００４】
（特許文献２）が、イオン電流を検出して次いでノッキング現象が生じたかどうか判断するために濾波済信号に関するアルゴリズムを使用する装置を開示する。しかしながら、この方法もまた、希薄噴射エンジンで通常経験される小信号レベルでのノッキング現象に関して十分な結果を得るために必要な安定性を欠いている。
【０００５】
（特許文献３）が、内燃機関内のノッキング現象を検出するための方法および装置を開示する。この方法は、しかしながら燃料濃度の変化の影響、または、イオン電流の異なるレベルに結びつくであろう、燃料を全体として実際に変化させ、ノッキング現象の検出を困難にすることを考慮に入れていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，４３９，０２９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１８５，９８４号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５６５，０８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それゆえに、上述した課題に対する解決策を見いだす必要性があることは明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を克服するかまたは少なくとも最小にすることが、本発明の一目的である。これは、請求項１の前文に記載の装置によって達成され、前記増幅器が、可変利得増幅器であり、前記装置が、前記増幅された信号を分析するために配置される第２の分析手段を更に備え、前記第２の分析手段が、前記増幅された信号を受信し分析して、前記増幅器の利得を調節するように配置される。それによって、増幅器の利得はエンジンノッキングを検出するための必要な情報を備え、かつ特に燃焼に関して、エンジンの動作のいかなる変動にも関係なく信号レベルが第１の分析手段による分析に適している大きさである、増幅された信号を作り出すように敏感に調節されることができる。第２の分析手段の分析が、帯域通過または高域フィルタによる場合のような、低周波を除去することなく増幅された信号に実行されることは特に有益である。それによって信号の根が分析内に含まれ、および第１の分析手段によって首尾良いノッキング現象検出を可能にする信号の適切な増幅が決定されることができる。
【０００９】
本発明の別の態様では、第２の分析手段が少なくとも１つの基準値と前記増幅された信号の少なくとも１つの特性を比較することによって前記増幅された信号の分析を実行するように配置され、その基準値が、エンジンの少なくとも１つの特性である。それによって、予想信号レベルを決定し、フィードバックループ経由で増幅された信号を予想レベルに保つように増幅器の利得を調節するために、検出増幅された信号がエンジンの特性、同じくエンジンに使用される燃料に関する基準値と比較されることができる。これのおかげで、エンジンの角速度、作業負荷、燃料混合気、その他に関する変化の影響が解消されることができ、信号の分析が、常に詳細で効果的な分析を可能にする状態の下で実行されることができる。予想されるより小さい信号がこの分析を通して増幅されることができ、予想されるより大きい信号が低減されることができる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様では、前記第１の信号が前記エンジンのシリンダの回転のセクション、好ましくはクランクシャフト回転の０°−９０°、より好ましくは、０°−５０°、さらにより好ましくは１０°−４０°に対応する時間間隔に関する情報を備え、そして、０°はシリンダのピストンが上死点位置にある時の位置である。それによって、ノッキング現象の存在を判定するのに必要な情報を備える回転のセクションだけが、上死点位置で始まる第１および第２の分析手段での分析のために使用され、ノッキング現象情報が欠如している回転の他のセクションで何の分析も必要でない。
【００１１】
本発明の更に別の態様によれば、前記第１および第２の分析手段が少なくとも２つの、好ましくは少なくとも４つの信号を受信するように配置され、各信号が、イオン電流測定手段によって実行される測定に対応する。それによって、同じ構成部品がエンジンの複数のシリンダ、好ましくは全てのシリンダからの情報を分析するために使用され、したがって、ノッキング現象に関してエンジンの性能の総合的な像に至る可能性を作り出すことができる。上記した態様のおかげで、シリンダの回転のセクションだけが使用される所で、第１および第２の分析手段が順番に各シリンダから増幅された信号を受信するように配置され、それによって第１のシリンダの各回転中に全てのシリンダを分析することができる。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、第１および第２の分析手段が、各々１つの信号に対応する、複数の増幅器から前記信号を受信するように配置され、そして、前記第２の分析手段が前記複数の増幅器の各々の利得を前記複数の増幅器のすべてのその他から独立して変更するように配置される。それによって、各シリンダの性能のより良い制御が、ノッキング現象の検出のための第１の分析手段に適切な信号レベルを達成するように適応される複数の信号を供給するために、他の信号から独立に各第１の信号の増幅を変更する可能性によって達成されることができる。
【００１３】
本発明の更に別の態様によれば、増幅された信号が前記第２の分析手段によって受信される前にローパスフィルタを通過するように配置される。それによって、異なっている燃料または燃料混合気に起因するかまたはエンジン内の振動に起因するいかなる撹乱も、分析の前に除去され、イオン電流の振幅とノッキング現象信号との間で同じ関係を連続的に維持するように第１の信号の増幅を調節する機会を与えることができる。
【００１４】
本発明の多くの他の利点が、以下の詳細な説明から明白になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明は、次に添付の図面を参照して更に詳細に記載され、そこにおいて、
【００１６】
【図１】本発明の好ましい一実施態様に従う装置に対する回路図を示す。
【図２】本発明の装置の第１の代替実施態様の回路図を示す。
【図３】本発明の第２の代替実施態様の回路図を示す。および
【図４ａ】図１の装置によって生成される信号の図を示す。
【図４ｂ】図１の装置によって生成される信号の第２の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１の回路図内に、スパークプラグ１２に接続される第１の端部１１ａおよびイオン電流測定手段２に接続される第２の端部１１ｂを有する二次コイル１１”を備えたコイル１１を備えるスパーク生成手段１が示される。コイル１１は、二次コイル１１”内に電流を誘導するために電流がバッテリまたはコンデンサのような電源１４から導かれる一次コイル１１’を備える。一次スイッチ１３が一次コイル１１’内の電流の流れを制御するために使用され、このスイッチ１３の動作はコントロールユニット６１（図示せず）によって決定される。
【００１８】
二次コイル１１”内に誘導される電流は、スパークプラグ１２に流れるが、また、その第２の端部１１ｂによって二次コイル１１”に接続されるイオン電流測定手段２にも流れる。スパーク現象中に、スパークプラグへとまたはそれから流れるスパーク電流が作り出され、それによって、二次コイル１１”の第２の端部１１ｂで第２の電流成分を次に誘導する電流を作り出す。この電流は、コンデンサ２１を充電するために使用される。この電流は、コンデンサをツェナー電圧に等しい電圧に充電する。スパーク現象の後、コンデンサ電圧は火花ギャップに６０−４００Ｖの範囲内の電圧を供給し、イオンが存在するならばイオン電流が流れ、それが、第１の信号７１の形で増幅器４１に更に伝送される。増幅器４１は可変利得増幅器であって、第１の信号７１を増幅して増幅された信号７２を形成する。
【００１９】
コイル切換スイッチ４４がクローズされる時、増幅された信号７２が第１の接続部８２によって第１の分析手段（図示せず）に接続される帯域フィルタ４３の方へ、および第２の接続部８３によって第２の分析手段（図示せず）に接続されるローパスフィルタ４２の方へ伝送される。第１および第２の分析手段は、それぞれ、増幅された信号７２を分析するために使用されることができて、スパーク生成手段１の動作および燃焼に関する情報を得ることができ、および、第２の分析手段は第３の接続部４６経由で増幅器４１の利得を調節するように配置される。第１および第２の分析手段の動作が、より詳細に更に下に記載される。
【００２０】
スパーク生成手段１は、各々電源１４に接続されて、各々電源に接続される一次スイッチ１３によって分割される、複数のコイル１１を備えることができ、一度に１個の一次コイル１１’だけが活性シリンダ内のスパークプラグ１２内にスパークを生成するために使用されることができるようにする。
【００２１】
スパークプラグ１２によって生成される任意のスパークが、シリンダ５１（図示せず）または複数のシリンダ５２（図示せず）内部で空気と燃料混合気に点火するために使用される。スパークのタイミングは、二次コイル１１”内に電流を作り出すために役に立つ各一次スイッチ１３の接続を制御するコントロールユニット６１（図示せず）によって制御され、それによって、スパークプラグ１２でスパークを生成する。
【００２２】
各コイル１１は別々のイオン電流測定手段２に、および前方へ別々の増幅器４１に接続され、第４の接続部４５経由で、各この種の別々の増幅器４１がローパスフィルタ４２および帯域フィルタ４３に接続されることができる。コイル切換スイッチ４４のおかげで、別々の増幅器４１のうち１台だけからの信号がその時にローパスフィルタ４２および帯域フィルタ４３に到達することが可能にされるように、回路の動作が制御されることができる。それによって、複数のスパーク生成手段１およびシリンダ５２からのイオン電流に関する情報を備えた信号が、同じ第１および第２の分析手段によって分析され、それによって、スパークの発生を制御するために使用されるコントロールユニット６１と同じユニットであることができるか、または代わりとして別々のコントロールユニットであることができる、コントロールユニット６２に詳細で総合的な情報を与えることができる。
【００２３】
好ましくは、二次コイル１１”の第２の端部１１ｂで検出されることができるイオン電流の特性は、シリンダ５１の回転の１セクション中に、すなわちノッキング現象が生じる時間間隔中にだけ分析される。このセクションは、好ましくはシリンダのクランクシャフトの回転の０°−９０°、より好ましくは０°−５０°、さらにより好ましくは１０°−４０°であり、このセクションがシリンダ５１のピストンが上死点（ＴＤＣ）の位置にある時の位置で始まり、それによってこのＴＤＣ位置で０°に対する位置を与えるならば、それは有利である。それによって、第１および第２の分析手段によって実行される分析は、捜される情報、すなわちノッキング現象の発生を備えるセクションだけを使用し、および、これは第１および第２の分析手段が複数のシリンダ５１からの信号７２を分析することを可能にし、特定のコイル１１の性能から生成される増幅された信号７２が回転のこのセクション中に分析手段に到達することを可能にするように、第４の接続部４５およびコイル切換スイッチ４４が動作されることができるようにする。分析手段は、それによって複数の増幅器４１からの信号７２を受信することができてかつ特定のエンジン内のシリンダ５１のほとんどまたは全てに関する広範囲の分析に至ることができる。
【００２４】
図２には、回路に対するいくつかの変更とともに、本発明の第１の代替実施態様が示される。ここで、各コイル１１からのイオン電流がイオン電流測定手段２の前に接続され、それによって、図１の好ましい実施態様で上に示したような各コイル１１に対して１台必要とされるのとは対照的にそのようなイオン電流測定手段２が１つしか必要とされないので、回路に必要とされる構成部品の数を減少させる。第５の接続部３３の前に配置されるイオン電流スイッチ３１を備え、それを通してすべてのコイル１１からの電流がイオン電流測定手段２の方へ接続されて導かれることができる、接続部３がそれゆえに設けられる。コイル１１の第２の端部１１ｂの電圧がすばやく変動し、更に有意なサイズである可能性があるので、ツェナーダイオード３２がイオン電流スイッチ３１の保護のために配置される。
【００２５】
図３には、本発明の第２の代替実施態様が示される。本実施態様において、各コイル１１は図１におけるようなイオン電流測定手段２を備えているが、１台の増幅器４１だけが各イオン電流測定手段２によって作り出される信号７１を増幅するために使用される。内１個が図３内に示されている一連のイオン電圧スイッチ４４、および増幅器を他のスイッチ４４に直列に接続する第５の接続部４５を用いることによって、増幅器４１がイオン電流測定手段２の１台からの入力を一度に受信することができ、増幅された信号７２をそれぞれ第１および第２の分析手段８２、８３に伝送することができる。この実施態様によれば、１台の増幅器４１だけがすべてのコイル１１からの信号を増幅するのに十分である。
【００２６】
図１内に示される好ましい実施態様の１つの特定の利点は、コイル１１の各々でイオン電流によって生成される信号７１が、増幅された信号７２を生成する増幅の後まで接続されず、それによって、駆動インピーダンスが有意に低下されるので信号７２の感度を有意に低下させる、ということである。各増幅器４１用のコイル切換スイッチ４４もまた、約１０Ｖの信号電圧レベルであり、それは増幅された信号７２の確固とした信頼性が高い伝送を可能にする。また、増幅器４１までの回路内の全ての構成部品およびできる限りまたコイル切換スイッチが、コイル１１のケーシング内に配置され、それによって、信号線のまわりの撹乱に対する感度を更に低下させることができる。この実施態様の別の特定の利点は、１個の特定のシリンダ５１からの第１の信号７１が、全てのシリンダ５１の性能の平均値よりむしろこの特定のシリンダの性能および状態に関して増幅されるように、各別々のシリンダ５１の性能に従い異なって各増幅器４１の利得を変更する可能性である。これは、第１の分析手段で詳細で信頼性が高い分析、およびそれによってエンジンのより安定した性能を更に可能にする。
【００２７】
図２内に示される第１の代替実施態様は、イオン電流測定手段２の前にコイルを接続し、それによって、必要とされる構成部品の数を有意に減少させてより小型でより複雑でない回路を可能にする。必要とされるイオン電流スイッチ３１は、しかしながら少ない電流に影響を及ぼすことなく最高４００Ｖの電圧変化に耐えることが可能であり、これは高価である可能性があって、おそらくイオン電流に対する望ましくなく大きな撹乱の発生を意味する。
【００２８】
図３内に示される第２の代替実施態様は第１および第２の分析手段８２、８３に必要とされる全ての信号を増幅するための１台の増幅器４１だけを必要とするが、イオン電圧スイッチは信号７１にあまりに大きな撹乱を発生させることを可能にされることができない。
【００２９】
図４ａには、増幅された信号７２の信号レベルがシリンダ５１のクランク角、すなわち、前記シリンダ５１内のクランクシャフトの上死点（ＴＤＣ）位置から始まる、回転の角度に対して示される。およそガウスの形状の第１のカーブ１０１が、ＴＤＣ位置の後の第１のピーク値１０２まで増大して、その後低下して弱まるシリンダ圧力を示す。ピーク１０２の後の降下の第１の部分中に、ノッキング現象のシリンダ圧力に関する影響に対応する、第１の振動１０３が見られることができる。
【００３０】
第２のカーブ２０１は、第１のピーク１０２に対応する第２のピーク２０２が見られることができる所で、増幅された信号７２に対応するイオン電流を示す。第２のカーブ２０１は、概ね円滑であるが、ＴＤＣ位置の前に、すなわち、シリンダ５１がそのＴＤＣ位置に到達する前に、第２の振動２０３を有する。この第２の振動２０３は、スパークの作成がシリンダ５１内部で燃料混合気に点火することを示す。第２のピーク２０２の後、第１のカーブ１０１の第１の振動１０３に対応して、より小さな第３の振動２０４がノッキング現象に対応するイオン電流の変動を示す。クランク角を示す軸に沿った測定ウィンドウ５０１がまた、見られることができ、本発明に従う第１および第２の分析手段によって分析される回転のセクションを示す。
【００３１】
図４ｂは、図４ａに類似したクランク角に対してプロットされる信号レベルを備えた、第１および第２の分析手段に供給される信号を示す。第３の信号３０１は、帯域フィルタ４３を通過した後に増幅された信号７２を示す。帯域フィルタ４３が、ノッキング現象に起因する振動がおそらく出現する所で、間隔５−２０ｋＨｚ内のそれらを除いて全ての周波数を除去するように設計されることができる。それによって濾波された増幅された信号７２は、次に信号レベル軸またはｙ軸に沿って示される零レベル５０２で実質的に平坦であり、および、ノッキング現象に対応する第４の振動３０２を明らかに示す。この第３のカーブ３０１はシリンダ５１でノッキング現象の存在を判定するための第１の分析手段によって使用され、この結果はその大きさおよびエネルギーを判定するために第４の振動３０２を分析することによって到達されることができる。エンジンそれ自体に対する既知パラメータに基づいて、この大きさまたはエネルギーが閾値５０３（図示せず）を上回るかどうかが判断されることができ、および、この場合、ノッキング現象が生じたと判断される。それ自体内の１回のノッキング現象は、一般にエンジンに損傷を与えないが、数回のノッキングが短い期間中に生じるならば、損傷に対する危険性、エンジンの性能の低下または、構成部品の寿命の減少が生じる。それゆえに、第１の分析手段は振動の平均値が、ノッキング現象がしばしば生じてそれゆえに反作用される必要があるかどうか示すことを判定するために数エンジンサイクルを使用するように配置されることができる。
【００３２】
ノッキング現象が一般に出現する第１の分析手段によってそれが決定されるならば、ノッキング現象を除去することに向けた最初のステップは、スパークが前より３−５°後であるクランク角で作り出されるような方法でスパーク発生のタイミングを変更し、かつ、ノッキング現象がシリンダ５１内にまだ生じるどうかを検出するために増幅された信号７２が再び分析されることであることができる。この場合、スパークはいっそう後で生成されることができるが、ノッキング現象がここで消滅したならば、エンジンがそのベストでかつノッキング現象の発生なしで動作することができる所で、スパークの時間および位置が見いだされるまで、エンジンの動作がスパークタイミングを数度、各エンジンサイクルに対しておそらく０．０５−１°に復元することによって更に最適化されることができる。ノッキング現象を更に最小にするために、より豊富な燃料／空気混合気を供給するかまたは給気を増大することのような、エンジンの状態を変更するさまざまな方法が、エンジンの化学量論の状態およびたとえばシリンダ５１を冷却する時に適しているものに従い適用されることができる。
【００３３】
もちろん、ここで提案されるのとは別の方法が、当業者によってたやすく理解されるように、それが本発明の範囲内で検出された後で、ノッキング現象を解消するために使用されることができる。
【００３４】
図４ｂはさらに、ローパスフィルタ４２を通過した後に増幅された信号７２に対応する第４のカーブ４０１を示す。ノッキング現象に起因するいかなる撹乱もここで解消され、相対的に低い周波数だけが通過することを可能にされる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は好ましくは、間隔７００Ｈｚ−２ｋＨｚ、より好ましくは１ｋＨｚである。第４のピーク４０２での信号レベルおよびこのピーク４０２の位置を決定することによって、増幅された信号７２が、ノッキング現象を検出するために第１の分析手段による十分に良い分析を可能にするのに十分大きいかどうかが、第２の分析手段によって判定されることができる。ピーク４０２の信号レベルがあまりに低いならば、第１の分析手段による分析が、検出される撹乱の大きさを正確に判定するのに十分な品質でない危険性があり、および品質を改善するために、増幅器４１に達する第１の信号７１の増幅が増大されなければならないであろう。この課題を解決するために、第２の増幅手段が増幅器４１の利得を変更するために第３の接続部４６を使用し、それによって、増幅された信号７２を第１の分析手段による分析を容易にするために適応させることができる。逆にいえば、ピーク４０２の信号レベルがあまりに大きいと判定されるならば、第２の増幅手段はより低いピーク２０２を有する増幅された信号７２を作り出すように増幅器４１の利得を低下させることができる。したがって、増幅された信号７２を分析ができるだけ良い分析を得るように最適化されることができる測定範囲に収まるように適応させる能力は、本発明の有意な利点である。
【００３５】
第２の分析手段による分析が、第１の分析手段に供給される帯域通過濾波済信号上で実行されることになるならば、増幅器４１の利得を調節するための結果が、本発明に従う装置の良い動作を可能にするのに十分でないであろう。帯域通過濾波済信号が信号の根と関連する低周波、すなわち１ｋＨｚより下の、好ましくは７００Ｈｚより下の周波数を欠いているので、エンジン内の振動に起因して生じる撹乱、燃料混合気に対する変更などは、第２の分析手段による分析が最適の方法で増幅器４１の利得を調節するのに不適切にさせるであろう。その結果、増幅された信号７２の第１の分析手段による分析は、ノッキング現象を検出するのに不成功で、燃料および添加剤の変化のような他の現象をおそらくノッキング現象と誤って解釈するかもしれない。逆にいえば、ノッキング現象それ自体が増幅された信号４１に対する撹乱の存在に起因して検知されず、どちらにせよ不満足な結果を与える可能性がある。
【００３６】
任意の所定の時間でエンジンに対する適切な増幅を決定するために基準値を用いることによって、第２の分析手段は増幅された信号７２を第１の分析手段による分析に適しているように更に適応させることができる。クランクシャフト速度、スパークタイミングの、または使用される燃料混合気の任意の変化が、たとえば、シリンダ５１内部で作り出されるイオン電流に有意な影響を有する可能性があるので、実際の増幅された信号７２との比較のために現在の状態に対する基準値の使用は、第２の分析手段が増幅された信号７２を更なる分析のために適切なレベルに適応させることを可能にする。本発明に従う分析の用途に適している基準値の他の例は、構成詳細のような、シリンダまたはエンジンそれ自体の特性、同じく、異なる負荷の下の仕事性能を示す値、または異なるエンジン負荷およびクランクシャフト速度および異なる温度での異なる燃料混合気によるエンジンの性能に関するより詳細な情報である。このフィードバックシステムのおかげで、良い信号対雑音比が全体に保たれることができる。
【００３７】
燃料が、たとえばイソオクタンからエタノールに変えられるならば、イオン電流のレベルも前のレベルの４倍に変化する。空燃定量の２０％変化は、また、エンジンの負荷変更に類似した変化を与え、一方潤滑のために使用される燃料添加剤およびオクタンブーストを加えることは１０倍を超えて信号レベルを増大する。全てのこれらの要因は、イオン電流のレベルに影響を及ぼし、およびそれによって、信号の分析が、上記の通りに、利得を変化させる可能性を除けば、ますます困難になるような方法で、信号が分析手段に送信される。
【００３８】
装置の動作が、次に図１−３を参照して、更に、図４ａおよび図４ｂを参照して記載される。
【００３９】
複数シリンダ５１を備えたエンジンの動作中に、スパークがシリンダ５１の各々に属するスパーク生成手段１によって生成される。スパークのタイミングは、全てのシリンダの動作を同時に制御することができて、また、第１の分析手段同じく第２の分析手段からの入力を受信することができるコントロールユニット６１によって決定される。
【００４０】
ピストンが作動するにつれて、イオン電流がイグニションの後で周期的に作り出されて二次コイル１１”によって検出されることができ、イオン電流測定手段へ伝送され、そこで、イオン電流は第１および第２の分析手段によって分析されることができるレベルに到達するため、増幅器４１によって増幅されることができる信号７１に変換される。異なるシリンダ５１で生成されるイオン電流から生じる増幅された信号７２が、第１の分析手段および第２の分析手段に伝送されることができる。第１の分析手段で、ノッキング現象の存在が上記した方法によって検出されることができ、および、スパーク発生のタイミングに関する条件またはシリンダ５１の作業パラメータが、ノッキング現象を解消するためにそれに応じて変更され、および、それによって、シリンダ５１の性能を最適化することができる。第１の分析手段に適している最大限である信号レベルを決定するために、第２の分析手段が、ローパスフィルタ４２を通して濾波される同じ増幅された信号７２を受信して、濾波済信号を分析してエンジンおよびその動作に関する基準値、同じく第１の分析手段の好ましい動作範囲に関するデータと比較するために役に立つ。第１の分析手段の動作およびそれによってエンジンそれ自体の動作を更に容易にするために、増幅器４１の利得がそれに応じて調節される。
【００４１】
コントロールユニット６１は別々のユニットであることができるかまたは第１および第２の分析手段の１台以上と一体化されることができ、同じことが図１−３内に示される回路の他の構成部品にあてはまることが当業者によって容易に理解される。実用的に、全ての構成部品は単一ユニットを形成するために一体化されることができるが、また、これがより適切であると考えられるならば、サブ回路を形成するために別々に保たれることができる。シリンダ５１の近くの利用可能なスペースは、使用される異なる構成部品の特性とともにどのように最もよく回路を実現するべきかについて決定する際に有意である。
【００４２】
本発明は、上記した実施態様によって限定されるとみなされるべきでないが、当業者に直ちに明らかであるように、添付の請求の範囲内で変更されることができる。たとえば、回路の構成は使用される構成部品の性質につれて変更されることができ、および、多くの他の変形もまた可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  スパーク生成手段
２  イオン電流測定手段
３  接続部
１１  コイル
１１’  一次コイル
１１”  二次コイル
１１ａ  第１の端部
１１ｂ  第２の端部
１２  スパークプラグ
１３  一次スイッチ
１４  電源
２１  コンデンサ
３１  イオン電流スイッチ
３２  ツェナーダイオード
３３  第５の接続部
４１  増幅器
４２  ローパスフィルタ
４３  帯域フィルタ
４４  コイル切換スイッチ  イオン電圧スイッチ
４５  第４の接続部  第５の接続部
４６  第３の接続部
５１  シリンダ
５２  複数のシリンダ
６１  コントロールユニット
６２  コントロールユニット
７１  第１の信号
７２  増幅された信号
８２  第１の接続部  第１の分析手段
８３  第２の接続部  第２の分析手段
１０１  第１のカーブ
１０２  第１のピーク値
１０３  第１の振動
２０１  第２のカーブ
２０２  第２のピーク
２０３  第２の振動
２０４  第３の振動
３０１  第３の信号  第３のカーブ
３０２  第４の振動
４０１  第４のカーブ
４０２  第４のピーク
５０１  測定ウィンドウ
５０２  零レベル
５０３  閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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