(57)【要約】【課題】  ノッキング制御に広いダイナミックレンジを有すると共に、高精度に点火時期制御を行うことが可能な内燃機関用制御装置を得る。【解決手段】  ノッキング信号を検出するノッキングセンサ１と、ノッキングセンサ１の出力信号からノッキング信号を抽出するバンドパスフィルタ２と、バンドパスフィルタ２の出力から交流分を抽出するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの交流出力から正半波を得る整流回路３と、整流回路３が出力する正半波のパルスからピーク値を検出して所定時間保持し、点火時期制御手段に出力するピークホールド回路６とを備え、整流回路３は負の半波を短絡することにより正半波を得る負電圧クリップ回路で構成すると共に、ハイパスフィルタと整流回路３とを構成する各回路素子は、コンデンサに対する充電時定数と放電時定数とが等しくなるようにその値を設定する。【選択図】図１
2005325764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のノッキング信号を検出するノッキングセンサ、前記ノッキングセンサの出力信号から所定周波数帯域のノッキング信号を抽出するバンドパスフィルタ、前記バンドパスフィルタの出力から交流分を抽出するコンデンサと抵抗とからなるハイパスフィルタ、前記ハイパスフィルタの交流出力から正の半波を得る一方向通電素子と抵抗とを有する整流回路、前記整流回路が出力する正半波のパルスからピーク値を検出して所定時間保持し、点火時期制御手段に出力するピークホールド回路を備え、前記整流回路の一方向通電素子は負の半波を短絡することにより正の半波を得る負電圧クリップ手段として構成されると共に、前記ハイパスフィルタと前記整流回路とを構成する各回路素子は、前記コンデンサに対する充電時定数と放電時定数とが等しくなるように各定数が設定されたことを特徴とする内燃機関用制御装置。
【請求項２】
前記ハイパスフィルタの前記コンデンサに対する放電回路には前記整流回路の前記一方向通電素子が放電方向に介在されると共に、前記バンドパスフィルタから前記コンデンサに対する充電回路には第二の一方向通電素子が充電方向に設けられ、前記一方向通電素子と前記第二の一方向通電素子との温度特性がほぼ等しく設定されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のノッキングを検出して点火時期制御を行うものにおいて、ノッキング検出精度の向上が可能な内燃機関用制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用の内燃機関にはノッキングを検出して点火時期を制御することにより燃費や性能などを向上させるノッキング制御装置が搭載されている。一般的に使用されているノッキング制御装置は、ノッキングセンサが検出する振動周波数から特定のノッキング周波数を抽出するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力から交流成分のみを抽出するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力にバイアス電圧を重畳することにより正の半波を抽出する負電圧クリップ用バイアス回路と、このバイアスされた正の半波を増幅する増幅回路と、増幅された半波電圧のピーク値を所定時間ホールドするピークホールド回路などから構成され、上記の負電圧クリップ用バイアス回路は増幅回路に使用される演算増幅器の誤動作や破壊を防止するために設けられるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以上のような一般的に使用されているノッキング制御装置において、例えば内燃機関の低速回転時における動作と特性とを説明すると、ノッキングセンサの出力からバンドパスフィルタが特定周波数成分を抽出してノッキング信号に比例した交流電圧を出力する。この電圧のピーク値をＶｍとし、負電圧クリップ用バイアス回路が生成するバイアス用の直流出力電圧をＶｅとしたとき、ピークホールド回路に保持される電圧はＶｍ＋Ｖｅとなってこの電圧によりノッキング制御が行われる。しかし、実際のノッキング信号はＶｍであるので、増幅回路の保護に設定されるバイアス電圧Ｖｅはノッキング信号に対しては誤差となるものである。
【０００４】
また、内燃機関の高速回転時においてはノッキング信号の振幅が大きくなるが、コンデンサと抵抗とのＣＲ回路よりなるハイパスフィルタにおいては、回路構成上形成される充電時と放電時との時定数の差が顕著に現れることになる。この時定数のアンバランスは、負電圧クリップ用バイアス回路に設けられた逆阻止用ダイオードが、ハイパスフィルタのコンデンサに対する充電回路と放電回路との回路定数に変化を与えるために発生するものである。そしてこの変化は放電時定数より充電時定数の方が小さくなる方向に働き、ハイパスフィルタのコンデンサ端子電圧がアース電圧に対して正電圧の方向に並行にシフトされる結果、実際のノッキング信号であるＶｍより高いピーク電圧Ｖｍａが出力され、さらにこの電圧に負電圧クリップ用バイアス回路の直流出力電圧Ｖｅが加算されてピークホールド回路に保持される電圧はＶｍａ＋Ｖｅとなって誤差が拡大し、この誤差はノッキング信号が大きくなるほど、言いかえれば回転数が高くなるほど大きくなる。
【０００５】
従来一般的に使用されていたノッキング制御装置ではこのように、負電圧クリップ用バイアス回路の直流出力電圧Ｖｅによる誤差と、ハイパスフィルタにおける充放電時定数のアンバランスによる誤差とが加算され、ノッキング信号に対する正常なピークホールド電圧が得られない結果、高精度な点火時期制御ができないものであった。またバイアス電圧Ｖｅと充放電時定数のアンバランスによる誤差とはピークホールド電圧を高電圧側にシフトするものであるから、後述するように、ノッキング信号電圧が電源電圧により決まる所定電圧に比較的低速回転において達してしまい、この所定電圧にノッキング信号がクリップされる結果、ダイナミックレンジが狭くなるという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ノッキング制御に広いダイナミックレンジを有すると共に、高精度に点火時期制御を行うことが可能な内燃機関用制御装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る内燃機関用制御装置は、内燃機関のノッキング信号を検出するノッキングセンサと、ノッキングセンサの出力信号から所定周波数帯域のノッキング信号を抽出するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力から交流分を抽出するコンデンサと抵抗とからなるハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの交流出力から正の半波を得る一方向通電素子と抵抗とを有する整流回路と、整流回路が出力する正半波のパルスからピーク値を検出して所定時間保持し、点火時期制御手段に出力するピークホールド回路とを備え、整流回路の一方向通電素子は負の半波を短絡することにより正の半波を得る負電圧クリップ手段として構成されると共に、ハイパスフィルタと整流回路とを構成する各回路素子は、コンデンサに対する充電時定数と放電時定数とが等しくなるように各定数が設定されるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
このように構成されたこの発明による内燃機関用制御装置においては、バイアス電圧を加えることなく演算増幅器やピークホールド回路を保護する負電圧クリップ手段を用いると共に、コンデンサに対する充電時定数と放電時定数とが等しくなるように回路定数を設定するので、ノッキング信号に対するピークホールド回路の保持電圧の誤差を最低値に抑制することが可能となり、ノッキング信号に対する点火時期制御を高精度化することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１ないし図５は、この発明の実施の形態１による内燃機関用制御装置を説明するものであり、図１はノッキング検出用の回路図、図２と図３とは動作説明用に図１から等価的に回路を抽出した部分回路図、図４は動作説明用の波形を説明するタイムチャート、図５は従来例と比較して効果の状態を説明する特性図である。
【００１０】
図１のノッキング検出回路図において、ノッキングセンサ１は図示しない内燃機関に取り付けられてノッキングによる振動を電圧信号として出力し、ノッキングセンサ１の出力信号は所定の周波数成分を抽出するためのバンドパスフィルタ２を介してハイパスフィルタと負電圧クリップ回路とからなる整流回路３に供給される。整流回路３はコンデンサＣ１と、一方向通電素子としてのトランジスタ４および５と、抵抗Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９とから構成され、これらでハイパスフィルタを形成すると共に、トランジスタ５と抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８とで負電圧クリップ回路（手段）を構成する。負電圧クリップ回路は所定電圧以上の負の半波を短絡することにより、図のＶ３を正半波の出力とするものであり、このために上記の従来例にて説明した直流バイアスＶｅを必要とせずに後述する演算増幅器６とホールド回路との誤動作および破壊を防止するのものである。
【００１１】
整流回路３にて処理された信号電圧Ｖ３はピークホールド回路６に供給されるが、ピークホールド回路６は、演算増幅器７と、ダイオード８と、トランジスタ９と、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５とからなる増幅回路と、コンデンサＣ２とトランジスタ１０と抵抗Ｒ１およびＲ３とからなるホールド回路からなる混成回路である。増幅回路は整流回路３の出力信号電圧Ｖ３を増幅し、ホールド回路は増幅された整流回路３からの出力信号の振幅ピーク値を所定の時間保持して図示しない点火時期制御手段に出力する。
【００１２】
このように構成されたこの発明の実施の形態１による内燃機関用制御装置の動作を図２ないし図４に基づき説明すると次の通りである。図４（ａ）はノッキング信号の振幅レベルが小である低速回転時における波形を、図４（ｂ）はノッキング信号の振幅レベルが大である高速回転時における波形を示すタイムチャートであり、各電圧波形は図１ないし図３に示した電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、ＶｒおよびＶｐｈの波形を示したものである。
【００１３】
まず、図４（ａ）のノッキング信号の振幅レベルが小である低速回転時について説明すると、バンドパスフィルタ２の出力信号Ｖ１には直流分が重畳されているが、コンデンサＣ１によりまず直流分が除去されて交流成分電圧Ｖ２が得られる。ノッキング信号の振幅が小さい低速回転時においては整流回路３のトランジスタ４および５が能動域に入らないため、ハイパスフィルタはコンデンサＣ１と抵抗Ｒ６およびＲ７のみで構成されることになり、充電時における時定数をτａ１とし、放電時における時定数をτａ２とすると、
τａ１＝τａ２＝Ｃ１×（Ｒ６＋Ｒ７）    ・・・・・・・・（１）
となって両者の時定数は同一である。
【００１４】
従って電圧Ｖ２の波形は図４（ａ）に示すように波形中心が０電位（グランド電位）を維持することになる。また上記の従来例で説明したような直流バイアスがないので、整流回路３の出力電圧Ｖ３も波形の中心値がグランド電位となってノッキング信号に比例した交流成分電圧ピーク値Ｖｍがそのまま出力され、ピークホールド回路４の出力であるＶｐｈには誤差のない出力値が得られることになる。なお、トランジスタ１０はノッキング信号の入力と共にＯＦＦとなってコンデンサＣ２にノッキング信号による電圧Ｖｐｈを保持し、所定時間後にＯＮしてコンデンサＣ２の電圧Ｖｐｈをリセットするものである。
【００１５】
ノッキング信号の振幅レベルが大である高速回転時においても、充電時の時定数と放電時の時定数とが等しい値になれば従来例にて説明した電圧のシフトによる誤差の拡大は防止することができる。そのためにこの実施の形態においては以下に説明するように整流回路３の定数設定を行う。
【００１６】
すなわち、図２はノッキング信号の振幅レベルが大の状態であり、充電時におけるハイパスフィルタの等価回路を示すものである。充電時にはトランジスタ５には逆バイアスが加わって遮断状態となるので図１の整流回路３からトランジスタ５と抵抗Ｒ８を除いたものが図２の等価回路になり、このときの充電時等価抵抗Ｒｆは次式のようになる。
Ｒｆ＝［Ｖｅｂ／｛ＩｓＥＸＰ（ｑＶｅｂ／ＫＴ）｝＋Ｒ９］／（Ｒ６＋Ｒ７）・・（２）
ここに、Ｖｅｂはトランジスタ５のエミッタとベース間の電圧、
Ｋはボルツマン定数；１．３８×１０-23ｊｏｕｌｅ／Ｋ
ｑは電子の電荷；１．６×１０-19Ｃ
Ｔは絶対温度（°Ｋ）
であり、Ｔ＝３００°Ｋではｑ／ＫＴ＝３８．６５、Ｉｓ＝３×１０-14（Ａ）となる。
【００１７】
また、ノッキング信号の振幅レベルが大の状態であり、放電時におけるハイパスフィルタの等価回路は図３のようになる。放電時にはトランジスタ４には逆バイアスが加わって遮断状態となるので図１の整流回路３からトランジスタ４と抵抗Ｒ９を除いたものが図３の等価回路になり、このときの放電時等価抵抗Ｒｒは次式のようになる。
Ｒｒ＝［Ｖｅｂ／｛ＩｓＥＸＰ（ｑＶｅｂ／ＫＴ）｝＋Ｒ８］／Ｒ７  ・・・（３）
ここに、Ｖｅｂはトランジスタ６のエミッタとベース間の電圧であり、その他の定数は上記（２）式と同様である。
【００１８】
充電時の時定数と放電時の時定数とを等しい値とするには充電時等価抵抗Ｒｆと放電時等価抵抗Ｒｒとを等しくすればよく、（２）式と（３）式とが等しくなるように各抵抗Ｒ６とＲ７とＲ８とＲ９とを設定すればよいことになる。例えば、Ｒ９を１０ＫΩとし、Ｖｅｂを０．５５Ｖとしたとき、Ｒ６＝Ｒ７＝Ｒ８＝Ｒとして、Ｒｆ＝ＲｒからＲの値を求めた場合、Ｒ＝２０．４ＫΩが得られる。
【００１９】
このような条件の下にバンドパスフィルタ２の出力電圧波形Ｖ１に対するＶ２波形と、整流回路３の出力波形Ｖ３と、ピークホールド回路４の出力波形Ｖｐｈとを示したのが図４（ｂ）の波形である。充電時定数と放電時定数とが等しくなるようにしたので、電圧Ｖ２の波形は波形中心が０電位（グランド電位）を維持するようになり、直流バイアスがないので整流回路３の出力電圧Ｖ３も波形の中心値がグランド電位となってノッキング信号に比例した交流分波高値Ｖｍがそのまま出力され、ピークホールド回路６の出力であるＶｐｈには誤差のない出力値が得られることになる。
【００２０】
図５は以上の特性を示したもので、ノッキング信号に比例するバンドパスフィルタ２の出力電圧Ｖ１に対するピークホールド回路４の出力電圧Ｖｐｈの特性を従来例と比較したものである。図のＢ特性は上記の従来装置の特性を示したもので、上記したような充電時と放電時との時定数の不一致から、バンドパスフィルタ２の出力電圧Ｖ１の値がＶｍであるとき、ピークホールド回路６の出力電圧Ｖｐｈは点線特性上のＱ点の値Ｖｍａとなり、さらに直流バイアスが加わってＢ特性上のＲ点すなわちＶｍａ＋Ｖｅとなって図５のＹ軸線上のＶｍａ＋ＶｅとＶｍとの間に差が生じ、この差が誤差となる。
【００２１】
これに対してこの発明の実施の形態１による内燃機関用制御装置では、上記のように直流バイアス電圧を使用することなく誤動作および破壊の防止を行うと共に、充電時定数と放電時定数とが等しくなるように常数の設定を行うので、図５の特性Ａに示すように、バンドパスフィルタ２の出力電圧Ｖ１の値がＶｍであるとき、ピークホールド回路６の出力電圧ＶｐｈはＡ特性上のＰ点すなわちＶｍとなって、Ｖ１の値が所定範囲内であれば電圧Ｖｐｈに誤差を生じることはなく、また、充電時と放電時との時定数不一致と直流バイアスとが無いため、特性Ａと特性Ｂとの差が示すように、ノッキング制御のダイナミックレンジが拡大することになる。
【００２２】
なお、整流回路３の負電圧クリップの動作は次の通りである。図１および図４（ｂ）において電圧Ｖ２の負波が−０．５Ｖを超えるとトランジスタ５がＯＮし、電圧Ｖ３の負波側は図４（ｂ）のようにＶｎにてクリップされる。このときのＶｎの値はＲ６＝Ｒ７であれば−０．２５Ｖとなって演算増幅器６とホールド回路との誤動作および破壊を防止することができる。また、トランジスタ４は充電時等価抵抗Ｒｆと放電時等価抵抗Ｒｒとを温度特性を含めて一致させるために設けられるものであり、トランジスタ５と同一特性による温度補償と、逆阻止用として用いられるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
この発明による内燃機関用制御装置は、ガソリンを燃料とする電気点火方式の内燃機関に適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関用制御装置のノッキング信号検出用の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による内燃機関用制御装置の動作説明用の等価回路図である。
【図３】この発明の実施の形態１による内燃機関用制御装置の動作説明用の等価回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１による内燃機関用制御装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１による内燃機関用制御装置の効果を説明する特性図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ノッキングセンサ、２  バンドパスフィルタ、３  整流回路、
４、５、９、１０  トランジスタ、６  ピークホールド回路、７  演算増幅器、
８  ダイオード、  Ｒ１〜Ｒ９  抵抗、Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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