(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室を形成するシリンダヘッドに配設する点火プラグと、
１次巻線側に直列に接続されたスイッチング素子がオン／オフ制御されることで２次巻線側に高電圧を発生する点火コイルと、
前記点火コイルの２次巻線側に接続された前記点火プラグの火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼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、
前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流に重畳するノック周波数成分を含む信号を抽出するＢＰＦ（Band Pass Filter：バンドパスフィルタ）からなる信号抽出手段と、
前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流と前記信号抽出手段で抽出されたノック周波数成分を含む信号とを除算した信号に基づき補正する信号補正手段と
を具備することを特徴とする内燃機関のノック検出装置。
【請求項２】
前記信号補正手段は、除算回路及び差動増幅器からなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノック検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に配設されている点火プラグを利用してノック発生を検出する内燃機関のノック検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のシリンダブロックの振動のノック周波数成分が燃焼室圧力（燃焼室内の圧力）におけるノック周波数成分に対応しているとして、シリンダブロックに固設したノックセンサにて得られる信号からノック発生を検出する内燃機関のノック検出装置が知られている。また、内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグを用い、点火火花の発生直後に燃焼室内を流れるイオン電流に基づきノック発生を検出する内燃機関のノック検出装置も知られている。
【０００３】
なお、ノックセンサを用いたノック検出ではノック発生とは関係のない機械振動がノイズとなって重畳すると誤検出が起こり得るが、イオン電流に基づくノック検出では機械振動によるノイズの重畳がないことが一般に知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の燃焼時にノック発生が起こると燃焼室圧力及びこの燃焼室圧力をＢＰＦを介して抽出したノック周波数成分を含む信号は、図３に示すように変化することが分かっている。
【０００５】
ここで、内燃機関の燃焼時に、図４（ａ）に「丸白抜内に＋印」記号にて示すように、点火プラグの両電極間の火花ギャップ近傍に燃焼イオンが豊富に存在すると、図５に太線にて示すように、燃焼イオン密度変化によるイオン電流信号は大きな変化として現われ、これに基づき検出されるノック強度に対応するノック周波数成分を含む信号も大きく変化することとなる。
【０００６】
一方、内燃機関の燃焼時に、図４（ｂ）に「丸白抜内に＋印」記号にて示すように、点火プラグの両電極間の火花ギャップ近傍に燃焼イオンがあまり存在していないと、図５に細線にて示すように、燃焼イオン密度変化によるイオン電流信号は小さな変化として現われ、これに基づき検出されるノック強度に対応するノック周波数成分を含む信号も小さく変化することとなる。
【０００７】
つまり、点火プラグを利用してノック発生を検出する内燃機関のノック検出装置においては、内燃機関の燃焼状態のばらつきがイオン電流信号に基づき検出されるノック強度に対応するノック周波数成分を含む信号によるノック発生の有無の判定に影響を及ぼすことから、ノック発生を正確に検出することが難しいという不具合があった。
【０００８】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の燃焼状態のばらつきの影響を排除してノック発生の検出精度を向上可能な内燃機関のノック検出装置の提供を課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関のノック検出装置によれば、１次巻線側に直列に接続されたスイッチング素子がオン／オフ制御されることで高電圧が発生される点火コイルの２次巻線側に接続された点火プラグの火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンに基づきイオン電流検出手段でイオン電流が検出される。このイオン電流に重畳するノック周波数成分を含む信号がＢＰＦからなる信号抽出手段で抽出し、信号補正回路でイオン電流検出手段で得たイオン電流出力で、信号抽出手段で得たノック周波数成分の出力を除算して、イオン電流の大きさに基づき補正される。これにより、ノック強度に対応する補正後の信号の波形は、内燃機関の燃焼状態のばらつきの影響が排除されることとなり、ノック発生の検出精度が向上される。
【００１０】
請求項２の内燃機関のノック検出装置では、信号補正手段が除算回路からなるため、ノック強度に対応する補正後の信号の波形は、内燃機関の燃焼状態のばらつきの影響が排除されることとなり、ノック発生の検出精度が向上されるという効果が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１２】
〈実施例１〉
図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のノック検出装置を示す概略構成図である。
【００１３】
図１において、図示しない内燃機関のシリンダヘッドの頭頂部には燃焼室内に向けて点火プラグ１０が配設されている。点火プラグ１０の中心電極には、点火コイル１１の２次巻線１１ｂの一端が接続されている。また、点火コイル１１の１次巻線１１ａの一端は直流電源であるバッテリ電源１２に接続され、点火コイル１１の１次巻線１１ａの他端はスイッチング素子としての点火用パワートランジスタ１３のコレクタ側に接続されている。このパワートランジスタ１３のベース側には電子制御ユニット(Electronic Control Unit；以下、『ＥＣＵ』と記す）２０からの点火信号ＩＧtが入力され、パワートランジスタ１３がオンとされることで、点火コイル１１の１次巻線１１ａにバッテリ電源１２からの１次電流Ｉ1 が通電される。
【００１４】
また、点火プラグ１０及び点火コイル１１の２次巻線１１ｂと共に２次電流Ｉ2 が環流する電流路を形成するよう点火コイル１１の２次巻線１１ｂの他端は直列接続のツェナダイオード３１，３２に接続されている。ここで、ツェナダイオード３２は２次電流Ｉ2 （２次環流電流）の流れる方向に対して順方向に接続されている。なお、ツェナダイオード３１は、２次電流Ｉ2 の流れる方向に対して逆方向に接続され、これに並列に接続されたイオン電流検出用電源としてのコンデンサ３３を充電するためのダイオードである。また、ツェナダイオード３２に並列にイオン電流検出抵抗３４が接続されている。これら、ツェナダイオード３１，３２、コンデンサ３３及びイオン電流検出抵抗３４によってイオン電流検出回路３０が形成されている。
【００１５】
ＥＣＵ２０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。また、内燃機関のクランクシャフト（図示略）のクランク角〔°ＣＡ(Crank Angle）〕を検出した回転角信号等の各種センサ信号がＥＣＵ２０に入力されている。
【００１６】
そして、イオン電流検出回路３０からのイオン電流信号ＳＩION は、ノック周波数成分を含む信号を通過する特定周波数帯域通過フィルタであるＢＰＦ４１と除算回路４２とからなる信号処理回路４０に入力されている。この除算回路４２は、Ｌｏｇ（対数変換器）４２１，４２２及びＬｏｇ４２１，４２２からの各信号が入力される差動増幅器４２３からなる。この信号処理回路４０からの信号はＥＣＵ２０に入力されている。
【００１７】
次に、その動作について説明する。
図１において、ＥＣＵ２０からパワートランジスタ１３のベース側に出力される点火信号ＩＧtに基づきパワートランジスタ１３がオン／オフ制御されることで、バッテリ電源１２から点火コイル１１の１次巻線１１ａ側を流れる１次電流Ｉ1 が通電／遮断される。ここで、点火信号ＩＧtの立下がりによってパワートランジスタ１３がオフされ、点火コイル１１の１次巻線１１ａ側を流れる１次電流Ｉ1 が遮断されると、その１次電流Ｉ1 に対応する逆起電力が１次側に発生される。この逆起電力に誘導され、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側に２次電流Ｉ2 が流れることとなる。この２次電流Ｉ2 により発生される点火コイル１１の１次巻線１１ａと２次巻線１１ｂとの巻数比倍である高電圧な２次電圧が点火プラグ１０に印加され、その火花ギャップ間に放電火花が発生されるのである。
【００１８】
そして、先の放電タイミングにて点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電火花が発生され火炎が生成されていると、その火花ギャップ近傍には燃焼イオンが豊富に存在することとなる。このとき、点火プラグ１０の火花ギャップ間は導通状態となるためコンデンサ３３から点火コイル１１の２次巻線１１ｂ、点火プラグ１０の火花ギャップ間の順にイオン電流ＩION が流れる。このイオン電流ＩIONの大きさに基づくイオン電流検出抵抗３４の端子間電圧がイオン電流信号ＳＩION として信号処理回路４０に入力され信号処理されたのちＥＣＵ２０に入力される。
【００１９】
このとき、ノック発生があると燃焼室圧力に対応してイオン電流ＩION が遷移される。上述のように構成された信号処理回路４０において、イオン電流検出回路３０からのイオン電流信号ＳＩION に重畳するノック周波数成分を含む信号がＢＰＦ４１により抽出されたのち除算回路４２のＬｏｇ４２１に入力される。また、イオン電流検出回路３０からの信号ＳＩION が除算回路４２のＬｏｇ４２２にそのまま入力される。
【００２０】
これら両信号がＬｏｇ４２１，４２２でそれぞれ対数変換されたのち、差動増幅器４２３によって減算され両者が求められる。即ち、結果として、信号処理回路４０によって、イオン電流検出回路３０からのイオン電流信号ＳＩION のＢＰＦ４１を通過された信号がイオン電流検出回路３０からのイオン電流信号ＳＩION そのままの直接の信号にて除算されることとなる。
【００２１】
次に、内燃機関のノック発生時おける具体的な信号を参照し、その作用について説明する。
前述したように、内燃機関のノック発生により燃焼室圧力が変化し、かつ、ノック周波数成分が変化したとする。この際、図４（ａ）に示すように、点火プラグ１０の両電極間の火花ギャップ近傍に燃焼イオンが豊富に存在していると、図５に太線にて示すように、イオン電流検出回路３０からのイオン電流信号ＳＩION そのままの信号、ＢＰＦ４１にて抽出されるイオン電流信号ＳＩION に重畳されたノック周波数成分を含む信号は共に大きいこととなる。
【００２２】
一方、図４（ｂ）に示すように、点火プラグ１０の両電極間の火花ギャップ近傍に燃焼イオンがあまり存在していないと、図９に細線にて示すように、イオン電流検出回路３０からのイオン電流信号ＳＩION そのままの信号、ＢＰＦ４１にて抽出されるイオン電流信号ＳＩION に重畳されたノック周波数成分を含む信号は共に小さいこととなる。
【００２３】
したがって、イオン電流検出回路３０からのイオン電流信号ＳＩION がＢＰＦ４１を介して抽出された信号をイオン電流検出回路３０からのイオン電流信号ＳＩION そのままの信号で除算された信号は、内燃機関の燃焼状態における燃焼イオン密度のばらつきがそれら信号の大きさにかかわらず補正され、図２にノック強度に対応する補正後の信号として示されるような波形の特性図となる。このように、ノック強度に対応する補正後の信号の波形は、前述の図３に燃焼室圧力をＢＰＦを介して抽出したノック周波数成分を含む信号として示す波形に良く対応したものとなる。即ち、ノック強度に対応する補正後の信号は従来のノック制御におけるノックセンサから信号に替えて使用することができる。
【００２４】
このように、本実施例の内燃機関のノック検出装置は、内燃機関の燃焼室を形成するシリンダヘッド（図示略）に配設する点火プラグ１０と、１次巻線１１ａ側に直列に接続されたスイッチング素子としてのパワートランジスタ１３がオン／オフ制御されることで２次巻線１１ｂ側に高電圧を発生する点火コイル１１と、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側に接続された点火プラグ１０の火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンに基づくイオン電流信号ＳＩION を検出する点火プラグ１０、点火コイル１１、イオン電流検出回路３０を形成するコンデンサ３３及びイオン電流検出抵抗３４等からなるイオン電流検出手段と、前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流信号ＳＩION に重畳するノック周波数成分を含む信号を抽出する信号抽出手段と、前記信号抽出手段で抽出された信号を前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流の大きさに基づき補正する信号補正手段とを具備するものである。
【００２５】
また、本実施例の内燃機関のノック検出装置の信号抽出手段は、信号処理回路４０を形成するＢＰＦ４１からなるものである。そして、本実施例の内燃機関のノック検出装置の信号補正手段は、除算を含む演算回路としての対数変換器４２１，４２２及び差動増幅器４２３にて形成された除算回路４２からなるものである。
【００２６】
つまり、イオン電流検出回路３０から出力されるイオン電流信号ＳＩION に重畳するノック周波数成分を含む信号が信号処理回路４０を形成するＢＰＦ４１にて抽出される。そして、イオン電流信号ＳＩION そのままの信号とＢＰＦ４１を介した信号とが対数変換器４２１，４２２及び差動増幅器４２３にて形成される除算回路４２にて除算され補正される。このノック強度に対応する補正後の信号の波形は、内燃機関の燃焼状態のばらつきの影響が排除されノック発生の検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のノック検出装置を示す概略構成図である。
【図２】 図２は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のノック検出装置におけるノック強度に対応する補正後の信号を示す特性図である。
【図３】 図３は一般的な内燃機関の燃焼時における燃焼室圧力及びＢＰＦを介して抽出されたノック周波数成分を含む信号を示す特性図である。
【図４】 図４は一般的な点火プラグの両電極間の火花ギャップ近傍における燃焼イオンの存在状態を示す説明図である。
【図５】 図５は図４に対応するイオン電流信号及びノック周波数成分を含む信号を示す特性図である。
【符号の説明】
１０ 点火プラグ
１１ 点火コイル
１１ａ １次巻線
１１ｂ ２次巻線
１３ パワートランジスタ（スイッチング素子）
２０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【図１】
0003865612.tif 000002
【図２】
0003865612.tif 000003
【図３】
0003865612.tif 000004
【図４】
0003865612.tif 000005
【図５】
0003865612.tif 000006