JP2002138892A - イオン電流を用いたノック検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン電流を用いてノックを検出するノック
検出方法において、ノック検出精度の向上を図ることが
できるノック検出方法を提供する。 【解決手段】 実施例の内燃機関用点火装置は、イオン
電流を用いたノック検出機能を備えており、ＥＣＵ２１
にて実行されるノック検出処理において、イオン電流の
検出期間（ノック検出期間）を設定し、このノック検出
期間におけるイオン電流検出信号Ｓｉｏからノックに対
応する所定周波数成分を有するノック信号Ｓｋｎを抽出
し、ノック判定を行う。このとき、ノック検出処理で
は、クランク角が上死点に到達する時期（ＴＤＣ）を常
に含むようにノック検出期間を設定する。そして、図４
における区間Ｂのようにノック検出期間がＴＤＣを含む
場合には、ＴＤＣを含まない場合（図４における区間
Ｃ）に比べてノック検出精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関における
燃料の燃焼状態を検出するためのノック検出方法であっ
て、イオン電流を用いたノック検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、自動車などに備えら
れる内燃機関における燃料（混合気）の燃焼状態を検出
する方法の１つとして、ノッキング（以下、単にノック
ともいう）を検出するノック検出方法が知られている。

【０００３】ノック検出方法の一例としては、イオン電
流を用いる方法があり、イオン電流は、燃料の燃焼によ
り発生するイオンによって内燃機関の気筒内に流れる電
流である。このイオン電流を用いたノック検出方法は、
イオン電流からノックに対応する所定の周波数特性を有
するノック電流（以下、ノック信号ともいう）を抽出
し、例えば、このノック信号のピーク値に基づいてノッ
ク強度を判定することでノックを検出する。また、従
来、このようなノック検出方法では、点火用高電圧の終
了により発生するノイズやバルブ着座ノイズの影響を抑
えるため、通常、イオン電流を検出する検出期間が、上
死点後（以下、ＡＴＤＣともいう）１０°ＣＡ（°ＣＡ
はクランク角を表す）からＡＴＤＣ６０°ＣＡまでに設
定されている。

【０００４】しかし、このようにイオン電流の検出期間
が設定されていると、クランク角が上死点に到達する時
期（以下、ＴＤＣともいう）から検出期間の開始時点
（ＡＴＤＣ１０°ＣＡ）までにノックが発生した場合、
検出されるイオン電流にノック信号が重畳されないた
め、ノックを検出することができない。つまり、ノック
の発生時期が、イオン電流の検出期間から逸脱した場
合、ノックを正確に検出することができなくなる。

【０００５】こうした問題に対して、特開平６−１０１
５６２号公報に記載のイオン電流によるノック検出方法
が提案されており、このノック検出方法では、内燃機関
の運転状態（エンジン回転速度や負荷等）に応じてイオ
ン電流の検出期間を設定している。つまり、内燃機関の
運転状態に応じてイオン電流の検出期間を可変させるこ
とにより、従来の検出方法のようにイオン電流の検出時
期が固定されている場合には検出できないノックを、検
出可能とすることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報（特
開平６−１０１５６２号公報）に記載のノック検出方法
では、ＴＤＣを含まない含まない時期にノック検出期間
を設定することになる。このように設定したのでは、必
ずしもノック検出精度は高くはならないことが判明し
た。

【０００７】つまり、上記公報によれば、イオン電流の
検出期間の開始時期はＴＤＣからＡＴＤＣ１０°ＣＡの
間に設定されるが、本願発明者が、このようにイオン電
流の検出期間を設定してノック検出を実施したところ、
正確にノック検出ができない場合があり、必ずしもノッ
ク検出精度が高くはないことが判明した。

【０００８】そこで、本発明は、こうした問題に鑑みな
されたものであり、ノック判定に用いるイオン電流の検
出期間を設定し、この検出期間におけるイオン電流を用
いてノックを検出するノック検出方法において、ノック
検出精度の向上を図ることができるノック検出方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１記載の発明方法は、燃料の燃焼に
より発生するイオンによって内燃機関の気筒内に流れる
イオン電流を用いたノック検出方法であり、イオン電流
からノックに対応する所定周波数成分を有するノック信
号を抽出し、抽出したノック信号に基づきノック判定を
行うノック検出方法であって、ノック信号を抽出するた
めのイオン電流の検出期間が、クランク角の上死点到達
時期を含むこと、を特徴とする。

【００１０】つまり、本発明のノック検出方法において
は、クランク角が上死点に到達する時期（以下、ＴＤＣ
（Top Dead Center ）ともいう）が常に含まれるよう
に、イオン電流の検出期間が設定される。このようにイ
オン電流の検出期間を設定する理由は、イオン電流を用
いてノック検出を行うにあたり、イオン電流の検出期間
にＴＤＣが含まれない場合に比べて、ＴＤＣが含まれる
場合の方が、ノック検出精度が高いためである。

【００１１】なお、イオン電流の検出期間にＴＤＣが含
まれる場合、ＴＤＣが含まれない場合のそれぞれのノッ
ク検出精度について測定した測定結果（図５および図
６）については、後述する。したがって、本発明（請求
項１）のノック検出方法によれば、イオン電流を用いて
ノック検出を行うにあたり、イオン電流の検出期間がＴ
ＤＣを含むことでノック検出精度を向上させることがで
き、より正確にノックを検出することが可能となる。

【００１２】また、イオン電流の検出期間については、
請求項２に記載のように、イオン電流の検出期間が、ク
ランク角の上死点到達後においてイオン電流がピーク値
となる時期を少なくとも含むとよい。つまり、イオン電
流の検出期間が、クランク角の上死点到達時期に加え
て、イオン電流がピーク値となる時期を少なくとも含む
ことで、ノックの検出期間が短時間ではなく一定時間以
上になり、より広い期間におけるノックの検出が可能と
なる。

【００１３】よって、請求項２に記載のノック検出方法
によれば、広い範囲のノックを検出することができ、ノ
ック検出精度を向上させることができる。なお、このよ
うにイオン電流の検出期間を設定するには、イオン電流
がピーク値となる時期を内燃機関の運転状態に基づいて
予め予測し、その予測した時期を含むように検出期間を
設定すると良い。

【００１４】さらに、燃料を燃焼させるための火花放電
終了に伴い発生するノイズには、ノックに近い周波数成
分が含まれるため、検出したイオン電流にこのノイズ成
分が含まれる場合、誤ってノックが発生したと判定する
ことがあり、ノック検出精度が低下する虞がある。

【００１５】そのため、請求項３に記載のように、イオ
ン電流の検出期間はノイズ成分を含まないように設定す
ることが望ましく、ノイズを含まないようにイオン電流
の検出期間を火花放電終了後、所定時間遅延させること
で、ノックの誤検出を抑えることができる。

【００１６】なお、このときの所定時間は、エンジンの
回転数・負荷によらず、一定時間にすればよい。このよ
うなノイズを発生する期間は、回転数・負荷によって多
少の変動があるものの、その変動は僅かである。この僅
かな変動のために、回転数・負荷に応じて所定時間を変
動させるマップを作成するので、マップを作成するため
の工数が膨大に必要となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面と
共に説明する。まず、図１は、実施例のイオン電流を用
いたノック検出機能を備えた内燃機関用点火装置の構成
を表す電気回路図である。なお、本実施例で説明する内
燃機関用点火装置は複数の気筒を備えた内燃機関に適用
することも可能であるが、図１では、図面を見やすくす
るために、１気筒分のみを記載している。

【００１８】図１に示すように、本実施例の内燃機関用
点火装置１は、直流定電圧（例えば電圧１２Ｖ）を発生
する直流電源装置（バッテリ）１１と、一次巻線Ｌ１と
二次巻線Ｌ２とを備えた点火コイル１３と、一次巻線Ｌ
１と直列接続されたｎｐｎ型トランジスタからなる主制
御用トランジスタ１５と、二次巻線Ｌ２とともに閉ルー
プを形成して中心電極１７ａと接地電極１７ｂとの間に
火花放電を発生する点火プラグ１７と、二次巻線Ｌ２お
よび点火プラグ１７からなる閉ループ上に設けられて燃
料（混合気）の燃焼により発生するイオンにより流れる
イオン電流を検出するためのイオン電流検出回路２９
と、イオン電流検出回路２９にて検出されたイオン電流
からノックに対応する所定周波数成分を有するノック信
号Ｓｋｎを抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４３
と、点火プラグ１７に火花放電を発生させるために主制
御用トランジスタ１５に対して点火指令信号ＩＧを出力
し、また、バンドパスフィルタ４３からのノック信号Ｓ
ｋｎが入力される内燃機関制御用の電子制御装置（以
下、ＥＣＵと呼ぶ）２１と、を備えている。

【００１９】そして、点火コイル１３における一次巻線
Ｌ１は、一端が直流電源装置１１の正極に接続され、他
端が主制御用トランジスタ１５のコレクタに接続されて
いる。また、二次巻線Ｌ２は、一端が点火プラグ１７の
中心電極１７ａに接続され、他端がイオン電流検出回路
２９に接続されている。さらに、点火プラグ１７の接地
電極１７ｂは、直流電源装置１１の負極と同電位のグラ
ンドに接地されており、主制御用トランジスタ１５のベ
ースはＥＣＵ２１における点火指令信号ＩＧの出力端子
に接続され、主制御用トランジスタ１５のエミッタは、
直流電源装置１１の負極と同電位のグランドに接地され
ている。

【００２０】このため、主制御用トランジスタ１５のベ
ースに入力される点火指令信号ＩＧがローレベル（一般
にグランド電位）である場合には、主制御用トランジス
タ１５にベース電流は流れず、主制御用トランジスタ１
５はオフ状態となり、主制御用トランジスタ１５を通じ
て一次巻線Ｌ１に電流が流れることはない。また、点火
指令信号ＩＧがハイレベル（例えば、図示しない定電圧
電源からの供給電圧５［ｖ］）である場合には、主制御
用トランジスタ１５はオン状態となり、直流電源装置１
１の正極側から点火コイル１３の一次巻線Ｌ１を通り、
主制御用トランジスタ１５を介して直流電源装置１１の
負極側に至る一次巻線Ｌ１の通電経路を形成し、一次巻
線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れる。

【００２１】なお、ここで、主制御用トランジスタ１５
のオン状態とは、主制御用トランジスタ１５のコレクタ
−エミッタ間が導通した状態（短絡された状態）を表
し、オフ状態とは、主制御用トランジスタ１５のコレク
タ−エミッタ間が導通していない状態（開放された状
態）を表している。

【００２２】したがって、点火指令信号ＩＧがハイレベ
ルであることで一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れてい
る時に、点火指令信号ＩＧがローレベルになると、主制
御用トランジスタ１５がターンオフし、一次巻線Ｌ１へ
の一次電流ｉ１の通電を停止（遮断）することになる。
すると、点火コイル１３の磁束密度が急激に変化して二
次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、この点火用高電圧
が点火プラグ１７に印加されて、点火プラグ１７の電極
１７ａ−１７ｂ間に火花放電が発生する。

【００２３】なお、点火コイル１３は、主制御用トラン
ジスタ１５による一次巻線Ｌ１における一次電流ｉ１の
通電・遮断により、点火プラグ１７の中心電極１７ａ側
にグランド電位よりも低い負の点火用高電圧を発生する
ように構成されている。これにより、点火プラグ１７で
の火花放電に伴い二次巻線Ｌ２に流れる二次電流ｉ２
は、点火プラグ１７の中心電極１７ａから二次巻線Ｌ２
を通って、イオン電流検出回路２９に流れる。

【００２４】次に、イオン電流検出回路２９について説
明する。図１に示すように、イオン電流検出回路２９
は、一端が接地された抵抗３１と、この抵抗３１の接地
側とは反対側の端部に直列接続されたコンデンサ３５
と、カソードが接地されるとともにアノードが抵抗３１
とコンデンサ３５との接続点に接続されて、抵抗３１に
並列接続されたダイオード３３と、アノードが接地され
るとともにカソードがコンデンサ３５における抵抗３１
との接続側とは反対側の端部と接続されて、抵抗３１お
よびコンデンサ３５からなる直列回路に並列接続された
ツェナーダイオード３７と、を備えて構成されている。
このように構成されたイオン電流検出回路２９は、コン
デンサ３５とツェナーダイオード３７との接続点が二次
巻線Ｌ２に接続されており、抵抗３１とコンデンサ３５
との接続点がバンドパスフィルタ４３に接続されてい
る。

【００２５】そして、二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発
生して火花放電が発生した直後のイオン電流検出回路２
９においては、二次巻線Ｌ２から流れ込む二次電流ｉ２
が、コンデンサ３５，ダイオード３３を通過する経路を
通じて流れる。このあと、二次電流ｉ２が流れることに
よりコンデンサ３５が充電されてコンデンサ３５の両端
電圧が上昇していき、コンデンサ３５およびダイオード
３３からなる直列回路の両端電圧が、ツェナーダイオー
ド３７のツェナー電圧Ｖｚと等しくなると、二次電流ｉ
２はツェナーダイオード３７を通じて流れるようにな
る。このため、コンデンサ３５は、ツェナーダイオード
３７のツェナー電圧Ｖｚからダイオード３３の順方向電
圧Ｖｆだけ小さい電圧Ｖｃ（＝Ｖｚ−Ｖｆ）で充電され
ることになる。

【００２６】このあと、二次巻線Ｌ２における点火用高
電圧が低下して火花放電が終了し、点火用高電圧による
二次電流ｉ２が流れなくなると、充電されたコンデンサ
３５の放電により、コンデンサ３５，二次巻線Ｌ２，点
火プラグ１７，抵抗３１の順に電流Ｉｉｏが流れる。こ
のとき、抵抗３１の両端電圧Ｖｉｏは、この電流Ｉｉｏ
の大きさに比例した値となり、この両端電圧Ｖｉｏがイ
オン電流検出信号Ｓｉｏとしてバンドパスフィルタ４３
に対して出力される。

【００２７】なお、コンデンサ３５の放電時における点
火プラグ１７への印加電圧Ｖｐは、コンデンサ３５の充
電電圧Ｖｃから抵抗３１での電圧降下分だけ差し引いた
電圧値（Ｖｐ＝Ｖｃ−Ｒ×Ｉｉｏ；但し、Ｒは抵抗３１
の抵抗値）となる。そして、この印加電圧Ｖｐは、点火
プラグ１７が火花放電しない程度（例えば、３００Ｖ程
度）とする必要があり、即ち、ツェナーダイオード３７
のツェナー電圧Ｖｚは、この印加電圧Ｖｐに基づいて設
定されている。

【００２８】次に、バンドパスフィルタ４３は、イオン
電流検出回路２９からのイオン電流検出信号Ｓｉｏにお
けるノックに対応する所定周波数成分（例えば、３［kH
z ］〜２０［kHz ］）をノック信号Ｓｋｎとして抽出す
る。そして、バンドパスフィルタ４３は、ノック信号Ｓ
ｋｎをＥＣＵ２１に対して出力する。

【００２９】ここで、本実施例の内燃機関用点火装置に
おける点火指令信号ＩＧ，電流Ｉｉｏ，ノック信号Ｓｋ
ｎの各状態を表すタイムチャートを図２に示す。なお、
図２では、電流Ｉｉｏの波形については、抵抗３１から
コンデンサ３５に向かう方向を負の値として表してお
り、波形の値が負の値になるほど（図２において下にな
るほど）、電流Ｉｉｏの電流値が大きいことを示してい
る。

【００３０】そして、図２に示す時刻ｔ１にて、点火指
令信号ＩＧがローレベル（一般にグランド電位）からハ
イレベル（例えば、定電圧電源からの供給電圧５
［Ｖ］）になると、主制御用トランジスタ１５がオン状
態となり、一次電流ｉ１の通電が開始される。そして、
時刻ｔ２にて点火指令信号ＩＧがハイレベルからローレ
ベルになると、一次電流ｉ１が遮断されて二次巻線Ｌ２
に点火用高電圧が発生し、点火プラグ１７の電極間に火
花放電が発生する。

【００３１】時刻ｔ２にて火花放電が発生した後、火花
放電の継続時間が経過した時刻ｔ３にて火花放電が終了
すると、コンデンサ３５の放電が開始される。電流Ｉｉ
ｏは、放電開始直後に負の領域において大きく変動（振
動）したあと、一旦電圧値が０［Ｖ］に近づき、時刻ｔ
４を過ぎた後、徐々にイオン電流が増加する方向に電圧
値が変化する。そして、時刻ｔ５から僅かに経過した時
点で、電流Ｉｉｏは、ピーク値を示し、そのあと徐々に
０［Ｖ］に近付いていく。

【００３２】なお、時刻ｔ３の直後における電流Ｉｉｏ
の大きな振動は、点火用高電圧の停止に伴い発生するノ
イズ成分であり、実際のイオン電流は、この振動が収束
した後（時刻ｔ４）から流れ始め、その後徐々に電流値
が増加し、時刻ｔ５から僅かに経過した時点でピーク値
となり、そのあと徐々に電流値が減少していく。

【００３３】また、バンドパスフィルタ４３から出力さ
れるノック信号Ｓｋｎは、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで期
間においては、比較的大きな値を示しており、このよう
な波形を示すのは、ノッキングが発生しているためであ
る。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、すなわ
ち、火花放電の終了直後においても、ノック信号Ｓｋｎ
が大きな値を示しているが、前述したように点火用高電
圧の停止により発生したノイズ成分であり、ノッキング
によるものではない。

【００３４】このため、ノック信号Ｓｋｎに基づいてノ
ック判定を行う際には、火花放電終了直後に点火用高電
圧の終了により発生するノイズ成分を除いたノック信号
Ｓｋｎを用いてノック判定を行うことが望ましい。な
お、本実施例では、ＥＣＵ２１で実行される後述のノッ
ク検出処理において、内燃機関の運転状態に基づいてノ
ック判定に用いるノック信号Ｓｋｎの期間を定めてい
る。

【００３５】次に、このノック信号Ｓｋｎが入力される
ＥＣＵ２１で実行される処理について説明する。なお、
ＥＣＵ２１は、内燃機関の運転状態に基づいて、内燃機
関の火花放電発生時期（点火時期）、燃料噴射量、エン
ジン回転速度等を総合的に制御するために備えられてお
り、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭおよび入出力部を主要部と
するマイクロコンピュータ（以下、マイコンともいう）
にて構成されている。そして、ＥＣＵ２１は、以下に説
明する点火制御処理やノック検出処理の他に、内燃機関
の吸入空気量（吸気管圧力），エンジン回転速度，スロ
ットル開度，冷却水温，吸気温等、機関各部の運転状態
を検出する運転状態検出処理や、燃料噴射時期で燃料を
吸気管内に供給するための燃料制御処理などを行ってい
る。

【００３６】まず、点火プラグ１７に火花放電を発生さ
せるために実行される点火制御処理について説明する。
なお、点火制御処理は、内燃機関の始動後、例えば、内
燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角
センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，
燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行さ
れる。

【００３７】そして、内燃機関が始動されて点火制御処
理が開始されると、まず、別途実行される運転状態検出
処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、読み
込んだ運転状態に基づいて予め設定されたマップあるい
は計算式を用いて、内燃機関の運転状態に適した点火時
期を設定する。なお、点火時期を設定するための上記マ
ップあるいは計算式は、例えば、内燃機関のエンジン回
転速度やエンジン負荷などの運転状態をパラメータとし
て、内燃機関の運転状態に応じた点火時期等を設定する
ように構成されている。

【００３８】続いて、点火制御処理では、設定された点
火時期（図２における時刻ｔ２）を基準として、この点
火時期よりも一次電流通電時間だけ早い時刻（図２にお
ける時刻ｔ１）で、点火指令信号ＩＧをハイレベルに変
化させて主制御用トランジスタ１５をオン状態にするこ
とで、一次電流ｉ１の通電を開始する。ここでの一次電
流通電時間には、着火性の劣る運転条件においても確実
に燃料に着火できる火花放電を発生させるため、つま
り、高い点火用高電圧を発生させるために、点火コイル
に十分な磁束エネルギを蓄積できる時間が火花放電開始
前に予め設定されている。

【００３９】そして、点火制御処理では、点火指令信号
ＩＧをハイレベルに変化させてから一次電流通電時間が
経過した点火時期にて、点火指令信号ＩＧをローレベル
に変化させて、主制御用トランジスタ１５をオフ状態に
する。こうして主制御用トランジスタ１５をオフ状態に
することで一次電流ｉ１を急峻に遮断し、誘導起電力で
ある点火用高電圧を二次巻線Ｌ２に発生させて、点火プ
ラグ１７に火花放電を発生させる。

【００４０】よって、点火制御処理は、内燃機関の運転
状態に応じて点火時期を設定し、この点火時期から予め
定められた一次電流通電時間だけ早い通電開始時期で点
火指令信号ＩＧをハイレベルに変化させて一次電流ｉ１
の通電を開始する（図２における時刻ｔ１）。このあ
と、一次電流通電時間が経過した時点、すなわち、内燃
機関の運転状態に応じて設定した点火時期（図２におけ
る時刻ｔ２）で、点火指令信号ＩＧをローレベルに変化
させて、点火プラグ１７の電極間に火花放電を発生さ
せ、燃料（混合気）を燃焼させる処理を行っている。

【００４１】次に、ノック検出処理について、図３に示
すフローチャートに従い説明する。なお、ノック検出処
理は、内燃機関が始動されるとともに、１燃焼サイクル
に１回の割合で起動されて処理を実行する。そして、ノ
ック検出処理が起動されると、まず、Ｓ１１０では、別
途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関
の運転状態を読込む処理を行う。

【００４２】次のＳ１２０では、Ｓ１１０で読み込んだ
内燃機関の運転状態に基づいて、予め設定されたマップ
あるいは計算式を用いて、ノック信号Ｓｋｎを抽出する
ためのイオン電流の検出期間（以下、ノック検出期間と
もいう）を設定する。このとき、Ｓ１２０では、クラン
ク角の上死点到達時期（以下、ＴＤＣともいう）を含む
とともに、ＴＤＣ後にイオン電流がピーク値となる時期
を少なくとも含むように、ノック検出期間を設定する。
また、このときの設定処理においては、ノック検出期間
は、点火用高電圧の終了により発生するノイズが含まれ
ないように設定される。

【００４３】そして、Ｓ１２０におけるノック検出期間
の設定は、開始時期と検出期間の長さ（時間）を決定す
ることで行う。例えば、開始時期は、火花放電終了時点
から０．５［msec］経過した時点し、エンジンの回転数
・負荷によらず一定時期にする。そして、検出期間の長
さは、エンジンの回転数によって変化するマップあるい
は計算式を用いて、例えば、４［msec］間の期間を、ノ
ック検出期間として設定する。

【００４４】続くＳ１３０では、Ｓ１２０にて設定した
ノック検出期間の開始時期であるか否かを判断してお
り、否定判定されると同ステップを繰り返し実行するこ
とで待機し、肯定判定されるとＳ１４０に移行する。そ
して、Ｓ１３０にて肯定判定されてＳ１４０に移行する
と、Ｓ１４０では、Ｓ１２０で設定したノック検出期間
の間、バンドパスフィルタ４３から入力されるノック信
号Ｓｋｎの絶対値を積分する処理を行うことにより、ノ
ック信号Ｓｋｎの積分値Ｓａを算出する。

【００４５】次のＳ１５０では、Ｓ１４０にて算出した
積分値Ｓａが、予め定められたノック判定基準値よりも
大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ１７
０に移行し、否定判定されるとＳ１６０に移行する。そ
して、積分値Ｓａがノック判定基準値以下であるときに
は、Ｓ１５０で否定判定されてＳ１６０に移行し、Ｓ１
６０では、この時の燃焼サイクルを正常燃焼と判定す
る。また、積分値Ｓａがノック判定基準値よりも大きい
ときには、Ｓ１５０で肯定判定されてＳ１７０に移行
し、Ｓ１７０では、この時の燃焼サイクルにおいてノッ
クが発生していると判定する。

【００４６】このようにしてＳ１６０またはＳ１７０の
処理が終了すると、本ノック検出処理が終了する。そし
て、ノック検出処理によるノック判定結果は、他の制御
処理（点火制御処理や燃料制御処理など）に通知されて
おり、ノックが発生していると判定された場合、他の制
御処理は、ノックを解消するように内燃機関の制御を行
うことで、内燃機関の安定した運転を実現する。

【００４７】以上、説明したように、本実施例のノック
検出機能を備えた内燃機関用点火装置においては、ＴＤ
Ｃを含むようにイオン電流の検出期間（ノック検出期
間）を設定し、その検出期間においてイオン電流から抽
出されるノック信号を用いてノック判定を行っている。

【００４８】ここで、ノックが発生していない場合のイ
オン電流波形（図４（ａ））と、ノックが発生している
場合のイオン電流波形（図４（ｂ））を図４に示す。ま
た、図４では、イオン電流波形に加えて、イオン電流か
ら抽出したノックに対応する所定周波数成分を有するノ
ック信号を示している。なお、図４では、イオン電流の
電流値が大きくなるほど、イオン電流波形の値が負の値
になるように（図４において下になるように）、イオン
電流波形が表されている。

【００４９】まず、図４（ａ）においては、時刻ｔ１０
が点火時期であり、その後、イオン電流波形は大きく変
動（振動）しており、時刻ｔ１１にて第１ピーク値を示
した後、イオン電流は一旦小さい値を示す。そして、Ｔ
ＤＣよりも遅い時刻ｔ１２にて、イオン電流波形は第２
ピーク値を示し、その後、緩やかに電流値が減少してい
き、最終的には０［Ａ］となる。

【００５０】そして、図４（ａ）に示すノック信号は、
時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間においては大きく
変動（振動）し、時刻ｔ１１以降は次第に振幅が小さく
なり、時刻ｔ１２以降については、ほとんど抽出されて
いない。また、図４（ｂ）においては、時刻ｔ２０が点
火時期であり、その後、イオン電流波形は大きく変動
（振動）しており、時刻ｔ２１にて第１ピーク値を示し
た後、イオン電流は一旦小さい値を示す。そして、ＴＤ
Ｃよりも遅い時刻ｔ２２にて、イオン電流波形は第２ピ
ーク値を示し、その後、緩やかに電流値が小さくなると
共に振動波形を示し、最終的には０［Ａ］となる。

【００５１】そして、図４（ｂ）に示すノック信号は、
時刻ｔ２０から時刻ｔ２１を僅かに経過した時点までの
期間においては、大きく変動（振動）しており、その後
次第に小さくなり、時刻ｔ２２以降に再び比較的振幅の
大きい波形が示されている。つまり、図４（ｂ）におい
ては、時刻ｔ２２を過ぎた後のノック信号の波形から、
ノックが発生していることが判る。

【００５２】ここで、ノック検出期間にＴＤＣが含まれ
る場合、およびノック検出期間にＴＤＣが含まれない場
合のそれぞれのノック検出精度を比較するために、以下
に示す測定を実施した。この測定は、ノック検出期間を
図４における区間Ｂのように設定する場合、およびノッ
ク検出期間を図４における区間Ｃのように設定する場
合、のそれぞれにおいてイオン電流から抽出されるノッ
ク信号の積分値を算出すると同時に、圧力センサの出力
信号から抽出されるノック信号の積分値を算出すること
で実施した。なお、区間Ｂおよび区間Ｃの長さはそれぞ
れ等しく、また、区間Ａは、火花放電終了からノック検
出期間の開始時期まで遅延させる時間を表している。

【００５３】そして、図５にイオン電流の検出期間にＴ
ＤＣを含む場合、図６にイオン電流の検出期間にＴＤＣ
を含まない場合の測定結果を示している。なお、図５、
図６ともに、圧力センサの出力信号から抽出したノック
信号の積分値を横軸として、イオン電流から抽出したノ
ック信号の積分値を縦軸として表した座標平面上に、複
数回実施した各測定データを○印で表している。

【００５４】ここで、図５、図６ともに、横軸は、図に
おいて右に向かうに従いノック信号の積分値が大きくな
ることを示し、縦軸は、図において上に向かうに従いノ
ック信号の積分値が大きくなることを示している。ま
た、図５および図６の各座標平面は、ノック判定基準値
Ｊ１を示す点線により左右に分割されており、ノック判
定基準値Ｊ２を示す点線により上下に分割されている。
なお、ノック判定基準値Ｊ１は、圧力センサの出力信号
から抽出したノック信号の積分値におけるノック判定用
の判定基準値であり、ノック判定基準値Ｊ２は、イオン
電流検出信号から抽出したノック信号の積分値における
ノック判定用の判定基準値である。

【００５５】そして、横軸方向において、ノック判定基
準値Ｊ１よりも小さい値となる領域（図においてノック
判定基準値Ｊ１を示す点線よりも左側の領域（領域Ｅお
よび領域Ｆ））は、圧力センサの出力信号を用いてノッ
ク判定を実施した場合に、ノックが発生していないと判
定される領域である。また、ノック判定基準値Ｊ１より
も大きい値となる領域（図においてノック判定基準値Ｊ
１を示す点線よりも右側の領域（領域Ｇおよび領域
Ｈ））は、圧力センサの出力信号を用いてノック判定を
実施した場合に、ノックが発生していると判定される領
域である。

【００５６】また、縦軸方向において、ノック判定基準
値Ｊ２よりも小さい値となる領域（図においてノック判
定基準値Ｊ２を示す点線よりも下側の領域（領域Ｅおよ
び領域Ｇ））は、イオン電流を用いてノック判定を実施
した場合に、ノックが発生していないと判定される領域
である。また、ノック判定基準値Ｊ２よりも大きい値と
なる領域（図においてノック判定基準値Ｊ２を示す点線
よりも上側の領域（領域Ｆおよび領域Ｈ））は、圧力セ
ンサの出力信号を用いてノック判定を実施した場合に、
ノックが発生していると判定される領域である。

【００５７】なお、圧力センサの出力信号を用いたノッ
ク検出方法は、ノック検出精度が高い検出方法であり、
本測定においては、イオン電流を用いたノック検出にお
けるノック検出精度の判定基準としている。つまり、イ
オン電流を用いたノック検出方法のうち、判定結果が、
圧力センサの出力信号を用いたノック検出方法における
判定結果と同一となる検出方法は、ノック検出精度が高
いと判断できる。

【００５８】このため、図５および図６に示す座標平面
上において、領域Ｅおよび領域Ｈとに分布する測定デー
タが多い測定結果については、圧力センサを用いたノッ
ク検出方法の判定結果と同一の判定結果となることか
ら、イオン電流を用いたノック検出方法におけるノック
検出精度が高いことになる。

【００５９】これに対して、領域Ｆに分布する測定デー
タが多い測定結果については、実際にはノックが発生し
ていないにもかかわらず、ノックと判定してしまうこと
を示しており、イオン電流を用いたノック検出方法にお
けるノックの検出精度が低いことを示している。また、
領域Ｇに分布する測定データが多い測定結果について
は、実際にはノックが発生しているにもかかわらず、ノ
ックと判定しないことを示しており、ノックの検出精度
が低いことを示している。

【００６０】これらのことから、図５および図６を比較
すると、図５に示す測定データについては、領域Ｅおよ
び領域Ｈに分布する割合が多く、領域Ｆおよび領域Ｇに
分布する割合が少ないのに対して、図６に示す測定デー
タについては、領域Ｇに分布する割合が多いことが判
る。つまり、図５に示す測定結果は、図６に示す測定結
果よりもノック検出精度が高いことを示している。

【００６１】よって、イオン電流を用いたノック検出方
法において、ノック検出期間にＴＤＣが含まれる場合の
ノック検出方法は、ノック検出期間にＴＤＣが含まれな
い場合のノック検出方法に比べて、ノック検出精度が高
いことが判る。なお、領域Ｆに分布する測定データが多
い場合は、ノックが未発生であるにも拘わらす誤ってノ
ックを解消するための制御処理が実行されることになる
が、ノックが発生していないため内燃機関の破損に至る
ことはない。しかし、領域Ｇに分布する測定データが多
い場合には、ノックが発生しているにも拘わらず、ノッ
クを解消するための制御処理が行われないため、ノック
を抑制することができず、ノックの発生により内燃機関
の破損に至る可能性があり、内燃機関の運転に対して重
大な影響を及ぼす虞がある。このため、イオン電流を用
いたノック検出方法のうち、領域Ｇに分布する測定デー
タが多いノック検出方法は、内燃機関を破壊する可能性
が高くなることから、内燃機関の正常な運転を維持する
ためには、領域Ｇに分布する測定データが少ないノック
検出方法を実施するとよい。

【００６２】したがって、本実施例のノック検出機能を
備えた内燃機関用点火装置によれば、イオン電流を用い
てノック検出を行うにあたり、ＴＤＣを含むようにイオ
ン電流の検出期間（ノック検出期間）を設定しているこ
とから、ノック検出精度を向上させることができ、より
正確にノックを検出することが可能となる。

【００６３】また、点火用高電圧の終了により発生する
ノイズ成分を含まないように火花放電終了後、所定時間
遅延させてイオン電流の検出期間を設定することから、
点火用高電圧の終了により発生するノイズの影響により
誤ってノックが発生したと判定することが無くなり、ノ
ックの誤検出を抑えることができる。

【００６４】さらに、イオン電流の検出期間が、クラン
ク角の上死点到達時期に加えて、イオン電流がピーク値
となる時期を少なくとも含むように設定されており、ノ
ックの検出期間が短時間ではなく一定時間以上になり、
より広い期間におけるノックの検出が可能となる。よっ
て、より広い範囲のノックを検出することができ、ノッ
ク検出精度を向上させることができる。

【００６５】以上、本発明方法の実施例について説明し
たが、本発明方法は上記実施例に限定されるものではな
く、種々の態様を採ることができる。上記実施例では、
イオン電流から抽出したノック信号の絶対値の積分値を
算出してノック判定を実施したが、例えば、イオン電流
から抽出したノック信号が予め定められた規定値を超え
た時間を積算した時間積分値によってノックを判定して
も良い。

【００６６】具体的には、バンドパスフィルタ４３から
出力されるノック信号Ｓｋｎと、規定値に対応する規定
値信号Ｖｓとの大きさを比較し、ノック信号Ｓｋｎが規
定値信号Ｖｓ以上となるときに検出信号Ｓｃｐをハイレ
ベルとして出力するコンパレータを備え、ＥＣＵ２１が
検出信号Ｓｃｐに基づきノック判定を行うのである。

【００６７】ここで、ノック信号Ｓｋｎと規定値信号Ｖ
ｓとの比較によりコンパレータから出力される検出信号
Ｓｃｐの波形の例を、図７に示す。図７に示すように、
検出信号Ｓｃｐは、ノック信号Ｓｋｎの波形が直線で示
す規定値信号Ｖｓ以上となる時にハイレベルとなり、ノ
ック信号Ｓｋｎが規定値信号Ｖｓよりも小さいときにロ
ーレベルを示す。

【００６８】そして、ノック信号Ｓｋｎと規定値信号Ｖ
ｓとを比較した結果を表す検出信号Ｓｃｐが、ＥＣＵ２
１に入力されて、ＥＣＵ２１では、検出信号Ｓｃｐがハ
イレベルとなる時間を積算して時間積分値を算出し、こ
の時間積分値とノック判定基準値とを比較することで、
ノック判定を行うのである。つまり、時間積分値がノッ
ク判定基準値よりも大きい場合に、この時の燃焼サイク
ルにおいてノックが発生していると判定するのである。

【００６９】ここで、時間積分値を用いたノック検出方
法におけるノック検出精度を測定した測定結果を図８に
示す。なお、測定は、イオン電流から抽出されるノック
信号が予め定められた規定値を超えた時間を積算した時
間積分値と、圧力センサの出力信号から抽出されるノッ
ク信号の積分値とを同時に算出することにより実施し
た。

【００７０】図８においても、上述した図５および図６
に示す測定結果と同様に、領域Ｅおよび領域Ｈに分布す
る測定データが多いほど、また、領域Ｆおよび領域Ｇに
分布する測定データが少ないほど、ノック検出精度が高
いことを示している。そして、図８においては、領域Ｇ
に分布する測定データが無いことから、時間積分値を用
いたノック検出方法は、ノック検出精度が高いことが判
る。

【００７１】なお、図８において座標平面を上下に分割
するノック判定基準値Ｊ３は、イオン電流から抽出され
るノック信号が予め定められた規定値を超えた時間を積
算した時間積分値におけるノック判定用の判定基準値で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 イオン電流を用いたノック検出機能を備えた
内燃機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。

【図２】 内燃機関用点火装置における各部の状態を表
すタイムチャートである。

【図３】 ＥＣＵにて実行されるノック検出処理の処理
内容を示すフローチャートである。

【図４】 （ａ）は、ノックが発生していない場合のイ
オン電流波形であり、（ｂ）は、ノックが発生している
場合のイオン電流波形である。

【図５】 イオン電流を用いたノック検出方法におい
て、イオン電流の検出期間にＴＤＣを含む場合のノック
検出精度を測定した測定結果である。

【図６】 イオン電流を用いたノック検出方法におい
て、イオン電流の検出期間にＴＤＣを含まない場合のノ
ック検出精度を測定した測定結果である。

【図７】 ノック信号Ｓｋｎと規定値信号Ｖｓとの比較
によりコンパレータから出力される検出信号Ｓｃｐの波
形の例である。

【図８】 イオン電流を用いたノック検出方法におい
て、時間積分値を用いたノック検出方法のノック検出精
度を測定した測定結果である。

【符号の説明】

１…内燃機関用点火装置、１１…直流電源装置、１３…
点火コイル、１５…主制御用トランジスタ、１７…点火
プラグ、１７ａ…中心電極、１７ｂ…接地電極、２１…
電子制御装置（ＥＣＵ）、２９…イオン電流検出回路、
３１…抵抗、３３…ダイオード、３５…コンデンサ、３
７…ツェナーダイオード、４３…バンドパスフィルタ、
Ｌ１…一次巻線、Ｌ２…二次巻線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G087 AA27 BB12 BB23 CC35 FF22 FF23 3G019 AB01 CC15 DB04 DB07 DC07 EA11 GA01 GA02 GA05 GA08 GA09 GA13 GA14 LA01 3G084 BA00 DA00 EA05 EA11 EB08 EB12 EC01 EC03 FA02 FA07 FA10 FA11 FA20 FA25 FA33 FA38

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料の燃焼により発生するイオンによっ
   て内燃機関の気筒内に流れるイオン電流を用いたノック
   検出方法であり、 前記イオン電流からノックに対応する所定周波数成分を
   有するノック信号を抽出し、抽出した該ノック信号に基
   づきノック判定を行うノック検出方法であって、 前記ノック信号を抽出するための前記イオン電流の検出
   期間が、クランク角の上死点到達時期を含むこと、 を特徴とするイオン電流を用いたノック検出方法。
2. 【請求項２】 前記イオン電流の前記検出期間が、クラ
   ンク角の上死点到達後において前記イオン電流がピーク
   値となる時期を少なくとも含むこと、 を特徴とする請求項１に記載のイオン電流を用いたノッ
   ク検出方法。
3. 【請求項３】 前記イオン電流の前記検出期間は、燃料
   を燃焼させるための火花放電終了後、所定時間遅延させ
   た後に開始すること、 と特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン電
   流を用いたノック検出方法。