JP2004156562A - 内燃機関のノック検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノックと全く同一の周波数成分を持つノイズ成分がイオン電流信号に重畳した場合でも、ノイズからノックを精度よく判別する内燃機関のノック検出装置を得る。
【解決手段】内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い、燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出装置１０と、内燃機関の燃焼室内の圧力または温度の異常上昇に伴うノックを検出するノック検出装置２Ａと、イオン電流検出装置で検出されたイオン電流波形の重み位置を演算する重心演算手段２Ｂと、ノック検出装置と重心演算装置との出力に基づいてノックかノイズかを判定するノック判定装置２Ｃとを備える。
【選択図】 図２
【解決手段】内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い、燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出装置１０と、内燃機関の燃焼室内の圧力または温度の異常上昇に伴うノックを検出するノック検出装置２Ａと、イオン電流検出装置で検出されたイオン電流波形の重み位置を演算する重心演算手段２Ｂと、ノック検出装置と重心演算装置との出力に基づいてノックかノイズかを判定するノック判定装置２Ｃとを備える。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関において発生するノック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】
内燃機関において燃料が燃焼するとイオンが発生することが知られている。そこで、シリンダー内に高電圧を印加したプローブを設置すると、そのイオンをイオン電流として観測することができる。更に、そのイオン電流にはノックと同じ振動周波数の振動成分が重畳することが知られており、この振動成分を抽出してノック制御が行われている。
【０００３】
従来の内燃機関のノック制御装置では、イグニッションコイルで発生する２次電圧を利用してイオン電流を観測するための高電圧を生成し、点火のための放電終了後から点火プラグ端に前記高電圧を印加してイオン電流を測定している。そして、そのイオン電流からバンドパスフィルター（ＢＰＦ）によってノック周波数帯の振動成分を抽出し、アンプによる信号増幅を行い、検出しきい値との比較によって波形整形し、ノックパルスが生成される。さらに、前記ノックパルスはエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に送られ、ノックが発生しているか判定を行い、この判定結果に基づいて点火時期の制御、すなわちノック制御が行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−９１０８号公報（図６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、内燃機関の運転状態によっては、ノックが発生していないにもかかわらず、イオン電流にノック周波数と同一の振動成分が重畳する場合がある。
【０００６】
ノック振動成分を抽出することを目的とするバンドパスフィルタ等のノック検出装置では、ノック周波数と同一周波数成分をもつ前記ノイズをノックと区別することはできない。また、振動振幅強度、振動持続時間ともに大ノックに伴うものに引けをとらない前記ノイズから、ノック信号のみを抽出することは非常に困難であり、特にイオン電流検出方式を利用するノック検出装置の開発にとって大きな課題となっていた。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ノックと全く同一の周波数成分を持つノイズ成分がイオン電流信号に重畳した場合でも、ノイズからノックを精度よく判別することができる内燃機関のノック検出装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関のノック検出装置は、内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い、燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、内燃機関の燃焼室内の圧力または温度の異常上昇に伴うノックを検出するノック検出手段と、前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流波形の重み位置を演算する重心演算手段と、前記ノック検出手段と前記重心演算手段との出力に基づいてノックかノイズかを判定するノック判定手段とを備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明を説明する前に、まず始めに、内燃機関に発生するノックとイオン電流との関係に関して説明する。ノックとは、燃焼室内の圧力もしくは温度が異常に上昇したときに、燃料が自己着火爆発を起こしてしまう現象であるといわれている。一般に、内燃機関においては、ピストンが上死点近傍にあるときに燃焼火炎がピストン上面に達すると、筒内の異常な温度上昇に伴ってノックが発生するとされている。
【００１０】
イオン電流は、主に２つの要因によって発生が促進されることが指摘されている。１つは、燃焼化学反応に伴い発生する電子によるもので、もう一つは、既燃ガスの温度上昇に依存する電離反応に伴い発生するマイナスイオンによるものである。前者の燃焼化学反応に依存するイオン電流のピークが先に現れ（これを１次ピークと呼ぶ）、後者の温度上昇に依存する電離反応に伴うピークが後に現れる（これを２次ピークと呼ぶ）。ここで、２次ピークは、筒内圧力と密接な関係にあることが指摘されている。つまり、２次ピークが上死点付近に存在するときノッキング発生の確率は高くなる。図７にノック発生時のイオン電流波形の一例を示す。
【００１１】
一般的に、ノックは燃焼室内壁面にて発生しやすいとされている。つまり、ノックに伴う衝撃波は主にはボアの方向に広がり、よって、燃焼室内に圧力振動の定在波が発生するとされている。図７に示したノック波形の周波数スペクトルを図８に示す。一般的なノック検出装置は、この定在波に伴う振動を検出することで、ノック発生の有無を判別している。イオン電流を用いたノック検出装置においては、筒内に発生する圧力振動に伴う温度変化によって発生する電離確率の変動による波を検出する方式が一般的である。
【００１２】
しかし、筒内に発生する圧力振動はノックに依存するもの以外にもあることが現在までにわかっている。例えば燃焼乱れに伴うものがこれであり、このときのイオン電流波形は、図９に示されるようなものである。しかし、この圧力振動は定在波であるために、振動周波数は、図１０に示されるように、ノックに伴うものと同一であり、振幅も同程度である。現在までのイオン電流によるノック検出装置はこの振動をノックと区別することができず、この点の問題が指摘されている。
【００１３】
この発明は、このノック以外に起因する振動とノックに起因する振動とを、先述した２次ピーク位置に依存するイオン電流の重心位置に基づき区別し、ノック検出精度を向上させるものである。
【００１４】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について添付図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態１に内燃機関のノック検出装置を示す構成図である。図１に示すように、内燃機関すなわちエンジン（図示せず）のクランク軸にはクランク角センサ１が設けられており、クランク角センサ１は、エンジン回転数に応じたパルスからなるクランク角信号ＳＧＴを出力する。クランク角信号ＳＧＴの各パルスエッジは、内燃機関の各気筒（図示せず）のクランク各基準位置を示しており、クランク角信号ＳＧＴは、マイクロコンピュータからなるＥＣＵ２に入力されて種々の制御演算に用いられる。
【００１５】
ＥＣＵ２は、後述する波形処理手段から入力されるノックパルス列Ｋｐのパルス数Ｎをカウントするカウンタ２１と、パルス数Ｎに基づいてノックの有無を判定するためのＣＰＵ２２とを含む。カウンタ２１及びＣＰＵ２２は、波形処理手段と協働してノック検出手段を構成している。
【００１６】
また、ＥＣＵ２は、クランク角センサ１からのクランク角信号ＳＧＴを取り込むと共に、各種センサ（図示せず）からの運転情報を取り込み、運転状態に応じた種々の演算を行い、点火コイル４等を含む各種アクチュエータに対して駆動信号を出力する。
【００１７】
点火コイル４に対する駆動信号すなわち点火信号Ｐは、点火コイル４の一次巻線４ａに接続されたパワートランジスタＴＲのベースに印加され、パワートランジスタＴＲをオンオフ制御して一次電流ｉ１を通電遮断する。一次電流ｉ１の遮断により一次電圧Ｖ１が上昇し、点火コイル４の二次巻線４ｂは、さらに昇圧された二次電圧Ｖ２を点火用高電圧（数１０ｋＶ）として発生する。
【００１８】
二次巻線４ｂの出力端子に接続されたディストリビュータ７は、内燃機関の回転に同期して、二次電圧Ｖ２を各気筒内の点火プラグ８Ａ−８ｄに順次分配して印加することにより、点火制御器等の燃焼室内に放電火花を発生させて混合気を燃焼させる。
【００１９】
一次巻線４ａの一端に接続された整流ダイオードＤ１、電流制限用抵抗器Ｒ、電圧制限用ツェナーダイオードＤＺに並列接続されたコンデンサ９及び整流ダイオードＤ２からなる直列回路は、一次巻線４ａの一端からグランドに接続され、コンデンサ９（イオン電流検出用のバイアス電源）に対する充電電流を流す経路を構成している。
【００２０】
ツェナーダイオードＤＺの両端間に並列接続されたコンデンサ９は、一次電圧Ｖ１による充電電流により所定のバイアス電圧ＶＢｉ（数１００Ｖ）に充電されて、イオン電流ｉを検出するためのバイアス電源として機能し、点火プラグ８ａ−８ｄのうちの点火制御直後の点火プラグを介して放電することによりイオン電流ｉを流す。
【００２１】
コンデンサ９の一端にアノードが接続された高圧ダイオード１１ａ−１１ｄは、点火極性と同極性となるように各点火プラグ８ａ−８ｄの一端にカソードが接続されている。コンデンサ９の他端に接続されたイオン電流検出用の抵抗器１２は、イオン電流ｉを電圧変換してイオン電流検出信号Ｅｉとして出力する。
【００２２】
抵抗器１２は、グランドを介して各点火プラグ８ａ−８ｄの他端に接続されており、コンデンサ９及び高圧ダイオード１１ａ−１１ｄと共に、イオン電流ｉの流れる経路を形成している。
【００２３】
抵抗器１２から出力されたイオン電流検出信号Ｅｉは、波形成形回路１３を介して波形整形信号Ｆｉとなり、続いて、バンドパスフィルタ１４を介してノック信号Ｋｉのみが抽出され、さらに、比較回路１５を介してノックパルス列Ｋｐに変換された後、ＥＣＵ２内のカウンタ２１に入力される。
【００２４】
波形整形回路１３、バンドパスフィルタ１４及び比較回路１５は、イオン電流検出信号Ｅｉからノックパルス列Ｋｐを抽出するための波形処理手段を構成している。ノックパルス列Ｋｐは、ＥＣＵ２内においてパルス数Ｎがカウントされ、パルス数Ｎは、前述のようにノックの有無の判定に用いられる。
【００２５】
次に、図２は、本実施の形態１に係る内燃機関のノック検出装置の機能ブロック図である。図２に示すイオン電流検出装置１０は、内燃機関内部に発生するイオンを電流として検出するもので、すなわち内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い、燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するもので、図１に示す整流ダイオードＤ１、電流制限用抵抗器Ｒ、電圧制限用ツェナーダイオードＤＺに並列接続されたコンデンサ９及び整流ダイオードＤ２からなる直列回路と、ツェナーダイオードＤＺの両端間に並列接続されたコンデンサ９及びイオン電流ｉを電圧変換してイオン電流検出信号Ｅｉとして出力するイオン電流検出用の抵抗器１２とから構成される。
【００２６】
また、図２に示すＡ／Ｄ変換装置２０は、図１に示す波形整形回路１３，バンドパスフィルタ１４及び比較回路１５からなる波形処理手段を示し、イオン電流検出装置１０より出力されたイオン電流は、Ａ／Ｄ変換装置２０を介してアナログデータからデジタルデータヘと変換され、マイクロプロセッサ２へ入力される。
【００２７】
マイクロプロセッサ２内部において、入力データは、ノック検出装置２Ａと重心演算装置２Ｂへ入力され、ノック検出装置２Ａにより、イオン電流検出装置１０で検出されたイオン電流に基づいて内燃機関の燃焼室内の圧力または温度の異常上昇に伴うノックが検出されると共に、重心演算装置２Ｂにより、イオン電流検出装置１０で検出されたイオン電流波形の重み位置が演算される。さらに、ノック判定装置２Ｃにより、ノック検出装置２Ａと重心演算装置２Ｂの出力に基づいてノックかノイズかが判定される。
【００２８】
次に、図２に示すノック検出装置２Ａの動作について図３に示すフローチャートを参照して説明する。まず、ステップＳ４１において入力されたイオン電流は、ステップＳ４２において設定される区間（検出ウインドウ）において、必要区間のデータのみが切出され、さらにデータ端の影響を抑える為の窓関数が掛けられる。こうして前処理を施されたデータは、ステップＳ４３においてフーリエ変換されパワースペクトルヘと変換される。このパワースペクトルの中でノックの固有振動数に相当する周波数強度は、ステップＳ４４において所定の閾値と比較され、これが閾値を上回るとき、ノック検出装置２Ａは、ノックが発生していることを示す信号を出力し（ステップＳ４５）、閾値を下回るとき、ノック検出装置２Ａはノックが発生していないことを示す信号を出力する（ステップＳ４６）。
【００２９】
例えば図７に示されるイオン電流が入力されたときのフーリエ変換パワースペクトルは図８のようになり、このときのノック固有振動数は６ｋＨｚ近傍にあるので、この周波数近傍のパワースペクトルを経験則に従い、例えば図８に示す縦軸のＦＦＴ Ｐｏｗｅｒの値「５」をノック強度「１」として、ＦＦＴ Ｐｏｗｅｒの値「２５」をノック強度「５」とおくと、パワースペクトルはこの閾値を大きく上回るので、ノック検出装置２Ａは、大ノック発生の信号、例えばデジタルのパルス数でノック強度を表現する場合、大ノック発生を意味する５パルスを出力することになる。同様に、図９に示されるイオン電流が入力されたときのパワースペクトルは図１０のようになり、同様の閾値「５」と比較してこれも大きく上回っているので、この波形に対するノック検出装置２Ａの出力も夫ノック発生を意味する５パルスを出力することになる。
【００３０】
また、Ａ／Ｄ変換装置２より出力されたデジタルデータは、重心演算装置２Ｂへと入力される。重心演算装置２Ｂの動作を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５１において入力されたイオン電流信号は、ステップＳ５２において検出区間設定、ノイズ除去等の前処理が施され不必要な情報が取り除かれる。本実施の形態１においては、検出区間を点火時期より次気筒点火時期までの角度ベース区間とする前処理をされた信号は次にステップＳ５３において重心位置の算出が行われる。
【００３１】
本実施の形態１においては、重心を求める方法として、１次キュムラント算術式を用いることとし、このとき、重心位置は角度ベースの値として算出される。こうして算出された重心位置は、重心演算装置２Ｂから出力される。例えば、図７に示されるノック波形の重心位置は、同じく図７の波形上部に示される数値３３ＣＡＤ（Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ Ｄｅｇｒｅｅ：クランク角度）付近であり、この数値が重心演算装置２Ｂより出力される。同様に、図９に示される重心位置は７１ＣＡＤ付近であり、この数値もまた重心演算装置２Ｂより出力される。
【００３２】
図２において、ノック検出装置２Ａおよび重心演算装置２Ｂの出力は、ノック判定装置２Ｃへと入力される。ノック判定装置２Ｃ内部にて、ノック検出装置２Ａの出力は再度その出力の信頼性の診断に掛けられる。ノック判定装置２Ｃの動作を図５に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ６１においてノック検出装置２Ａの出力（判定値）が閾値以上か否かを判定することでノック発生を示している出力であるかどうかを調べる。ノック検出装置２Ａが、ノックが発生していないことを示す信号を出力した場合は、重心演算装置２Ｂの出力に係わらず、ステップＳ６４へと進み、ノック判定装置２Ｃもノック否発生の信号（ノイズ判定信号）を出力する。しかし、ノック検出装置２Ａの出力がノック発生を示す出力であった場合は、処理はステップＳ６２へと進む。
【００３３】
ステップＳ６２では、まず、重心演算装置２Ｂの出力が所定の閾値と比較され、重心演算装置２Ｂの出力が閾値を上回るとき、ノック検出装置２Ａの出力は信頼性が低いものと判断し、ノック判定装置２Ｃはノック否発生の信号（ノイズ判定信号）を出力する。これに対し、重心演算装置２Ｂの出力が閾値を下回っているときは、ノック検出装置２Ａの出力は信頼性が高いものと判断し、ノック判定装置２Ｃはノック発生の信号を出力する。ここでは、重心演算装置２Ｂの出力に対する閾値はクランク角度に基づく所定の閾値とする。
【００３４】
例えば、図７に示す波形に対するノック検出装置２Ａの出力が５パルスであるとする。また、この波形に対する重心演算装置２Ｂの出力は３３ＣＡＤ（Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ Ｄｅｇｒｅｅ：クランク角度）である。ステップＳ６２における閾値を経験則に基づいて４５ＣＡＤとおくと、３３ＣＡＤは闘値以下であるので、ノック検出装置２Ａの出力（５パルス）は、そのままノック判定装置２Ｃの出力となる。
【００３５】
これに対し、図９に示す波形でもノック検出装置２Ａの出力は同様に５パルスであるとすると、重心演算装置２Ｂの出力７１ＣＡＤはステップＳ６２において閾値４５ＣＡＤと比較される。しかし、この出力は閾値を超過しているので、処理はステップＳ６４へと進み、ノック検出装置２Ａの出力５パルスは怪しいと判断される。その結果、このときのノック判定装置２Ｃの出力はノックが起きていないことをしめす０パルスを出力し、ノック波形である図７と燃焼乱れに伴う波形である図９とを区別することができる。
【００３６】
従って、上述した実施の形態１によれば、ノックの誤判定を減らすことができ、ノック検出装置の検出精度を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、重心演算装置２Ｂの内部で検出の精度を向上させるため、図４に示す処理ステップＳ５２に示される波形前処理としてノイズ除去処理を行ったが、演算負荷軽減のためノイズ除去処理を省いても、同等の演算結果を得ることができる。
【００３８】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、重心演算装置２Ｂにおける検出区間を点火時期より次気筒点火時期までのクランク角度の角度ベース区間としたが、区間は時間ベースでも、データ数ベースでも同等の結果を得ることができる。また、検出区間の開始位置はイオン電流発生位置でもよいし、イオン電流検出開始直後のノイズの影響を避けた位置でもよい。また、終了位置は所定閾値との比較によられるイオン電流終了位置でもよい。また、検出区間の開始位置、終了位置は機関の運転状態に応じて任意に設定することが可能であるマップ値としてもよい。
【００３９】
実施の形態４．
上述した実施の形態１では、重心演算装置２Ｂにおいて、重心位置を算出するために１次キュムラント算術式を利用するものであるが、２次キュムラント算術式でもよいし、より高次のキュムラント式でも同等の結果を得ることが可能である。また、検出開始位置より順次イオン電流信号を積算していき、イオン電流波形の面積を算出し、この面積の半分に達するまでの区間を算出し、これを重心位置として重心演算装置より出力しても同等の結果を得ることができる。
【００４０】
実施の形態５．
上述した実施の形態４では、イオン電流波形の面積の半分に到達するまでの区間を重心位置としたが、イオン電流波形面積の所定割合に達するまでの区間を、重心位置として重心演算装置より出力してもよい。例えばイオン電流波形面積の３０％に到達するまでの時間を重心位置として出力することである。イオン電流の発生量は燃焼質量割合に比例しているノックの発生を伴うことで、所定の燃焼質量割合に達するまでの期間も早くなる。つまり、イオン電流波形面積の５０％の値にこだわらずとも、ノック発生の経験則上の割合に達するまでの区間から、ノックが発生しているかどうかの判別が可能である。
【００４１】
このように、実施の形態５によれば、イオン電流波形面積の所定割合に達するまでの区間を用いてノックが発生しているかどうかの判別が可能であり、ノックの誤判定を減らすことができ、ノック検出装置の検出精度を向上させることができる。
【００４２】
実施の形態６．
上述した実施の形態１では、重心演算装置２Ｂにおいて、重心位置を角度ベースの値として算出したが、時間もしくはデータ数ベースの値としても同様の結果を得ることができる。
【００４３】
実施の形態７．
上述した実施の形態１では、重心位置を設定された検出区間内の重心位置としたが、検出区間長に対する重心位置の割合を重心演算装置２Ｂの出力とし、この出力に基づいてノック検出装置２Ａの出力の信頼性を補正してもよい。
【００４４】
実施の形態８．
上述した実施の形態１では、ノック判定装置２ＣのステップＳ６２に示される重心演算装置２Ｂの出力に対する閾値を所定の閾値としたが、機関の運転状態、例えばエンジン回転数、負荷によるマップ値とすることで、運転状態の影響を受けやすいイオン電流を用いるノック検出装置の精度をより向上させることができる。
【００４５】
実施の形態９．
上述した実施の形態１では、ノック判定装置２ＣのステップＳ６１において怪しいと判断されると、ノック判定装置２Ｃはノック検出装置２Ａの出力に係わらず、ノック否発生を示す信号（ノイズ判定信号）を出力したが、所定量の減算、あるいは所定割合に減らしてもよい。例えば、大ノックを示す５パルスがノック判定装置２Ｃに入力され、かつステップＳ６２において怪しいと判断されたときは、ノック検出装置２Ａの出力から結果が０パルスを下回らないように３パルスを減算することにし、結果，ノック判定装置２Ｃは２パルスを出力し、小ノック発生の可能性に変更する。こうすることで、重心位置演算の誤判定の危険性を軽減でき、かつノック誤判定によるノイズリタードも軽減することができる。
【００４６】
実施の形態１０．
上述した実施の形態１および実施の形態９では、ノック判定装置２ＣのステップＳ６１において、怪しいか怪しくないかという二者択一の判断であったが、閾値からの差分あるいは閾値との割合もしくは関数に応じてノック検出装置２Ａの出力に対する補正量を調整してもよい。例えば、閾値４５ＣＡＤに対して重心位置が７１ＣＡＤである場合、重心位置−閾値が１０ＣＡＤ未満ならノック検出装置２Ａの出力に対し、−２パルス、１０〜２０ＣＡＤなら−４パルス、２０ＣＡＤ以上なら−５パルスのように。あるいは重心位置が、閾値４５ＣＡＤの１．２倍以下なら−３パルス、１．２倍以上なら−５パルスというように。こうすることで調整の範囲が広がり、さらに効率よく重心位置演算の誤判定の危険性を軽減でき、かつノック誤判定によるノイズリタードも軽減することができる。また、これら差分や割合や関数は運転状態のマップ値にすることで、さらに効率よく誤判定の危険回避が可能になる。
【００４７】
また、ノック判定装置２Ｃにより、重心演算装置２Ｂの出力と予め設定された閾値との比較結果に応じて設定される値をノック検出装置２Ａの出力に対し加減算または乗除算するようにしてもよい。
【００４８】
実施の形態１１．
上述した実施の形態１では、ノック検出装置２Ａとしてイオン電流検出方式によるノック検出装置を利用したが、図６に示すように、ノック検出装置２ＡＡとしてイオン電流方式に依存しないもの、例えば、非共振方式のノックセンサ、筒内圧力センサ出力にバンドパスフィルタを組み合わせたノックセンサ等を用いた場合でも、ノック検出装置２ＡＡの出力の信頼性判断のみをイオン電流を利用する装置として同様にノック検出精度をより向上させることができる。
【００４９】
以上のように、上記各実施の形態によれば、ノックと全く同一の周波数成分を持つノイズ成分がイオン電流信号に重畳したときでも、前記ノイズからノックを精度よく判別することができる。
【００５０】
また、ノック信号を精度よく検出でき、また、効率よくノック検出を行うことができる。
【００５１】
また、内燃機関の個体差や経年変化等のイオン電流の検出状態の変化に対応できる。
【００５２】
さらに、装置の誤判定による影響を軽減することができるという効果がある。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ノイズからノックを精度よく判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置を示す機能ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置で使用されるノック検出方法のフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置で使用される重心演算方法のフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置で使用されるノック判定方法のフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１１に関する内燃機関のノック検出装置を示す概略図である。
【図７】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のイオン電流ノック波形例と重心位置の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のイオン電流ノック波形例のパワースペクトル図である。
【図９】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のイオン電流ノイズ波形例と重心位置の説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のイオン電流ノイズ波形例のパワースペクトル図である。
【符号の説明】
１０ イオン電流検出装置、２０ Ａ／Ｄ変換装置、２ マイクロプロセッサ、２Ａ ノック検出装置、２Ｂ 重心演算装置、２Ｃ ノック判定装置、１４ ノック検出装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関において発生するノック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】
内燃機関において燃料が燃焼するとイオンが発生することが知られている。そこで、シリンダー内に高電圧を印加したプローブを設置すると、そのイオンをイオン電流として観測することができる。更に、そのイオン電流にはノックと同じ振動周波数の振動成分が重畳することが知られており、この振動成分を抽出してノック制御が行われている。
【０００３】
従来の内燃機関のノック制御装置では、イグニッションコイルで発生する２次電圧を利用してイオン電流を観測するための高電圧を生成し、点火のための放電終了後から点火プラグ端に前記高電圧を印加してイオン電流を測定している。そして、そのイオン電流からバンドパスフィルター（ＢＰＦ）によってノック周波数帯の振動成分を抽出し、アンプによる信号増幅を行い、検出しきい値との比較によって波形整形し、ノックパルスが生成される。さらに、前記ノックパルスはエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に送られ、ノックが発生しているか判定を行い、この判定結果に基づいて点火時期の制御、すなわちノック制御が行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−９１０８号公報（図６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、内燃機関の運転状態によっては、ノックが発生していないにもかかわらず、イオン電流にノック周波数と同一の振動成分が重畳する場合がある。
【０００６】
ノック振動成分を抽出することを目的とするバンドパスフィルタ等のノック検出装置では、ノック周波数と同一周波数成分をもつ前記ノイズをノックと区別することはできない。また、振動振幅強度、振動持続時間ともに大ノックに伴うものに引けをとらない前記ノイズから、ノック信号のみを抽出することは非常に困難であり、特にイオン電流検出方式を利用するノック検出装置の開発にとって大きな課題となっていた。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ノックと全く同一の周波数成分を持つノイズ成分がイオン電流信号に重畳した場合でも、ノイズからノックを精度よく判別することができる内燃機関のノック検出装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関のノック検出装置は、内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い、燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、内燃機関の燃焼室内の圧力または温度の異常上昇に伴うノックを検出するノック検出手段と、前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流波形の重み位置を演算する重心演算手段と、前記ノック検出手段と前記重心演算手段との出力に基づいてノックかノイズかを判定するノック判定手段とを備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明を説明する前に、まず始めに、内燃機関に発生するノックとイオン電流との関係に関して説明する。ノックとは、燃焼室内の圧力もしくは温度が異常に上昇したときに、燃料が自己着火爆発を起こしてしまう現象であるといわれている。一般に、内燃機関においては、ピストンが上死点近傍にあるときに燃焼火炎がピストン上面に達すると、筒内の異常な温度上昇に伴ってノックが発生するとされている。
【００１０】
イオン電流は、主に２つの要因によって発生が促進されることが指摘されている。１つは、燃焼化学反応に伴い発生する電子によるもので、もう一つは、既燃ガスの温度上昇に依存する電離反応に伴い発生するマイナスイオンによるものである。前者の燃焼化学反応に依存するイオン電流のピークが先に現れ（これを１次ピークと呼ぶ）、後者の温度上昇に依存する電離反応に伴うピークが後に現れる（これを２次ピークと呼ぶ）。ここで、２次ピークは、筒内圧力と密接な関係にあることが指摘されている。つまり、２次ピークが上死点付近に存在するときノッキング発生の確率は高くなる。図７にノック発生時のイオン電流波形の一例を示す。
【００１１】
一般的に、ノックは燃焼室内壁面にて発生しやすいとされている。つまり、ノックに伴う衝撃波は主にはボアの方向に広がり、よって、燃焼室内に圧力振動の定在波が発生するとされている。図７に示したノック波形の周波数スペクトルを図８に示す。一般的なノック検出装置は、この定在波に伴う振動を検出することで、ノック発生の有無を判別している。イオン電流を用いたノック検出装置においては、筒内に発生する圧力振動に伴う温度変化によって発生する電離確率の変動による波を検出する方式が一般的である。
【００１２】
しかし、筒内に発生する圧力振動はノックに依存するもの以外にもあることが現在までにわかっている。例えば燃焼乱れに伴うものがこれであり、このときのイオン電流波形は、図９に示されるようなものである。しかし、この圧力振動は定在波であるために、振動周波数は、図１０に示されるように、ノックに伴うものと同一であり、振幅も同程度である。現在までのイオン電流によるノック検出装置はこの振動をノックと区別することができず、この点の問題が指摘されている。
【００１３】
この発明は、このノック以外に起因する振動とノックに起因する振動とを、先述した２次ピーク位置に依存するイオン電流の重心位置に基づき区別し、ノック検出精度を向上させるものである。
【００１４】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について添付図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態１に内燃機関のノック検出装置を示す構成図である。図１に示すように、内燃機関すなわちエンジン（図示せず）のクランク軸にはクランク角センサ１が設けられており、クランク角センサ１は、エンジン回転数に応じたパルスからなるクランク角信号ＳＧＴを出力する。クランク角信号ＳＧＴの各パルスエッジは、内燃機関の各気筒（図示せず）のクランク各基準位置を示しており、クランク角信号ＳＧＴは、マイクロコンピュータからなるＥＣＵ２に入力されて種々の制御演算に用いられる。
【００１５】
ＥＣＵ２は、後述する波形処理手段から入力されるノックパルス列Ｋｐのパルス数Ｎをカウントするカウンタ２１と、パルス数Ｎに基づいてノックの有無を判定するためのＣＰＵ２２とを含む。カウンタ２１及びＣＰＵ２２は、波形処理手段と協働してノック検出手段を構成している。
【００１６】
また、ＥＣＵ２は、クランク角センサ１からのクランク角信号ＳＧＴを取り込むと共に、各種センサ（図示せず）からの運転情報を取り込み、運転状態に応じた種々の演算を行い、点火コイル４等を含む各種アクチュエータに対して駆動信号を出力する。
【００１７】
点火コイル４に対する駆動信号すなわち点火信号Ｐは、点火コイル４の一次巻線４ａに接続されたパワートランジスタＴＲのベースに印加され、パワートランジスタＴＲをオンオフ制御して一次電流ｉ１を通電遮断する。一次電流ｉ１の遮断により一次電圧Ｖ１が上昇し、点火コイル４の二次巻線４ｂは、さらに昇圧された二次電圧Ｖ２を点火用高電圧（数１０ｋＶ）として発生する。
【００１８】
二次巻線４ｂの出力端子に接続されたディストリビュータ７は、内燃機関の回転に同期して、二次電圧Ｖ２を各気筒内の点火プラグ８Ａ−８ｄに順次分配して印加することにより、点火制御器等の燃焼室内に放電火花を発生させて混合気を燃焼させる。
【００１９】
一次巻線４ａの一端に接続された整流ダイオードＤ１、電流制限用抵抗器Ｒ、電圧制限用ツェナーダイオードＤＺに並列接続されたコンデンサ９及び整流ダイオードＤ２からなる直列回路は、一次巻線４ａの一端からグランドに接続され、コンデンサ９（イオン電流検出用のバイアス電源）に対する充電電流を流す経路を構成している。
【００２０】
ツェナーダイオードＤＺの両端間に並列接続されたコンデンサ９は、一次電圧Ｖ１による充電電流により所定のバイアス電圧ＶＢｉ（数１００Ｖ）に充電されて、イオン電流ｉを検出するためのバイアス電源として機能し、点火プラグ８ａ−８ｄのうちの点火制御直後の点火プラグを介して放電することによりイオン電流ｉを流す。
【００２１】
コンデンサ９の一端にアノードが接続された高圧ダイオード１１ａ−１１ｄは、点火極性と同極性となるように各点火プラグ８ａ−８ｄの一端にカソードが接続されている。コンデンサ９の他端に接続されたイオン電流検出用の抵抗器１２は、イオン電流ｉを電圧変換してイオン電流検出信号Ｅｉとして出力する。
【００２２】
抵抗器１２は、グランドを介して各点火プラグ８ａ−８ｄの他端に接続されており、コンデンサ９及び高圧ダイオード１１ａ−１１ｄと共に、イオン電流ｉの流れる経路を形成している。
【００２３】
抵抗器１２から出力されたイオン電流検出信号Ｅｉは、波形成形回路１３を介して波形整形信号Ｆｉとなり、続いて、バンドパスフィルタ１４を介してノック信号Ｋｉのみが抽出され、さらに、比較回路１５を介してノックパルス列Ｋｐに変換された後、ＥＣＵ２内のカウンタ２１に入力される。
【００２４】
波形整形回路１３、バンドパスフィルタ１４及び比較回路１５は、イオン電流検出信号Ｅｉからノックパルス列Ｋｐを抽出するための波形処理手段を構成している。ノックパルス列Ｋｐは、ＥＣＵ２内においてパルス数Ｎがカウントされ、パルス数Ｎは、前述のようにノックの有無の判定に用いられる。
【００２５】
次に、図２は、本実施の形態１に係る内燃機関のノック検出装置の機能ブロック図である。図２に示すイオン電流検出装置１０は、内燃機関内部に発生するイオンを電流として検出するもので、すなわち内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い、燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するもので、図１に示す整流ダイオードＤ１、電流制限用抵抗器Ｒ、電圧制限用ツェナーダイオードＤＺに並列接続されたコンデンサ９及び整流ダイオードＤ２からなる直列回路と、ツェナーダイオードＤＺの両端間に並列接続されたコンデンサ９及びイオン電流ｉを電圧変換してイオン電流検出信号Ｅｉとして出力するイオン電流検出用の抵抗器１２とから構成される。
【００２６】
また、図２に示すＡ／Ｄ変換装置２０は、図１に示す波形整形回路１３，バンドパスフィルタ１４及び比較回路１５からなる波形処理手段を示し、イオン電流検出装置１０より出力されたイオン電流は、Ａ／Ｄ変換装置２０を介してアナログデータからデジタルデータヘと変換され、マイクロプロセッサ２へ入力される。
【００２７】
マイクロプロセッサ２内部において、入力データは、ノック検出装置２Ａと重心演算装置２Ｂへ入力され、ノック検出装置２Ａにより、イオン電流検出装置１０で検出されたイオン電流に基づいて内燃機関の燃焼室内の圧力または温度の異常上昇に伴うノックが検出されると共に、重心演算装置２Ｂにより、イオン電流検出装置１０で検出されたイオン電流波形の重み位置が演算される。さらに、ノック判定装置２Ｃにより、ノック検出装置２Ａと重心演算装置２Ｂの出力に基づいてノックかノイズかが判定される。
【００２８】
次に、図２に示すノック検出装置２Ａの動作について図３に示すフローチャートを参照して説明する。まず、ステップＳ４１において入力されたイオン電流は、ステップＳ４２において設定される区間（検出ウインドウ）において、必要区間のデータのみが切出され、さらにデータ端の影響を抑える為の窓関数が掛けられる。こうして前処理を施されたデータは、ステップＳ４３においてフーリエ変換されパワースペクトルヘと変換される。このパワースペクトルの中でノックの固有振動数に相当する周波数強度は、ステップＳ４４において所定の閾値と比較され、これが閾値を上回るとき、ノック検出装置２Ａは、ノックが発生していることを示す信号を出力し（ステップＳ４５）、閾値を下回るとき、ノック検出装置２Ａはノックが発生していないことを示す信号を出力する（ステップＳ４６）。
【００２９】
例えば図７に示されるイオン電流が入力されたときのフーリエ変換パワースペクトルは図８のようになり、このときのノック固有振動数は６ｋＨｚ近傍にあるので、この周波数近傍のパワースペクトルを経験則に従い、例えば図８に示す縦軸のＦＦＴ Ｐｏｗｅｒの値「５」をノック強度「１」として、ＦＦＴ Ｐｏｗｅｒの値「２５」をノック強度「５」とおくと、パワースペクトルはこの閾値を大きく上回るので、ノック検出装置２Ａは、大ノック発生の信号、例えばデジタルのパルス数でノック強度を表現する場合、大ノック発生を意味する５パルスを出力することになる。同様に、図９に示されるイオン電流が入力されたときのパワースペクトルは図１０のようになり、同様の閾値「５」と比較してこれも大きく上回っているので、この波形に対するノック検出装置２Ａの出力も夫ノック発生を意味する５パルスを出力することになる。
【００３０】
また、Ａ／Ｄ変換装置２より出力されたデジタルデータは、重心演算装置２Ｂへと入力される。重心演算装置２Ｂの動作を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５１において入力されたイオン電流信号は、ステップＳ５２において検出区間設定、ノイズ除去等の前処理が施され不必要な情報が取り除かれる。本実施の形態１においては、検出区間を点火時期より次気筒点火時期までの角度ベース区間とする前処理をされた信号は次にステップＳ５３において重心位置の算出が行われる。
【００３１】
本実施の形態１においては、重心を求める方法として、１次キュムラント算術式を用いることとし、このとき、重心位置は角度ベースの値として算出される。こうして算出された重心位置は、重心演算装置２Ｂから出力される。例えば、図７に示されるノック波形の重心位置は、同じく図７の波形上部に示される数値３３ＣＡＤ（Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ Ｄｅｇｒｅｅ：クランク角度）付近であり、この数値が重心演算装置２Ｂより出力される。同様に、図９に示される重心位置は７１ＣＡＤ付近であり、この数値もまた重心演算装置２Ｂより出力される。
【００３２】
図２において、ノック検出装置２Ａおよび重心演算装置２Ｂの出力は、ノック判定装置２Ｃへと入力される。ノック判定装置２Ｃ内部にて、ノック検出装置２Ａの出力は再度その出力の信頼性の診断に掛けられる。ノック判定装置２Ｃの動作を図５に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ６１においてノック検出装置２Ａの出力（判定値）が閾値以上か否かを判定することでノック発生を示している出力であるかどうかを調べる。ノック検出装置２Ａが、ノックが発生していないことを示す信号を出力した場合は、重心演算装置２Ｂの出力に係わらず、ステップＳ６４へと進み、ノック判定装置２Ｃもノック否発生の信号（ノイズ判定信号）を出力する。しかし、ノック検出装置２Ａの出力がノック発生を示す出力であった場合は、処理はステップＳ６２へと進む。
【００３３】
ステップＳ６２では、まず、重心演算装置２Ｂの出力が所定の閾値と比較され、重心演算装置２Ｂの出力が閾値を上回るとき、ノック検出装置２Ａの出力は信頼性が低いものと判断し、ノック判定装置２Ｃはノック否発生の信号（ノイズ判定信号）を出力する。これに対し、重心演算装置２Ｂの出力が閾値を下回っているときは、ノック検出装置２Ａの出力は信頼性が高いものと判断し、ノック判定装置２Ｃはノック発生の信号を出力する。ここでは、重心演算装置２Ｂの出力に対する閾値はクランク角度に基づく所定の閾値とする。
【００３４】
例えば、図７に示す波形に対するノック検出装置２Ａの出力が５パルスであるとする。また、この波形に対する重心演算装置２Ｂの出力は３３ＣＡＤ（Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ Ｄｅｇｒｅｅ：クランク角度）である。ステップＳ６２における閾値を経験則に基づいて４５ＣＡＤとおくと、３３ＣＡＤは闘値以下であるので、ノック検出装置２Ａの出力（５パルス）は、そのままノック判定装置２Ｃの出力となる。
【００３５】
これに対し、図９に示す波形でもノック検出装置２Ａの出力は同様に５パルスであるとすると、重心演算装置２Ｂの出力７１ＣＡＤはステップＳ６２において閾値４５ＣＡＤと比較される。しかし、この出力は閾値を超過しているので、処理はステップＳ６４へと進み、ノック検出装置２Ａの出力５パルスは怪しいと判断される。その結果、このときのノック判定装置２Ｃの出力はノックが起きていないことをしめす０パルスを出力し、ノック波形である図７と燃焼乱れに伴う波形である図９とを区別することができる。
【００３６】
従って、上述した実施の形態１によれば、ノックの誤判定を減らすことができ、ノック検出装置の検出精度を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、重心演算装置２Ｂの内部で検出の精度を向上させるため、図４に示す処理ステップＳ５２に示される波形前処理としてノイズ除去処理を行ったが、演算負荷軽減のためノイズ除去処理を省いても、同等の演算結果を得ることができる。
【００３８】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、重心演算装置２Ｂにおける検出区間を点火時期より次気筒点火時期までのクランク角度の角度ベース区間としたが、区間は時間ベースでも、データ数ベースでも同等の結果を得ることができる。また、検出区間の開始位置はイオン電流発生位置でもよいし、イオン電流検出開始直後のノイズの影響を避けた位置でもよい。また、終了位置は所定閾値との比較によられるイオン電流終了位置でもよい。また、検出区間の開始位置、終了位置は機関の運転状態に応じて任意に設定することが可能であるマップ値としてもよい。
【００３９】
実施の形態４．
上述した実施の形態１では、重心演算装置２Ｂにおいて、重心位置を算出するために１次キュムラント算術式を利用するものであるが、２次キュムラント算術式でもよいし、より高次のキュムラント式でも同等の結果を得ることが可能である。また、検出開始位置より順次イオン電流信号を積算していき、イオン電流波形の面積を算出し、この面積の半分に達するまでの区間を算出し、これを重心位置として重心演算装置より出力しても同等の結果を得ることができる。
【００４０】
実施の形態５．
上述した実施の形態４では、イオン電流波形の面積の半分に到達するまでの区間を重心位置としたが、イオン電流波形面積の所定割合に達するまでの区間を、重心位置として重心演算装置より出力してもよい。例えばイオン電流波形面積の３０％に到達するまでの時間を重心位置として出力することである。イオン電流の発生量は燃焼質量割合に比例しているノックの発生を伴うことで、所定の燃焼質量割合に達するまでの期間も早くなる。つまり、イオン電流波形面積の５０％の値にこだわらずとも、ノック発生の経験則上の割合に達するまでの区間から、ノックが発生しているかどうかの判別が可能である。
【００４１】
このように、実施の形態５によれば、イオン電流波形面積の所定割合に達するまでの区間を用いてノックが発生しているかどうかの判別が可能であり、ノックの誤判定を減らすことができ、ノック検出装置の検出精度を向上させることができる。
【００４２】
実施の形態６．
上述した実施の形態１では、重心演算装置２Ｂにおいて、重心位置を角度ベースの値として算出したが、時間もしくはデータ数ベースの値としても同様の結果を得ることができる。
【００４３】
実施の形態７．
上述した実施の形態１では、重心位置を設定された検出区間内の重心位置としたが、検出区間長に対する重心位置の割合を重心演算装置２Ｂの出力とし、この出力に基づいてノック検出装置２Ａの出力の信頼性を補正してもよい。
【００４４】
実施の形態８．
上述した実施の形態１では、ノック判定装置２ＣのステップＳ６２に示される重心演算装置２Ｂの出力に対する閾値を所定の閾値としたが、機関の運転状態、例えばエンジン回転数、負荷によるマップ値とすることで、運転状態の影響を受けやすいイオン電流を用いるノック検出装置の精度をより向上させることができる。
【００４５】
実施の形態９．
上述した実施の形態１では、ノック判定装置２ＣのステップＳ６１において怪しいと判断されると、ノック判定装置２Ｃはノック検出装置２Ａの出力に係わらず、ノック否発生を示す信号（ノイズ判定信号）を出力したが、所定量の減算、あるいは所定割合に減らしてもよい。例えば、大ノックを示す５パルスがノック判定装置２Ｃに入力され、かつステップＳ６２において怪しいと判断されたときは、ノック検出装置２Ａの出力から結果が０パルスを下回らないように３パルスを減算することにし、結果，ノック判定装置２Ｃは２パルスを出力し、小ノック発生の可能性に変更する。こうすることで、重心位置演算の誤判定の危険性を軽減でき、かつノック誤判定によるノイズリタードも軽減することができる。
【００４６】
実施の形態１０．
上述した実施の形態１および実施の形態９では、ノック判定装置２ＣのステップＳ６１において、怪しいか怪しくないかという二者択一の判断であったが、閾値からの差分あるいは閾値との割合もしくは関数に応じてノック検出装置２Ａの出力に対する補正量を調整してもよい。例えば、閾値４５ＣＡＤに対して重心位置が７１ＣＡＤである場合、重心位置−閾値が１０ＣＡＤ未満ならノック検出装置２Ａの出力に対し、−２パルス、１０〜２０ＣＡＤなら−４パルス、２０ＣＡＤ以上なら−５パルスのように。あるいは重心位置が、閾値４５ＣＡＤの１．２倍以下なら−３パルス、１．２倍以上なら−５パルスというように。こうすることで調整の範囲が広がり、さらに効率よく重心位置演算の誤判定の危険性を軽減でき、かつノック誤判定によるノイズリタードも軽減することができる。また、これら差分や割合や関数は運転状態のマップ値にすることで、さらに効率よく誤判定の危険回避が可能になる。
【００４７】
また、ノック判定装置２Ｃにより、重心演算装置２Ｂの出力と予め設定された閾値との比較結果に応じて設定される値をノック検出装置２Ａの出力に対し加減算または乗除算するようにしてもよい。
【００４８】
実施の形態１１．
上述した実施の形態１では、ノック検出装置２Ａとしてイオン電流検出方式によるノック検出装置を利用したが、図６に示すように、ノック検出装置２ＡＡとしてイオン電流方式に依存しないもの、例えば、非共振方式のノックセンサ、筒内圧力センサ出力にバンドパスフィルタを組み合わせたノックセンサ等を用いた場合でも、ノック検出装置２ＡＡの出力の信頼性判断のみをイオン電流を利用する装置として同様にノック検出精度をより向上させることができる。
【００４９】
以上のように、上記各実施の形態によれば、ノックと全く同一の周波数成分を持つノイズ成分がイオン電流信号に重畳したときでも、前記ノイズからノックを精度よく判別することができる。
【００５０】
また、ノック信号を精度よく検出でき、また、効率よくノック検出を行うことができる。
【００５１】
また、内燃機関の個体差や経年変化等のイオン電流の検出状態の変化に対応できる。
【００５２】
さらに、装置の誤判定による影響を軽減することができるという効果がある。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ノイズからノックを精度よく判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置を示す機能ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置で使用されるノック検出方法のフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置で使用される重心演算方法のフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のノック検出装置で使用されるノック判定方法のフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１１に関する内燃機関のノック検出装置を示す概略図である。
【図７】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のイオン電流ノック波形例と重心位置の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のイオン電流ノック波形例のパワースペクトル図である。
【図９】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のイオン電流ノイズ波形例と重心位置の説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に関する内燃機関のイオン電流ノイズ波形例のパワースペクトル図である。
【符号の説明】
１０ イオン電流検出装置、２０ Ａ／Ｄ変換装置、２ マイクロプロセッサ、２Ａ ノック検出装置、２Ｂ 重心演算装置、２Ｃ ノック判定装置、１４ ノック検出装置。
Claims (16)
- 内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い、燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
内燃機関の燃焼室内の圧力または温度の異常上昇に伴うノックを検出するノック検出手段と、
前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流波形の重み位置を演算する重心演算手段と、
前記ノック検出手段と前記重心演算手段との出力に基づいてノックかノイズかを判定するノック判定手段と
を備えた内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記ノック検出手段は、前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流に基づいてノックを検出する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記ノック検出手段は、振動もしくは圧力センサを用いてノックを検出する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記重心演算手段は、前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流の重心位置となるクランク角もしくは区間を検出する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項４に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記重心演算手段は、前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流波形のキュムラントを算出する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記重心演算手段は、前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流波形の面積の所定の割合の値に達するまでのクランク角もしくは区間を算出して重心位置とする
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項６に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記重心演算手段は、イオン電流波形の面積の半分に達するまでの区間を重心位置とする
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記重心演算手段は、算出される重心位置と算出区間との割合を計算して出力する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記重心演算手段は、前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流の発生区間に応じて重みを算出する区間を設定する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記重心演算手段は、内燃機関の運転状態に応じてあらかじめ設定されるマップ値に基づいて重心を算出する区間を設定する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記ノック判定手段は、前記重心演算手段の出力と予め設定された閾値との比較結果に応じてノックかノイズかを判定する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１１に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記ノック判定手段に予め設定される閾値は、内燃機関の運転状態に応じてあらかじめ設定されるマップ値である
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１１に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記ノック判定手段は、前記重心演算手段の出力と前記閾値との差分に応じて前記ノック検出手段の出力を補正する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１１に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記ノック判定手段は、前記重心演算手段の出力と前記閾値との割合に応じて前記ノック検出手段の出力を補正する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１１に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記ノック判定手段は、前記重心演算手段の出力と予め設定された閾値との比較結果に応じて設定される値を前記ノック検出手段の出力に対し加減算する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。 - 請求項１１に記載の内燃機関のノック検出装置において、
前記ノック判定手段は、前記重心演算手段の出力と予め設定された閾値との比較結果に応じて設定される値を前記ノック検出手段の出力に対し乗除算する
ことを特徴とする内燃機関のノック検出装置。
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