JP2004257332A

JP2004257332A - 内燃機関のノッキング検出装置

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Publication number: JP2004257332A
Application number: JP2003050276A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yorita; 浩頼田; Makoto Toriyama; 信鳥山; Tetsuya Miwa; 哲也三輪
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】点火プラグ部の作動時にノッキングセンサが拾うノイズの影響を抑制して、ノッキング検出の確度を向上することである。
【解決手段】ノッキングセンサ５の出力値をサンプリングして所定の単位期間の間にサンプリングされたサンプリングデータをフィルタリング処理するＤＳＰ６５を、単位期間のサンプリング数を多側と少側とに切り換え自在とし、機関回転数が所定値を越えるまではサンプリング数を多側とし、所定値を越えるとサンプリング数を少側とするようにする。機関回転数が高くノッキング発生時期が早くなる運転状態において点火作動に基因したノイズを拾っても、これが長い時間、フィルタリング処理後のデータに影響しないようにし、ノッキング検出の確度を向上する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関におけるノッキングは、火炎の伝播前に自己着火する異常燃焼で、これに基因して気筒内で発生する圧力波が異常音を生じさせる。過度のノッキングはバルブやピストンの溶損を引き起し、また、適度なノッキングは燃費や出力に良好な結果をもたらす。そこで、燃焼室内の圧力振動に応じた信号を出力するノッキングセンサを配置して、該ノッキングセンサの出力に基づいてノッキングを検出するノッキング検出装置が備えられており、その結果を、点火時期などの制御に反映させている。
【０００３】
ノッキング検出は内燃機関の制御に直結するため、誤検出等のない正確なものであることが要求される。ノッキングセンサは従来、振動センサをエンジンブロックに設けるのが一般的であったが、今日、ノッキング以外の機械振動の影響を回避すべく、燃焼室を囲む位置、例えば、燃焼室に臨む点火プラグ部と一体に圧電素子等の圧力センサを設けて、燃焼室内の圧力振動を検出するようにしたものがある。また、圧力振動に応じて変化する燃焼室内の燃焼イオンを検出するノッキングセンサもある。このものでは、燃焼イオンの検出用として、燃焼室に臨んで１対の電極が設けられる。電極は点火プラグ部のもので兼用するものもある。
【０００４】
また、ノッキングセンサの出力信号は微小であり、各種のノイズに対する対策にも考慮が必要である。特に、前記のごとく内燃機関の燃焼室を囲む位置に点火プラグ部とともに設けるようにしたものは、点火プラグ部の作動時に大きな電流が流れるためノッキングセンサの出力信号にノイズが混入するおそれがあり、誤検出の原因となる。
【０００５】
ノイズに基因した誤検出を回避する技術として、ノッキングセンサの出力信号が第１の基準値を越えてからの時間を測定し、これが所定値を越えている場合に限り、以降のノッキングセンサの出力に基づいてノッキングを検出するようにしたものがある（特許文献１等参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−００９５９８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、リレーのオンオフに基因したノイズのように、振動周期の短いスパイク性のノイズに対しては一定の除去作用を奏するとしても、ノイズのモードは多様である。ノッキングセンサの出力をデジタルフィルタやアナログフィルタ等のフィルタで処理するのが比較的有効であるが、フィルタに入力したノイズがフィルタリング処理において影響する時間内にノッキングが発生してしまうと、必ずしも十分ではなく、誤検出のおそれがある。
【０００８】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、正確なノッキング検出が可能で、しかも、簡単な構成のノッキング検出装置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】
請求項１記載の発明では、内燃機関の燃焼室を囲む位置に点火プラグ部とともに燃焼室内の圧力振動に応じた信号を出力するノッキングセンサを配置して、該ノッキングセンサの出力に基づいてノッキングを検出するノッキング検出装置において、
前記ノッキングセンサの出力値を所定のサンプリング周期でサンプリングし、所定の単位期間にサンプリングされたサンプリングデータを入力としてフィルタリング処理をするデジタルフィルタを、前記単位期間の長さを切り換え自在とし、
かつ、前記内燃機関の運転状態が点火プラグ部の作動後、早期にノッキングが発生し易い運転状態であるほど、前記単位期間の長さが短くなるように前記デジタルフィルタを設定するフィルタ設定手段を具備せしめる。
【００１０】
内燃機関の運転状態が点火プラグの作動後、早期にノッキングが発生し易い運転状態であれば、単位期間の長さが短くなるため、点火プラグ部の作動に基因したノイズがノッキング検出期間の開始時期に近いタイミングで発生していても、フィルタリング処理の単位期間から外れることになって、その影響を抑制することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、内燃機関の燃焼室を囲む位置に点火プラグ部とともに燃焼室内の圧力振動に応じた信号を出力するノッキングセンサを配置して、該ノッキングセンサの出力に基づいてノッキングを検出するノッキング検出装置において、
前記ノッキングセンサの出力信号を入力とするアナログフィルタを、中心周波数を可変とし、
かつ、前記内燃機関の運転状態が点火プラグ部の作動後、早期にノッキングが発生し易い運転状態であるほど、前記中心周波数が高くなるように前記アナログフィルタの中心周波数を切り換えるフィルタ設定手段を具備せしめる。
【００１２】
内燃機関の運転状態が点火プラグ部の作動後、早期にノッキングが発生し易い運転状態であれば、アナログフィルタの中心周波数が高くなる。中心周波数が高いフィルタの時定数は短いから、点火プラグ部の作動に基因したノイズがノッキング検出期間の開始時期に近いタイミングで発生していても、その影響を抑制することができる。なお、ノッキングによる圧力振動は複数の周波数域に現れるため、フィルタの中心周波数をかかる周波数域に設定することで、フィルタの出力から高制度にノッキングを検出することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記設定手段は、前記内燃機関の機関回転数が高いほど、点火プラグ部の作動後、早期にノッキングが発生するものと判断するように設定する。
【００１４】
機関回転数は内燃機関の制御において一般的なパラメータであるため、新たな構成を付加する必要がなく、構成を簡略化することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、請求項１ないし３の発明の構成において、前記ノッキングセンサが点火プラグ部と一体である構成とする。
【００１６】
点火プラグ部と一体のノッキングセンサは構成を簡略化できる点で、望ましい態様の一つである一方で、最も点火時に流れる電流に基因したノイズの影響を受けやすい態様である。前記請求項１ないし３の発明の実施により、前記ノイズの影響を回避することができるので、点火プラグ部と一体のノッキングセンサの長所をいかんなく発揮し、真に優れたノッキング検出装置とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の内燃機関のノッキング検出装置を適用した第１実施形態になる内燃機関の要部を図１に示す。内燃機関の燃焼室１０１の天井部を構成するシリンダヘッド１１を貫通して点火プラグ一体型コイル２が取り付けられており、その先端部が燃焼室１０１内に突出している。点火プラグ一体型コイル２は、点火プラグ部３とともに、点火コイル４、ノッキングセンサである圧電素子５を備えている。
【００１８】
点火プラグ一体型コイル２のハウジング２１はスリーブ状で、ハウジング２１内に略円筒形の碍子２２が挿入してある。碍子２２は先端部で内径が縮径する形状のもので、該縮径部に棒状の中心電極３１が挿入されている。中心電極３１の先端部は碍子２２の先端から突出している。中心電極３１と対をなす接地電極３２はシリンダヘッド１１を介して接地電位となっているハウジング２１の先端面から伸び、中心電極３１と放電ギャップＧを挟んで対向している。
【００１９】
碍子２２内には中心電極３１の後方に点火コイル４が格納されている。点火コイル４の一次側巻線は、線端が、ハウジング２１の後端に設けられたストッパ２３を貫通して点火プラグ一体型コイル２の外に引き出されており、後述する電源６１およびトランジスタ６２と電気的に接続される。また、点火コイル４の二次側巻線は、低圧側がハウジング２１と導通し、高圧側が中心電極３１と導通している。
【００２０】
碍子２２とストッパ２３との間には円環状の前記圧電素子５が挟持されている。ストッパ２３はハウジング２１の後端開口から螺入する蓋部材であり、圧電素子５を介して碍子２２をハウジング２１に固定するとともに、圧電素子５を碍子２２と一体化する。これにより、燃焼室１０１内の圧力が碍子２２に印加されると、印加圧力は碍子２２を介して圧電素子５に伝えられる。圧電素子５の出力信号は後述するアンプ６４に入力するようになっている。
【００２１】
点火用の回路は、電源６１、トランジスタ６２、ＥＣＵ６３等により構成される。トランジスタ６２は電源から点火コイル４への通電をオンオフするもので、ＥＣＵ６３は、これに入力する内燃機関各部のセンサから知られる運転状態に基づいて点火時期の指令値を演算し、指令値に基づいてトランジスタ６２を制御する。点火時には一般的な点火用回路と同様に、トランジスタ６２の作動で点火コイル４に発生した高電圧が中心電極３１と接地電極３２間に印加され、放電ギャップＧに火花を飛ばして点火される。
【００２２】
また、ノッキング検出装置Ｋは、前記圧電素子５の他、アンプ６４、デジタルサンプリングプロセッサ（以下、適宜、ＤＳＰという）６５、ＥＣＵ６３等により構成される。圧電素子５の出力信号はアンプ６４で増幅された後、ＤＳＰ６５に入力する。ＤＳＰ６５は詳しくは後述するように所定周期で圧電素子５の出力（以下、適宜、センサ出力という）をサンプリングし数値演算処理する。ＤＳＰ６５とＥＣＵ６３とは通信可能で、ＥＣＵ６３は、内燃機関の制御用の、マイクロコンピュータを中心として構成された一般的なもので、機関回転数の検出用のセンサなどからの種々の運転状態の検出信号に基づいて点火時期や燃料噴射量を設定する。そして、ノッキング検出に関しては、ＤＳＰ６５にノッキング検出期間の開始時期と終了時期に制御信号を出力し、ノッキング検出期間における圧力振動の強度の情報をＤＳＰ６５から受け取る。そのデータに基づいて点火時期などを設定する。また、ＥＣＵ６３はノッキング検出期間の開始時期に前記制御信号とともに、機関回転数のデータを送信する。
【００２３】
図２にＤＳＰ６５で実行される演算処理の内容を示す。本演算処理はＥＣＵ６３からノッキング検出を開始する旨の制御信号を受け取ると開始する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０２は設定手段としての処理で、機関回転数が６０００ｒｐｍ以上か否かを判定し、否定判断されるとステップＳ１０３以降の処理を実行し、肯定判断されるとステップＳ１２３以降の処理を実行する。このうち、ステップＳ１０４〜Ｓ１０９，Ｓ１１２〜Ｓ１１８，Ｓ１２４〜Ｓ１２９，Ｓ１３２〜Ｓ１３８がフィルタとしての処理である。
【００２４】
ステップＳ１０３，Ｓ１０４は初期化で、ステップＳ１０３でＰｍａｘを０とし、ステップＳ１０４でＩを０とする。
【００２５】
ステップＳ１０５ではセンサ出力Ｐをサンプリングし、ステップＳ１０６でＰ（Ｉ）をこのＰとする。Ｐ（Ｉ）はＰ（０）からＰ（２０）までの２１個がある。ステップＳ１０６ではＩが２０か否かを判定し、否定判断されるとステップＳ１０８でＩをインクリメントして、ステップＳ１０５に戻る。Ｉが２０に達するまでステップＳ１０５〜１０８が繰り返され、その都度、センサ出力Ｐのサンプリングが実行される。センサ出力Ｐのサンプリングの周期は所定周期、例えば５０ｋＨｚに設定される。
【００２６】
Ｉ＝０〜２０についてすべてのセンサ出力Ｐのサンプリングが実行されると、ステップＳ１０９でＰ（０）〜Ｐ（２０）を、所定の重みＡ（Ｉ）を付けて積算し、積算値をＰｗとする。なお、以下、適宜、センサ出力Ｐ、Ｐ（Ｉ）をフィルタ入力といい、センサ出力の積算値Ｐｗフィルタ出力という。
【００２７】
続くステップＳ１１０ではＰｗがＰｍａｘ以上か否かを判定し、肯定判断されるとステップＳ１１１でＰｍａｘをＰｗにより更新してステップＳ１１２に進み、否定判断されるとステップＳ１１１をスキップしてステップＳ１１２に進む。
【００２８】
ステップＳ１１２ではＩを０とする。
【００２９】
ステップＳ１１３ではＰ（Ｉ）をＰ（Ｉ＋１）の値とする。ステップＳ１１４ではＩが２０か否かを判定し、否定判断されるとステップＳ１１５でＩをインクリメントして、ステップＳ１１３に戻る。Ｉが１９に達するまでステップＳ１１３〜１１５が繰り返される。すなわち、Ｐ（０）〜Ｐ（１９）の値を、元のＰ（０）〜Ｐ（２０）のうち、最も過去にサンプリングされたＰ（０）を除いたＰ（１）〜Ｐ（２０）の値により、サンプリング順序を変えずに置き換えていくことになる。
【００３０】
Ｉ＝０〜１９についてＰ（Ｉ）のデータの置き換えが完了すると、ステップＳ１１６でセンサ出力Ｐをサンプリングする。このサンプリングも直前のサンプリングから所定周期後に行われる。ステップＳ１１７では、サンプリングされたセンサ出力ＰによりＰ（２０）を更新する。
【００３１】
続くステップＳ１１８では、前記ステップＳ１１２〜Ｓ１１７で得られたＰ（０）〜Ｐ（２０）を、所定の重みＡ（Ｉ）を付けて積算し、これをＰｗとする。
【００３２】
続くステップＳ１１９ではＰｗがＰｍａｘ以上か否かを判定し、肯定判断されるとステップＳ１２０でＰｍａｘをＰｗにより更新してステップＳ１２１に進み、否定判断されるとステップＳ１２０をスキップしてステップＳ１２１に進む。
【００３３】
ステップＳ１２１では検出終了か否かを判定する。これはＥＣＵ６３からのノッキング検出期間の終了を示す制御信号を受け取っていれば肯定判断され、本演算処理は終了となる（ステップＳ１２３）。ノッキング検出期間が終了しておらず否定判断されるとステップＳ１１２に戻り、ステップＳ１１２以降の処理が繰り返される。これにより、サンプリング周期ごとに、それまでのサンプリング周期×２１を単位期間として該単位期間にサンプリングされた２１のセンサ出力Ｐの重みつき積算値Ｐｗが演算される。すなわちセンサ出力Ｐがフィルタリング処理されてＰｗに変換されることになる。そして、Ｐｍａｘがノッキング検出期間開始からそれまでで最大のＰｗにより更新されていく。ノッキング検出期間の終了時点ではＰｍａｘはノッキング検出期間内のＰｗの最大値ということになる。
【００３４】
次に、機関回転数が６０００ｒｐｍ以上でステップＳ１０２が肯定判断されたときのステップＳ１２３以降の処理について説明する。
【００３５】
ステップＳ１２３，Ｓ１２４はステップＳ１０３，Ｓ１０４と同様に初期化で、ステップＳ１２３でＰｍａｘを０とし、ステップＳ１２４でＩを０とする。
【００３６】
ステップＳ１２５ではセンサ出力Ｐをサンプリングし、ステップＳ１２６でＰ（Ｉ）をこのＰとする。Ｐ（Ｉ）は、機関回転数が６０００ｒｐｍ以下のときと異なり、Ｐ（０）からＰ（６）までの７個がある。なお、サンプリング周期は機関回転数が６０００ｒｐｍ以下のときと変わらない。ステップＳ１２７ではＩが６か否かを判定し、否定判断されるとステップＳ１２８でＩをインクリメントして、ステップＳ１２５に戻る。Ｉが６に達するまでステップＳ１２５〜１２８が繰り返され、その都度、センサ出力Ｐのサンプリングが実行される。
【００３７】
Ｉ＝０〜６についてすべてのセンサ出力Ｐのサンプリングが実行されると、ステップＳ１２９でＰ（０）〜Ｐ（２０）を、所定の重みＢ（Ｉ）を付けて積算し、これをＰｗとする。
【００３８】
続くステップＳ１２０ではＰｗがＰｍａｘ以上か否かを判定し、肯定判断されるとステップＳ１２１でＰｍａｘをＰｗにより更新してステップＳ１２２に進み、否定判断されるとステップＳ１２１をスキップしてステップＳ１２２に進む。
【００３９】
ステップＳ１２２ではＩを０とする。
【００４０】
ステップＳ１２３ではＰ（Ｉ）をＰ（Ｉ＋１）の値とする。ステップＳ１２４ではＩが５か否かを判定し、否定判断されるとステップＳ１２５でＩをインクリメントして、ステップＳ１２３に戻る。Ｉが５に達するまでステップＳ１２３〜１２５が繰り返される。すなわち、Ｐ（０）〜Ｐ（５）の値を、元のＰ（０）〜Ｐ（５）のうち、最も過去にサンプリングされたＰ（０）を除いたＰ（１）〜Ｐ（６）の値により、サンプリング順序を変えずに置き換えていくことになる。
【００４１】
Ｉ＝０〜５についてＰ（Ｉ）のデータの置き換えが完了すると、ステップＳ１２６でセンサ出力Ｐをサンプリングする。このサンプリングも直前のサンプリングから所定周期後に行われる。ステップＳ１２７では、サンプリングされたセンサ出力ＰによりＰ（６）を更新する。
【００４２】
続くステップＳ１２８では、前記ステップＳ１２２〜Ｓ１２７で得られたＰ（０）〜Ｐ（６）を、所定の重みＢ（Ｉ）を付けて積算し、これをＰｗとする。
【００４３】
続くステップＳ１２９ではＰｗがＰｍａｘ以上か否かを判定し、肯定判断されるとステップＳ１３０でＰｍａｘをＰｗにより更新してステップＳ１３１に進み、否定判断されるとステップＳ１３０をスキップしてステップＳ１３１に進む。
【００４４】
ステップＳ１３１では機関回転数が６０００ｒｐｍ以下のときと同様に検出終了か否かを判定する。肯定判断されると、本演算処理は終了となる（ステップＳ１３３）。ノッキング検出期間が終了しておらず否定判断されるとステップＳ１２２に戻り、ステップＳ１２２以降の処理が繰り返される。これにより、サンプリング周期ごとに、それまでのサンプリング周期×７を単位期間として該単位期間にサンプリングされた７のセンサ出力Ｐの重みつき積算値Ｐｗが演算される。すなわちセンサ出力Ｐがフィルタリング処理されてＰｗに変換されることになる。そして、Ｐｍａｘがノッキング検出期間開始からそれまでで最大のＰｗにより更新されていく。ノッキング検出期間の終了時点ではＰｍａｘはノッキング検出期間内のＰｗの最大値ということになる。
【００４５】
このように、機関回転数が６０００ｒｐｍ以下のときと以上のときとで、積算値の演算に供されるセンサ出力Ｐのサンプリング数、すなわち、単位期間の長さを除き、実質的に同じ演算を行っている。そして、サンプリング数は機関回転数が６０００ｒｐｍ以上の高回転域では６０００ｒｐｍ以下の低回転域よりも１／３に圧縮してある。
【００４６】
これにより、次の効果を奏する。図３はセンサ出力の点火後の経時変化を示すもので、全体のプロファイルは、点火による燃焼で圧力が上昇し、ある時間から筒内容積の上昇が支配的となって下降する。ノッキング発生時には圧力振動が観察される。なお、点火の際にセンサ出力が不連続に変化しているのは点火コイル４に点火用の電流が流れることで、圧電素子５がノイズを拾うことによるものである。図中には、機関回転数が２０００ｒｐｍのときと６０００ｒｐｍのときとを併せて示しており、機関回転数が高いほどノッキングの発生時期が早くなることが知られる。このため、機関回転数が高い場合には、点火時期とノッキング発生時期とが近接し、次の問題が生ずる。
【００４７】
図４はフィルタ入力Ｐとフィルタ出力Ｐｗとを示すもので、図例のものは単位期間のサンプリング数は７である。点火コイル４に点火用の電流が流れることに基因したノイズの影響を受けたフィルタ入力Ｐが単位期間内のサンプリングデータに含まれると、その影響で、ノッキングが生じていないにもかかわらず、フィルタ出力Ｐｗからは圧力振動が認識されてしまう。すなわち、ノッキング検出期間の開始時期をなるべく早い時期に設定するのが検出漏れを回避するという点で望ましいところ、ノッキング検出開始後、単位期間のサンプリング数に相当する時間の間は、正常なノッキング検出が困難になる。すなわち、ノッキングが発生初期において検出できない。
【００４８】
本発明では、機関回転数が６０００ｒｐｍを越えて高い場合にはサンプリング数が２１から７に圧縮されるから、次のようにノッキング検出を適正になし得る。すなわち、機関回転数が６０００ｒｐｍのときにおいて、点火の際のセンサ出力の不連続な変化からノッキング発生まで０．４ｍｓしかない。サンプリングを５０ｋＨｚで行うとすれば、サンプリング周期が０．０２ｍｓとなるから、単位期間のサンプリング数を２１（＝０．４ｍｓ／０．０２ｍｓ＋１）以下にする必要があり、一律、単位期間のサンプリング数を２１としたのでは、高回転域で余裕がまったくなく、誤検出のおそれが増大する。例えば、センサ出力が不連続な変化を呈したときのデータに基因して、フィルタ出力Ｐｗの最大値Ｐｍａｘが大きなものになり、これをノッキングによるものと誤判定することになる。
【００４９】
これに対して本発明では、機関回転数が６０００ｒｐｍ以上のときには、単位期間のサンプリング数を７とするフィルタリング処理に切り換えて単位期間の長さを０．０２ｍｓ×（７−１）＝０．１２ｍｓに圧縮することで、ノッキング検出期間の開始直後においても、サンプングデータの中に、点火の際にセンサ出力が不連続な変化を呈したときのデータが含まれにくくなる。したがって、ノッキングを発生初期において正確に検出することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
本発明の内燃機関のノッキング検出装置を適用した第２実施形態になる内燃機関の要部を図５に示す。燃焼室の圧力振動を検出する手段を圧電素子に代えて燃焼出内の燃焼イオンを検出することで行うようにしたものである。図中、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には第１実施形態と同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５１】
点火プラグ４の点火用の回路は第１実施形態のものと基本的に同じで、電源６１から点火コイル４の一次巻線４１に通電し、そのオンとオフとをトランジスタ６２により切り換える。放電時の電流は、ノッキング検出装置ＫＡを構成する燃焼イオンの検出用のイオン検出回路６６を通るようになっている。
【００５２】
イオン検出回路６６は、アノード同士を接続したツェナーダイオード６６３，６６４が点火コイル４Ａの二次側巻線４２と接地間に介設され、各ツェナーダイオード６６３，６６４にそれぞれコンデンサ６６１と抵抗器６６２とが１対１に対応して並列に接続されてなる。
【００５３】
放電ギャップＧにおける火花放電で点火コイル二次側巻線４２に電流が流れると、そのときコンデンサ６６１が充電され、その端子間電圧により、点火プラグ電極３１，３２間にイオン検出用の電圧が印加される。この印加電圧はツェナーダイオード６６３により定電圧化されている。
【００５４】
点火プラグ電極３１，３２間への電圧印加により前記放電ギャップＧに燃焼イオンをキャリアとして電流が流れると、抵抗器６６２にその電流に比例した電圧降下が生じ、これがセンサ出力として、イオン検出回路６６の出力端子６６５からＤＳＰ６５に入力する。放電ギャップＧに流れるイオン電流は、燃焼室１０１内の燃焼イオンの濃度に比例するから、検出される電流は前記燃焼イオンの濃度の検出信号である。
【００５５】
ＤＳＰ６５は前記イオン電流の検出値をフィルタ入力Ｐとして図２の演算処理を実行する。ＥＣＵ６３Ａは、第１実施形態と同様にＤＳＰ６５と相互に通信可能で、ＤＳＰ６５にノッキング検出期間の開始時期および終了時期を指示する制御信号や機関回転数の情報を送信し、ＤＳＰ６５からはノッキング検出期間におけるフィルタ出力Ｐｗの最大値Ｐｍａｘを受け取るようになっている。
【００５６】
燃焼室１０１内の圧力が振動すると、燃焼イオンの濃度が変動し、燃焼室１０１内の圧力振動がセンサ出力から知られることになる。一方、点火プラグ電極３１，３２を燃焼室１０１内の圧力振動を検出するためのノッキングセンサとして用いるため、放電電流が点火プラグ電極３１，３２間を流れる放電時にはセンサ出力が異常値を示し、圧電素子を圧力振動の検出用に用いる場合と同様に、放電時期に対してノッキング発生時期が近接する場合には、誤検出のおそれがある。
【００５７】
したがって、ＤＳＰ６５において、第１実施形態と同様に機関回転数が６０００ｒｐｍを越えたときに単位期間のサンプリング数を減らすことで、かかる誤検出を防止することができる。
【００５８】
なお、第１、第２実施形態において、機関回転数により低回転域と高回転域との２つに区分して単位期間のサンプリング数を２種類のサンプリング数のうちいずれかに設定しているが、機関回転数により３つ以上に区分し、機関回転数が高いほど、サンプリング数が少なくなるように、すなわち単位期間の長さが短くなるようにしてもよい。
【００５９】
また、サンプリング数の切り換えの判断に用いる運転状態の情報は、機関回転数に限られず、内燃機関の運転状態が、ノッキングが発生するとすればその発生時期が早くなる時期かどうかが知られる情報であればよい。
【００６０】
（第３実施形態）
本発明の内燃機関のノッキング検出装置を適用した第３実施形態になる内燃機関の要部を図６に示す。第１実施形態においてアンプで増幅されたセンサ出力をアナログフィルタによりフィルタリング処理をするようにしたものである。図中、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には第１実施形態と同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６１】
ノッキング検出装置ＫＢは、アンプ６４の出力を入力としてフィルタ６７１，６７２が２つ設けてある。各フィルタ６７１，６７２はアナログフィルタで、所定の周波数帯域の信号に対してバンドパス特性を有し、フィルタ６７１とフィルタ６７２とで中心周波数が異なる。
【００６２】
フィルタ６７１，６７２の中心周波数について説明する。図７は圧力振動のレベルのスペクトルの一例を示すもので、ノッキングありの場合となしの場合とを併せて示している。ノッキングが発生すると、図より知られるように７ｋＨｚと１５ｋＨｚとにピークが現れる。したがって、センサ出力から７ｋＨｚ若しくは１５ｋＨｚの成分を抽出すれば、その大きさからノッキングの発生の有無が知られる。本実施形態では、第１のフィルタの中心周波数が７ｋＨｚで、第２のフィルタの中心周波数が１５ｋＨｚである。
【００６３】
ノッキング検出においては７ｋＨｚと１５ｋＨｚとのうちいずれかを中心周波数とするフィルタが１つあれば基本的にはよいことになるが、各フィルタ６７１，６７２の出力信号はいずれもＥＣＵ６３Ｂに取り込まれるようになっている。
【００６４】
ＥＣＵ６３Ｂは、点火が行われる時期になると機関回転数を読み込み、これをノッキング検出期間における機関回転数とみなして、該機関回転数が６０００ｒｐｍ以上か否かを判定し、６０００ｒｐｍ以下であれば中心周波数の低い第１のフィルタ６７１の出力に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する。一方、機関回転数が６０００ｒｐｍ以上であれば中心周波数の高い第２のフィルタ６７２の出力に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する。
【００６５】
図より知られるように７ｋＨｚと１５ｋＨｚとでは周波数の低い７ｋＨｚの方がピークが大きく感度はよい。一方、中心周波数が低いほどフィルタの時定数が長く、ノイズや前記放電時の電流の不連続変化がフィルタ出力に影響する時間が長い。したがって、一律、７ｋＨｚのフィルタの出力によりノッキング検出を行うのでは、点火時からノッキング発生までが短い高回転域で誤検出のおそれがあり、ノッキングが発生初期において検出できない。
【００６６】
本発明では、機関回転数が６０００ｒｐｍを越えて高い場合には中心周波数が第１のフィルタ６７１の７ｋＨｚよりも高く時定数が短い第２のフィルタ６７２に切り換えることで、点火の際にセンサ出力が不連続な変化を呈したときの影響を減じることができる。これにより、ノッキングを発生初期において正確に検出することができる。
【００６７】
（第４実施形態）
本発明の内燃機関のノッキング検出装置を適用した第４実施形態になる内燃機関の要部を図８に示す。第３実施形態の構成において、燃焼室の圧力振動を検出する手段を圧電素子に代えて第２実施形態のごとく燃焼出内の燃焼イオンを検出することで行うようにしたものである。図中、第３実施形態と実質的に同じ作動をする部分には第１実施形態と同じ番号を付して第３実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６８】
ノッキング検出装置ＫＣは、点火プラグ３Ａの放電ギャップＧに流れる電流を検出するイオン検出回路６６の出力が中心周波数の異なる前記２つのフィルタ６７１，６７２に入力するようになっており、ＥＣＵ６３Ｃが、機関回転数が６０００ｒｐｍまでは、中心周波数の低い第１のフィルタ６７１の出力に基づいてノッキングの発生の有無を判断し、機関回転数が６０００ｒｐｍ以上になると、中心周波数の高い第２のフィルタ６７２の出力に基づいてノッキングの発生の有無を判断する。
【００６９】
なお、前記各実施形態では、燃焼室１０１内の圧力振動を検出する圧力振動検出手段が点火プラグと一体のものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃焼室を囲む位置にノッキングセンサが設けられるものであれば、好適に適用することができる。その一例を図９に示す。点火プラグは、シリンダヘッド１１を貫通する、燃焼室１０１側で縮径する段付きの取り付け孔１１１の縮径部に螺入する一般的なものである。点火プラグ３Ａにはプラグキャップ７１が嵌められ、プラグキャップ７１内を挿通するコネクタ電極３３と電気的に接続される。
【００７０】
圧電素子５Ａは座金タイプの円環状で、取り付け孔１１１ａに点火プラグ３Ａと同軸に設けられている。螺入する点火プラグ３Ａから取り付け孔段面１１１ａに押しつけられ、固定される。圧電素子５Ａの信号線６８は筒状のプラグキャップ７１の横を這わせてあり、取り付け孔の開口端からシリンダヘッド１１の外へ伸びている。そして、アンプ６４と配線される。
【００７１】
圧電素子５Ａの信号線６８は、点火時に高電圧がかかるコネクタ電極３３およびハイテンションコードの横を通り配線されるので、点火時にノイズを拾いやすくなっている。したがって、かかる構成の内燃機関にも本発明は好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の内燃機関のノッキング検出装置を付設した内燃機関の要部の構成図である。
【図２】前記内燃機関のノッキング検出装置を構成するＥＣＵで実行される数値演算処理を示すフローチャートである。
【図３】ノッキング発生時における、燃焼室内の圧力振動を検出するセンサの出力の経時変化を示す図である。
【図４】従来の技術の課題を説明する別の図である。
【図５】本発明の第２の内燃機関のノッキング検出装置を付設した内燃機関の要部の構成図である。
【図６】本発明の第３の内燃機関のノッキング検出装置を付設した内燃機関の要部の構成図である。
【図７】燃焼室内の圧力振動のレベルのスペクトルを示す図である。
【図８】本発明の第３の内燃機関のノッキング検出装置を付設した内燃機関の要部の構成図である。
【図９】本発明が適用される内燃機関の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０１燃焼室
２点火プラグ一体型点火コイル
３点火プラグ部
３Ａ点火プラグ（点火プラグ部）
４，４Ａ点火コイル
６１電源
６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３ＣＥＣＵ（フィルタ設定手段）
６５デジタルサンプリングプロセッサ（フィルタ、フィルタ設定手段）
６６イオン検出回路
６７１，６７２フィルタ
Ｋ，ＫＡ，ＫＢ，ＫＣノッキング検出装置

Claims

内燃機関の燃焼室を囲む位置に点火プラグ部とともに燃焼室内の圧力振動に応じた信号を出力するノッキングセンサを配置して、該ノッキングセンサの出力に基づいてノッキングを検出するノッキング検出装置において、
前記ノッキングセンサの出力値を所定のサンプリング周期でサンプリングし、所定の単位期間にサンプリングされたサンプリングデータを入力としてフィルタリング処理をするデジタルフィルタを、前記単位期間の長さを切り換え自在とし、
かつ、前記内燃機関の運転状態が点火プラグ部の作動後、早期にノッキングが発生し易い運転状態であるほど、前記単位期間の長さが短くなるように前記デジタルフィルタを設定するフィルタ設定手段を具備せしめたことを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
内燃機関の燃焼室を囲む位置に点火プラグ部とともに燃焼室内の圧力振動に応じた信号を出力するノッキングセンサを配置して、該ノッキングセンサの出力に基づいてノッキングを検出するノッキング検出装置において、
前記ノッキングセンサの出力信号を入力とするアナログフィルタを、中心周波数を可変とし、
かつ、前記内燃機関の運転状態が点火プラグ部の作動後、早期にノッキングが発生し易い運転状態であるほど、前記中心周波数が高くなるように前記アナログフィルタの中心周波数を切り換えるフィルタ設定手段を具備せしめたことを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
請求項１または２いずれか記載の内燃機関のノッキング検出装置において、前記設定手段は、前記内燃機関の機関回転数が高いほど、点火プラグ部の作動後、早期にノッキングが発生するものと判断する内燃機関のノッキング検出装置。
請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関のノッキング検出装置において、前記ノッキングセンサが点火プラグ部と一体である内燃機関のノッキング検出装置。