JP3433886B2 - イオン電流による内燃機関の点火時期制御方法 - Google Patents

イオン電流による内燃機関の点火時期制御方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、主として自動車用
エンジンにおいて、ノックの発生を検出して点火時期を
調整するイオン電流による内燃機関の点火時期制御方法
に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、エンジンの燃焼室内にイオン電流
を発生させ、そのイオン電流を利用してノックを検出す
るイオン電流によるノック検出方法としては、例えば特
開昭58−7536号公報に記載の方法のように、エン
ジンの点火プラグの電極間に電圧を印加し、電圧間に生
じた電圧に基づいてイオン電流を検出し、検出したイオ
ン電流に対応するイオン信号の振幅および幅よりノック
を検出(判定)するものが知られている。すなわちイオ
ン信号は、ノックが発生した場合、そのノックの強さに
より変化するもので、ノックの強度が強いほど振幅及び
幅は大きくなる。したがって、このイオン電流を検出す
ることにより、ノックの発生を検出するとともに、その
強さつまりノックレベルを検出することができる。そし
て、ノックを検出した際には、エンジンの運転状態が不
安定にならないように、点火時期を調整するように構成
するエンジンの制御システムが普及している。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ところで、イオン電流
は、同じ運転条件において検出した場合でも、エンジン
を運転している環境の相違により、その電流波形に相違
が生じることがある。具体的には、気温、湿度、気圧等
の環境条件により、イオン電流波形が大きくなることが
ある。したがって、上記のように、イオン電流を検出し
てそのイオン信号の振幅及び幅よりノックを検出するも
のでは、イオン電流が大きくなることによりノックレベ
ルの大きなノックが生じたと、誤って検出することがあ
る。つまり、環境に影響されてイオン電流が大きくなっ
た場合に、実際にはノックが生じていないのにノックが
発生したと誤検出することがある。 【0004】また、イオン電流に含まれるノック成分を
バンドパスフィルタによりイオン電流から抽出し、その
ノック成分に基づいてノックの発生を検出する方法も知
られている。このようなノック検出方法にあっても、イ
オン電流が環境条件により異常に変化すると、イオン電
流検出のための回路において検出上限に達して、イオン
電流が正確に検出できないために、正確にノック成分の
抽出ができない場合がある。このような場合に誤ったノ
ックの検出を行って、その検出結果に基づいて点火時期
等を制御すると、ドライバビリティ等が低下する場合が
あった。 【0005】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、本発明に係るイオン電流による内燃機関
の点火時期制御方法は、環境条件によるイオン電流変化
が過大である場合に、ノック発生時の点火時期調整への
影響を最小限にするために、イオン電流のピーク値を検
出し、あらかじめ設定した基準値を上回った場合にノッ
ク検出を禁止し、点火時期を調整する構成である。この
ように、イオン電流が基準値を上回るような過大なピー
ク値を含む場合、ノック成分の有無にかかわらずノック
検出を行わずに点火時期に調整するので、仮にノックが
発生していてもそのノックを回避することが可能になる
とともに、ノックが発生していない場合にも安定な運転
状態を維持することが可能になる。 【0007】 【発明の実施形態】本発明は、内燃機関の燃焼室内に点
火毎に発生させたイオン電流を検出し、検出したイオン
電流に重畳しているノック成分を検出してノックの発生
を検出し、ノックの発生を検出した際に内燃機関の点火
時期を調整するイオン電流による内燃機関の点火時期制
御方法において、発生させたイオン電流の大きさを判定
するための基準値をイオン電流が飽和する値に略等しい
もしくはわずかに小さい値に設定し、発生させたイオン
電流のピーク値を検出し、検出したピーク値が前記基準
値を上回った場合にノックの発生の検出を禁止し、ノッ
クの発生の検出を禁止した際に点火時期を遅角すること
を特徴とするイオン電流による内燃機関の点火時期制御
方法である。 【0008】 【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。図1に概略的に示したエンジン100は、自
動車用の3気筒のもので、電子制御燃料噴射方式のもの
である。なお、エンジン100自体は、キャブレタ方式
のものであってもよい。吸気系1には図示しないアクセ
ルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ2が配設
され、その下流側にはサージダンク3が設けられてい
る。サージタンク3に連通する一方の端部近傍には、さ
らに燃料噴射弁5が設けてあり、その燃料噴射弁5を、
電子制御装置6により制御するようにしている。また排
気系20には、排気ガス中の酸素濃度を測定するための
2センサ21が、図示しないマフラに至るまでの管路
に配設された三元触媒22の上流の位置に取り付けられ
ている。 【0009】電子制御装置6は、中央演算処理装置7
と、記憶装置8と、入力インターフェース9と、出力イ
ンターフェース11とを具備してなるマイクロコンピュ
ータシステムを主体に構成されている。入力インタフェ
ース9には、、サージタンク3内の圧力を検出するため
の吸気圧センサ13から出力される吸気圧信号a、エン
ジン100の回転状態を検出するためのカムポジション
センサ14から出力される気筒判別信号G1とクランク
角度基準位置信号G2とエンジン回転数信号b、車速を
検出するための車速センサ15から出力される車速信号
c、スロットルバルブ2の開閉状態を検出するためのア
イドルスイッチ16から出力されるLL信号d、エンジ
ンの冷却水温を検出するための水温センサ17から出力
される水温信号e、上記したO2センサ21から出力さ
れる電流信号h等が入力される。一方、出力インターフ
ェース11からは、燃料噴射弁5に対して燃料噴射信号
fが、また燃焼室10上部に取り付けられるスパークプ
ラグ18に対してイグニッションパルスgが出力される
ようになっている。 【0010】このスパークプラグ18には、高圧ダイオ
ード23を介してイオン電流を測定するためのバイアス
用電源24及びイオン電流測定用回路25が接続されて
いる。このバイアス電源24とイオン電流測定用回路2
5及びその測定方法それ自体は、当該分野で知られてい
る種々の方法が使用できる。例えば、イオン電流測定用
回路25には、イオン電流を検出の容易なレベルにする
ためのチャージアンプ、イオン電流に含まれるノック成
分を検出するためのバンドパスフィルタ及び積分回路が
含まれている。なお、この実施例においては、気筒毎に
イオン電流が検出できる構成としてある。 【0011】電子制御装置6には、吸気圧センサ13か
ら出力される吸気圧信号eとカムポジションセンサ14
から出力される回転数信号bとを主な情報とし、エンジ
ン100の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基
本噴射時間を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちイン
ジェクタ最終通電時間Tを決定し、その決定された通電
時間により燃料噴射弁5を制御して、エンジン負荷に応
じた燃料を吸気系1に噴射させるためのプログラムが内
蔵してある。また、このようにエンジン100の運転を
制御する一方、点火毎に発生させるイオン電流を検知し
てノックの発生を検出するように、電子制御装置6はプ
ログラミングしてある。すなわち、ノックの発生の誤検
出を防止するために、発生させたイオン電流の大きさを
判定するための基準値をイオン電流が飽和する値に略等
しいもしくはわずかに小さい値に設定し、発生させたイ
オン電流のピーク値を検出し、検出したピーク値が前記
基準値を上回った場合にノックの発生の検出を禁止し、
ノックの発生の検出を禁止した際に点火時期を遅角する
プログラムが電子制御装置6に内蔵してある。 【0012】このイオン電流による点火時期制御プログ
ラムの概要は、図2に示すようなものである。ステップ
S1では、イオン電流のピーク値を検出する。ピーク値
は、例えば、ピークホールド回路からの出力信号をA/
D変換して検出する。ステップS2では、検出したイオ
ン電流のピーク値と、あらかじめ設定した基準値KKN
KFAILとを比較する。基準値KKNKFAILは、
イオン電流が環境条件の変化により飽和する値に略等し
いもしくはわずかに小さい値に設定してある。ステップ
S3では、ノックの発生の検出を禁止する。すなわち、
イオン電流に含まれるノック成分を抽出した信号の有無
にかかわらず、その検出を禁止する。 【0013】ノックの発生の検出方法は、例えば、イオ
ン電流から抽出した信号の大きさを判定し、その大きさ
が所定値を超える場合にノックの発生を検出し、所定値
を下回る場合にはノイズ等の外乱と見做してノックは発
生していないと判定するものである。また、ノック成分
を抽出するに際して、外乱の混入を極力避けるために、
ノックの発生の検出は例えば上死点後の10°CA〜6
0°CA(クランク角度)の範囲いわゆるノックウィン
ドウのエリアで行うように設定する。 【0014】ステップS4では、この時点の運転状態に
基づいてノック点火時期補正量を設定する。この場合、
例えば、ノック点火時期補正量は、点火時期を遅角させ
るための補正量で、この実施例では、図3に示すよう
に、エンジン回転数NEに基づいて設定するもので、エ
ンジン回転数が高くなるほど、少なくなるように設定し
ている。この場合、補正量は、上記したノックウィンド
ウの範囲で設定するものであつてよい。 【0015】このような構成において、イオン電流を、
点火直後にバイアス用電源24から高圧ダイオード23
を介して電圧をスパークプラグ18に印加することによ
り、燃焼室10内に発生させる。発生させたイオン電流
は、イオン電流測定用回路25により適当な電流値に調
整した後、ノック成分と分離されてその特性を測定され
る。この時、イオン電流測定用回路25において、入力
されたイオン電流のピーク値を抽出して、電子制御装置
6に出力する。ノックが発生している場合等で、環境条
件の影響を顕著には受けていない場合の燃焼では、図4
に実線で示すように、イオン電流は上死点近傍でピーク
となり、その後は減衰するものである。ノック成分は、
一般的には、上死点後の経過時間帯に重畳することが多
い。これに対して、環境条件の影響を受けてイオン電流
が異常に大きくなると、同図に点線で示すように、検出
したイオン電流はピークとなる前に基準値KKNKFA
ILを超えて飽和状態となる。 【0016】このような場合、制御は、ステップS1→
S2と進み、そのピーク値が基準値KKNKFAILを
上回っているので、制御は、さらにステップS3→S4
と進み、ノックの検出動作を禁止して、その時のエンジ
ン回転数NEに応じてノック点火時期補正量を設定し
て、点火時期を遅角させて、万が一ノックが発生してい
たとしても、運転状態が低下しないように制御する。ま
た、ノックが発生していない場合にあっても、エンジン
回転数に応じてノック点火時期補正量すなわち点火時期
を遅角する量を設定しているので、極端にエンジンの運
転状態が変化することは回避できる。 【0017】したがって、イオン電流が環境条件に起因
して異常に大きくなっても、ノックの発生を誤検出し
て、点火時期を誤った方向に制御することを回避するこ
とができる。つまり、イオン電流が異常に大きくなった
場合、ノック成分と同様のノイズが重畳していても、そ
のノイズ成分も大きな値となるために、回路上ノック
分と誤って検出することがある。このような場合に、イ
オン電流のピーク値が基準値を超えることでノック検出
を禁止するために、誤検出の機会がなくなることにな
る。このため、この制御は、ノック時の二重安全装置
(フェイルセーフ)として機能し、ノックが発生してい
ても収束させることができる。 【0018】一方、イオン電流のピーク値が基準値KK
NKFAIL以下である場合は、制御は、ステップS1
→S2と進んだ後、ノック成分の検出を行い、ノック
有無に応じて点火時期を調整する。したがって、ノック
発生時に迅速に不具合を解消することができる。 【0019】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。 【0020】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、イオン
電流に基づいてノックを検出して点火時期を調整するに
際して、イオン電流のピーク値からイオン電流の異常を
判定して、誤ったノックの発生の検出を回避して、適正
な点火時期の調整を行うことができる。したがって、ノ
ック発生の有無にかかわらず、イオン電流が基準値を超
えるような異常なピーク値を示す場合には、ノック発生
を誤検出することなく点火時を調整して有効にノック発
生を回避することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例を示す概略構成説明図。 【図2】同実施例の概略的な制御手順を示すフローチャ
ート。 【図3】同実施例のノック点火時期補正量のエンジン回
転数に対する設定量を示すグラフ。 【図4】同実施例のイオン電流波形を示すグラフ。 【符号の説明】 6…電子制御装置 7…中央演算処理装置 8…記憶装置 9…入力インターフェース 10…燃焼室 11…出力インターフェース 18…スパークプラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−210175(JP,A) 特開 平7−119533(JP,A) 特開 平6−346831(JP,A) 特開 平6−147090(JP,A) 特開 平8−247014(JP,A) 特開 平10−231773(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02P 5/152 F02P 17/12 F02D 45/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】内燃機関の燃焼室内に点火毎に発生させた
    イオン電流を検出し、検出したイオン電流に重畳してい
    るノック成分を検出してノックの発生を検出し、ノック
    の発生を検出した際に内燃機関の点火時期を調整するイ
    オン電流による内燃機関の点火時期制御方法において、 発生させたイオン電流の大きさを判定するための基準値
    イオン電流が飽和する値に略等しいもしくはわずかに
    小さい値に設定し、 発生させたイオン電流のピーク値を検出し、 検出したピーク値が前記基準値を上回った場合にノック
    の発生の検出を禁止し、 ノックの発生の検出を禁止した際に点火時期を遅角する
    ことを特徴とするイオン電流による内燃機関の点火時期
    制御方法。
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