JP3506583B2 - 内燃機関のノック検出装置 - Google Patents
内燃機関のノック検出装置Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
- G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
- G01L23/225—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のノック
検出装置に係り、より詳細には、燃焼室内のイオン電流
に基づいてノックを検出する装置に関する。
検出装置に係り、より詳細には、燃焼室内のイオン電流
に基づいてノックを検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガソリンエンジンでは、点火プラグから
与えられる火花で点火プラグ付近の混合気が着火せしめ
られ、その火炎が混合気全体に伝わることによって、ガ
ソリンの燃焼が起こる。その場合の異常燃焼の一つにノ
ックがある。ノックは、火炎伝播の途中で圧力が異常に
高くなった場合に火炎の伝播を待たずに自己着火する現
象である。ノックが発生すると、燃焼ガスが振動するこ
とにより熱が伝搬しやすくなり、その結果、エンジンが
破損するおそれがある。ノックは、点火時期と密接な関
係があり、点火時期を早めると燃焼最大圧力が高まり、
ノックが発生しやすくなる。
与えられる火花で点火プラグ付近の混合気が着火せしめ
られ、その火炎が混合気全体に伝わることによって、ガ
ソリンの燃焼が起こる。その場合の異常燃焼の一つにノ
ックがある。ノックは、火炎伝播の途中で圧力が異常に
高くなった場合に火炎の伝播を待たずに自己着火する現
象である。ノックが発生すると、燃焼ガスが振動するこ
とにより熱が伝搬しやすくなり、その結果、エンジンが
破損するおそれがある。ノックは、点火時期と密接な関
係があり、点火時期を早めると燃焼最大圧力が高まり、
ノックが発生しやすくなる。
【０００３】一方、熱効率を高め、燃料消費率を低減す
るためには、高い圧縮比を達成することが好ましい。そ
こで、ノックの発生を検出しつつノックが発生する限界
近傍まで点火時期を早める制御が点火時期制御の一部と
して行われている。かかるノック検出方法としては、従
来、シリンダブロック等に振動センサを取り付け、ノッ
ク振動を検出するものが一般的であったが、近年におい
ては、ノック発生時におけるシリンダ内イオン電流変化
を利用するものが提案されている。
るためには、高い圧縮比を達成することが好ましい。そ
こで、ノックの発生を検出しつつノックが発生する限界
近傍まで点火時期を早める制御が点火時期制御の一部と
して行われている。かかるノック検出方法としては、従
来、シリンダブロック等に振動センサを取り付け、ノッ
ク振動を検出するものが一般的であったが、近年におい
ては、ノック発生時におけるシリンダ内イオン電流変化
を利用するものが提案されている。
【０００４】すなわち、点火プラグによる放電が起き、
燃焼室内の混合気が燃焼すると、その混合気はイオン化
する。混合気がイオン化した状態にあるときに、点火プ
ラグに電圧を印加すると、イオン電流が流れる。このイ
オン電流を検出し、解析処理を行うことによって、ノッ
クの発生を検出することができるのである。通常、ノッ
クが発生すると、イオン電流に６〜７ｋＨｚの振動成分
が現れる。イオン電流に基づくノック検出装置は、その
ノック特有の周波数成分をフィルタ（濾波器）で抽出
し、その大きさに基づいてノック判定を行う。
燃焼室内の混合気が燃焼すると、その混合気はイオン化
する。混合気がイオン化した状態にあるときに、点火プ
ラグに電圧を印加すると、イオン電流が流れる。このイ
オン電流を検出し、解析処理を行うことによって、ノッ
クの発生を検出することができるのである。通常、ノッ
クが発生すると、イオン電流に６〜７ｋＨｚの振動成分
が現れる。イオン電流に基づくノック検出装置は、その
ノック特有の周波数成分をフィルタ（濾波器）で抽出
し、その大きさに基づいてノック判定を行う。
【０００５】例えば、特開昭61-57830号公報は、イオン
電流信号からノックに基づく特定周波数成分を抽出する
ことによりノックを検出する装置を開示している。その
装置においては、点火コイルの一次電流の遮断時に生ず
る二次電流によりイオン電流生成用電源となるコンデン
サを一定電圧に充電し、火花放電後、このコンデンサと
点火コイル二次巻線と点火プラグと電流検出抵抗とから
なる閉回路に流れるイオン電流を測定するように構成さ
れている。
電流信号からノックに基づく特定周波数成分を抽出する
ことによりノックを検出する装置を開示している。その
装置においては、点火コイルの一次電流の遮断時に生ず
る二次電流によりイオン電流生成用電源となるコンデン
サを一定電圧に充電し、火花放電後、このコンデンサと
点火コイル二次巻線と点火プラグと電流検出抵抗とから
なる閉回路に流れるイオン電流を測定するように構成さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術のように、イオン電流が流れる経路内に点火コイル二
次巻線（二次コイル）が含まれる場合、そのインダクタ
ンスＬとコイルや点火プラグによる浮遊容量（キャパシ
タンス）ＣとによりＬＣ共振回路が形成されることとな
る。したがって、イオン電流に急激な変化が現れる場合
には、イオン電流経路内でＬＣ共振が起こり、共振電流
が流れる。
術のように、イオン電流が流れる経路内に点火コイル二
次巻線（二次コイル）が含まれる場合、そのインダクタ
ンスＬとコイルや点火プラグによる浮遊容量（キャパシ
タンス）ＣとによりＬＣ共振回路が形成されることとな
る。したがって、イオン電流に急激な変化が現れる場合
には、イオン電流経路内でＬＣ共振が起こり、共振電流
が流れる。
【０００７】かかる共振電流の共振周波数は、イオン電
流経路内のインダクタンスＬの値とキャパシタンスＣの
値とで決まる。そして、その共振周波数がノックに起因
する周波数に近い場合には、ノックが発生していなくて
も、ノック検出用の周波数成分がイオン電流に含まれる
という事態が発生しうることとなる。そのときには、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
ありとの誤判定がなされてしまう。
流経路内のインダクタンスＬの値とキャパシタンスＣの
値とで決まる。そして、その共振周波数がノックに起因
する周波数に近い場合には、ノックが発生していなくて
も、ノック検出用の周波数成分がイオン電流に含まれる
という事態が発生しうることとなる。そのときには、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
ありとの誤判定がなされてしまう。
【０００８】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、イオ
ン電流経路内のＬＣ共振電流に起因して誤判定がなされ
るのを防止することが可能なノック検出装置を提供する
ことにある。
ン電流経路内のＬＣ共振電流に起因して誤判定がなされ
るのを防止することが可能なノック検出装置を提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく案
出された、本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノッ
ク検出装置は、点火コイルと、前記点火コイルの一次側
に接続され、一次電流の通電及び遮断を切り換えるスイ
ッチング手段と、前記点火コイルの二次側に接続され、
前記スイッチング手段による一次電流の遮断に伴い発生
する二次側高電圧により、シリンダ内の混合気を着火せ
しめる点火プラグと、前記点火コイル二次側及び前記点
火プラグとともにイオン電流経路を構成するとともに、
前記点火プラグに電圧を印加し、混合気の燃焼時にシリ
ンダ内に発生するイオンを介して前記点火プラグに流れ
るイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イ
オン電流検出手段の出力信号からノックに特有な周波数
の成分を抽出し、ノックの有無を判定する処理手段と、
を具備する、内燃機関のノック検出装置において、前記
点火コイル二次側のインダクタンスと前記イオン電流経
路に形成される浮遊容量とで決まるＬＣ共振周波数が前
記ノックに特有な周波数と一致しないように設定されて
いることを特徴とする。
出された、本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノッ
ク検出装置は、点火コイルと、前記点火コイルの一次側
に接続され、一次電流の通電及び遮断を切り換えるスイ
ッチング手段と、前記点火コイルの二次側に接続され、
前記スイッチング手段による一次電流の遮断に伴い発生
する二次側高電圧により、シリンダ内の混合気を着火せ
しめる点火プラグと、前記点火コイル二次側及び前記点
火プラグとともにイオン電流経路を構成するとともに、
前記点火プラグに電圧を印加し、混合気の燃焼時にシリ
ンダ内に発生するイオンを介して前記点火プラグに流れ
るイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イ
オン電流検出手段の出力信号からノックに特有な周波数
の成分を抽出し、ノックの有無を判定する処理手段と、
を具備する、内燃機関のノック検出装置において、前記
点火コイル二次側のインダクタンスと前記イオン電流経
路に形成される浮遊容量とで決まるＬＣ共振周波数が前
記ノックに特有な周波数と一致しないように設定されて
いることを特徴とする。
【００１０】また、本発明の第２の態様によれば、前記
第１の態様に係るノック検出装置において、前記点火コ
イル二次側のインダクタンスが大きな値に設定されるこ
とにより、前記ＬＣ共振周波数が前記ノックに特有な周
波数より小さな値に設定される。
第１の態様に係るノック検出装置において、前記点火コ
イル二次側のインダクタンスが大きな値に設定されるこ
とにより、前記ＬＣ共振周波数が前記ノックに特有な周
波数より小さな値に設定される。
【００１１】また、本発明の第３の態様によれば、前記
第１又は第２の態様に係るノック検出装置において、前
記ＬＣ共振周波数が、前記処理手段に設けられたバンド
パスフィルタの低域遮断周波数より小さな値に設定され
る。
第１又は第２の態様に係るノック検出装置において、前
記ＬＣ共振周波数が、前記処理手段に設けられたバンド
パスフィルタの低域遮断周波数より小さな値に設定され
る。
【００１２】上述の如く構成された、本発明の第１の態
様に係る、内燃機関のノック検出装置においては、ノイ
ズとなるＬＣ共振周波数がノックに特有な周波数よりず
れた値となるため、イオン電流出力からノックに起因す
る周波数成分のみを正確に検出することができ、ＬＣ共
振電流に起因してノックの誤判定がなされるのが防止さ
れる。また、本発明の第２の態様に係る、内燃機関のノ
ック検出装置においては、点火コイル二次側のインダク
タンスが大きくされることによってＬＣ共振周波数がず
らされるため、点火プラグにおける火花放電時間が長く
なり、ノック検出性に加え着火性も向上する。さらに、
本発明の第３の態様に係る、内燃機関のノック検出装置
においては、ノックに起因する周波数成分を抽出する
際、ノイズとなるＬＣ共振周波数成分を一層確実に取り
除くことができる。
様に係る、内燃機関のノック検出装置においては、ノイ
ズとなるＬＣ共振周波数がノックに特有な周波数よりず
れた値となるため、イオン電流出力からノックに起因す
る周波数成分のみを正確に検出することができ、ＬＣ共
振電流に起因してノックの誤判定がなされるのが防止さ
れる。また、本発明の第２の態様に係る、内燃機関のノ
ック検出装置においては、点火コイル二次側のインダク
タンスが大きくされることによってＬＣ共振周波数がず
らされるため、点火プラグにおける火花放電時間が長く
なり、ノック検出性に加え着火性も向上する。さらに、
本発明の第３の態様に係る、内燃機関のノック検出装置
においては、ノックに起因する周波数成分を抽出する
際、ノイズとなるＬＣ共振周波数成分を一層確実に取り
除くことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。
の実施形態について説明する。
【００１４】図１は、点火装置及び本発明の一実施形態
に係るノック検出装置の回路構成を示す図である。点火
コイル１の一次巻線１ａの一端は、バッテリ２の正電極
に接続され、他の一端は、スイッチング手段としてのト
ランジスタ３のコレクタに接続されている。そのトラン
ジスタ３のエミッタは接地され、そのベースには点火信
号が印加されるように構成されている。点火コイル１の
二次巻線１ｂの一端は、点火プラグ４の中心電極４ａに
接続されている。点火プラグ４の外側電極４ｂは、接地
されている。
に係るノック検出装置の回路構成を示す図である。点火
コイル１の一次巻線１ａの一端は、バッテリ２の正電極
に接続され、他の一端は、スイッチング手段としてのト
ランジスタ３のコレクタに接続されている。そのトラン
ジスタ３のエミッタは接地され、そのベースには点火信
号が印加されるように構成されている。点火コイル１の
二次巻線１ｂの一端は、点火プラグ４の中心電極４ａに
接続されている。点火プラグ４の外側電極４ｂは、接地
されている。
【００１５】点火コイル１の二次巻線１ｂの他の一端側
には、イオン電流検出回路１０が設けられている。ま
ず、イオン電流生成用電源となるコンデンサ１１が二次
巻線１ｂに接続されている。このコンデンサ１１には、
点火コイル二次電流によりコンデンサ１１に充電される
電圧を一定値に制限するための定電圧ダイオード（ツェ
ナーダイオード）１２が並列に接続されている。コンデ
ンサ１１の他の一端は、グランド方向へのみ電流を流す
ダイオード１３を介して接地されるとともに、イオン電
流検出抵抗１４を介して接地されている。
には、イオン電流検出回路１０が設けられている。ま
ず、イオン電流生成用電源となるコンデンサ１１が二次
巻線１ｂに接続されている。このコンデンサ１１には、
点火コイル二次電流によりコンデンサ１１に充電される
電圧を一定値に制限するための定電圧ダイオード（ツェ
ナーダイオード）１２が並列に接続されている。コンデ
ンサ１１の他の一端は、グランド方向へのみ電流を流す
ダイオード１３を介して接地されるとともに、イオン電
流検出抵抗１４を介して接地されている。
【００１６】そして、コンデンサ１１とイオン電流検出
抵抗１４との接続点は、反転増幅回路１６に接続されて
いる。この反転増幅回路１６は、非反転入力端子（＋端
子）が接地された演算増幅器（オペアンプ）１７と、演
算増幅器１７の反転入力端子（−端子）に接続される入
力抵抗１８と、演算増幅器１７の出力端子から反転入力
端子（−端子）への帰還抵抗１９とで構成されている。
入力抵抗１８の抵抗値をＲa 、帰還抵抗１９の抵抗値を
Ｒf とすると、電圧増幅度は、周知のように“−Ｒf ／
Ｒa ”となる。そして、反転増幅回路１６の出力は、ノ
ック判定のための信号処理を行う処理回路２０へと導か
れている。なお、Ｒa ，Ｒf は、イオン電流検出抵抗１
４の抵抗値Ｒ1 に対して非常に大きな値である。
抵抗１４との接続点は、反転増幅回路１６に接続されて
いる。この反転増幅回路１６は、非反転入力端子（＋端
子）が接地された演算増幅器（オペアンプ）１７と、演
算増幅器１７の反転入力端子（−端子）に接続される入
力抵抗１８と、演算増幅器１７の出力端子から反転入力
端子（−端子）への帰還抵抗１９とで構成されている。
入力抵抗１８の抵抗値をＲa 、帰還抵抗１９の抵抗値を
Ｒf とすると、電圧増幅度は、周知のように“−Ｒf ／
Ｒa ”となる。そして、反転増幅回路１６の出力は、ノ
ック判定のための信号処理を行う処理回路２０へと導か
れている。なお、Ｒa ，Ｒf は、イオン電流検出抵抗１
４の抵抗値Ｒ1 に対して非常に大きな値である。
【００１７】次に、イオン電流検出回路１０の動作につ
いて説明する。まず、点火信号がハイとなり、トランジ
スタ３がオンすると、点火コイル一次巻線１ａに電流が
流れる。次いで、点火信号がロウとされてトランジスタ
３がオフにされることにより一次電流が遮断されると、
点火コイル１の二次巻線１ｂに高電圧が誘起され、その
結果、点火プラグ４にて火花放電が起こる。すなわち、
点火プラグ４の中心電極４ａにマイナス極性の高電圧が
印加されることにより、中心電極４ａと外側電極（接地
電極）４ｂとの間で火花放電が起こり、図２に示される
ように、点火コイル二次巻線１ｂから、コンデンサ１１
及び定電圧ダイオード１２、ダイオード１３、並びに点
火プラグ４を介して、二次巻線１ｂへと一巡する電流が
流れる。この過程において、コンデンサ１１は、定電圧
ダイオード１２のツェナー電圧（１００Ｖ程度）に一致
する電圧にまで充電される。
いて説明する。まず、点火信号がハイとなり、トランジ
スタ３がオンすると、点火コイル一次巻線１ａに電流が
流れる。次いで、点火信号がロウとされてトランジスタ
３がオフにされることにより一次電流が遮断されると、
点火コイル１の二次巻線１ｂに高電圧が誘起され、その
結果、点火プラグ４にて火花放電が起こる。すなわち、
点火プラグ４の中心電極４ａにマイナス極性の高電圧が
印加されることにより、中心電極４ａと外側電極（接地
電極）４ｂとの間で火花放電が起こり、図２に示される
ように、点火コイル二次巻線１ｂから、コンデンサ１１
及び定電圧ダイオード１２、ダイオード１３、並びに点
火プラグ４を介して、二次巻線１ｂへと一巡する電流が
流れる。この過程において、コンデンサ１１は、定電圧
ダイオード１２のツェナー電圧（１００Ｖ程度）に一致
する電圧にまで充電される。
【００１８】点火プラグ４における火花放電により、燃
焼室内の混合気が着火し燃焼すると、その混合気はイオ
ン化する。混合気がイオン化した状態にあるときには、
点火プラグ４の両電極間は導電性を有する。なおかつ、
コンデンサ１１の充電電圧により点火プラグ４の両電極
間には電圧が印加されているため、イオン電流が流れ
る。すなわち、このイオン電流は、図３に示されるよう
に、コンデンサ１１の一端から、点火コイル二次巻線１
ｂ、点火プラグ４、及びイオン電流検出抵抗１４を介し
て、コンデンサ１１の他端へと流れる。そして、イオン
電流検出抵抗１４とコンデンサ１１との接続点には“−
イオン電流値×検出抵抗値”の電位が現れ、その電位は
反転増幅回路１６において反転増幅される。最後に、反
転増幅回路１６の出力がイオン電流出力として処理回路
２０に供給される。
焼室内の混合気が着火し燃焼すると、その混合気はイオ
ン化する。混合気がイオン化した状態にあるときには、
点火プラグ４の両電極間は導電性を有する。なおかつ、
コンデンサ１１の充電電圧により点火プラグ４の両電極
間には電圧が印加されているため、イオン電流が流れ
る。すなわち、このイオン電流は、図３に示されるよう
に、コンデンサ１１の一端から、点火コイル二次巻線１
ｂ、点火プラグ４、及びイオン電流検出抵抗１４を介し
て、コンデンサ１１の他端へと流れる。そして、イオン
電流検出抵抗１４とコンデンサ１１との接続点には“−
イオン電流値×検出抵抗値”の電位が現れ、その電位は
反転増幅回路１６において反転増幅される。最後に、反
転増幅回路１６の出力がイオン電流出力として処理回路
２０に供給される。
【００１９】図４は、イオン電流に基づくノック処理の
方法を説明するための図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）
に示されるように、点火信号がオフとされた直後に点火
プラグ４にて放電が起こり、放電電流が流れる。そし
て、放電終了後、点火コイルは残留磁気エネルギを放出
しようとし、点火コイル二次巻線１ｂのインダクタンス
Ｌ2 と高電圧線路に形成される浮遊容量Ｃ2 （図１参
照）との間でＬＣ共振が起こり、ＬＣ共振電流が流れ
る。そのＬＣ共振電流はイオン電流検出抵抗によって検
出されるため、放電終了後のイオン電流波形には、図４
（Ｃ）に示されるように、急峻な変化が現れるが、これ
はイオン電流によるものではない。そして、残留磁気エ
ネルギによるＬＣ共振電流が流れた後に、図４（Ｃ）に
示されるように、イオン電流が流れる。
方法を説明するための図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）
に示されるように、点火信号がオフとされた直後に点火
プラグ４にて放電が起こり、放電電流が流れる。そし
て、放電終了後、点火コイルは残留磁気エネルギを放出
しようとし、点火コイル二次巻線１ｂのインダクタンス
Ｌ2 と高電圧線路に形成される浮遊容量Ｃ2 （図１参
照）との間でＬＣ共振が起こり、ＬＣ共振電流が流れ
る。そのＬＣ共振電流はイオン電流検出抵抗によって検
出されるため、放電終了後のイオン電流波形には、図４
（Ｃ）に示されるように、急峻な変化が現れるが、これ
はイオン電流によるものではない。そして、残留磁気エ
ネルギによるＬＣ共振電流が流れた後に、図４（Ｃ）に
示されるように、イオン電流が流れる。
【００２０】図１に示される処理回路２０においては、
ノックを検出するための区間が、図４（Ｄ）に示される
ように、残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流を避けて
設定され、この区間のイオン電流出力信号のみをバンド
パスフィルタ（帯域通過濾波器）に通すことにより、ノ
ックに特有の周波数（以下、「ノック周波数」という）
の成分のみが抽出される。ノックが発生していない場
合、図４（Ｅ）に示されるように、バンドパスフィルタ
後の波形（以下、「ノック処理波形」という）には、ノ
ック信号が現れない。
ノックを検出するための区間が、図４（Ｄ）に示される
ように、残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流を避けて
設定され、この区間のイオン電流出力信号のみをバンド
パスフィルタ（帯域通過濾波器）に通すことにより、ノ
ックに特有の周波数（以下、「ノック周波数」という）
の成分のみが抽出される。ノックが発生していない場
合、図４（Ｅ）に示されるように、バンドパスフィルタ
後の波形（以下、「ノック処理波形」という）には、ノ
ック信号が現れない。
【００２１】一方、ノックが発生した場合には、図４
（Ｆ）に示されるように、イオン電流波形にノック特有
の高周波振動成分が現れる。この場合、バンドパスフィ
ルタを通した後のノック処理波形には、図４（Ｇ）に示
されるように、その高周波数成分が現れることとなる。
（Ｆ）に示されるように、イオン電流波形にノック特有
の高周波振動成分が現れる。この場合、バンドパスフィ
ルタを通した後のノック処理波形には、図４（Ｇ）に示
されるように、その高周波数成分が現れることとなる。
【００２２】また、図４（Ｈ）に示すように、点火コイ
ルの残留磁気エネルギによる急峻なＬＣ共振電流Ｉ1 が
流れた後に、変化量の大きいイオン電流Ｉ2 が点火コイ
ルに流れ、これがトリガとなって微小なＬＣ共振が発生
し、イオン電流信号にこの微小なＬＣ共振電流がノイズ
として重なってしまうという現象が現れる場合がある。
このＬＣ共振周波数がノック周波数に近いときには、図
４（Ｉ）に示されるように、あたかもノックがあったか
のような信号がノック処理波形に現れることとなる。
ルの残留磁気エネルギによる急峻なＬＣ共振電流Ｉ1 が
流れた後に、変化量の大きいイオン電流Ｉ2 が点火コイ
ルに流れ、これがトリガとなって微小なＬＣ共振が発生
し、イオン電流信号にこの微小なＬＣ共振電流がノイズ
として重なってしまうという現象が現れる場合がある。
このＬＣ共振周波数がノック周波数に近いときには、図
４（Ｉ）に示されるように、あたかもノックがあったか
のような信号がノック処理波形に現れることとなる。
【００２３】そして、偶然ではあるが、点火系統のＬＣ
共振周波数がノック周波数に近くなる場合が多く、その
ような事態を避けるためには、ＬＣ共振周波数がノック
周波数と一致しないように、すなわちノック周波数から
ある程度離れるように意識的に点火系統を設計する必要
がある。
共振周波数がノック周波数に近くなる場合が多く、その
ような事態を避けるためには、ＬＣ共振周波数がノック
周波数と一致しないように、すなわちノック周波数から
ある程度離れるように意識的に点火系統を設計する必要
がある。
【００２４】さて、点火コイルについて考察してみる
と、火花で混合気を着火させるためには、火花放電時間
が長いほど有利である。そのためには、火花電流量を大
きくするか、又は二次インダクタンスＬ2 を大きくする
必要があるが、信頼性や定格上の点から、現実的には、
Ｌ2 ＝１０〜１５Ｈ程度がバランスの良い値となる。ま
た、浮遊容量Ｃ2 は、ほぼ５０ｐＦ程度である。従っ
て、ＬＣ共振周波数ｆLCは、 ｆLC＝１／２π√（Ｌ2 Ｃ2 ）＝５．８〜７．１ｋＨｚ となる。一方、ノック周波数ｆ0 は、シリンダのボアで
決まるものであり、およそ６〜７ｋＨｚであり、ＬＣ共
振周波数ｆLCとほぼ一致する。
と、火花で混合気を着火させるためには、火花放電時間
が長いほど有利である。そのためには、火花電流量を大
きくするか、又は二次インダクタンスＬ2 を大きくする
必要があるが、信頼性や定格上の点から、現実的には、
Ｌ2 ＝１０〜１５Ｈ程度がバランスの良い値となる。ま
た、浮遊容量Ｃ2 は、ほぼ５０ｐＦ程度である。従っ
て、ＬＣ共振周波数ｆLCは、 ｆLC＝１／２π√（Ｌ2 Ｃ2 ）＝５．８〜７．１ｋＨｚ となる。一方、ノック周波数ｆ0 は、シリンダのボアで
決まるものであり、およそ６〜７ｋＨｚであり、ＬＣ共
振周波数ｆLCとほぼ一致する。
【００２５】以上から、ＬＣ共振周波数ｆLCをノック周
波数ｆ0 からずらし、かつ、着火性を確保するために
は、二次インダクタンスＬ2 を大きくして、“ｆLC＜ｆ
0 ”となるように、点火系統のＬ2 及びＣ2 を設定する
ことが好ましい。
波数ｆ0 からずらし、かつ、着火性を確保するために
は、二次インダクタンスＬ2 を大きくして、“ｆLC＜ｆ
0 ”となるように、点火系統のＬ2 及びＣ2 を設定する
ことが好ましい。
【００２６】図５は、ＬＣ共振周波数ｆLCを変えること
によりノック検出性にどの程度の差が現れるかについて
の実験結果を例示する特性図である。この実験では、ノ
ック周波数ｆ0 ＝６．４ｋＨｚのエンジンを使用し、そ
のため、ノック周波数成分を抽出するためのバンドパス
フィルタ（ＢＰＦ）としては、中心周波数が６．４ｋＨ
ｚで、Ｑ値（先鋭度）が２０のものを使用した。そし
て、この特性図は、ＬＣ共振周波数ｆLC（横軸）が６．
４ｋＨｚ及び５．３ｋＨｚの二つの場合について、信号
対雑音比Ｓ／Ｎ（縦軸）がどうなるかを示す。なお、Ｓ
／Ｎは、ノックがある場合のＢＰＦ出力Ｓとノックがな
い場合のＢＰＦ出力Ｎとの比であり、当然ながら、Ｓ／
Ｎが大きいほど、ノック検出性が良くなり、誤判定が少
なくなる。
によりノック検出性にどの程度の差が現れるかについて
の実験結果を例示する特性図である。この実験では、ノ
ック周波数ｆ0 ＝６．４ｋＨｚのエンジンを使用し、そ
のため、ノック周波数成分を抽出するためのバンドパス
フィルタ（ＢＰＦ）としては、中心周波数が６．４ｋＨ
ｚで、Ｑ値（先鋭度）が２０のものを使用した。そし
て、この特性図は、ＬＣ共振周波数ｆLC（横軸）が６．
４ｋＨｚ及び５．３ｋＨｚの二つの場合について、信号
対雑音比Ｓ／Ｎ（縦軸）がどうなるかを示す。なお、Ｓ
／Ｎは、ノックがある場合のＢＰＦ出力Ｓとノックがな
い場合のＢＰＦ出力Ｎとの比であり、当然ながら、Ｓ／
Ｎが大きいほど、ノック検出性が良くなり、誤判定が少
なくなる。
【００２７】この図からわかるように、ｆLC＝６．４ｋ
Ｈｚ（＝ｆ0 ）のとき、すなわちＬＣ共振周波数がノッ
ク周波数に一致するときに比較して、ｆLC＝５．３ｋＨ
ｚ（＜ｆ0 ）のとき、すなわちＬＣ共振周波数がノック
周波数からずれているときには、Ｓ／Ｎが向上する。
Ｈｚ（＝ｆ0 ）のとき、すなわちＬＣ共振周波数がノッ
ク周波数に一致するときに比較して、ｆLC＝５．３ｋＨ
ｚ（＜ｆ0 ）のとき、すなわちＬＣ共振周波数がノック
周波数からずれているときには、Ｓ／Ｎが向上する。
【００２８】図６は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）出
力の周波数特性を示す図である。ＢＰＦの中心周波数ｆ
0 は、通常、ノック周波数ｆ0 に一致するように設定さ
れるが、その中心周波数から外れた周波数に対してもあ
る程度の出力がある。最大出力から３ｄＢ低下する（す
なわち最大出力の１／√２となる）までの周波数域をバ
ンド幅（帯域幅）、３ｄＢ低下した点の周波数を遮断周
波数（カットオフ周波数）といい、遮断周波数には低域
遮断周波数と高域遮断周波数とがある。
力の周波数特性を示す図である。ＢＰＦの中心周波数ｆ
0 は、通常、ノック周波数ｆ0 に一致するように設定さ
れるが、その中心周波数から外れた周波数に対してもあ
る程度の出力がある。最大出力から３ｄＢ低下する（す
なわち最大出力の１／√２となる）までの周波数域をバ
ンド幅（帯域幅）、３ｄＢ低下した点の周波数を遮断周
波数（カットオフ周波数）といい、遮断周波数には低域
遮断周波数と高域遮断周波数とがある。
【００２９】バンド幅より外側の周波数に対しては、Ｂ
ＰＦの出力はかなり減衰せしめられるため、ＬＣ共振周
波数ｆLCを低域遮断周波数ｆc より小さく設定すれば、
より確実にＬＣ共振ノイズを取り除くことができること
となる。具体的には、 Ｑ＝２０ｌｏｇ10｛ｆ0 ／（ｆ0 −ｆc ）｝ であるため、 ｆLC＝１／２π√（Ｌ2 Ｃ2 ）＜ｆc ＝ｆ0 ／（１＋１
０-Q/20 ） が満足されるように、Ｌ2 及びＣ2 を設定すればよいこ
ととなる。一例として、Ｑ＝２０、ｆ0 ＝６．４ｋＨｚ
とした場合には、ｆLC＜５．８ｋＨｚとなるように、Ｌ
2 及びＣ2 が設定される。
ＰＦの出力はかなり減衰せしめられるため、ＬＣ共振周
波数ｆLCを低域遮断周波数ｆc より小さく設定すれば、
より確実にＬＣ共振ノイズを取り除くことができること
となる。具体的には、 Ｑ＝２０ｌｏｇ10｛ｆ0 ／（ｆ0 −ｆc ）｝ であるため、 ｆLC＝１／２π√（Ｌ2 Ｃ2 ）＜ｆc ＝ｆ0 ／（１＋１
０-Q/20 ） が満足されるように、Ｌ2 及びＣ2 を設定すればよいこ
ととなる。一例として、Ｑ＝２０、ｆ0 ＝６．４ｋＨｚ
とした場合には、ｆLC＜５．８ｋＨｚとなるように、Ｌ
2 及びＣ2 が設定される。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の態
様によれば、ノイズとなるＬＣ共振周波数がノックに特
有な周波数と一致しないように設定されるため、イオン
電流出力からノックに起因する周波数成分のみを正確に
検出することができ、ＬＣ共振電流に起因してノックの
誤判定がなされるのを防止することができる。また、本
発明の第２の態様によれば、ＬＣ共振周波数がずらされ
るのに加えて、点火コイル二次側のインダクタンスが大
きくされるため、点火プラグにおける火花放電時間が長
くなり、ノック検出性に加え着火性も向上する。さら
に、本発明の第３の態様によれば、ノックに起因する周
波数成分を抽出する際、一層確実に、ノイズとなるＬＣ
共振周波数成分を取り除くことができる。
様によれば、ノイズとなるＬＣ共振周波数がノックに特
有な周波数と一致しないように設定されるため、イオン
電流出力からノックに起因する周波数成分のみを正確に
検出することができ、ＬＣ共振電流に起因してノックの
誤判定がなされるのを防止することができる。また、本
発明の第２の態様によれば、ＬＣ共振周波数がずらされ
るのに加えて、点火コイル二次側のインダクタンスが大
きくされるため、点火プラグにおける火花放電時間が長
くなり、ノック検出性に加え着火性も向上する。さら
に、本発明の第３の態様によれば、ノックに起因する周
波数成分を抽出する際、一層確実に、ノイズとなるＬＣ
共振周波数成分を取り除くことができる。
【図１】本発明の一実施形態に係るノック検出装置の回
路構成を示す図である。
路構成を示す図である。
【図２】点火プラグにおいて火花放電が発生したときの
放電電流の流れを説明するための図である。
放電電流の流れを説明するための図である。
【図３】火花放電後のイオン電流の流れを説明するため
の図である。
の図である。
【図４】イオン電流に基づくノック処理の方法を説明す
るための図である。
るための図である。
【図５】ＬＣ共振周波数とノック検出性との関係を例示
する特性図である。
する特性図である。
【図６】バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）出力の周波数特
性を示す図である。
性を示す図である。
１…点火コイル
１ａ…一次巻線
１ｂ…二次巻線
２…バッテリ
３…トランジスタ
４…点火プラグ
４ａ…中心電極
４ｂ…外側電極
１０…イオン電流検出回路
１１…コンデンサ
１２…定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）
１３…ダイオード
１４…イオン電流検出抵抗
１６…反転増幅回路
１７…演算増幅器（オペアンプ）
１８…入力抵抗
１９…帰還抵抗
２０…処理回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 伊藤 康生
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式
会社デンソー内
(56)参考文献 特開 平９−15101（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−338298（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−217519（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02P 17/12
G01M 15/00
Claims (3)
- 【請求項１】 点火コイルと、 前記点火コイルの一次側に接続され、一次電流の通電及
び遮断を切り換えるスイッチング手段と、 前記点火コイルの二次側に接続され、前記スイッチング
手段による一次電流の遮断に伴い発生する二次側高電圧
により、シリンダ内の混合気を着火せしめる点火プラグ
と、 前記点火コイル二次側及び前記点火プラグとともにイオ
ン電流経路を構成するとともに、前記点火プラグに電圧
を印加し、混合気の燃焼時にシリンダ内に発生するイオ
ンを介して前記点火プラグに流れる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の出力信号からノックに特有な
周波数の成分を抽出し、ノックの有無を判定する処理手
段と、 を具備する、内燃機関のノック検出装置において、 前記点火コイル二次側のインダクタンスと前記イオン電
流経路に形成される浮遊容量とで決まるＬＣ共振周波数
が前記ノックに特有な周波数と一致しないように設定さ
れてい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】 前記点火コイル二次側のインダクタンス
が大きな値に設定されることにより、前記ＬＣ共振周波
数が前記ノックに特有な周波数より小さな値に設定され
てい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。 - 【請求項３】 前記ＬＣ共振周波数が、前記処理手段に
設けられたバンドパスフィルタの低域遮断周波数より小
さな値に設定されていることを特徴とする、請求項１又
は請求項２に記載の内燃機関のノック検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11136897A JP3506583B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 内燃機関のノック検出装置 |
| DE19818470A DE19818470C2 (de) | 1997-04-28 | 1998-04-24 | Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor |
| US09/066,176 US5959192A (en) | 1997-04-28 | 1998-04-24 | Knock detecting device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11136897A JP3506583B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 内燃機関のノック検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10299634A JPH10299634A (ja) | 1998-11-10 |
| JP3506583B2 true JP3506583B2 (ja) | 2004-03-15 |
Family
ID=14559431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11136897A Expired - Fee Related JP3506583B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 内燃機関のノック検出装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5959192A (ja) |
| JP (1) | JP3506583B2 (ja) |
| DE (1) | DE19818470C2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3129403B2 (ja) * | 1997-05-15 | 2001-01-29 | トヨタ自動車株式会社 | イオン電流検出装置 |
| JP3505419B2 (ja) * | 1999-01-27 | 2004-03-08 | 三菱電機株式会社 | 内燃機関の燃焼状態検出装置 |
| FR2794179B1 (fr) * | 1999-05-28 | 2002-06-14 | Sagem | Dispositif de controle d'allumage pour moteur a combustion interne et a allumage commande |
| JP3502580B2 (ja) * | 1999-09-16 | 2004-03-02 | 三菱電機株式会社 | 内燃機関のノック検出装置 |
| US6779517B2 (en) * | 2001-11-29 | 2004-08-24 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ignition device for internal combustion engine |
| US7137385B2 (en) * | 2002-11-01 | 2006-11-21 | Visteon Global Technologies, Inc. | Device to provide a regulated power supply for in-cylinder ionization detection by using the ignition coli fly back energy and two-stage regulation |
| US7179286B2 (en) * | 2003-02-21 | 2007-02-20 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Stent with stepped connectors |
| JP4269034B2 (ja) * | 2004-09-29 | 2009-05-27 | ヤマハ発動機株式会社 | 船舶用エンジン |
| JP2006177279A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | 内燃機関用イオン電流検出装置 |
| JP4544113B2 (ja) * | 2005-01-14 | 2010-09-15 | 株式会社デンソー | 内燃機関用点火装置におけるイオン電流検出回路 |
| US7798124B2 (en) * | 2006-09-28 | 2010-09-21 | Woodward Governor Company | Method and system for closed loop combustion control of a lean-burn reciprocating engine using ionization detection |
| FR2917565B1 (fr) * | 2007-06-12 | 2014-05-16 | Renault Sas | Dispositif de mesure dans un systeme d'allumage radiofrequence pour un moteur a combustion interne |
| US10934965B2 (en) | 2019-04-05 | 2021-03-02 | Woodward, Inc. | Auto-ignition control in a combustion engine |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2802202C2 (de) * | 1978-01-19 | 1986-09-04 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Einrichtung zur Erfassung von Druckschwankungen im Brennraum einer Brennkraftmaschine |
| DE3128554A1 (de) * | 1981-07-18 | 1983-02-03 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | "vorrichtung zum erkennen des klopfens bei brennkraftmaschinen" |
| DE3338271A1 (de) * | 1982-10-23 | 1984-04-26 | Atlas Fahrzeugtechnik GmbH, 5980 Werdohl | Schaltung zur klopferkennung fuer ottomotoren |
| JPS6157830A (ja) * | 1984-08-30 | 1986-03-24 | Nec Home Electronics Ltd | 異常燃焼判定方法および装置 |
| SE442345B (sv) * | 1984-12-19 | 1985-12-16 | Saab Scania Ab | Forfarande for detektering av joniseringsstrom i en tendkrets ingaende i en forbrenningsmotors tendsystem jemte arrangemang for detektering av joniseringsstrom i en forbrenningsmotors tendsystem med minst en tendkrets |
| JP3221944B2 (ja) * | 1992-09-25 | 2001-10-22 | 日信化学工業株式会社 | ゴム組成物 |
| JP3286458B2 (ja) * | 1994-03-03 | 2002-05-27 | ダイハツ工業株式会社 | イオン電流によるノック検出方法 |
| JPH08261129A (ja) * | 1995-03-20 | 1996-10-08 | Toyota Motor Corp | 内燃機関のプレイグニッション検出装置 |
| JP3477923B2 (ja) * | 1995-06-29 | 2003-12-10 | 三菱電機株式会社 | 内燃機関用燃焼状態検知装置 |
-
1997
- 1997-04-28 JP JP11136897A patent/JP3506583B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-04-24 DE DE19818470A patent/DE19818470C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-24 US US09/066,176 patent/US5959192A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10299634A (ja) | 1998-11-10 |
| DE19818470A1 (de) | 1998-11-12 |
| DE19818470C2 (de) | 2000-06-15 |
| US5959192A (en) | 1999-09-28 |
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