JP3593217B2 - 内燃機関のノッキング検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン電流による内燃機関のノッキング検出装置に係わり、特にスパイクノイズもしくは低負荷域において火炎の乱れに起因するノイズが発生した場合にも誤ってノッキング発生と検出することを防止することのできる内燃機関のノッキング検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンを燃料とする内燃機関では、ピストンで圧縮した混合気に点火栓で着火し、混合気を燃焼させることによって出力を得ている。即ち正常な燃焼においては、点火栓のギャップの近傍に混合気の火炎核が形成され、この火炎核が燃焼室全体に伝播する。
【０００３】
点火栓による点火時期は内燃機関出力と密接に関係しており、点火時期が遅すぎると火炎伝播速度も遅くなるため燃焼は緩慢となり燃焼効率の低下を招き、ひいては内燃機関出力も低下する。
逆に点火時期を早めると火炎の伝播が早まり燃焼最大圧力が上昇して内燃機関出力は増加する。しかし点火時期を過度に早めると、混合気が火炎の伝播を待たずに自己着火するノッキングが発生し、内燃機関を損傷するおそれも生じる。
【０００４】
即ち、点火時期をノッキングが発生する直前の領域（ＭＢＴ＝Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｐａｒｋ Ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ ）として内燃機関を運転することが燃費、出力の点で有利であり、ノッキングの発生を確実に検出することは極めて重要である。
従来からノッキングを検出するために振動センサの一種であるノックセンサが使用されてきたが、混合気の燃焼により燃焼室内にイオンが発生し、イオン電流が流れることを利用したノッキング検出装置も検討されている。
【０００５】
図１は内燃機関の点火回路の概略図であって、イグニッションコイル１１の１次コイル１１１の一端はバッテリ１２の正電極に接続されている。そして他の一端はイグナイタに含まれるスイッチング用のトランジスタ１３のコレクタ、エミッタを介して接地される。
なお、トランジスタ１３のベースは点火時期制御部１４に接続され、点火時期制御部１４からイグニッション信号ＩＧＴが出力されたときに導通する。
【０００６】
イグニッションコイル１１の２次コイル１１２の一端もバッテリ１２の正電極に接続されているが、他端は逆流防止用ダイオード１５、ディストリビュータ（図示せず）およびハイテンションケーブル１８を介して点火栓１６に接続される。
イオン電流検出部１７は逆流防止用ダイオード１５のカソード端に点火栓１６と並列に接続される。
【０００７】
イオン電流は、保護ダイオード１７１を介して電流−電圧変換抵抗１７２、バイアス電源１７３の直列回路に導かれる。電流−電圧変換抵抗１７２と保護ダイオード１７１との接続点に発生する電圧は直流成分カット用のコンデンサ１７４を介して、演算増幅器と抵抗とで構成される増幅回路１７５に導かれる。
従ってイオン電流検出部１７の出力端子１７６にはイオン電流の交流成分に比例した電圧信号が出力される。
【０００８】
図２は点火回路（図１）の各部の電圧波形図であって、上から順に、イグニッション信号ＩＧＴ、１次コイル接地端側（Ｐ点）電圧、２次コイル高電圧側（Ｓ点）電圧、増幅回路（Ｉ点）電圧を表す。なお、横軸は時間を表す。
時刻ｔ１ においてイグニッション信号ＩＧＴが“Ｈ”レベルとなりトランジスタ１３が導通状態となると、イグニッションコイル１１の１次コイル１１１の接地側端子Ｐの電圧は低下する。２次コイルの高電圧端子Ｓには時刻ｔ１ の直後に負の高電圧パルスが発生するが、点火栓１６およびイオン電流検出部１７への流れ込みは逆流防止用ダイオード１５に阻止される。
【０００９】
時刻ｔ２ においてイグニッション信号ＩＧＴが“Ｌ”レベルとなりトランジスタ１３が遮断状態となると、１次コイル１１１の接地側端子Ｐの電圧は急激に上昇し、２次コイルの接地側端子Ｓに正の高電圧パルスが発生する。
この正の高電圧パルスは逆流防止用ダイオード１５に阻止されることなく点火栓１６に流れ込み放電するが、イオン検出部１７への流れ込みは保護ダイオード１７１によって阻止される。
【００１０】
さらに、点火栓１６の放電後の時刻ｔ３ 〜ｔ４ にかけて、ハイテンションケーブル１８等が浮遊インダクタンスおよび浮遊キャパシタンスを有することに起因してイグニッションコイル１１に残留しているエネルギによるＬＣ共振が発生する。
気筒内の混合気は点火栓１６の放電により着火し、火炎が拡散するに応じて気筒内にイオンが発生するためイオン電流が流れ始める。イオン電流は気筒内圧力の上昇に応じて増加し、気筒内圧力の低下とともに減少する。
【００１１】
そして、内燃機関にノッキングが発生した場合には、イオン電流がピークに到達した後の減少時期に特定の周波数（約６ＫＨｚ）のノッキング信号が重畳する。
従って、イオン電流によってノッキングを検出するためには、この特定周波数のノッキング信号だけを検出し他の信号（例えばＬＣ共振波形）は除去することが好ましいため、余分な信号がなくなる時刻以後の時刻ｔ５ で開となりイオン電流減少後の適当な時刻（例えばＡＴＤＣ６０゜）ｔ６ で閉となるノッキングウインドを設け、ノッキングウインドが開となっている期間のイオン電流検出部１７の出力に基づきノッキングを検出することが好ましい。
【００１２】
図３はイオン電流によるノッキング検出装置の構成図であって、イオン電流検出部１７の出力はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）部３２、積分（あるいはピークホールド）部３３を介して処理部３４に取り込まれる。なお積分（あるいはピークホールド）部３３の動作は、点火後内燃機関回転数および負荷に応じて定まる所定時間後に開となり、開後クランク角度に換算して約５０°ＣＡに相当する時間後に閉となるウインドによって制御される。
【００１３】
ここで、イオン電流を検出する際の条件によらずノッキング検出精度を維持するためにイオン電流信号をノッキング周波数が比較的多量に含まれる帯域とノッキング周波数が比較的少量含まれる帯域とに分離し、それぞれの帯域の出力の比と予め定めた基準レベルとを比較することによりノッキングの発生を検出する「異常燃焼判定方法および装置」がすでに提案されている（特開昭６１−５７８３０公報参照）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、点火栓１６のコロナ放電等に起因するスパイクノイズは広い周波数スペクトルを有するためノッキング周波数にも影響を及ぼし、燃焼不安定に起因するノイズはノッキング周波数に極めて近接した周波数成分を有するため、単にノッキング周波数が比較的多量に含まれる帯域とノッキング周波数が比較的少量含まれる帯域とに分離することによってはノッキングを精度よく検出することはできない。
【００１５】
図４は課題の説明図であって、高負荷時正常燃焼状態、中負荷時正常燃焼状態、ノッキング発生時、スパイクノイズ発生時および低負荷時正常燃焼状態におけるイオン電流信号の波形を時間領域および周波数領域について示したものである。
即ち、高負荷および中負荷における正常燃焼状態においては、ノッキングウインドが開となっている間は時間領域ではイオン電流信号はゆっくりと上昇した後ゆっくりと下降する。従って、周波数領域では低周波数帯域でレベルが高くなりり高周波数帯域ではレベルは低くなる。
【００１６】
ノッキングが発生するとノッキングウインド開期間において約６ＫＨｚの振動成分が重畳するため、周波数領域において６ＫＨｚ近傍にピークが発生する。
ノッキングウインド開期間にスパイクノイズが発生した場合には、周波数領域のレベルは全体的に上昇しノッキング信号のピークとの分離が困難となる。
また、低負荷運転中は燃焼室内の火炎が乱れるため、比較的低周波数のノイズがイオン電流に重畳する。従って周波数領域では低周波数帯域のレベルが上昇しノッキング信号のピークとの分離が困難となる。
【００１７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、スパイクノイズもしくは低負荷域において火炎の乱れに起因するノイズが発生した場合にも誤ってノッキング発生と検出することを防止することのできる内燃機関のノッキング検出装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る内燃機関のノッキング検出装置は、内燃機関の燃焼室内に設置される一対の電極に電圧を印加し、燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオンを介してこの一対の電極間を流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、イオン電流検出手段の出力信号からノッキングの発生を表すノッキング周波数成分を抽出するノッキング周波数成分抽出手段と、ノッキング周波数成分抽出手段によって抽出されたノッキング周波数成分に基づいてノッキングが発生しているか否かを判定するノッキング発生判定手段と、イオン電流検出手段の出力信号から低負荷時の燃焼不安定に起因するノイズの発生を表す低負荷時ノイズ周波数成分を抽出する低負荷時ノイズ周波数成分抽出手段と、低負荷時ノイズ周波数成分抽出手段によって抽出された低負荷時ノイズ周波数成分のレベルが予め定められたしきい値レベルよりも大であるときにはノッキング発生判定手段によるノッキングが発生しているか否かの判定を禁止するノッキング発生判定禁止手段と、を具備する。
【００１９】
本装置にあっては、イオン電流信号から抽出されたノッキング周波数成分の信号に基づいてノッキングが発生しているか否かが判定されるが、イオン電流信号から抽出されたノッキング周波数より低い周波数を有する低負荷時ノイズ周波数成分が所定レベルより高いときはノッキングが発生しているとする誤判定を防止するためにノッキングが発生しているか否かの判定が禁止される。
【００２０】
第２の発明に係る内燃機関のノッキング検出装置は、ノッキング発生判定手段が、ノッキング周波数成分抽出手段によって抽出されたノッキング周波数成分のレベルが予め定められたしきい値レベルよりも大でありかつノッキング周波数成分抽出手段によって抽出されたノッキング周波数成分のレベルと低負荷時ノイズ周波数成分抽出手段によって抽出された低負荷時ノイズ周波数成分のレベルとの比が予め定められた基準値よりも大であるときにノッキング発生と判定するものである。
【００２１】
本装置にあっては、イオン電流信号から抽出されたノッキング周波数成分が所定レベル以上であり、かつノッキング周波数成分と低負荷時ノイズ周波数成分との比が所定値以上であるときにノッキングが発生したものと判定される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図５は本発明に係る内燃機関のノッキング検出装置の実施例の構成図であって、内燃機関５においてピストン５００、吸気弁５１０および排気弁５２０で画成される燃焼室５０１には、エアクリーナ５１１から吸入される吸入空気と燃料噴射弁５１５から噴射される燃料の混合気が供給される。
【００２３】
なお吸入空気量はエアフローメータ５１２で計測され、吸気管５１３の途中に配置されるスロットル弁５１４で調整される。
ピストン５００で圧縮された混合気は、ピストン５００の上死点近傍において点火栓１６の放電により着火し、燃焼により膨張してピストン５００を押し下げ駆動力を発生する。
【００２４】
燃焼後の排気ガスは排気弁５２０から排気管５２１に排出されるが、排気ガス中の酸素濃度は排気管５２１に設置される空燃比センサ５２２によって検出される。
また内燃機関５を冷却する冷却水の温度はウオータジャケット５０２に挿入された冷却水温度センサ５０３によって検出される。
【００２５】
燃焼室５０１内を流れるイオン電流は点火栓１６、イオン検出部１７を介してＬＣ共振マスク部３１に導かれる。ＬＣ共振マスク部３１の出力は、ノッキングに特有の周波数成分（６ＫＨｚ）だけを通過させるバンドパフィルタ３２を介してバンドパフィルタ３２の出力のピーク値を保持するピークホールド部３３に供給されるだけでなく、低負荷時に火炎が不安定となることに起因して発生するノイズに特有の周波数成分（約４ＫＨｚ）の周波数成分だけを通過させる低負荷時ノイズバンドパススフィルタ３２１を介して低負荷時ノイズピークホールド部３３１にも供給される。なおスパイクノイズは広帯域の周波数スペクトルを有するため、スパイクノイズが発生した場合にも低負荷時ノイズバンドパススフィルタ３２１に出力は上昇する。即ち、低負荷時ノイズピークホールド部３３１の出力を取り込むことによってスパイクノイズも検出することが可能である。
【００２６】
ピークホールド部３３および低負荷時ノイズピークホールド部３３１はそれぞれ処理部５５に接続される。
処理部５５はマイクロコンピュータシステムであって、バス５５０を中心として、アナログ入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５５１、ディジタル入力Ｉ／Ｆ５５２、出力Ｉ／Ｆ５５３、ＣＰＵ５５４およびメモリ５５５から構成される。
【００２７】
即ちピークホールド部３３および低負荷時ノイズピークホールド部３３１の出力はアナログ入力Ｉ／Ｆ５５１に接続されるが、アナログ入力Ｉ／Ｆ５５１にはエアフローメータ５１２、冷却水温度センサ５０３および空燃比センサ５２２も接続される。
出力Ｉ／Ｆ５５３からは燃料噴射弁５１５に対する開弁指令が出力されるほか、点火指令信号ＩＧＴおよびイオン電流取り込み制御信号が出力される。
【００２８】
即ち点火指令信号ＩＧＴはイグニッションコイル１１で昇圧され、ディストリビュータ５０４を介して点火栓１６に送られる。なお、ディストリビュータ５０４は例えば３０°ＣＡ（クランク角）ごとにパルス信号を発生するクランク角センサ５０５および例えば７２０°ＣＡごとにパルス信号を発生する基準角センサ５０６を内蔵し、それぞれの出力はディジタル入力Ｉ／Ｆ５５２を介して処理部５５に取り込まれ、内燃機関回転数Ｎｅの算出、燃料噴射弁５１５の開閉時期制御および点火指令信号ＩＧＴの出力時期制御に使用される。
【００２９】
また、イオン電流取り込み制御信号はＬＣ共振マスク部３１をＬＣ共振が発生している間オフとしてＬＣ共振波形が取り込まれることを防止するほか、ピークホールド部３３、低負荷時ノイズピークホールド部３３１にも供給され前記のノッキングウインドの期間内のピークホールド部３３、低負荷時ノイズピークホールド部３３１の動作を許容する。
【００３０】
図６は、処理部５５のＣＰＵ５５４で実行されるノッキング制御ルーチンのフローチャートであって、内燃機関５の各気筒の点火時期演算タイミング毎に実行される。即ち各変数は気筒毎に定められる。
ステップ６０でピークホールド部３３にホールドされたノッキング周波数ピーク値ＶＫＮおよび低負荷時ノイズピークホールド部３３１にホールドされたノイズ周波数ピーク値ＶＮＮを読み込む。
【００３１】
ステップ６１においてノイズ周波数ピーク値ＶＮＮが予め定められた所定しきい値レベルＶＴＨより大きいか、即ちイオン電流中に予め定めた所定レベル以上のノイズ周波数成分が検出されたかを判定する。
ステップ６１で否定判定されたとき、即ちイオン電流中に予め定めた所定レベル以上のノイズ周波数成分が検出されないときはステップ６２に進み、ノッキング周波数ピーク値ＶＫＮとノイズ周波数ピーク値ＶＮＮの比（ＶＫＮ／ＶＮＮ）が所定比率ＲＴＨ以上であるかを判定する。
【００３２】
ここで所定比率ＲＴＨは内燃機関回転数Ｎｅおよび点火時期ＴＩの関数として定められるが、内燃機関回転数が高になるほど、点火時期が進角するほど小となる。
ＲＴＨ←ＲＴＨ（Ｎｅ，ＴＩ）
ここで、所定比率ＲＴＨが内燃機関回転数が高になるほど、点火時期が進角するほど小となる理由は以下の通りである。
【００３３】
図７は回転数および点火時期がイオン電流信号に及ぼす影響の説明図であって、（イ）は時間領域の波形を、（ロ）は周波数領域の波形を示す。また破線は低回転数（例えば２０００ｒｐｍ）時もしくは点火時期遅角時を、実線は高回転数（例えば６０００ｒｐｍ）時もしくは点火時期進角時を表す。
即ち時間領域では、回転数が高となるほど、あるいは点火時期が進角するほど混合気の着火後に生じるイオン電流信号のピークは高くなりかつ早期に生じるようになる。なお、ノッキングが発生するとイオン電流信号のピーク後の減少時に約６ＫＨｚの振動が重畳する。
【００３４】
周波数領域においては周波数が高になるほどレベルが減少するが、６ＫＨｚにノッキングのピークが発生する。なおノッキング強度が同じであれば６ＫＨｚのピークの高さは同じとなる。そして回転数が高となるほど、あるいは点火時期が進角するほど周波数スペクトルは周波数の高い方向に移動する。
従って、回転数が低であるとき、あるいは点火時期が遅角しているときの６ＫＨｚのピークＶＫＮＬ と４ＫＨｚ成分ＶＮＮＬ との比ＶＫＮＬ ／ＶＮＮＬ よりも回転数が高であるとき、あるいは点火時期が進角しているときの６ＫＨｚのピークＶＫＮＨ と４ＫＨｚ成分ＶＮＮＨ との比ＶＫＮＨ ／ＶＮＮＨ は小となる。
【００３５】
ステップ６２で肯定判定されたときは、ノッキングの発生を検出できるものとしてステップ６３に進みバックグランドＶＢＧ算出処理を実行するが、処理の内容は後述する。
ステップ６４において、イオン電流のピークＶＫＮがバックグランドＶＢＧの予め定められた第１の係数（Ｋ１）倍以上であるかを判定する。そして肯定判定されたときは、ステップ６５においてイオン電流のピークＶＫＮがバックグランドＶＢＧの予め定められた第２の係数（Ｋ２）倍以上であるかを判定する。ここで、０＜Ｋ１＜Ｋ２とする。
【００３６】
ステップ６５で肯定判定されたとき、即ちノッキングが大きいときには、ステップ６６で点火時期補正値ΔＴＩを予め定められた大遅角量（−ＤＴＨ）に設定してステップ６９に進む。
ステップ６５で否定判定されたとき、即ちノッキングは発生しているものの小さいと判断されるときは、ステップ６７で点火時期補正値ΔＴＩを予め定められた小遅角量（−ＤＴＬ）に設定してステップ６９に進む。
【００３７】
なお、ステップ６１で肯定判定されたときあるいはステップ６２で否定判定されたときは、ノイズ周波数成分が大きくノッキング周波数成分が埋没してしまうときは、ノッキングが発生しているか否かの判定に誤りが生じるおそれがあるためノッキングは発生していないものとみなしてステップ６８で点火時期補正値ΔＴＩを予め定められた進角量ＬＴに設定してステップ６９に進む。
【００３８】
さらに、ステップ６４で否定判定されたとき、即ち実際にノッキングが発生していないと判断されるときもステップ６８に進む。
ここで０＜ＬＴ＜＜ＤＴＬ＜ＤＴＨとするが、これはノッキングが発生していないときに徐々に点火時期を進角し、ノッキングが発生したときには一挙に点火時期を遅角させてノッキングを抑制するためである。さらに本実施例においてはノッキングレベルが高いときには遅角量を大きくして抑制効果を高めている。
【００３９】
そして、ステップ６９で点火時期制御処理を実行してこのルーチンを終了するが、点火時期制御処理については後述する。
図８はノッキング制御ルーチンのステップ６３で実行されるバックグランド算出処理のフローチャートであって、ステップ６３０で次式に基づいて更新量ＤＬＢＧが算出される。
【００４０】
ＤＬＢＧ←｜ＶＢＧｉ−１ −ＶＫＮ｜／４
ここでＶＢＧｉ−１ は前回の演算で算出されたバックグランドであり、更新量ＤＬＢＧは前回の演算までのバックグランドと今回のピーク値ＶＫＮとの差の絶対値の１／４の値として算出される。
ステップ６３１およびステップ６３２において更新量ＤＬＢＧが予め定められた上限ガード値ＧＤＬＢＧ以下に制限される。
【００４１】
ステップ６３３およびステップ６３４において今回のピーク値ＶＫＮがＶＢＧｉ−１ ×１以上の所定係数（例えば１．５）以上であるか、ＶＢＧｉ−１ ×所定係数以下ＶＢＧｉ−１ 以上であるか、ＶＢＧｉ−１ 以下であるかが判定される。
そしてＶＢＧｉ−１ ×所定係数以上であるときは、ステップ６３５で次式によりバックグランドＶＢＧを更新する。
【００４２】
ＶＢＧ←ＶＢＧｉ−１ ＋ＤＬＢＧ
ＶＢＧｉ−１ ×所定係数以下ＶＢＧｉ−１ 以上であるときは、ステップ６３６で次式によりバックグランドＶＢＧを更新する。
ＶＢＧ←ＶＢＧｉ−１ ＋ＤＬＢＧ＋α
ＶＢＧｉ−１ 以下であるときは、ステップ６３７で次式によりバックグランドＶＢＧを更新する。
【００４３】
ＶＢＧ←ＶＢＧｉ−１ ＋ＤＬＢＧ−α
ここで、αはバックグランドＶＢＧを適切な範囲の値とするための調整係数である。
最後に、ステップ６３８において次回の演算に備えてＶＢＧｉ−１ を今回算出されたバックグランドＶＢＧに設定してこの処理を終了する。
【００４４】
図９はノッキング制御ルーチンのステップ６９で実行される点火時期制御処理のフローチャートであって、ステップ６９０でクランク角センサ５０５から出力されるパルスに基づいて決定される内燃機関回転数Ｎｅおよびエアフローメタ５１２で検出される吸入空気量Ｑａを読み込み、ステップ６９１で内燃機関回転数Ｎｅおよび吸入空気量Ｑａの関数として次式により基準点火時期ＴＢが算出される。
【００４５】
ＴＢ←ＴＢ（Ｎｅ，Ｑａ）
ステップ６９２で前回算出された点火時期ＴＩｉ−１ に点火時期補正値ΔＴＩを加算して今回の点火時期ＴＩを算出する。
ＴＩ←ＴＩｉ−１ ＋ΔＴＩ
なお、本実施例においては正数を加算したときに点火時期は進角し、正数を減算したときに点火時期は遅角するものとする。
【００４６】
そして、ステップ６９３および６９４で今回の点火時期ＴＩが最進角点火時期である基準点火時期ＴＢと予め定められた最遅角点火時期ＴＤの間にあるかが判定される。
即ち、今回の点火時期ＴＩが基準点火時期ＴＢ以上であればステップ６９３で肯定判定され、ステップ６９５で今回の点火時期ＴＩを基準点火時期ＴＢに置き換えてステップ６９７に進む。
【００４７】
逆に、今回の点火時期ＴＩが最遅角点火時期ＴＤ以下であればステップ６９４で肯定判定され、ステップ６９６で今回の点火時期ＴＩを最遅角点火時期ＴＤに置き換えてステップ６９７に進む。なお、今回の点火時期ＴＩが基準点火時期ＴＢと最遅角点火時期ＴＤの間にあるときは直接ステップ６９７に進む。
そして、ステップ６９７で出力Ｉ／Ｆ５５３を介してイグニッションコイル１１に点火指令信号ＩＧＴを出力し、ステップ６９８で次回の演算に備えて前回算出された点火時期ＴＩｉ−１ を今回の点火時期ＴＩに更新してこの処理を終了する。
【００４８】
上記実施例においては、バンドパスフィルタ３２、ピークホールド部３３、低負荷時ノイズバンドパススフィルタ３２１および低負荷時ノイズピークホールド部３３１等ハードウエアによって内燃機関のノッキング検出装置を使用しているが、ＬＣ共振マスク部３１の出力を直接コンピュータに取り込みＦＦＴ等を使用して周波数分析し、周波数スペクトルパターンに基づいてノイズ成分とノッキング成分とに分割することも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関のノッキング検出装置によれば、イオン電流信号から抽出されたノッキング周波数より低い周波数を有する低負荷時ノイズ周波数成分が所定レベルより高いときはノッキングが発生しているか否かの判定を禁止することにより、低負荷時の燃焼不安定に起因するノイズあるいはスパイクノイズが発生した場合にもノッキングが発生しているとする誤判定を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の点火回路の概略図である。
【図２】点火回路の各部の電圧波形図である。
【図３】イオン電流によるノッキング検出装置の構成図である。
【図４】課題の説明図である。
【図５】本発明に係る内燃機関のノッキング検出装置の実施例の構成図である。
【図６】ノッキング制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】回転数および点火時期がイオン電流信号に及ぼす影響の説明図である。
【図８】バックグランド算出処理のフローチャートである。
【図９】点火時期制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
５…内燃機関
１１…イグニッションコイル
１６…点火栓
１７…イオン電流検出部
３１…ＬＣ共振マスク部
３２…バンドパスフィルタ
３２１…低負荷時ノイズバンドパスフィルタ
３３…ピークホールド部
３３１…低負荷時ノイズピークホールド部
５００…ピストン
５０１…燃焼室
５０２…ウオータジャケット
５０３…冷却水温度センサ
５０４…ディストリビュータ
５０５…クランク角センサ
５０６…基準角センサ
５１０…吸気弁
５１１…エアクリーナ
５１２…エアフローメータ
５１３…吸気管
５１４…スロットル弁
５１５…燃料噴射弁
５２０…排気弁
５２１…排気管
５２２…空燃比センサ
５５…処理部
５５０…バス
５５１…アナログ入力Ｉ／Ｆ
５５２…ディジタル入力Ｉ／Ｆ
５５３…出力Ｉ／Ｆ
５５４…ＣＰＵ
５５５…メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン電流による内燃機関のノッキング検出装置に係わり、特にスパイクノイズもしくは低負荷域において火炎の乱れに起因するノイズが発生した場合にも誤ってノッキング発生と検出することを防止することのできる内燃機関のノッキング検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンを燃料とする内燃機関では、ピストンで圧縮した混合気に点火栓で着火し、混合気を燃焼させることによって出力を得ている。即ち正常な燃焼においては、点火栓のギャップの近傍に混合気の火炎核が形成され、この火炎核が燃焼室全体に伝播する。
【０００３】
点火栓による点火時期は内燃機関出力と密接に関係しており、点火時期が遅すぎると火炎伝播速度も遅くなるため燃焼は緩慢となり燃焼効率の低下を招き、ひいては内燃機関出力も低下する。
逆に点火時期を早めると火炎の伝播が早まり燃焼最大圧力が上昇して内燃機関出力は増加する。しかし点火時期を過度に早めると、混合気が火炎の伝播を待たずに自己着火するノッキングが発生し、内燃機関を損傷するおそれも生じる。
【０００４】
即ち、点火時期をノッキングが発生する直前の領域（ＭＢＴ＝Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｐａｒｋ Ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ ）として内燃機関を運転することが燃費、出力の点で有利であり、ノッキングの発生を確実に検出することは極めて重要である。
従来からノッキングを検出するために振動センサの一種であるノックセンサが使用されてきたが、混合気の燃焼により燃焼室内にイオンが発生し、イオン電流が流れることを利用したノッキング検出装置も検討されている。
【０００５】
図１は内燃機関の点火回路の概略図であって、イグニッションコイル１１の１次コイル１１１の一端はバッテリ１２の正電極に接続されている。そして他の一端はイグナイタに含まれるスイッチング用のトランジスタ１３のコレクタ、エミッタを介して接地される。
なお、トランジスタ１３のベースは点火時期制御部１４に接続され、点火時期制御部１４からイグニッション信号ＩＧＴが出力されたときに導通する。
【０００６】
イグニッションコイル１１の２次コイル１１２の一端もバッテリ１２の正電極に接続されているが、他端は逆流防止用ダイオード１５、ディストリビュータ（図示せず）およびハイテンションケーブル１８を介して点火栓１６に接続される。
イオン電流検出部１７は逆流防止用ダイオード１５のカソード端に点火栓１６と並列に接続される。
【０００７】
イオン電流は、保護ダイオード１７１を介して電流−電圧変換抵抗１７２、バイアス電源１７３の直列回路に導かれる。電流−電圧変換抵抗１７２と保護ダイオード１７１との接続点に発生する電圧は直流成分カット用のコンデンサ１７４を介して、演算増幅器と抵抗とで構成される増幅回路１７５に導かれる。
従ってイオン電流検出部１７の出力端子１７６にはイオン電流の交流成分に比例した電圧信号が出力される。
【０００８】
図２は点火回路（図１）の各部の電圧波形図であって、上から順に、イグニッション信号ＩＧＴ、１次コイル接地端側（Ｐ点）電圧、２次コイル高電圧側（Ｓ点）電圧、増幅回路（Ｉ点）電圧を表す。なお、横軸は時間を表す。
時刻ｔ１ においてイグニッション信号ＩＧＴが“Ｈ”レベルとなりトランジスタ１３が導通状態となると、イグニッションコイル１１の１次コイル１１１の接地側端子Ｐの電圧は低下する。２次コイルの高電圧端子Ｓには時刻ｔ１ の直後に負の高電圧パルスが発生するが、点火栓１６およびイオン電流検出部１７への流れ込みは逆流防止用ダイオード１５に阻止される。
【０００９】
時刻ｔ２ においてイグニッション信号ＩＧＴが“Ｌ”レベルとなりトランジスタ１３が遮断状態となると、１次コイル１１１の接地側端子Ｐの電圧は急激に上昇し、２次コイルの接地側端子Ｓに正の高電圧パルスが発生する。
この正の高電圧パルスは逆流防止用ダイオード１５に阻止されることなく点火栓１６に流れ込み放電するが、イオン検出部１７への流れ込みは保護ダイオード１７１によって阻止される。
【００１０】
さらに、点火栓１６の放電後の時刻ｔ３ 〜ｔ４ にかけて、ハイテンションケーブル１８等が浮遊インダクタンスおよび浮遊キャパシタンスを有することに起因してイグニッションコイル１１に残留しているエネルギによるＬＣ共振が発生する。
気筒内の混合気は点火栓１６の放電により着火し、火炎が拡散するに応じて気筒内にイオンが発生するためイオン電流が流れ始める。イオン電流は気筒内圧力の上昇に応じて増加し、気筒内圧力の低下とともに減少する。
【００１１】
そして、内燃機関にノッキングが発生した場合には、イオン電流がピークに到達した後の減少時期に特定の周波数（約６ＫＨｚ）のノッキング信号が重畳する。
従って、イオン電流によってノッキングを検出するためには、この特定周波数のノッキング信号だけを検出し他の信号（例えばＬＣ共振波形）は除去することが好ましいため、余分な信号がなくなる時刻以後の時刻ｔ５ で開となりイオン電流減少後の適当な時刻（例えばＡＴＤＣ６０゜）ｔ６ で閉となるノッキングウインドを設け、ノッキングウインドが開となっている期間のイオン電流検出部１７の出力に基づきノッキングを検出することが好ましい。
【００１２】
図３はイオン電流によるノッキング検出装置の構成図であって、イオン電流検出部１７の出力はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）部３２、積分（あるいはピークホールド）部３３を介して処理部３４に取り込まれる。なお積分（あるいはピークホールド）部３３の動作は、点火後内燃機関回転数および負荷に応じて定まる所定時間後に開となり、開後クランク角度に換算して約５０°ＣＡに相当する時間後に閉となるウインドによって制御される。
【００１３】
ここで、イオン電流を検出する際の条件によらずノッキング検出精度を維持するためにイオン電流信号をノッキング周波数が比較的多量に含まれる帯域とノッキング周波数が比較的少量含まれる帯域とに分離し、それぞれの帯域の出力の比と予め定めた基準レベルとを比較することによりノッキングの発生を検出する「異常燃焼判定方法および装置」がすでに提案されている（特開昭６１−５７８３０公報参照）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、点火栓１６のコロナ放電等に起因するスパイクノイズは広い周波数スペクトルを有するためノッキング周波数にも影響を及ぼし、燃焼不安定に起因するノイズはノッキング周波数に極めて近接した周波数成分を有するため、単にノッキング周波数が比較的多量に含まれる帯域とノッキング周波数が比較的少量含まれる帯域とに分離することによってはノッキングを精度よく検出することはできない。
【００１５】
図４は課題の説明図であって、高負荷時正常燃焼状態、中負荷時正常燃焼状態、ノッキング発生時、スパイクノイズ発生時および低負荷時正常燃焼状態におけるイオン電流信号の波形を時間領域および周波数領域について示したものである。
即ち、高負荷および中負荷における正常燃焼状態においては、ノッキングウインドが開となっている間は時間領域ではイオン電流信号はゆっくりと上昇した後ゆっくりと下降する。従って、周波数領域では低周波数帯域でレベルが高くなりり高周波数帯域ではレベルは低くなる。
【００１６】
ノッキングが発生するとノッキングウインド開期間において約６ＫＨｚの振動成分が重畳するため、周波数領域において６ＫＨｚ近傍にピークが発生する。
ノッキングウインド開期間にスパイクノイズが発生した場合には、周波数領域のレベルは全体的に上昇しノッキング信号のピークとの分離が困難となる。
また、低負荷運転中は燃焼室内の火炎が乱れるため、比較的低周波数のノイズがイオン電流に重畳する。従って周波数領域では低周波数帯域のレベルが上昇しノッキング信号のピークとの分離が困難となる。
【００１７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、スパイクノイズもしくは低負荷域において火炎の乱れに起因するノイズが発生した場合にも誤ってノッキング発生と検出することを防止することのできる内燃機関のノッキング検出装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る内燃機関のノッキング検出装置は、内燃機関の燃焼室内に設置される一対の電極に電圧を印加し、燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオンを介してこの一対の電極間を流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、イオン電流検出手段の出力信号からノッキングの発生を表すノッキング周波数成分を抽出するノッキング周波数成分抽出手段と、ノッキング周波数成分抽出手段によって抽出されたノッキング周波数成分に基づいてノッキングが発生しているか否かを判定するノッキング発生判定手段と、イオン電流検出手段の出力信号から低負荷時の燃焼不安定に起因するノイズの発生を表す低負荷時ノイズ周波数成分を抽出する低負荷時ノイズ周波数成分抽出手段と、低負荷時ノイズ周波数成分抽出手段によって抽出された低負荷時ノイズ周波数成分のレベルが予め定められたしきい値レベルよりも大であるときにはノッキング発生判定手段によるノッキングが発生しているか否かの判定を禁止するノッキング発生判定禁止手段と、を具備する。
【００１９】
本装置にあっては、イオン電流信号から抽出されたノッキング周波数成分の信号に基づいてノッキングが発生しているか否かが判定されるが、イオン電流信号から抽出されたノッキング周波数より低い周波数を有する低負荷時ノイズ周波数成分が所定レベルより高いときはノッキングが発生しているとする誤判定を防止するためにノッキングが発生しているか否かの判定が禁止される。
【００２０】
第２の発明に係る内燃機関のノッキング検出装置は、ノッキング発生判定手段が、ノッキング周波数成分抽出手段によって抽出されたノッキング周波数成分のレベルが予め定められたしきい値レベルよりも大でありかつノッキング周波数成分抽出手段によって抽出されたノッキング周波数成分のレベルと低負荷時ノイズ周波数成分抽出手段によって抽出された低負荷時ノイズ周波数成分のレベルとの比が予め定められた基準値よりも大であるときにノッキング発生と判定するものである。
【００２１】
本装置にあっては、イオン電流信号から抽出されたノッキング周波数成分が所定レベル以上であり、かつノッキング周波数成分と低負荷時ノイズ周波数成分との比が所定値以上であるときにノッキングが発生したものと判定される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図５は本発明に係る内燃機関のノッキング検出装置の実施例の構成図であって、内燃機関５においてピストン５００、吸気弁５１０および排気弁５２０で画成される燃焼室５０１には、エアクリーナ５１１から吸入される吸入空気と燃料噴射弁５１５から噴射される燃料の混合気が供給される。
【００２３】
なお吸入空気量はエアフローメータ５１２で計測され、吸気管５１３の途中に配置されるスロットル弁５１４で調整される。
ピストン５００で圧縮された混合気は、ピストン５００の上死点近傍において点火栓１６の放電により着火し、燃焼により膨張してピストン５００を押し下げ駆動力を発生する。
【００２４】
燃焼後の排気ガスは排気弁５２０から排気管５２１に排出されるが、排気ガス中の酸素濃度は排気管５２１に設置される空燃比センサ５２２によって検出される。
また内燃機関５を冷却する冷却水の温度はウオータジャケット５０２に挿入された冷却水温度センサ５０３によって検出される。
【００２５】
燃焼室５０１内を流れるイオン電流は点火栓１６、イオン検出部１７を介してＬＣ共振マスク部３１に導かれる。ＬＣ共振マスク部３１の出力は、ノッキングに特有の周波数成分（６ＫＨｚ）だけを通過させるバンドパフィルタ３２を介してバンドパフィルタ３２の出力のピーク値を保持するピークホールド部３３に供給されるだけでなく、低負荷時に火炎が不安定となることに起因して発生するノイズに特有の周波数成分（約４ＫＨｚ）の周波数成分だけを通過させる低負荷時ノイズバンドパススフィルタ３２１を介して低負荷時ノイズピークホールド部３３１にも供給される。なおスパイクノイズは広帯域の周波数スペクトルを有するため、スパイクノイズが発生した場合にも低負荷時ノイズバンドパススフィルタ３２１に出力は上昇する。即ち、低負荷時ノイズピークホールド部３３１の出力を取り込むことによってスパイクノイズも検出することが可能である。
【００２６】
ピークホールド部３３および低負荷時ノイズピークホールド部３３１はそれぞれ処理部５５に接続される。
処理部５５はマイクロコンピュータシステムであって、バス５５０を中心として、アナログ入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５５１、ディジタル入力Ｉ／Ｆ５５２、出力Ｉ／Ｆ５５３、ＣＰＵ５５４およびメモリ５５５から構成される。
【００２７】
即ちピークホールド部３３および低負荷時ノイズピークホールド部３３１の出力はアナログ入力Ｉ／Ｆ５５１に接続されるが、アナログ入力Ｉ／Ｆ５５１にはエアフローメータ５１２、冷却水温度センサ５０３および空燃比センサ５２２も接続される。
出力Ｉ／Ｆ５５３からは燃料噴射弁５１５に対する開弁指令が出力されるほか、点火指令信号ＩＧＴおよびイオン電流取り込み制御信号が出力される。
【００２８】
即ち点火指令信号ＩＧＴはイグニッションコイル１１で昇圧され、ディストリビュータ５０４を介して点火栓１６に送られる。なお、ディストリビュータ５０４は例えば３０°ＣＡ（クランク角）ごとにパルス信号を発生するクランク角センサ５０５および例えば７２０°ＣＡごとにパルス信号を発生する基準角センサ５０６を内蔵し、それぞれの出力はディジタル入力Ｉ／Ｆ５５２を介して処理部５５に取り込まれ、内燃機関回転数Ｎｅの算出、燃料噴射弁５１５の開閉時期制御および点火指令信号ＩＧＴの出力時期制御に使用される。
【００２９】
また、イオン電流取り込み制御信号はＬＣ共振マスク部３１をＬＣ共振が発生している間オフとしてＬＣ共振波形が取り込まれることを防止するほか、ピークホールド部３３、低負荷時ノイズピークホールド部３３１にも供給され前記のノッキングウインドの期間内のピークホールド部３３、低負荷時ノイズピークホールド部３３１の動作を許容する。
【００３０】
図６は、処理部５５のＣＰＵ５５４で実行されるノッキング制御ルーチンのフローチャートであって、内燃機関５の各気筒の点火時期演算タイミング毎に実行される。即ち各変数は気筒毎に定められる。
ステップ６０でピークホールド部３３にホールドされたノッキング周波数ピーク値ＶＫＮおよび低負荷時ノイズピークホールド部３３１にホールドされたノイズ周波数ピーク値ＶＮＮを読み込む。
【００３１】
ステップ６１においてノイズ周波数ピーク値ＶＮＮが予め定められた所定しきい値レベルＶＴＨより大きいか、即ちイオン電流中に予め定めた所定レベル以上のノイズ周波数成分が検出されたかを判定する。
ステップ６１で否定判定されたとき、即ちイオン電流中に予め定めた所定レベル以上のノイズ周波数成分が検出されないときはステップ６２に進み、ノッキング周波数ピーク値ＶＫＮとノイズ周波数ピーク値ＶＮＮの比（ＶＫＮ／ＶＮＮ）が所定比率ＲＴＨ以上であるかを判定する。
【００３２】
ここで所定比率ＲＴＨは内燃機関回転数Ｎｅおよび点火時期ＴＩの関数として定められるが、内燃機関回転数が高になるほど、点火時期が進角するほど小となる。
ＲＴＨ←ＲＴＨ（Ｎｅ，ＴＩ）
ここで、所定比率ＲＴＨが内燃機関回転数が高になるほど、点火時期が進角するほど小となる理由は以下の通りである。
【００３３】
図７は回転数および点火時期がイオン電流信号に及ぼす影響の説明図であって、（イ）は時間領域の波形を、（ロ）は周波数領域の波形を示す。また破線は低回転数（例えば２０００ｒｐｍ）時もしくは点火時期遅角時を、実線は高回転数（例えば６０００ｒｐｍ）時もしくは点火時期進角時を表す。
即ち時間領域では、回転数が高となるほど、あるいは点火時期が進角するほど混合気の着火後に生じるイオン電流信号のピークは高くなりかつ早期に生じるようになる。なお、ノッキングが発生するとイオン電流信号のピーク後の減少時に約６ＫＨｚの振動が重畳する。
【００３４】
周波数領域においては周波数が高になるほどレベルが減少するが、６ＫＨｚにノッキングのピークが発生する。なおノッキング強度が同じであれば６ＫＨｚのピークの高さは同じとなる。そして回転数が高となるほど、あるいは点火時期が進角するほど周波数スペクトルは周波数の高い方向に移動する。
従って、回転数が低であるとき、あるいは点火時期が遅角しているときの６ＫＨｚのピークＶＫＮＬ と４ＫＨｚ成分ＶＮＮＬ との比ＶＫＮＬ ／ＶＮＮＬ よりも回転数が高であるとき、あるいは点火時期が進角しているときの６ＫＨｚのピークＶＫＮＨ と４ＫＨｚ成分ＶＮＮＨ との比ＶＫＮＨ ／ＶＮＮＨ は小となる。
【００３５】
ステップ６２で肯定判定されたときは、ノッキングの発生を検出できるものとしてステップ６３に進みバックグランドＶＢＧ算出処理を実行するが、処理の内容は後述する。
ステップ６４において、イオン電流のピークＶＫＮがバックグランドＶＢＧの予め定められた第１の係数（Ｋ１）倍以上であるかを判定する。そして肯定判定されたときは、ステップ６５においてイオン電流のピークＶＫＮがバックグランドＶＢＧの予め定められた第２の係数（Ｋ２）倍以上であるかを判定する。ここで、０＜Ｋ１＜Ｋ２とする。
【００３６】
ステップ６５で肯定判定されたとき、即ちノッキングが大きいときには、ステップ６６で点火時期補正値ΔＴＩを予め定められた大遅角量（−ＤＴＨ）に設定してステップ６９に進む。
ステップ６５で否定判定されたとき、即ちノッキングは発生しているものの小さいと判断されるときは、ステップ６７で点火時期補正値ΔＴＩを予め定められた小遅角量（−ＤＴＬ）に設定してステップ６９に進む。
【００３７】
なお、ステップ６１で肯定判定されたときあるいはステップ６２で否定判定されたときは、ノイズ周波数成分が大きくノッキング周波数成分が埋没してしまうときは、ノッキングが発生しているか否かの判定に誤りが生じるおそれがあるためノッキングは発生していないものとみなしてステップ６８で点火時期補正値ΔＴＩを予め定められた進角量ＬＴに設定してステップ６９に進む。
【００３８】
さらに、ステップ６４で否定判定されたとき、即ち実際にノッキングが発生していないと判断されるときもステップ６８に進む。
ここで０＜ＬＴ＜＜ＤＴＬ＜ＤＴＨとするが、これはノッキングが発生していないときに徐々に点火時期を進角し、ノッキングが発生したときには一挙に点火時期を遅角させてノッキングを抑制するためである。さらに本実施例においてはノッキングレベルが高いときには遅角量を大きくして抑制効果を高めている。
【００３９】
そして、ステップ６９で点火時期制御処理を実行してこのルーチンを終了するが、点火時期制御処理については後述する。
図８はノッキング制御ルーチンのステップ６３で実行されるバックグランド算出処理のフローチャートであって、ステップ６３０で次式に基づいて更新量ＤＬＢＧが算出される。
【００４０】
ＤＬＢＧ←｜ＶＢＧｉ−１ −ＶＫＮ｜／４
ここでＶＢＧｉ−１ は前回の演算で算出されたバックグランドであり、更新量ＤＬＢＧは前回の演算までのバックグランドと今回のピーク値ＶＫＮとの差の絶対値の１／４の値として算出される。
ステップ６３１およびステップ６３２において更新量ＤＬＢＧが予め定められた上限ガード値ＧＤＬＢＧ以下に制限される。
【００４１】
ステップ６３３およびステップ６３４において今回のピーク値ＶＫＮがＶＢＧｉ−１ ×１以上の所定係数（例えば１．５）以上であるか、ＶＢＧｉ−１ ×所定係数以下ＶＢＧｉ−１ 以上であるか、ＶＢＧｉ−１ 以下であるかが判定される。
そしてＶＢＧｉ−１ ×所定係数以上であるときは、ステップ６３５で次式によりバックグランドＶＢＧを更新する。
【００４２】
ＶＢＧ←ＶＢＧｉ−１ ＋ＤＬＢＧ
ＶＢＧｉ−１ ×所定係数以下ＶＢＧｉ−１ 以上であるときは、ステップ６３６で次式によりバックグランドＶＢＧを更新する。
ＶＢＧ←ＶＢＧｉ−１ ＋ＤＬＢＧ＋α
ＶＢＧｉ−１ 以下であるときは、ステップ６３７で次式によりバックグランドＶＢＧを更新する。
【００４３】
ＶＢＧ←ＶＢＧｉ−１ ＋ＤＬＢＧ−α
ここで、αはバックグランドＶＢＧを適切な範囲の値とするための調整係数である。
最後に、ステップ６３８において次回の演算に備えてＶＢＧｉ−１ を今回算出されたバックグランドＶＢＧに設定してこの処理を終了する。
【００４４】
図９はノッキング制御ルーチンのステップ６９で実行される点火時期制御処理のフローチャートであって、ステップ６９０でクランク角センサ５０５から出力されるパルスに基づいて決定される内燃機関回転数Ｎｅおよびエアフローメタ５１２で検出される吸入空気量Ｑａを読み込み、ステップ６９１で内燃機関回転数Ｎｅおよび吸入空気量Ｑａの関数として次式により基準点火時期ＴＢが算出される。
【００４５】
ＴＢ←ＴＢ（Ｎｅ，Ｑａ）
ステップ６９２で前回算出された点火時期ＴＩｉ−１ に点火時期補正値ΔＴＩを加算して今回の点火時期ＴＩを算出する。
ＴＩ←ＴＩｉ−１ ＋ΔＴＩ
なお、本実施例においては正数を加算したときに点火時期は進角し、正数を減算したときに点火時期は遅角するものとする。
【００４６】
そして、ステップ６９３および６９４で今回の点火時期ＴＩが最進角点火時期である基準点火時期ＴＢと予め定められた最遅角点火時期ＴＤの間にあるかが判定される。
即ち、今回の点火時期ＴＩが基準点火時期ＴＢ以上であればステップ６９３で肯定判定され、ステップ６９５で今回の点火時期ＴＩを基準点火時期ＴＢに置き換えてステップ６９７に進む。
【００４７】
逆に、今回の点火時期ＴＩが最遅角点火時期ＴＤ以下であればステップ６９４で肯定判定され、ステップ６９６で今回の点火時期ＴＩを最遅角点火時期ＴＤに置き換えてステップ６９７に進む。なお、今回の点火時期ＴＩが基準点火時期ＴＢと最遅角点火時期ＴＤの間にあるときは直接ステップ６９７に進む。
そして、ステップ６９７で出力Ｉ／Ｆ５５３を介してイグニッションコイル１１に点火指令信号ＩＧＴを出力し、ステップ６９８で次回の演算に備えて前回算出された点火時期ＴＩｉ−１ を今回の点火時期ＴＩに更新してこの処理を終了する。
【００４８】
上記実施例においては、バンドパスフィルタ３２、ピークホールド部３３、低負荷時ノイズバンドパススフィルタ３２１および低負荷時ノイズピークホールド部３３１等ハードウエアによって内燃機関のノッキング検出装置を使用しているが、ＬＣ共振マスク部３１の出力を直接コンピュータに取り込みＦＦＴ等を使用して周波数分析し、周波数スペクトルパターンに基づいてノイズ成分とノッキング成分とに分割することも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関のノッキング検出装置によれば、イオン電流信号から抽出されたノッキング周波数より低い周波数を有する低負荷時ノイズ周波数成分が所定レベルより高いときはノッキングが発生しているか否かの判定を禁止することにより、低負荷時の燃焼不安定に起因するノイズあるいはスパイクノイズが発生した場合にもノッキングが発生しているとする誤判定を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の点火回路の概略図である。
【図２】点火回路の各部の電圧波形図である。
【図３】イオン電流によるノッキング検出装置の構成図である。
【図４】課題の説明図である。
【図５】本発明に係る内燃機関のノッキング検出装置の実施例の構成図である。
【図６】ノッキング制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】回転数および点火時期がイオン電流信号に及ぼす影響の説明図である。
【図８】バックグランド算出処理のフローチャートである。
【図９】点火時期制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
５…内燃機関
１１…イグニッションコイル
１６…点火栓
１７…イオン電流検出部
３１…ＬＣ共振マスク部
３２…バンドパスフィルタ
３２１…低負荷時ノイズバンドパスフィルタ
３３…ピークホールド部
３３１…低負荷時ノイズピークホールド部
５００…ピストン
５０１…燃焼室
５０２…ウオータジャケット
５０３…冷却水温度センサ
５０４…ディストリビュータ
５０５…クランク角センサ
５０６…基準角センサ
５１０…吸気弁
５１１…エアクリーナ
５１２…エアフローメータ
５１３…吸気管
５１４…スロットル弁
５１５…燃料噴射弁
５２０…排気弁
５２１…排気管
５２２…空燃比センサ
５５…処理部
５５０…バス
５５１…アナログ入力Ｉ／Ｆ
５５２…ディジタル入力Ｉ／Ｆ
５５３…出力Ｉ／Ｆ
５５４…ＣＰＵ
５５５…メモリ
Claims (2)
- 内燃機関の燃焼室内に設置される一対の電極に電圧を印加し、燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオンを介してこの一対の電極間を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キングの発生を表すノッキング周波数成分を抽出するノッキング周波数成分抽出手段と、
前記ノッキング周波数成分抽出手段によって抽出されたノッキング周波数成分に基づいてノッキングが発生しているか否かを判定するノッキング発生判定手段と、
前記イオン電流検出手段の出力信号から低負荷時の燃焼不安定に起因するノイズの発生を表す低負荷時ノイズ周波数成分を抽出する低負荷時ノイズ周波数成分抽出手段と、
前記低負荷時ノイズ周波数成分抽出手段によって抽出された低負荷時ノイズ周波数成分のレベルが予め定められたしきい値レベルよりも大であるときには前記ノッキング発生判定手段によるノッキングが発生しているか否かの判定を禁止するノッキング発生判定禁止手段と、を具備する内燃機関のノッキング検出装置。 - 前記ノッキング発生判定手段が、前記ノッキング周波数成分抽出手段によって抽出されたノッキング周波数成分のレベルが予め定められたしきい値レベルよりも大であり、かつ前記ノッキング周波数成分抽出手段によって抽出されたノッキング周波数成分のレベルと前記低負荷時ノイズ周波数成分抽出手段によって抽出された低負荷時ノイズ周波数成分のレベルとの比が予め定められた基準値よりも大であるときにノッキング発生と判定するものである請求項１に記載の内燃機関のノッキング検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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