JP3715082B2 - 内燃機関のノック制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関において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を行うノック制御装置に関する。
【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未燃焼部分（端末ガス）が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すなわちノック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。
【０００５】
例えば、特開平6-159129号公報は、イオン電流検出回路の出力から、６．３ｋＨｚ付近の周波数成分をノック振動成分としてバンドパスフィルタ（帯域通過濾波器）により抽出し、その抽出された周波数成分を積分し、その積分結果に基づいてノック発生の有無を検出する方法を開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、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、イオン電流以外の電流も流れる。すなわち、点火プラグでの放電が終了しても、点火コイルは残留磁気エネルギを持っている。点火コイルはこのエネルギを放出しようとし、コイルのインダクタンスＬと高電圧線路の浮遊容量Ｃとの間でＬＣ共振が起こる。このように、放電終了時にはコイルの残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流が流れ、これはイオン電流とは無関係のものであるため、ノック検出上、ノイズ（以下、ＬＣ共振ノイズ又は残留磁気ノイズという）となる。このＬＣ共振ノイズが現れる期間は、エンジン回転速度によることなく、ほぼ火花放電終了後の一定時間である。
【０００７】
一方、ノックによる振動が現れる期間は、クランク角度時期に依存しており、例えば、15〜60°CA ATDC （上死点後クランク角度）である。そして、エンジン高回転領域では、火花放電終了時期からノック発生時期（15°CA ATDC ）までの時間が短くなる。したがって、エンジン高回転領域では、ＬＣ共振ノイズがノック振動期間内まで継続するおそれがある。その場合には、ノック振動に関連する周波数成分の抽出用として設けられたバンドパスフィルタを通過する成分が現れ、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】
また、排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation ）の実行時や低負荷時には、燃焼が不安定となり、これに起因する振動成分がイオン電流出力信号に含まれる場合がある。このような燃焼の不安定に起因する振動成分も、イオン電流出力信号に含まれるノック振動成分に基づきノック判定を行う上でノイズ（以下、燃焼変動ノイズと呼ぶ）となる。そして、この燃焼変動ノイズの周波数は１〜７ｋＨｚであるため、ノック振動成分と燃焼変動ノイズ成分とを分離することは困難である。すなわち、燃焼変動ノイズが存在する場合にも、ノック振動に関連する周波数成分の抽出用として設けられたバンドパスフィルタを通過する成分が現れ、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。
【０００９】
一方、従来の振動センサによるノック検出では、通常、シリンダブロックに一つセンサが搭載されるため、センサに近い気筒の振動レベルについては良好な検出精度が得られるものの、センサから遠い気筒の振動レベルについては十分な検出精度が得られず、気筒間でＳＮ比がばらつくという問題がある。また、高回転時に、機械ノイズによりＳＮ比が低下するという問題もある。
【００１０】
上述のように、イオン電流に基づくノック検出では、特定の運転領域において信号対雑音比（ＳＮ比）が悪化する場合があり、内燃機関の全運転領域において常に良好なノック検出精度が保証されているわけではない。また、振動センサによるノック検出に関しても、気筒間でのＳＮ比のばらつきや機械ノイズによるＳＮ比の低下という問題点を解消することは困難である。かかる実情に鑑み、本発明の目的は、内燃機関の全運転領域において、かつ、全気筒について、高いノック検出精度を確保することが可能な、内燃機関のノック制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、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生ずるイオンを介して該一対の電極間に流れるイオン電流を検出し、該検出されるイオン電流に基づきノックが発生しているか否かを判定する第１のノック発生判定手段と、内燃機関のシリンダブロックに設置される振動センサによってシリンダブロックの振動を検出し、該検出されるシリンダブロックの振動に基づきノックが発生しているか否かを判定する第２のノック発生判定手段と、内燃機関の運転領域に応じて前記第１のノック発生判定手段又は前記第２のノック発生判定手段のいずれか一方による判定結果に基づき内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、を具備する内燃機関のノック制御装置が提供される。
【００１２】
また、本発明の第２の態様によれば、前記本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、前記点火時期制御手段は、イオン電流経路内でのＬＣ共振によるノイズの発生に起因してイオン電流信号からノック振動成分を抽出するのが困難となる高回転速度運転領域に内燃機関があるときに、前記第２のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御する。
【００１３】
また、本発明の第３の態様によれば、前記本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、前記点火時期制御手段は、燃焼変動によるノイズの発生に起因してイオン電流信号からノック振動成分を抽出するのが困難となる低負荷運転領域に内燃機関があるときに、前記第２のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御する。
【００１４】
また、本発明の第４の態様によれば、前記本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、前記点火時期制御手段は、機械ノイズの発生に起因してシリンダブロックの振動からノック振動成分を抽出するのが困難となる高回転速度運転領域に内燃機関があるときに、前記第１のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御する。
【００１５】
また、本発明の第５の態様によれば、前記本発明の第１から第４までの態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、内燃機関が複数の気筒を有し、前記点火時期制御手段は、前記第１のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御するときには、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を更に決定しておき、前記第２のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御するときには、基準気筒に対しては前記第２のノック判定手段の判定結果に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対しては該算出される基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出する。
【００１６】
また、本発明の第６の態様によれば、前記本発明の第１から第４までの態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、前記点火時期制御手段は、イオン電流経路内でのＬＣ共振によるノイズの発生に起因してイオン電流信号からノック振動成分を抽出するのが困難であり、かつ、機械ノイズの存在に起因してシリンダブロックの振動からノック振動成分を抽出するのが困難である運転領域に内燃機関があるときに、前記第１及び第２のノック発生判定手段による判定を禁止し、点火時期を所定の値に固定する。
【００１７】
上述の如く構成された、本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、イオン電流に基づくノック判定と振動センサ出力に基づくノック判定とが運転領域に応じて適宜切り換えられて実行されることが可能となり、広い運転領域において精度よくノック判定が行われることとなる。
【００１８】
また、本発明の第２の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、イオン電流経路内でのＬＣ共振によるノイズの発生に起因してイオン電流に基づくノック判定が困難となる高回転速度運転領域に内燃機関がある場合でも、振動センサ出力に基づくノック判定により高いノック検出精度が確保される。
【００１９】
また、本発明の第３の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、燃焼変動によるノイズの発生に起因してイオン電流に基づくノック判定が困難となる低負荷運転領域に内燃機関がある場合でも、振動センサ出力に基づくノック判定により高いノック検出精度が確保される。
【００２０】
また、本発明の第４の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、機械ノイズの発生に起因して振動センサ出力に基づくノック判定が困難となる高回転速度運転領域に内燃機関がある場合でも、イオン電流に基づくノック判定により高いノック検出精度が確保される。
【００２１】
また、本発明の第５の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、イオン電流に基づくノック制御にて得られる適切な気筒間点火時期差を振動センサ出力に基づくノック制御時に反映させることができる。
【００２２】
また、本発明の第６の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、イオン電流に基づくノック判定によっても、また、振動センサ出力に基づくノック判定によっても、十分なノック検出精度が得られない運転領域にて、誤判定を確実に防止することができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１は、点火装置及び本発明の一実施形態に係るノック制御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、ディストリビュータ５を介して各気筒ごとに設けられた点火プラグ４の中心電極４ａに接続される。点火プラグ４の外側電極４ｂは、接地されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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２０に接続されている。この反転増幅回路２０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）２１と、演算増幅器２１の反転入力端子（−端子）に接続される入力抵抗２２と、演算増幅器２１の出力端子から反転入力端子（−端子）への帰還抵抗２３とで構成されている。この反転増幅回路２０の出力がイオン電流出力信号を与える。
【００２７】
反転増幅回路２０の出力は、マスク回路３０に導かれる。マスク回路３０は、イオン電流出力信号をマスクすることにより、ノイズが発生する期間においては信号を後段に伝達しないようにするものである。まず、反転増幅回路２０の出力は、直流成分をカットするためのコンデンサ３１の一端に接続され、コンデンサ３１の他端は、出力電圧を得るための抵抗３２を介して接地されるとともに、トランジスタ３３のコレクタに接続されている。トランジスタ３３のエミッタは、接地されている。また、トランジスタ３３のベースには、マスク期間を指定するマスク信号が印加される。すなわち、マスク信号がアクティブの間、マスク回路３０の出力電圧は、零となる。
【００２８】
そのマスク信号を作成するために、フリップフロップ（ＦＦ）３４、ワンショットマルチバイブレータ（ＯＳＭＶ）３５及びＯＲゲート３６が設けられている。ＦＦ３４のセット入力は、反転増幅回路２０の出力に接続される。ＦＦ３４のリセット入力には、点火信号が印加される。ＦＦ３４の非反転出力は、ＯＳＭＶ３５の入力に導かれ、反転出力は、ＯＲゲート３６の一方の入力に導かれる。ＯＲゲート３６の他方の入力には、ＯＳＭＶ３５の出力が導かれる。そして、ＯＲゲート３６の出力すなわちマスク信号は、トランジスタ３３のベースに接続される。
【００２９】
マスク回路３０の出力は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）（帯域通過濾波器）４１に導かれる。ＢＰＦ４１は、マスク回路３０の出力信号を入力してその中からノック振動に関連する周波数成分すなわち６〜７ｋＨｚ付近の周波数成分を抽出する。また、ＢＰＦ４１の後段に設けられた積分回路４２は、ＣＰＵ４３から供給されるゲート信号がアクティブの間、ＢＰＦ４１の出力信号を積分する。なお、積分回路に代えて、ピークホールド（Ｐ／Ｈ）回路を設けてもよい。
【００３０】
また、この内燃機関のシリンダブロックには、ブロックの振動を感知する振動センサ４６が取り付けられている。振動センサ４６の出力は、ピークホールド（Ｐ／Ｈ）回路４７に入力され、さらに、ピークホールド回路４７の出力は、ＣＰＵ４３に取り込まれ、シリンダブロックの振動に基づくノック判定処理に供される。
【００３１】
中央処理装置（ＣＰＵ）４３は、ノック制御を行うものであり、積分回路４２又はＰ／Ｈ回路４７のアナログ出力電圧をディジタル出力電圧に変換し、その値が所定の基準値以上となったときにノックありと判定する。そして、ＣＰＵ４３は、クランク角センサ４４及び吸気圧センサ４５を含む各種センサからの出力に基づいて運転状態を検出し、ノックの有無とともにエンジンの状態を総合的に判定し、最適な点火時期を決定し、点火信号を出力する。また、ＣＰＵ４３は、積分回路４２及びＰ／Ｈ回路４７におけるゲート期間を決定し、ゲート信号を積分回路４２及びＰ／Ｈ回路４７に供給する。
【００３２】
図２及び図３は、イオン電流に基づくノック判定処理を説明するための、図１の装置上の各種信号のタイムチャートであって、図２は、ノックなしと判定される場合を示し、図３は、ノックありと判定される場合を示す。まず、時期（タイミング）ｔ0 において、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。また、時期ｔ0 においては、点火信号によりＦＦ３４がリセットされるとともに、ＦＦ３４の反転出力を受けてＯＲゲート３６の出力がハイとなる。
【００３３】
次いで、時期ｔ1 において、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、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へと一巡する二次電流が時期ｔ1 からｔ2 までの間流れる。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。
【００３４】
放電終了時期すなわち時期ｔ2 においては、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において符号６で示される）との間でＬＣ共振が起こり、ＬＣ共振による二次電流が流れる。そのＬＣ共振電流は、イオン電流検出抵抗１４を流れるため、放電終了後のイオン電流検出回路１０及び反転増幅回路２０の各出力波形には、急峻な変化が現れるが、これは残留磁気ノイズ（ＬＣ共振ノイズ）であってイオン電流ではない。また、時期ｔ2 においては、反転増幅回路２０の出力を受けてＦＦ３４がセットされ、それを受けてＯＳＭＶ３５が一定時間すなわち時期ｔ2 から時期ｔ4 までハイ信号を出力する。その結果、ＯＲゲート３６の出力は、時期ｔ0 から時期ｔ4 までハイとなる。なお、かかる一定時間ｔ4 −ｔ2 は、残留磁気ノイズの発生時間よりも大きくなるように設定されており、時期ｔ4 は、ＬＣ共振電流が流れ終わる時期ｔ3 よりも後になる。
【００３５】
そして、残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流すなわち残留磁気ノイズの終了時期ｔ3 以後においては、イオン電流が流れる。すなわち、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。このイオン電流は、コンデンサ１１の一端から、点火コイル二次巻線１ｂ、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２０において反転増幅される。反転増幅回路２０の出力は、マスク回路３０に供給される。
【００３６】
そして、前述したように、時期ｔ3 の後の時期ｔ4 においては、ＯＲゲート３６の出力すなわちマスク信号がインアクティブとなり、マスクが解除される。したがって、マスク回路３０の出力は、マスク解除時期ｔ4 において不連続に変化することとなる。このステップ的な信号変化は広い領域の周波数成分を持つため、後段のＢＰＦ４１を通過する成分が現れ、これがノイズとなる。
【００３７】
イオン電流信号は、筒内圧力に同期した山形状の低周波数信号であるが、ノックが発生した場合には、図３に示されるように、その山の頂上以降、すなわち筒内圧力最大時（通常、15°CA ATDC 付近）以降に、ノックによる振動が重なる。ノック振動が現れる期間は、エンジン回転速度によらず、ほぼ一定のクランク角度範囲であり、具体的には15〜60°CA ATDC 程度である。そこで、ＣＰＵ４３から積分回路４２に供給されるゲート信号によって指定されるゲート期間すなわち時期ｔ5 から時期ｔ6 までの期間は、マスク解除時に発生するノイズを避けかつノック振動が現れる期間を考慮したものとされる必要がある。
【００３８】
適切にゲート期間が設定されている場合において、ノックが発生しなかったときには、図２に示されるように、ＢＰＦ４１の出力はゲート期間において小さなレベルを有し、積分回路４２の出力も小さくなる。一方、ノックが発生したときには、図３に示されるように、ＢＰＦ４１の出力はゲート期間において大きなレベルを有し、積分回路４２の出力も大きくなる。ＣＰＵ４３は、積分回路４２の出力を所定の判定基準値と比較することにより、ノックの有無を判定する。
【００３９】
以下、上述のハードウェア構成を前提として、本発明において、イオン電流に基づくノック制御と振動センサに基づくノック制御とがどのように使い分けられるかについて、６つの実施形態を採り上げる。
【００４０】
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態は、点火コイルの残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流すなわちＬＣ共振ノイズとノック振動成分との分離が困難となるような高回転速度運転領域に内燃機関があるときには、振動センサに基づくノック制御を実施し、それ以外の低回転速度運転領域に内燃機関があるときには、イオン電流に基づくノック制御を実施しようというものである。
【００４１】
図４は、ＬＣ共振ノイズ成分とノック振動成分とがイオン電流信号に重畳する様子を、低回転速度領域（Ａ）及び高回転速度領域（Ｂ）について示すタイムチャートである。点火コイルの残留磁気エネルギによる急峻なＬＣ共振電流が流れた後に、変化量の大きいイオン電流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共振ノイズは、エンジン回転速度に関係せず、火花放電終了後からほぼ一定時間が経過するまで継続する。
【００４２】
一方、ノックによる振動が現れる期間は、前述したように、クランク角に依存しており、例えば、15〜60°CA ATDC の期間である。そして、エンジン高回転速度領域では、点火から火花放電及び燃焼を経てノック発生に至るまでの過程が時間的に短くなり、従って、火花放電終了時期からノック発生時期（15°CA ATDC ）までの時間が短くなる。そのため、ＬＣ共振ノイズ成分とノック振動成分との分離は、エンジン低回転速度領域では、図４（Ａ）に示されるように、可能であるものの、エンジン高回転速度領域では、図４（Ｂ）に示されるように、困難となり、ＢＰＦ出力信号にノイズが入り込む可能性がある。
【００４３】
図５は、イオン電流に基づくノック検出の特性図であって機関回転速度（横軸）とＳＮ比（縦軸）との関係を示すものである。イオン電流に基づくノック検出においては、気筒ごとにノック検出が可能であるため、この図に示されるように、気筒間でＳＮ比に差はないものの、高回転速度領域においては、前述したＬＣ共振ノイズの影響でノックの検出が困難となる。
【００４４】
一方、図６は、振動センサ４６が＃１気筒の近傍に設置された場合の振動センサに基づくノック検出の特性図であって機関回転速度（横軸）とＳＮ比（縦軸）との関係を示すものである。この図に示されるように、各気筒とも回転速度が高くなるほどＳＮ比は低下し、また、振動センサから離れた気筒ほどＳＮ比は低下する。振動センサに近接した＃１気筒については、回転速度が高くなるほどＳＮ比は低下するものの全回転速度領域でノックを検出することが可能であるが、振動センサから離れた気筒については、高回転速度領域でノック検出は困難となる。
【００４５】
そこで、第１実施形態では、低回転速度領域においては、イオン電流に基づくノック制御を行うとともに、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を決定しておく。そして、高回転速度領域においては、振動センサに基づくノック制御を行うが、その際、基準気筒に対しては振動センサの出力に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対してはその算出された基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出する。
【００４６】
図７は、第１実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、各気筒の所定のクランク角ごとにＣＰＵ４３によって実行される。まず、ステップ１０１では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒についての処理である場合には、ステップ１０２に進み、後述する振動センサバックグランド処理を行ってから、ステップ１０３に進む一方、基準気筒以外の気筒についての処理である場合には、直接ステップ１０３に進む。なお、運転領域にかかわらず振動センサバックグランド処理を行うのは、振動センサ出力に基づくノック判定を行うための判定基準値の連続性を確保するためである。
【００４７】
ステップ１０３では、クランク角センサ４４の出力に基づいて別途算出されている現在の機関回転速度ＮＥを読み込む。次いで、ステップ１０４では、回転速度ＮＥが、イオン電流に基づくノック検出が不可能となる限界の回転速度ＮＥＬＭＴより小さいか否かを判定する。ＮＥ＜ＮＥＬＭＴのときには、ステップ１０５、１０６及び１０７を実行して本ルーチンを終了する。ここで、ステップ１０５はイオン電流バックグランド処理、ステップ１０６はイオン電流に基づく点火時期制御、ステップ１０７は気筒間の点火時期差の学習、をそれぞれ行うものであり、その内容は後述する。一方、ＮＥＬＭＴ≦ＮＥのときには、ステップ１０８に進み、振動センサに基づく点火時期制御（後述）を行い、本ルーチンを終了する。
【００４８】
図８は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０２にて実行される振動センサバックグランド処理ルーチンの手順を示すフローチャートである。まず、ステップ２０１では、振動センサ４６の出力のピーク値を保持するピークホールド回路４７の出力ＳＫＮを読み込む。次いで、ステップ２０２では、
ＤＳＢＧ←｜ＳＢＧＯ−ＳＫＮ｜／４
なる演算により、更新量ＤＳＢＧを算出する。ここで、ＳＢＧＯは、前回の演算で算出された振動センサバックグランドである。更新量ＤＳＢＧは、前回の演算までの振動センサバックグランドと今回のピーク値ＳＫＮとの差の絶対値の１／４として算出される。
【００４９】
次いで、ステップ２０３及び２０４では、予め定められた上限ガード値ＧＤＳＢＧ以下となるように更新量ＤＳＢＧを制限する。次いで、ステップ２０５及び２０６では、今回のピーク値ＳＫＮと前回までの振動センサバックグランドＳＢＧＯとを比較してＳＫＮの大きさを判定し、ステップ２０７、２０８及び２０９では、その判定結果に応じて振動センサバックグランドＳＢＧを更新する。すなわち、
SKN ＜SBGO のとき、SBG ←SBGO＋DSBG−α
SBGO≦SKN ＜SBGO×1.5 のとき、SBG ←SBGO＋DSBG＋α
SBGO×1.5 ≦SKN のとき、SBG ←SBGO＋DSBG
のようにＳＢＧを算出する。ここで、αは、振動センサバックグランドＳＢＧを適切な範囲の値とするための調整係数である。最後のステップ２１０では、今回算出された振動センサバックグランドＳＢＧを次回の演算に備えＳＢＧＯとして記憶し、本ルーチンを終了する。
【００５０】
図９は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０５にて実行されるイオン電流バックグランド処理ルーチンの手順を示すフローチャートである。まず、ステップ３０１では、ＢＰＦ４１の出力の積分値を保持する積分回路４２の出力ＶＫＮを読み込む。次いで、ステップ３０２では、
ＤＶＢＧ←｜ＶＢＧＯ−ＶＫＮ｜／４
なる演算により、更新量ＤＶＢＧを算出する。ここで、ＶＢＧＯは、前回の演算で算出されたイオン電流バックグランドである。更新量ＤＶＢＧは、前回の演算までのイオン電流バックグランドと今回の積分値ＶＫＮとの差の絶対値の１／４として算出される。
【００５１】
次いで、ステップ３０３及び３０４では、予め定められた上限ガード値ＧＤＶＢＧ以下となるように更新量ＤＶＢＧを制限する。次いで、ステップ３０５及び３０６では、今回の積分値ＶＫＮと前回までのイオン電流バックグランドＶＢＧＯとを比較してＶＫＮの大きさを判定し、ステップ３０７、３０８及び３０９では、その判定結果に応じてイオン電流バックグランドＳＢＧを更新する。すなわち、
VKN ＜VBGO のとき、VBG ←VBGO＋DVBG−β
VBGO≦VKN ＜VBGO×1.5 のとき、VBG ←VBGO＋DVBG＋β
VBGO×1.5 ≦VKN のとき、VBG ←VBGO＋DVBG
のようにＳＢＧを算出する。ここで、βは、イオン電流バックグランドＶＢＧを適切な範囲の値とするための調整係数である。最後のステップ３１０では、今回算出されたイオン電流バックグランドＶＢＧを次回の演算に備えＶＢＧＯとして記憶し、本ルーチンを終了する。
【００５２】
図１０は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０６にて実行されるイオンによる点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。なお、点火時期は、圧縮上死点前クランク角度位置として表される。まず、ステップ４０１では、イオン電流出力の積分値ＶＫＮがバックグランドＶＢＧと所定の係数Ｋ１との積より小さいか否かを判定する。ＶＫＮ＜ＶＢＧ×Ｋ１のときには、ノック発生なしとみなし、ステップ４０２に進み、点火時期補正量ΔＴＩを予め定められた進角量ＬＴに設定する。一方、ＶＢＧ×Ｋ１≦ＶＫＮのときには、ノック発生ありとみなし、ステップ４０３に進み、点火時期補正量ΔＴＩを予め定められた遅角量−ＤＴに設定する。なお、０＜ＬＴ＜＜ＤＴとするが、これは、ノックが発生していないときには徐々に点火時期を進角せしめる一方、ノックが発生したときには一挙に点火時期を遅角せしめてノックを抑制するためである。
【００５３】
ステップ４０２又は４０３の次に実行されるステップ４０４では、クランク角センサ４４の出力及び吸気圧センサ４５の出力に基づいて別途算出されている機関回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭを読み込む。次いで、ステップ４０５では、ＮＥ及びＰＭに基づき所定のマップを参照することにより、ＮＥ及びＰＭに応じた基準点火時期ＴＢを算出する。次いで、ステップ４０６では、本ルーチンの前回の走行により算出された点火時期ＴＩＯに点火時期補正量ΔＴＩを加算して今回の点火時期ＴＩを求める。
【００５４】
次いで、ステップ４０７、４０８、４０９及び４１０では、算出された点火時期ＴＩが、予め定められた最遅角点火時期ＴＤと最進角点火時期である基準点火時期ＴＢとの間にあるか否かを判定し、その間になければ、点火時期ＴＩを最遅角点火時期ＴＤ又は基準点火時期ＴＢに再設定する。そして、ステップ４１１では、点火時期ＴＩに応じた点火信号を作成し、出力する。最後のステップ４１２では、次回の演算に備え、今回算出された点火時期ＴＩをＴＩＯとして記憶する。
【００５５】
図１１は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０７にて実行される気筒間点火時期差学習ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ５０１では、本ルーチンの今回の走行が基準気筒に関する処理を実行するものであるか否かを判定し、基準気筒に関する処理である場合には、ステップ５０２に進み、基準気筒点火時期ＴＩＢを現在の点火時期ＴＩに設定して、このルーチンを終了する。一方、基準気筒以外の気筒に関する処理である場合には、ステップ５０３に進み、点火時期差δを“ＴＩ−ＴＩＢ”なる演算にて求め、このルーチンを終了する。なお、このδは、基準気筒以外の気筒ごとに設けられる変数である。
【００５６】
図１２は、気筒間点火時期差の１例を示すグラフであって、横軸は気筒を示し、縦軸はクランク角で示される点火時期差を示す。この例では、＃１気筒が基準気筒であるため、＃１気筒の点火時期差は０°ＣＡである。また、＃１気筒の点火時期に対して、＃２気筒は１．５°ＣＡ、＃４気筒は１．０°ＣＡほどそれぞれ進角しており、＃３気筒は２．０°ＣＡ遅角している。
【００５７】
図１３は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０８にて実行される振動センサによる点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ６０１では、本ルーチンの今回の走行が基準気筒に関する処理を実行するものであるか否かを判定し、基準気筒に関する処理である場合には、ステップ６０２に進み、一方、基準気筒以外の気筒に関する処理である場合には、ステップ６０８に進む。
【００５８】
ステップ６０２では、振動センサ出力のピーク値ＳＫＮがバックグランドＳＢＧと所定の係数Ｋ２との積より小さいか否かを判定する。ＳＫＮ＜ＳＢＧ×Ｋ２のときには、ノック発生なしとみなし、ステップ６０３に進み、点火時期補正量ΔＴＩを予め定められた進角量ＬＴに設定する。一方、ＳＢＧ×Ｋ２≦ＳＫＮのときには、ノック発生ありとみなし、ステップ６０４に進み、点火時期補正量ΔＴＩを予め定められた遅角量−ＤＴに設定する。なお、０＜ＬＴ＜＜ＤＴとするが、これは、ノックが発生していないときには徐々に点火時期を進角せしめる一方、ノックが発生したときには一挙に点火時期を遅角せしめてノックを抑制するためである。
【００５９】
ステップ６０３又は６０４の次に実行されるステップ６０５では、クランク角センサ４４の出力及び吸気圧センサ４５の出力に基づいて別途算出されている機関回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭを読み込む。次いで、ステップ６０６では、ＮＥ及びＰＭに基づき所定のマップを参照することにより、ＮＥ及びＰＭに応じた基準点火時期ＴＢを算出する。次いで、ステップ６０７では、本ルーチンの前回の走行により算出された点火時期ＴＩＯに点火時期補正量ΔＴＩを加算して今回の点火時期ＴＩを求める。
【００６０】
次いで、ステップ６０９、６１０、６１１及び６１２では、算出された点火時期ＴＩが、予め定められた最遅角点火時期ＴＤと最進角点火時期である基準点火時期ＴＢとの間にあるか否かを判定し、その間になければ、点火時期ＴＩを最遅角点火時期ＴＤ又は基準点火時期ＴＢに再設定する。そして、ステップ６１３では、点火時期ＴＩに応じた点火信号を作成し、出力する。最後のステップ６１５では、次回の演算に備え、今回算出された点火時期ＴＩをＴＩＯとして記憶する。
【００６１】
一方、ステップ６０１にて本ルーチンの今回の走行が基準気筒以外の気筒に関する処理であると判定された場合に実行されるステップ６０８では、気筒間点火時期差学習ルーチン（図１１）で気筒ごとに算出されている点火時期差δで基準気筒の点火時期ＴＩＯを補正することにより、当該気筒の点火時期ＴＩを決定する。次いで、ステップ６１４では、点火時期ＴＩに応じた点火信号を作成し、出力して、本ルーチンを終了する。
【００６２】
次に、第２実施形態に係るノック制御について説明する。第２実施形態は、燃焼変動ノイズとノック振動成分との分離が困難となるような低負荷運転領域に内燃機関があるときには、振動センサに基づくノック制御を実施し、それ以外の運転領域に内燃機関があるときには、イオン電流に基づくノック制御を実施しようというものである。
【００６３】
図１４、図１５及び図１６は、イオン電流に基づくノック検出回路におけるイオン電流出力信号、ＢＰＦ出力信号及び積分回路出力信号のタイムチャートを示す図であって、図１４は、高負荷で燃焼が安定しているとともにノックが発生していない場合に係る図であり、図１５は、ノックが発生している場合に係る図であり、図１６は、ノックは発生していないが低負荷域やＥＧＲ実行域にあって燃焼が不安定である場合に係る図である。急峻なＬＣ共振ノイズの終了後に現れるイオン電流出力は、筒内圧力に同期した山形状の低周波数信号である。そして、図１４の場合、イオン電流出力にはノックに起因する振動成分も燃焼変動に起因する振動成分も含まれず、ノック振動成分の発生が予想されるゲート期間においてＢＰＦ出力を積分しても、その積分値は小さい。
【００６４】
一方、ノックが発生した場合、図１５に示されるように、筒内圧力最大時以降にノック振動成分がイオン電流出力に重なる。そのノック振動成分がＢＰＦにより抽出される結果、積分値が大きくなり、ノック検出が可能となる。ところが、ノックが発生していなくとも燃焼が不安定な場合、図１６に示されるように、イオン電流出力は、１〜７ｋＨｚの振動成分を含む乱雑な波形となり、それに伴い、ＢＰＦ出力も、振幅の大きな信号となって現れ、その結果、積分回路出力も大きくなって、ノックが誤検出されてしまう。
【００６５】
図１７（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析により、図１４、図１５及び図１６に示されるイオン電流出力信号をそれぞれ周波数領域で表示した特性図であり、横軸は周波数、縦軸はパワースペクトル密度を表す。この図からもわかるように、ノックが発生した場合（図１７（Ｂ））には、ノックが発生しなかった場合（図１７（Ａ））に比較して、６〜７ｋＨｚの周波数成分が大きく現れる。しかし、ノックは発生していないが燃焼が不安定な場合（図１７（Ｃ））にも、やはり６〜７ｋＨｚの周波数成分がかなり含まれる。従って、燃焼変動ノイズが存在する場合、イオン電流出力からノック振動成分のみ抽出することが困難となる。
【００６６】
図１８（Ａ）及び（Ｂ）は、イオン電流及び振動センサによるノック検出性を低回転速度時及び高回転速度時についてそれぞれ示す特性図であって、横軸は機関負荷としての吸気管圧力ＰＭを表し、縦軸はＳＮ比を表している。同図（Ａ）に示される低回転速度時についてみてみると、振動センサによるＳＮ比は、全負荷域で安定しているが、気筒間でばらつきがある。一方、イオン電流によるＳＮ比は、低負荷領域で低下するが、気筒間でのばらつきはない。また、同図（Ｂ）に示される高回転速度時についてみてみると、振動センサによるＳＮ比は、低回転時よりも低下し、やはり気筒間のばらつきを有し、遠隔の気筒ではほとんど検出不可となる。一方、イオン電流によるＳＮ比は、低負荷領域で低下するが、気筒間でのばらつきはなく、高負荷領域での検出精度が振動センサの場合より数段良好である。
【００６７】
そこで、第２実施形態では、高負荷領域においては、イオン電流に基づくノック制御を行うとともに、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を求めておく。一方、低負荷領域においては、振動センサに基づくノック制御を行うが、その際、基準気筒に対しては振動センサの出力に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対してはその算出された基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出するようにしている。
【００６８】
図１９は、第２実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ７０１では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒についての処理である場合には、ステップ７０２に進み、前述の振動センサバックグランド処理（図８）を行ってから、ステップ７０３に進む一方、基準気筒以外の気筒についての処理である場合には、直接ステップ７０３に進む。ステップ７０３では、吸気圧センサ４５の出力に基づいて別途算出されている現在の吸気管圧力ＰＭを読み込む。
【００６９】
次いで、ステップ７０４では、吸気管圧力ＰＭが、イオン電流に基づくノック検出が燃焼変動ノイズの発生により困難となるしきい値としての吸気管圧力ＰＭＴＨより小さいか否かを判定する。ＰＭ＜ＰＭＴＨのとき、すなわち低負荷のときには、ステップ７０５に進み、前述の振動センサによる点火時期制御（図１３）を行い、本ルーチンを終了する。一方、ＰＭＴＨ≦ＰＭのとき、すなわち高負荷のときには、前述のイオン電流バックグランド処理（図９）、イオン電流による点火時期制御（図１０）及び気筒間点火時期差の学習（図１１）を行う（ステップ７０６、７０７及び７０８）。
【００７０】
次に、第３実施形態に係るノック制御について説明する。第３実施形態は、高回転速度時に機械ノイズにより振動センサによるノック検出のＳＮ比が低下すること、及び低回転時に燃焼変動ノイズが発生しやすいことを考慮したものである。すなわち、第３実施形態では、高回転速度領域においては、イオン電流に基づくノック制御を行うとともに、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を算出しておく。一方、低回転速度領域においては、振動センサに基づくノック制御を行う。その際、基準気筒に対しては振動センサの出力に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対してはその算出された基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出する。
【００７１】
図２０は、第３実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ８０１では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒についての処理である場合には、ステップ８０２に進み、前述の振動センサバックグランド処理（図８）を行ってから、ステップ８０３に進む一方、基準気筒以外の気筒についての処理である場合には、直接ステップ８０３に進む。ステップ８０３では、前述のイオン電流バックグランド処理（図９）を行う。次いで、ステップ８０４では、現在の回転速度ＮＥを読み込む。
【００７２】
次いで、ステップ８０５では、回転速度ＮＥが、振動センサに基づくノック検出が機械ノイズの発生により困難となるしきい値としての回転速度ＮＥＴＨより小さいか否かを判定する。ＮＥ＜ＮＥＴＨのときには、ステップ８０６に進み、振動センサによる点火時期制御（図１３）を行い、本ルーチンを終了する。一方、ＮＥＴＨ≦ＮＥのときには、イオン電流による点火時期制御（図１０）及び気筒間点火時期差の学習（図１１）を行う（ステップ８０７及び８０８）。
【００７３】
次に、第４実施形態に係るノック制御について説明する。第４実施形態は、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせてより精密な制御を行おうというものである。すなわち、イオン電流に基づくノック制御又は振動センサに基づくノック制御のいずれを実施すべきかは、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷（吸気管圧力）ＰＭに応じて判断される。
【００７４】
図２１は、第４実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートであり、図２２は、機関回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭに応じてノック制御選択パラメータＸＫＣＳを定めたマップを示す図である。なお、ＸＫＣＳ＝１は、イオン電流に基づくノック制御が行われるべきことを表し、ＸＫＣＳ＝０は、振動センサに基づくノック制御が行われるべきであることを表す。まず、ステップ９０１では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒についての処理である場合には、ステップ９０２に進み、振動センサバックグランド処理（図８）を行ってから、ステップ９０３に進む一方、基準気筒以外の気筒についての処理である場合には、直接ステップ９０３に進む。ステップ９０３では、イオン電流バックグランド処理（図９）を行う。
【００７５】
次いで、ステップ９０４では、現在の回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭを読み込む。次いで、ステップ９０５では、ＮＥ及びＰＭに基づき図２２のマップを参照することにより、ノック制御選択パラメータＸＫＣＳを求める。次いで、ステップ９０６では、ＸＫＣＳの値について判定する。ＸＫＣＳ＝１のときには、イオン電流による点火時期制御（図１０）及び気筒間点火時期差の学習（図１１）を行う（ステップ９０７及び９０８）。一方、ＸＫＣＳ＝０のときには、振動センサによる点火時期制御（図１３）を行う（ステップ９０９）。
【００７６】
次に、第５実施形態に係るノック制御について説明する。第５実施形態は、前記第４実施形態に第１実施形態の処理を追加したものである。図２３は、高負荷領域における機関回転速度ＮＥとノック検出のＳＮ比との関係を示す特性図である。高負荷領域であっても、前述したように、高回転速度になると、ＬＣ共振ノイズがノック発生期間に入り込み、イオン電流によるノック検出のＳＮ比が極端に低下する。そこで、第５実施形態では、イオン電流によるノック検出が不可能となる限界の回転速度ＮＥＬＭＴを回転速度ＮＥが上回る場合に振動センサに基づくノック制御を行うよう、第４実施形態を変更する。
【００７７】
図２４は、第５実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。第４実施形態（図２１）との相違点のみ説明する。ステップ１００４及び１０１０に示されるように、回転速度ＮＥが限界値ＮＥＬＭＴ以上になると、振動センサによる点火時期制御（図１３）が行われる。また、イオン電流バックグランド処理（図９）は、ＮＥ＜ＮＥＬＭＴなる領域にて実行される（ステップ１００５）。
【００７８】
最後に、第６実施形態に係るノック制御について説明する。第５実施形態では、回転速度ＮＥが限界の回転速度ＮＥＬＭＴ以上となる場合に、振動センサに基づくノック制御を行うが、このような場合に、機械ノイズの影響で振動センサによるノック検出も困難となることがありうる。そのときには、安全を考慮して点火時期の遅角側の固定時期に設定することが好ましい。
【００７９】
図２５は、第６実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。第５実施形態（図２４）と異なり、ＮＥ＜ＮＥＬＭＴなる領域では、次の高回転時固定点火時期制御が実行される（ステップ１１１１）。
【００８０】
図２６は、その高回転時固定点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ１２０１では、吸気管圧力ＰＭに基づき、図２７に示される高回転時の点火時期ガードマップを参照することにより、点火時期ＴＩを算出する。次いで、ステップ１２０２では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒のときにはステップ１２０４に進む。一方、基準気筒以外の気筒についての処理であるときには、ステップ１２０３に進み、マップによる点火時期ＴＩを気筒間点火時期差δで補正することにより、当該気筒の点火時期を算出した後、ステップ１２０４に進む。最後のステップ１２０４では、点火時期ＴＩに応じた点火信号を作成し、出力して、本ルーチンを終了する。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の全運転領域において、かつ、全気筒について、高いノック検出精度及び点火時期制御精度を確保することが可能なノック制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】点火装置及び本発明の一実施形態に係るノック制御装置の回路構成を示す図である。
【図２】イオン電流に基づくノック判定処理を説明するための各種信号のタイムチャートであって、ノックなしと判定される場合を示すものである。
【図３】イオン電流に基づくノック判定処理を説明するための各種信号のタイムチャートであって、ノックありと判定される場合を示すものである。
【図４】ＬＣ共振ノイズ成分とノック振動成分とがイオン電流信号に重畳する様子を低回転速度領域（Ａ）及び高回転速度領域（Ｂ）について示すタイムチャートである。
【図５】イオン電流に基づくノック検出の特性図であって機関回転速度（横軸）とＳＮ比（縦軸）との関係を示すものである。
【図６】振動センサが＃１気筒の近傍に設置された場合の振動センサに基づくノック検出の特性図であって機関回転速度（横軸）とＳＮ比（縦軸）との関係を示すものである。
【図７】第１実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】振動センサバックグランド処理ルーチンの手順を示すフローチャートである。
【図９】イオン電流バックグランド処理ルーチンの手順を示すフローチャートである。
【図１０】イオン電流による点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】気筒間点火時期差学習ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】気筒間点火時期差の１例を示すグラフである。
【図１３】振動センサによる点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】燃焼が安定しているとともにノックが発生していない場合におけるイオン電流出力信号、ＢＰＦ出力信号及び積分回路出力信号のタイムチャートである。
【図１５】ノックが発生している場合におけるイオン電流出力信号、ＢＰＦ出力信号及び積分回路出力信号のタイムチャートである。
【図１６】ノックは発生していないが燃焼が不安定である場合におけるイオン電流出力信号、ＢＰＦ出力信号及び積分回路出力信号のタイムチャートである。
【図１７】イオン電流出力信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析により周波数領域で表示した特性図である。
【図１８】イオン電流によるノック検出性及び振動センサによるノック検出性を低回転時及び高回転時についてそれぞれ示す特性図である。
【図１９】第２実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】第３実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２１】第４実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】機関回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭに応じてノック制御選択パラメータＸＫＣＳを定めたマップを示す図である。
【図２３】高負荷領域における機関回転速度ＮＥとノック検出のＳＮ比との関係を示す特性図である。
【図２４】第５実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２５】第６実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２６】高回転時固定点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２７】高回転時の点火時期ガードマップを示す図である。
【符号の説明】
１…点火コイル１
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
５…ディストリビュータ
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
２０…反転増幅回路
２１…演算増幅器（オペアンプ）
２２…入力抵抗
２３…帰還抵抗
３０…マスク回路
３１…コンデンサ
３２…抵抗
３３…トランジスタ
３４…フリップフロップ（ＦＦ）
３５…ワンショットマルチバイブレータ（ＯＳＭＶ）
３６…ＯＲゲート
４１…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）（帯域通過濾波器）
４２…積分回路
４３…中央処理装置（ＣＰＵ）
４４…クランク角センサ
４５…吸気圧センサ
４６…振動センサ
４７…ピークホールド（Ｐ／Ｈ）回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関において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を行うノック制御装置に関する。
【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未燃焼部分（端末ガス）が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すなわちノック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。
【０００５】
例えば、特開平6-159129号公報は、イオン電流検出回路の出力から、６．３ｋＨｚ付近の周波数成分をノック振動成分としてバンドパスフィルタ（帯域通過濾波器）により抽出し、その抽出された周波数成分を積分し、その積分結果に基づいてノック発生の有無を検出する方法を開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、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、イオン電流以外の電流も流れる。すなわち、点火プラグでの放電が終了しても、点火コイルは残留磁気エネルギを持っている。点火コイルはこのエネルギを放出しようとし、コイルのインダクタンスＬと高電圧線路の浮遊容量Ｃとの間でＬＣ共振が起こる。このように、放電終了時にはコイルの残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流が流れ、これはイオン電流とは無関係のものであるため、ノック検出上、ノイズ（以下、ＬＣ共振ノイズ又は残留磁気ノイズという）となる。このＬＣ共振ノイズが現れる期間は、エンジン回転速度によることなく、ほぼ火花放電終了後の一定時間である。
【０００７】
一方、ノックによる振動が現れる期間は、クランク角度時期に依存しており、例えば、15〜60°CA ATDC （上死点後クランク角度）である。そして、エンジン高回転領域では、火花放電終了時期からノック発生時期（15°CA ATDC ）までの時間が短くなる。したがって、エンジン高回転領域では、ＬＣ共振ノイズがノック振動期間内まで継続するおそれがある。その場合には、ノック振動に関連する周波数成分の抽出用として設けられたバンドパスフィルタを通過する成分が現れ、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】
また、排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation ）の実行時や低負荷時には、燃焼が不安定となり、これに起因する振動成分がイオン電流出力信号に含まれる場合がある。このような燃焼の不安定に起因する振動成分も、イオン電流出力信号に含まれるノック振動成分に基づきノック判定を行う上でノイズ（以下、燃焼変動ノイズと呼ぶ）となる。そして、この燃焼変動ノイズの周波数は１〜７ｋＨｚであるため、ノック振動成分と燃焼変動ノイズ成分とを分離することは困難である。すなわち、燃焼変動ノイズが存在する場合にも、ノック振動に関連する周波数成分の抽出用として設けられたバンドパスフィルタを通過する成分が現れ、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。
【０００９】
一方、従来の振動センサによるノック検出では、通常、シリンダブロックに一つセンサが搭載されるため、センサに近い気筒の振動レベルについては良好な検出精度が得られるものの、センサから遠い気筒の振動レベルについては十分な検出精度が得られず、気筒間でＳＮ比がばらつくという問題がある。また、高回転時に、機械ノイズによりＳＮ比が低下するという問題もある。
【００１０】
上述のように、イオン電流に基づくノック検出では、特定の運転領域において信号対雑音比（ＳＮ比）が悪化する場合があり、内燃機関の全運転領域において常に良好なノック検出精度が保証されているわけではない。また、振動センサによるノック検出に関しても、気筒間でのＳＮ比のばらつきや機械ノイズによるＳＮ比の低下という問題点を解消することは困難である。かかる実情に鑑み、本発明の目的は、内燃機関の全運転領域において、かつ、全気筒について、高いノック検出精度を確保することが可能な、内燃機関のノック制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、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生ずるイオンを介して該一対の電極間に流れるイオン電流を検出し、該検出されるイオン電流に基づきノックが発生しているか否かを判定する第１のノック発生判定手段と、内燃機関のシリンダブロックに設置される振動センサによってシリンダブロックの振動を検出し、該検出されるシリンダブロックの振動に基づきノックが発生しているか否かを判定する第２のノック発生判定手段と、内燃機関の運転領域に応じて前記第１のノック発生判定手段又は前記第２のノック発生判定手段のいずれか一方による判定結果に基づき内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、を具備する内燃機関のノック制御装置が提供される。
【００１２】
また、本発明の第２の態様によれば、前記本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、前記点火時期制御手段は、イオン電流経路内でのＬＣ共振によるノイズの発生に起因してイオン電流信号からノック振動成分を抽出するのが困難となる高回転速度運転領域に内燃機関があるときに、前記第２のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御する。
【００１３】
また、本発明の第３の態様によれば、前記本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、前記点火時期制御手段は、燃焼変動によるノイズの発生に起因してイオン電流信号からノック振動成分を抽出するのが困難となる低負荷運転領域に内燃機関があるときに、前記第２のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御する。
【００１４】
また、本発明の第４の態様によれば、前記本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、前記点火時期制御手段は、機械ノイズの発生に起因してシリンダブロックの振動からノック振動成分を抽出するのが困難となる高回転速度運転領域に内燃機関があるときに、前記第１のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御する。
【００１５】
また、本発明の第５の態様によれば、前記本発明の第１から第４までの態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、内燃機関が複数の気筒を有し、前記点火時期制御手段は、前記第１のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御するときには、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を更に決定しておき、前記第２のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御するときには、基準気筒に対しては前記第２のノック判定手段の判定結果に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対しては該算出される基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出する。
【００１６】
また、本発明の第６の態様によれば、前記本発明の第１から第４までの態様に係る、内燃機関のノック制御装置において、前記点火時期制御手段は、イオン電流経路内でのＬＣ共振によるノイズの発生に起因してイオン電流信号からノック振動成分を抽出するのが困難であり、かつ、機械ノイズの存在に起因してシリンダブロックの振動からノック振動成分を抽出するのが困難である運転領域に内燃機関があるときに、前記第１及び第２のノック発生判定手段による判定を禁止し、点火時期を所定の値に固定する。
【００１７】
上述の如く構成された、本発明の第１の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、イオン電流に基づくノック判定と振動センサ出力に基づくノック判定とが運転領域に応じて適宜切り換えられて実行されることが可能となり、広い運転領域において精度よくノック判定が行われることとなる。
【００１８】
また、本発明の第２の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、イオン電流経路内でのＬＣ共振によるノイズの発生に起因してイオン電流に基づくノック判定が困難となる高回転速度運転領域に内燃機関がある場合でも、振動センサ出力に基づくノック判定により高いノック検出精度が確保される。
【００１９】
また、本発明の第３の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、燃焼変動によるノイズの発生に起因してイオン電流に基づくノック判定が困難となる低負荷運転領域に内燃機関がある場合でも、振動センサ出力に基づくノック判定により高いノック検出精度が確保される。
【００２０】
また、本発明の第４の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、機械ノイズの発生に起因して振動センサ出力に基づくノック判定が困難となる高回転速度運転領域に内燃機関がある場合でも、イオン電流に基づくノック判定により高いノック検出精度が確保される。
【００２１】
また、本発明の第５の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、イオン電流に基づくノック制御にて得られる適切な気筒間点火時期差を振動センサ出力に基づくノック制御時に反映させることができる。
【００２２】
また、本発明の第６の態様に係る、内燃機関のノック制御装置においては、イオン電流に基づくノック判定によっても、また、振動センサ出力に基づくノック判定によっても、十分なノック検出精度が得られない運転領域にて、誤判定を確実に防止することができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１は、点火装置及び本発明の一実施形態に係るノック制御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、ディストリビュータ５を介して各気筒ごとに設けられた点火プラグ４の中心電極４ａに接続される。点火プラグ４の外側電極４ｂは、接地されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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２０に接続されている。この反転増幅回路２０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）２１と、演算増幅器２１の反転入力端子（−端子）に接続される入力抵抗２２と、演算増幅器２１の出力端子から反転入力端子（−端子）への帰還抵抗２３とで構成されている。この反転増幅回路２０の出力がイオン電流出力信号を与える。
【００２７】
反転増幅回路２０の出力は、マスク回路３０に導かれる。マスク回路３０は、イオン電流出力信号をマスクすることにより、ノイズが発生する期間においては信号を後段に伝達しないようにするものである。まず、反転増幅回路２０の出力は、直流成分をカットするためのコンデンサ３１の一端に接続され、コンデンサ３１の他端は、出力電圧を得るための抵抗３２を介して接地されるとともに、トランジスタ３３のコレクタに接続されている。トランジスタ３３のエミッタは、接地されている。また、トランジスタ３３のベースには、マスク期間を指定するマスク信号が印加される。すなわち、マスク信号がアクティブの間、マスク回路３０の出力電圧は、零となる。
【００２８】
そのマスク信号を作成するために、フリップフロップ（ＦＦ）３４、ワンショットマルチバイブレータ（ＯＳＭＶ）３５及びＯＲゲート３６が設けられている。ＦＦ３４のセット入力は、反転増幅回路２０の出力に接続される。ＦＦ３４のリセット入力には、点火信号が印加される。ＦＦ３４の非反転出力は、ＯＳＭＶ３５の入力に導かれ、反転出力は、ＯＲゲート３６の一方の入力に導かれる。ＯＲゲート３６の他方の入力には、ＯＳＭＶ３５の出力が導かれる。そして、ＯＲゲート３６の出力すなわちマスク信号は、トランジスタ３３のベースに接続される。
【００２９】
マスク回路３０の出力は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）（帯域通過濾波器）４１に導かれる。ＢＰＦ４１は、マスク回路３０の出力信号を入力してその中からノック振動に関連する周波数成分すなわち６〜７ｋＨｚ付近の周波数成分を抽出する。また、ＢＰＦ４１の後段に設けられた積分回路４２は、ＣＰＵ４３から供給されるゲート信号がアクティブの間、ＢＰＦ４１の出力信号を積分する。なお、積分回路に代えて、ピークホールド（Ｐ／Ｈ）回路を設けてもよい。
【００３０】
また、この内燃機関のシリンダブロックには、ブロックの振動を感知する振動センサ４６が取り付けられている。振動センサ４６の出力は、ピークホールド（Ｐ／Ｈ）回路４７に入力され、さらに、ピークホールド回路４７の出力は、ＣＰＵ４３に取り込まれ、シリンダブロックの振動に基づくノック判定処理に供される。
【００３１】
中央処理装置（ＣＰＵ）４３は、ノック制御を行うものであり、積分回路４２又はＰ／Ｈ回路４７のアナログ出力電圧をディジタル出力電圧に変換し、その値が所定の基準値以上となったときにノックありと判定する。そして、ＣＰＵ４３は、クランク角センサ４４及び吸気圧センサ４５を含む各種センサからの出力に基づいて運転状態を検出し、ノックの有無とともにエンジンの状態を総合的に判定し、最適な点火時期を決定し、点火信号を出力する。また、ＣＰＵ４３は、積分回路４２及びＰ／Ｈ回路４７におけるゲート期間を決定し、ゲート信号を積分回路４２及びＰ／Ｈ回路４７に供給する。
【００３２】
図２及び図３は、イオン電流に基づくノック判定処理を説明するための、図１の装置上の各種信号のタイムチャートであって、図２は、ノックなしと判定される場合を示し、図３は、ノックありと判定される場合を示す。まず、時期（タイミング）ｔ0 において、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。また、時期ｔ0 においては、点火信号によりＦＦ３４がリセットされるとともに、ＦＦ３４の反転出力を受けてＯＲゲート３６の出力がハイとなる。
【００３３】
次いで、時期ｔ1 において、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、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へと一巡する二次電流が時期ｔ1 からｔ2 までの間流れる。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。
【００３４】
放電終了時期すなわち時期ｔ2 においては、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において符号６で示される）との間でＬＣ共振が起こり、ＬＣ共振による二次電流が流れる。そのＬＣ共振電流は、イオン電流検出抵抗１４を流れるため、放電終了後のイオン電流検出回路１０及び反転増幅回路２０の各出力波形には、急峻な変化が現れるが、これは残留磁気ノイズ（ＬＣ共振ノイズ）であってイオン電流ではない。また、時期ｔ2 においては、反転増幅回路２０の出力を受けてＦＦ３４がセットされ、それを受けてＯＳＭＶ３５が一定時間すなわち時期ｔ2 から時期ｔ4 までハイ信号を出力する。その結果、ＯＲゲート３６の出力は、時期ｔ0 から時期ｔ4 までハイとなる。なお、かかる一定時間ｔ4 −ｔ2 は、残留磁気ノイズの発生時間よりも大きくなるように設定されており、時期ｔ4 は、ＬＣ共振電流が流れ終わる時期ｔ3 よりも後になる。
【００３５】
そして、残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流すなわち残留磁気ノイズの終了時期ｔ3 以後においては、イオン電流が流れる。すなわち、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。このイオン電流は、コンデンサ１１の一端から、点火コイル二次巻線１ｂ、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２０において反転増幅される。反転増幅回路２０の出力は、マスク回路３０に供給される。
【００３６】
そして、前述したように、時期ｔ3 の後の時期ｔ4 においては、ＯＲゲート３６の出力すなわちマスク信号がインアクティブとなり、マスクが解除される。したがって、マスク回路３０の出力は、マスク解除時期ｔ4 において不連続に変化することとなる。このステップ的な信号変化は広い領域の周波数成分を持つため、後段のＢＰＦ４１を通過する成分が現れ、これがノイズとなる。
【００３７】
イオン電流信号は、筒内圧力に同期した山形状の低周波数信号であるが、ノックが発生した場合には、図３に示されるように、その山の頂上以降、すなわち筒内圧力最大時（通常、15°CA ATDC 付近）以降に、ノックによる振動が重なる。ノック振動が現れる期間は、エンジン回転速度によらず、ほぼ一定のクランク角度範囲であり、具体的には15〜60°CA ATDC 程度である。そこで、ＣＰＵ４３から積分回路４２に供給されるゲート信号によって指定されるゲート期間すなわち時期ｔ5 から時期ｔ6 までの期間は、マスク解除時に発生するノイズを避けかつノック振動が現れる期間を考慮したものとされる必要がある。
【００３８】
適切にゲート期間が設定されている場合において、ノックが発生しなかったときには、図２に示されるように、ＢＰＦ４１の出力はゲート期間において小さなレベルを有し、積分回路４２の出力も小さくなる。一方、ノックが発生したときには、図３に示されるように、ＢＰＦ４１の出力はゲート期間において大きなレベルを有し、積分回路４２の出力も大きくなる。ＣＰＵ４３は、積分回路４２の出力を所定の判定基準値と比較することにより、ノックの有無を判定する。
【００３９】
以下、上述のハードウェア構成を前提として、本発明において、イオン電流に基づくノック制御と振動センサに基づくノック制御とがどのように使い分けられるかについて、６つの実施形態を採り上げる。
【００４０】
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態は、点火コイルの残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流すなわちＬＣ共振ノイズとノック振動成分との分離が困難となるような高回転速度運転領域に内燃機関があるときには、振動センサに基づくノック制御を実施し、それ以外の低回転速度運転領域に内燃機関があるときには、イオン電流に基づくノック制御を実施しようというものである。
【００４１】
図４は、ＬＣ共振ノイズ成分とノック振動成分とがイオン電流信号に重畳する様子を、低回転速度領域（Ａ）及び高回転速度領域（Ｂ）について示すタイムチャートである。点火コイルの残留磁気エネルギによる急峻なＬＣ共振電流が流れた後に、変化量の大きいイオン電流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共振ノイズは、エンジン回転速度に関係せず、火花放電終了後からほぼ一定時間が経過するまで継続する。
【００４２】
一方、ノックによる振動が現れる期間は、前述したように、クランク角に依存しており、例えば、15〜60°CA ATDC の期間である。そして、エンジン高回転速度領域では、点火から火花放電及び燃焼を経てノック発生に至るまでの過程が時間的に短くなり、従って、火花放電終了時期からノック発生時期（15°CA ATDC ）までの時間が短くなる。そのため、ＬＣ共振ノイズ成分とノック振動成分との分離は、エンジン低回転速度領域では、図４（Ａ）に示されるように、可能であるものの、エンジン高回転速度領域では、図４（Ｂ）に示されるように、困難となり、ＢＰＦ出力信号にノイズが入り込む可能性がある。
【００４３】
図５は、イオン電流に基づくノック検出の特性図であって機関回転速度（横軸）とＳＮ比（縦軸）との関係を示すものである。イオン電流に基づくノック検出においては、気筒ごとにノック検出が可能であるため、この図に示されるように、気筒間でＳＮ比に差はないものの、高回転速度領域においては、前述したＬＣ共振ノイズの影響でノックの検出が困難となる。
【００４４】
一方、図６は、振動センサ４６が＃１気筒の近傍に設置された場合の振動センサに基づくノック検出の特性図であって機関回転速度（横軸）とＳＮ比（縦軸）との関係を示すものである。この図に示されるように、各気筒とも回転速度が高くなるほどＳＮ比は低下し、また、振動センサから離れた気筒ほどＳＮ比は低下する。振動センサに近接した＃１気筒については、回転速度が高くなるほどＳＮ比は低下するものの全回転速度領域でノックを検出することが可能であるが、振動センサから離れた気筒については、高回転速度領域でノック検出は困難となる。
【００４５】
そこで、第１実施形態では、低回転速度領域においては、イオン電流に基づくノック制御を行うとともに、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を決定しておく。そして、高回転速度領域においては、振動センサに基づくノック制御を行うが、その際、基準気筒に対しては振動センサの出力に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対してはその算出された基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出する。
【００４６】
図７は、第１実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、各気筒の所定のクランク角ごとにＣＰＵ４３によって実行される。まず、ステップ１０１では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒についての処理である場合には、ステップ１０２に進み、後述する振動センサバックグランド処理を行ってから、ステップ１０３に進む一方、基準気筒以外の気筒についての処理である場合には、直接ステップ１０３に進む。なお、運転領域にかかわらず振動センサバックグランド処理を行うのは、振動センサ出力に基づくノック判定を行うための判定基準値の連続性を確保するためである。
【００４７】
ステップ１０３では、クランク角センサ４４の出力に基づいて別途算出されている現在の機関回転速度ＮＥを読み込む。次いで、ステップ１０４では、回転速度ＮＥが、イオン電流に基づくノック検出が不可能となる限界の回転速度ＮＥＬＭＴより小さいか否かを判定する。ＮＥ＜ＮＥＬＭＴのときには、ステップ１０５、１０６及び１０７を実行して本ルーチンを終了する。ここで、ステップ１０５はイオン電流バックグランド処理、ステップ１０６はイオン電流に基づく点火時期制御、ステップ１０７は気筒間の点火時期差の学習、をそれぞれ行うものであり、その内容は後述する。一方、ＮＥＬＭＴ≦ＮＥのときには、ステップ１０８に進み、振動センサに基づく点火時期制御（後述）を行い、本ルーチンを終了する。
【００４８】
図８は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０２にて実行される振動センサバックグランド処理ルーチンの手順を示すフローチャートである。まず、ステップ２０１では、振動センサ４６の出力のピーク値を保持するピークホールド回路４７の出力ＳＫＮを読み込む。次いで、ステップ２０２では、
ＤＳＢＧ←｜ＳＢＧＯ−ＳＫＮ｜／４
なる演算により、更新量ＤＳＢＧを算出する。ここで、ＳＢＧＯは、前回の演算で算出された振動センサバックグランドである。更新量ＤＳＢＧは、前回の演算までの振動センサバックグランドと今回のピーク値ＳＫＮとの差の絶対値の１／４として算出される。
【００４９】
次いで、ステップ２０３及び２０４では、予め定められた上限ガード値ＧＤＳＢＧ以下となるように更新量ＤＳＢＧを制限する。次いで、ステップ２０５及び２０６では、今回のピーク値ＳＫＮと前回までの振動センサバックグランドＳＢＧＯとを比較してＳＫＮの大きさを判定し、ステップ２０７、２０８及び２０９では、その判定結果に応じて振動センサバックグランドＳＢＧを更新する。すなわち、
SKN ＜SBGO のとき、SBG ←SBGO＋DSBG−α
SBGO≦SKN ＜SBGO×1.5 のとき、SBG ←SBGO＋DSBG＋α
SBGO×1.5 ≦SKN のとき、SBG ←SBGO＋DSBG
のようにＳＢＧを算出する。ここで、αは、振動センサバックグランドＳＢＧを適切な範囲の値とするための調整係数である。最後のステップ２１０では、今回算出された振動センサバックグランドＳＢＧを次回の演算に備えＳＢＧＯとして記憶し、本ルーチンを終了する。
【００５０】
図９は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０５にて実行されるイオン電流バックグランド処理ルーチンの手順を示すフローチャートである。まず、ステップ３０１では、ＢＰＦ４１の出力の積分値を保持する積分回路４２の出力ＶＫＮを読み込む。次いで、ステップ３０２では、
ＤＶＢＧ←｜ＶＢＧＯ−ＶＫＮ｜／４
なる演算により、更新量ＤＶＢＧを算出する。ここで、ＶＢＧＯは、前回の演算で算出されたイオン電流バックグランドである。更新量ＤＶＢＧは、前回の演算までのイオン電流バックグランドと今回の積分値ＶＫＮとの差の絶対値の１／４として算出される。
【００５１】
次いで、ステップ３０３及び３０４では、予め定められた上限ガード値ＧＤＶＢＧ以下となるように更新量ＤＶＢＧを制限する。次いで、ステップ３０５及び３０６では、今回の積分値ＶＫＮと前回までのイオン電流バックグランドＶＢＧＯとを比較してＶＫＮの大きさを判定し、ステップ３０７、３０８及び３０９では、その判定結果に応じてイオン電流バックグランドＳＢＧを更新する。すなわち、
VKN ＜VBGO のとき、VBG ←VBGO＋DVBG−β
VBGO≦VKN ＜VBGO×1.5 のとき、VBG ←VBGO＋DVBG＋β
VBGO×1.5 ≦VKN のとき、VBG ←VBGO＋DVBG
のようにＳＢＧを算出する。ここで、βは、イオン電流バックグランドＶＢＧを適切な範囲の値とするための調整係数である。最後のステップ３１０では、今回算出されたイオン電流バックグランドＶＢＧを次回の演算に備えＶＢＧＯとして記憶し、本ルーチンを終了する。
【００５２】
図１０は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０６にて実行されるイオンによる点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。なお、点火時期は、圧縮上死点前クランク角度位置として表される。まず、ステップ４０１では、イオン電流出力の積分値ＶＫＮがバックグランドＶＢＧと所定の係数Ｋ１との積より小さいか否かを判定する。ＶＫＮ＜ＶＢＧ×Ｋ１のときには、ノック発生なしとみなし、ステップ４０２に進み、点火時期補正量ΔＴＩを予め定められた進角量ＬＴに設定する。一方、ＶＢＧ×Ｋ１≦ＶＫＮのときには、ノック発生ありとみなし、ステップ４０３に進み、点火時期補正量ΔＴＩを予め定められた遅角量−ＤＴに設定する。なお、０＜ＬＴ＜＜ＤＴとするが、これは、ノックが発生していないときには徐々に点火時期を進角せしめる一方、ノックが発生したときには一挙に点火時期を遅角せしめてノックを抑制するためである。
【００５３】
ステップ４０２又は４０３の次に実行されるステップ４０４では、クランク角センサ４４の出力及び吸気圧センサ４５の出力に基づいて別途算出されている機関回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭを読み込む。次いで、ステップ４０５では、ＮＥ及びＰＭに基づき所定のマップを参照することにより、ＮＥ及びＰＭに応じた基準点火時期ＴＢを算出する。次いで、ステップ４０６では、本ルーチンの前回の走行により算出された点火時期ＴＩＯに点火時期補正量ΔＴＩを加算して今回の点火時期ＴＩを求める。
【００５４】
次いで、ステップ４０７、４０８、４０９及び４１０では、算出された点火時期ＴＩが、予め定められた最遅角点火時期ＴＤと最進角点火時期である基準点火時期ＴＢとの間にあるか否かを判定し、その間になければ、点火時期ＴＩを最遅角点火時期ＴＤ又は基準点火時期ＴＢに再設定する。そして、ステップ４１１では、点火時期ＴＩに応じた点火信号を作成し、出力する。最後のステップ４１２では、次回の演算に備え、今回算出された点火時期ＴＩをＴＩＯとして記憶する。
【００５５】
図１１は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０７にて実行される気筒間点火時期差学習ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ５０１では、本ルーチンの今回の走行が基準気筒に関する処理を実行するものであるか否かを判定し、基準気筒に関する処理である場合には、ステップ５０２に進み、基準気筒点火時期ＴＩＢを現在の点火時期ＴＩに設定して、このルーチンを終了する。一方、基準気筒以外の気筒に関する処理である場合には、ステップ５０３に進み、点火時期差δを“ＴＩ−ＴＩＢ”なる演算にて求め、このルーチンを終了する。なお、このδは、基準気筒以外の気筒ごとに設けられる変数である。
【００５６】
図１２は、気筒間点火時期差の１例を示すグラフであって、横軸は気筒を示し、縦軸はクランク角で示される点火時期差を示す。この例では、＃１気筒が基準気筒であるため、＃１気筒の点火時期差は０°ＣＡである。また、＃１気筒の点火時期に対して、＃２気筒は１．５°ＣＡ、＃４気筒は１．０°ＣＡほどそれぞれ進角しており、＃３気筒は２．０°ＣＡ遅角している。
【００５７】
図１３は、ノック制御ルーチン（図７）のステップ１０８にて実行される振動センサによる点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ６０１では、本ルーチンの今回の走行が基準気筒に関する処理を実行するものであるか否かを判定し、基準気筒に関する処理である場合には、ステップ６０２に進み、一方、基準気筒以外の気筒に関する処理である場合には、ステップ６０８に進む。
【００５８】
ステップ６０２では、振動センサ出力のピーク値ＳＫＮがバックグランドＳＢＧと所定の係数Ｋ２との積より小さいか否かを判定する。ＳＫＮ＜ＳＢＧ×Ｋ２のときには、ノック発生なしとみなし、ステップ６０３に進み、点火時期補正量ΔＴＩを予め定められた進角量ＬＴに設定する。一方、ＳＢＧ×Ｋ２≦ＳＫＮのときには、ノック発生ありとみなし、ステップ６０４に進み、点火時期補正量ΔＴＩを予め定められた遅角量−ＤＴに設定する。なお、０＜ＬＴ＜＜ＤＴとするが、これは、ノックが発生していないときには徐々に点火時期を進角せしめる一方、ノックが発生したときには一挙に点火時期を遅角せしめてノックを抑制するためである。
【００５９】
ステップ６０３又は６０４の次に実行されるステップ６０５では、クランク角センサ４４の出力及び吸気圧センサ４５の出力に基づいて別途算出されている機関回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭを読み込む。次いで、ステップ６０６では、ＮＥ及びＰＭに基づき所定のマップを参照することにより、ＮＥ及びＰＭに応じた基準点火時期ＴＢを算出する。次いで、ステップ６０７では、本ルーチンの前回の走行により算出された点火時期ＴＩＯに点火時期補正量ΔＴＩを加算して今回の点火時期ＴＩを求める。
【００６０】
次いで、ステップ６０９、６１０、６１１及び６１２では、算出された点火時期ＴＩが、予め定められた最遅角点火時期ＴＤと最進角点火時期である基準点火時期ＴＢとの間にあるか否かを判定し、その間になければ、点火時期ＴＩを最遅角点火時期ＴＤ又は基準点火時期ＴＢに再設定する。そして、ステップ６１３では、点火時期ＴＩに応じた点火信号を作成し、出力する。最後のステップ６１５では、次回の演算に備え、今回算出された点火時期ＴＩをＴＩＯとして記憶する。
【００６１】
一方、ステップ６０１にて本ルーチンの今回の走行が基準気筒以外の気筒に関する処理であると判定された場合に実行されるステップ６０８では、気筒間点火時期差学習ルーチン（図１１）で気筒ごとに算出されている点火時期差δで基準気筒の点火時期ＴＩＯを補正することにより、当該気筒の点火時期ＴＩを決定する。次いで、ステップ６１４では、点火時期ＴＩに応じた点火信号を作成し、出力して、本ルーチンを終了する。
【００６２】
次に、第２実施形態に係るノック制御について説明する。第２実施形態は、燃焼変動ノイズとノック振動成分との分離が困難となるような低負荷運転領域に内燃機関があるときには、振動センサに基づくノック制御を実施し、それ以外の運転領域に内燃機関があるときには、イオン電流に基づくノック制御を実施しようというものである。
【００６３】
図１４、図１５及び図１６は、イオン電流に基づくノック検出回路におけるイオン電流出力信号、ＢＰＦ出力信号及び積分回路出力信号のタイムチャートを示す図であって、図１４は、高負荷で燃焼が安定しているとともにノックが発生していない場合に係る図であり、図１５は、ノックが発生している場合に係る図であり、図１６は、ノックは発生していないが低負荷域やＥＧＲ実行域にあって燃焼が不安定である場合に係る図である。急峻なＬＣ共振ノイズの終了後に現れるイオン電流出力は、筒内圧力に同期した山形状の低周波数信号である。そして、図１４の場合、イオン電流出力にはノックに起因する振動成分も燃焼変動に起因する振動成分も含まれず、ノック振動成分の発生が予想されるゲート期間においてＢＰＦ出力を積分しても、その積分値は小さい。
【００６４】
一方、ノックが発生した場合、図１５に示されるように、筒内圧力最大時以降にノック振動成分がイオン電流出力に重なる。そのノック振動成分がＢＰＦにより抽出される結果、積分値が大きくなり、ノック検出が可能となる。ところが、ノックが発生していなくとも燃焼が不安定な場合、図１６に示されるように、イオン電流出力は、１〜７ｋＨｚの振動成分を含む乱雑な波形となり、それに伴い、ＢＰＦ出力も、振幅の大きな信号となって現れ、その結果、積分回路出力も大きくなって、ノックが誤検出されてしまう。
【００６５】
図１７（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析により、図１４、図１５及び図１６に示されるイオン電流出力信号をそれぞれ周波数領域で表示した特性図であり、横軸は周波数、縦軸はパワースペクトル密度を表す。この図からもわかるように、ノックが発生した場合（図１７（Ｂ））には、ノックが発生しなかった場合（図１７（Ａ））に比較して、６〜７ｋＨｚの周波数成分が大きく現れる。しかし、ノックは発生していないが燃焼が不安定な場合（図１７（Ｃ））にも、やはり６〜７ｋＨｚの周波数成分がかなり含まれる。従って、燃焼変動ノイズが存在する場合、イオン電流出力からノック振動成分のみ抽出することが困難となる。
【００６６】
図１８（Ａ）及び（Ｂ）は、イオン電流及び振動センサによるノック検出性を低回転速度時及び高回転速度時についてそれぞれ示す特性図であって、横軸は機関負荷としての吸気管圧力ＰＭを表し、縦軸はＳＮ比を表している。同図（Ａ）に示される低回転速度時についてみてみると、振動センサによるＳＮ比は、全負荷域で安定しているが、気筒間でばらつきがある。一方、イオン電流によるＳＮ比は、低負荷領域で低下するが、気筒間でのばらつきはない。また、同図（Ｂ）に示される高回転速度時についてみてみると、振動センサによるＳＮ比は、低回転時よりも低下し、やはり気筒間のばらつきを有し、遠隔の気筒ではほとんど検出不可となる。一方、イオン電流によるＳＮ比は、低負荷領域で低下するが、気筒間でのばらつきはなく、高負荷領域での検出精度が振動センサの場合より数段良好である。
【００６７】
そこで、第２実施形態では、高負荷領域においては、イオン電流に基づくノック制御を行うとともに、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を求めておく。一方、低負荷領域においては、振動センサに基づくノック制御を行うが、その際、基準気筒に対しては振動センサの出力に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対してはその算出された基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出するようにしている。
【００６８】
図１９は、第２実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ７０１では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒についての処理である場合には、ステップ７０２に進み、前述の振動センサバックグランド処理（図８）を行ってから、ステップ７０３に進む一方、基準気筒以外の気筒についての処理である場合には、直接ステップ７０３に進む。ステップ７０３では、吸気圧センサ４５の出力に基づいて別途算出されている現在の吸気管圧力ＰＭを読み込む。
【００６９】
次いで、ステップ７０４では、吸気管圧力ＰＭが、イオン電流に基づくノック検出が燃焼変動ノイズの発生により困難となるしきい値としての吸気管圧力ＰＭＴＨより小さいか否かを判定する。ＰＭ＜ＰＭＴＨのとき、すなわち低負荷のときには、ステップ７０５に進み、前述の振動センサによる点火時期制御（図１３）を行い、本ルーチンを終了する。一方、ＰＭＴＨ≦ＰＭのとき、すなわち高負荷のときには、前述のイオン電流バックグランド処理（図９）、イオン電流による点火時期制御（図１０）及び気筒間点火時期差の学習（図１１）を行う（ステップ７０６、７０７及び７０８）。
【００７０】
次に、第３実施形態に係るノック制御について説明する。第３実施形態は、高回転速度時に機械ノイズにより振動センサによるノック検出のＳＮ比が低下すること、及び低回転時に燃焼変動ノイズが発生しやすいことを考慮したものである。すなわち、第３実施形態では、高回転速度領域においては、イオン電流に基づくノック制御を行うとともに、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を算出しておく。一方、低回転速度領域においては、振動センサに基づくノック制御を行う。その際、基準気筒に対しては振動センサの出力に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対してはその算出された基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出する。
【００７１】
図２０は、第３実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ８０１では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒についての処理である場合には、ステップ８０２に進み、前述の振動センサバックグランド処理（図８）を行ってから、ステップ８０３に進む一方、基準気筒以外の気筒についての処理である場合には、直接ステップ８０３に進む。ステップ８０３では、前述のイオン電流バックグランド処理（図９）を行う。次いで、ステップ８０４では、現在の回転速度ＮＥを読み込む。
【００７２】
次いで、ステップ８０５では、回転速度ＮＥが、振動センサに基づくノック検出が機械ノイズの発生により困難となるしきい値としての回転速度ＮＥＴＨより小さいか否かを判定する。ＮＥ＜ＮＥＴＨのときには、ステップ８０６に進み、振動センサによる点火時期制御（図１３）を行い、本ルーチンを終了する。一方、ＮＥＴＨ≦ＮＥのときには、イオン電流による点火時期制御（図１０）及び気筒間点火時期差の学習（図１１）を行う（ステップ８０７及び８０８）。
【００７３】
次に、第４実施形態に係るノック制御について説明する。第４実施形態は、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせてより精密な制御を行おうというものである。すなわち、イオン電流に基づくノック制御又は振動センサに基づくノック制御のいずれを実施すべきかは、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷（吸気管圧力）ＰＭに応じて判断される。
【００７４】
図２１は、第４実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートであり、図２２は、機関回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭに応じてノック制御選択パラメータＸＫＣＳを定めたマップを示す図である。なお、ＸＫＣＳ＝１は、イオン電流に基づくノック制御が行われるべきことを表し、ＸＫＣＳ＝０は、振動センサに基づくノック制御が行われるべきであることを表す。まず、ステップ９０１では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒についての処理である場合には、ステップ９０２に進み、振動センサバックグランド処理（図８）を行ってから、ステップ９０３に進む一方、基準気筒以外の気筒についての処理である場合には、直接ステップ９０３に進む。ステップ９０３では、イオン電流バックグランド処理（図９）を行う。
【００７５】
次いで、ステップ９０４では、現在の回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭを読み込む。次いで、ステップ９０５では、ＮＥ及びＰＭに基づき図２２のマップを参照することにより、ノック制御選択パラメータＸＫＣＳを求める。次いで、ステップ９０６では、ＸＫＣＳの値について判定する。ＸＫＣＳ＝１のときには、イオン電流による点火時期制御（図１０）及び気筒間点火時期差の学習（図１１）を行う（ステップ９０７及び９０８）。一方、ＸＫＣＳ＝０のときには、振動センサによる点火時期制御（図１３）を行う（ステップ９０９）。
【００７６】
次に、第５実施形態に係るノック制御について説明する。第５実施形態は、前記第４実施形態に第１実施形態の処理を追加したものである。図２３は、高負荷領域における機関回転速度ＮＥとノック検出のＳＮ比との関係を示す特性図である。高負荷領域であっても、前述したように、高回転速度になると、ＬＣ共振ノイズがノック発生期間に入り込み、イオン電流によるノック検出のＳＮ比が極端に低下する。そこで、第５実施形態では、イオン電流によるノック検出が不可能となる限界の回転速度ＮＥＬＭＴを回転速度ＮＥが上回る場合に振動センサに基づくノック制御を行うよう、第４実施形態を変更する。
【００７７】
図２４は、第５実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。第４実施形態（図２１）との相違点のみ説明する。ステップ１００４及び１０１０に示されるように、回転速度ＮＥが限界値ＮＥＬＭＴ以上になると、振動センサによる点火時期制御（図１３）が行われる。また、イオン電流バックグランド処理（図９）は、ＮＥ＜ＮＥＬＭＴなる領域にて実行される（ステップ１００５）。
【００７８】
最後に、第６実施形態に係るノック制御について説明する。第５実施形態では、回転速度ＮＥが限界の回転速度ＮＥＬＭＴ以上となる場合に、振動センサに基づくノック制御を行うが、このような場合に、機械ノイズの影響で振動センサによるノック検出も困難となることがありうる。そのときには、安全を考慮して点火時期の遅角側の固定時期に設定することが好ましい。
【００７９】
図２５は、第６実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。第５実施形態（図２４）と異なり、ＮＥ＜ＮＥＬＭＴなる領域では、次の高回転時固定点火時期制御が実行される（ステップ１１１１）。
【００８０】
図２６は、その高回転時固定点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ１２０１では、吸気管圧力ＰＭに基づき、図２７に示される高回転時の点火時期ガードマップを参照することにより、点火時期ＴＩを算出する。次いで、ステップ１２０２では、基準気筒についての処理であるか否かを判定し、基準気筒のときにはステップ１２０４に進む。一方、基準気筒以外の気筒についての処理であるときには、ステップ１２０３に進み、マップによる点火時期ＴＩを気筒間点火時期差δで補正することにより、当該気筒の点火時期を算出した後、ステップ１２０４に進む。最後のステップ１２０４では、点火時期ＴＩに応じた点火信号を作成し、出力して、本ルーチンを終了する。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の全運転領域において、かつ、全気筒について、高いノック検出精度及び点火時期制御精度を確保することが可能なノック制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】点火装置及び本発明の一実施形態に係るノック制御装置の回路構成を示す図である。
【図２】イオン電流に基づくノック判定処理を説明するための各種信号のタイムチャートであって、ノックなしと判定される場合を示すものである。
【図３】イオン電流に基づくノック判定処理を説明するための各種信号のタイムチャートであって、ノックありと判定される場合を示すものである。
【図４】ＬＣ共振ノイズ成分とノック振動成分とがイオン電流信号に重畳する様子を低回転速度領域（Ａ）及び高回転速度領域（Ｂ）について示すタイムチャートである。
【図５】イオン電流に基づくノック検出の特性図であって機関回転速度（横軸）とＳＮ比（縦軸）との関係を示すものである。
【図６】振動センサが＃１気筒の近傍に設置された場合の振動センサに基づくノック検出の特性図であって機関回転速度（横軸）とＳＮ比（縦軸）との関係を示すものである。
【図７】第１実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】振動センサバックグランド処理ルーチンの手順を示すフローチャートである。
【図９】イオン電流バックグランド処理ルーチンの手順を示すフローチャートである。
【図１０】イオン電流による点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】気筒間点火時期差学習ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】気筒間点火時期差の１例を示すグラフである。
【図１３】振動センサによる点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】燃焼が安定しているとともにノックが発生していない場合におけるイオン電流出力信号、ＢＰＦ出力信号及び積分回路出力信号のタイムチャートである。
【図１５】ノックが発生している場合におけるイオン電流出力信号、ＢＰＦ出力信号及び積分回路出力信号のタイムチャートである。
【図１６】ノックは発生していないが燃焼が不安定である場合におけるイオン電流出力信号、ＢＰＦ出力信号及び積分回路出力信号のタイムチャートである。
【図１７】イオン電流出力信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析により周波数領域で表示した特性図である。
【図１８】イオン電流によるノック検出性及び振動センサによるノック検出性を低回転時及び高回転時についてそれぞれ示す特性図である。
【図１９】第２実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】第３実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２１】第４実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】機関回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭに応じてノック制御選択パラメータＸＫＣＳを定めたマップを示す図である。
【図２３】高負荷領域における機関回転速度ＮＥとノック検出のＳＮ比との関係を示す特性図である。
【図２４】第５実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２５】第６実施形態に係るノック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２６】高回転時固定点火時期制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図２７】高回転時の点火時期ガードマップを示す図である。
【符号の説明】
１…点火コイル１
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
５…ディストリビュータ
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
２０…反転増幅回路
２１…演算増幅器（オペアンプ）
２２…入力抵抗
２３…帰還抵抗
３０…マスク回路
３１…コンデンサ
３２…抵抗
３３…トランジスタ
３４…フリップフロップ（ＦＦ）
３５…ワンショットマルチバイブレータ（ＯＳＭＶ）
３６…ＯＲゲート
４１…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）（帯域通過濾波器）
４２…積分回路
４３…中央処理装置（ＣＰＵ）
４４…クランク角センサ
４５…吸気圧センサ
４６…振動センサ
４７…ピークホールド（Ｐ／Ｈ）回路
Claims (4)
- 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生ずるイオンを介して該一対の電極間に流れるイオン電流を検出し、該検出されるイオン電流に基づきノックが発生しているか否かを判定する第１のノック発生判定手段と、
内燃機関のシリンダブロックに設置される振動センサによってシリンダブロックの振動を検出し、該検出されるシリンダブロックの振動に基づきノックが発生しているか否かを判定する第２のノック発生判定手段と、
内燃機関の運転領域に応じて前記第１のノック発生判定手段又は前記第２のノック発生判定手段のいずれか一方による判定結果に基づき内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
を具備し、前記点火時期制御手段は、燃焼変動によるノイズの発生に起因してイオン電流信号からノック振動成分を抽出するのが困難となる低負荷運転領域に内燃機関があるときに、前記第２のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御する、内燃機関のノック制御装置。 - 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生ずるイオンを介して該一対の電極間に流れるイオン電流を検出し、該検出されるイオン電流に基づきノックが発生しているか否かを判定する第１のノック発生判定手段と、
内燃機関のシリンダブロックに設置される振動センサによってシリンダブロックの振動を検出し、該検出されるシリンダブロックの振動に基づきノックが発生しているか否かを判定する第２のノック発生判定手段と、
内燃機関の運転領域に応じて前記第１のノック発生判定手段又は前記第２のノック発生判定手段のいずれか一方による判定結果に基づき内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
を具備し、前記点火時期制御手段は、機械ノイズの発生に起因してシリンダブロックの振動からノック振動成分を抽出するのが困難となる高回転速度運転領域に内燃機関があるときに、前記第１のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御する、内燃機関のノック制御装置。 - 内燃機関が複数の気筒を有し、前記点火時期制御手段は、前記第１のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御するときには、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を更に決定しておき、前記第２のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御するときには、基準気筒に対しては前記第２のノック判定手段の判定結果に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対しては該算出される基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出する、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のノック制御装置。
- 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生ずるイオンを介して該一対の電極間に流れるイオン電流を検出し、該検出されるイオン電流に基づきノックが発生しているか否かを判定する第１のノック発生判定手段と、
内燃機関のシリンダブロックに設置される振動センサによってシリンダブロックの振動を検出し、該検出されるシリンダブロックの振動に基づきノックが発生しているか否かを判定する第２のノック発生判定手段と、
内燃機関の運転領域に応じて前記第１のノック発生判定手段又は前記第２のノック発生判定手段のいずれか一方による判定結果に基づき内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
を具備するとともに、内燃機関が複数の気筒を有し、前記点火時期制御手段は、前記第１のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御するときには、基準気筒の点火時期と基準気筒以外の気筒の点火時期との間の点火時期差を更に決定しておき、前 記第２のノック発生判定手段による判定結果に基づき点火時期を制御するときには、基準気筒に対しては前記第２のノック判定手段の判定結果に応じて点火時期を算出する一方、基準気筒以外の気筒に対しては該算出される基準気筒の点火時期を前記点火時期差で補正することにより点火時期を算出する、内燃機関のノック制御装置。
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