JP3865612B2 - Knock detection device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に配設されている点火プラグを利用してノック発生を検出する内燃機関のノック検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃機関のシリンダブロックの振動のノック周波数成分が燃焼室圧力(燃焼室内の圧力)におけるノック周波数成分に対応しているとして、シリンダブロックに固設したノックセンサにて得られる信号からノック発生を検出する内燃機関のノック検出装置が知られている。また、内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグを用い、点火火花の発生直後に燃焼室内を流れるイオン電流に基づきノック発生を検出する内燃機関のノック検出装置も知られている。
【0003】
なお、ノックセンサを用いたノック検出ではノック発生とは関係のない機械振動がノイズとなって重畳すると誤検出が起こり得るが、イオン電流に基づくノック検出では機械振動によるノイズの重畳がないことが一般に知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の燃焼時にノック発生が起こると燃焼室圧力及びこの燃焼室圧力をBPFを介して抽出したノック周波数成分を含む信号は、図3に示すように変化することが分かっている。
【0005】
ここで、内燃機関の燃焼時に、図4(a)に「丸白抜内に+印」記号にて示すように、点火プラグの両電極間の火花ギャップ近傍に燃焼イオンが豊富に存在すると、図5に太線にて示すように、燃焼イオン密度変化によるイオン電流信号は大きな変化として現われ、これに基づき検出されるノック強度に対応するノック周波数成分を含む信号も大きく変化することとなる。
【0006】
一方、内燃機関の燃焼時に、図4(b)に「丸白抜内に+印」記号にて示すように、点火プラグの両電極間の火花ギャップ近傍に燃焼イオンがあまり存在していないと、図5に細線にて示すように、燃焼イオン密度変化によるイオン電流信号は小さな変化として現われ、これに基づき検出されるノック強度に対応するノック周波数成分を含む信号も小さく変化することとなる。
【0007】
つまり、点火プラグを利用してノック発生を検出する内燃機関のノック検出装置においては、内燃機関の燃焼状態のばらつきがイオン電流信号に基づき検出されるノック強度に対応するノック周波数成分を含む信号によるノック発生の有無の判定に影響を及ぼすことから、ノック発生を正確に検出することが難しいという不具合があった。
【0008】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の燃焼状態のばらつきの影響を排除してノック発生の検出精度を向上可能な内燃機関のノック検出装置の提供を課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の内燃機関のノック検出装置によれば、1次巻線側に直列に接続されたスイッチング素子がオン/オフ制御されることで高電圧が発生される点火コイルの2次巻線側に接続された点火プラグの火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンに基づきイオン電流検出手段でイオン電流が検出される。このイオン電流に重畳するノック周波数成分を含む信号がBPFからなる信号抽出手段で抽出し、信号補正回路でイオン電流検出手段で得たイオン電流出力で、信号抽出手段で得たノック周波数成分の出力を除算して、イオン電流の大きさに基づき補正される。これにより、ノック強度に対応する補正後の信号の波形は、内燃機関の燃焼状態のばらつきの影響が排除されることとなり、ノック発生の検出精度が向上される。
【0010】
請求項2の内燃機関のノック検出装置では、信号補正手段が除算回路からなるため、ノック強度に対応する補正後の信号の波形は、内燃機関の燃焼状態のばらつきの影響が排除されることとなり、ノック発生の検出精度が向上されるという効果が得られる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【0012】
〈実施例1〉
図1は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関のノック検出装置を示す概略構成図である。
【0013】
図1において、図示しない内燃機関のシリンダヘッドの頭頂部には燃焼室内に向けて点火プラグ10が配設されている。点火プラグ10の中心電極には、点火コイル11の2次巻線11bの一端が接続されている。また、点火コイル11の1次巻線11aの一端は直流電源であるバッテリ電源12に接続され、点火コイル11の1次巻線11aの他端はスイッチング素子としての点火用パワートランジスタ13のコレクタ側に接続されている。このパワートランジスタ13のベース側には電子制御ユニット(Electronic Control Unit;以下、『ECU』と記す)20からの点火信号IGtが入力され、パワートランジスタ13がオンとされることで、点火コイル11の1次巻線11aにバッテリ電源12からの1次電流I1 が通電される。
【0014】
また、点火プラグ10及び点火コイル11の2次巻線11bと共に2次電流I2 が環流する電流路を形成するよう点火コイル11の2次巻線11bの他端は直列接続のツェナダイオード31,32に接続されている。ここで、ツェナダイオード32は2次電流I2 (2次環流電流)の流れる方向に対して順方向に接続されている。なお、ツェナダイオード31は、2次電流I2 の流れる方向に対して逆方向に接続され、これに並列に接続されたイオン電流検出用電源としてのコンデンサ33を充電するためのダイオードである。また、ツェナダイオード32に並列にイオン電流検出抵抗34が接続されている。これら、ツェナダイオード31,32、コンデンサ33及びイオン電流検出抵抗34によってイオン電流検出回路30が形成されている。
【0015】
ECU20は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのCPU、制御プログラムを格納したROM、各種データを格納するRAM、B/U(バックアップ)RAM、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。また、内燃機関のクランクシャフト(図示略)のクランク角〔°CA(Crank Angle)〕を検出した回転角信号等の各種センサ信号がECU20に入力されている。
【0016】
そして、イオン電流検出回路30からのイオン電流信号SIION は、ノック周波数成分を含む信号を通過する特定周波数帯域通過フィルタであるBPF41と除算回路42とからなる信号処理回路40に入力されている。この除算回路42は、Log(対数変換器)421,422及びLog421,422からの各信号が入力される差動増幅器423からなる。この信号処理回路40からの信号はECU20に入力されている。
【0017】
次に、その動作について説明する。
図1において、ECU20からパワートランジスタ13のベース側に出力される点火信号IGtに基づきパワートランジスタ13がオン/オフ制御されることで、バッテリ電源12から点火コイル11の1次巻線11a側を流れる1次電流I1 が通電/遮断される。ここで、点火信号IGtの立下がりによってパワートランジスタ13がオフされ、点火コイル11の1次巻線11a側を流れる1次電流I1 が遮断されると、その1次電流I1 に対応する逆起電力が1次側に発生される。この逆起電力に誘導され、点火コイル11の2次巻線11b側に2次電流I2 が流れることとなる。この2次電流I2 により発生される点火コイル11の1次巻線11aと2次巻線11bとの巻数比倍である高電圧な2次電圧が点火プラグ10に印加され、その火花ギャップ間に放電火花が発生されるのである。
【0018】
そして、先の放電タイミングにて点火プラグ10の火花ギャップ間に放電火花が発生され火炎が生成されていると、その火花ギャップ近傍には燃焼イオンが豊富に存在することとなる。このとき、点火プラグ10の火花ギャップ間は導通状態となるためコンデンサ33から点火コイル11の2次巻線11b、点火プラグ10の火花ギャップ間の順にイオン電流IION が流れる。このイオン電流IIONの大きさに基づくイオン電流検出抵抗34の端子間電圧がイオン電流信号SIION として信号処理回路40に入力され信号処理されたのちECU20に入力される。
【0019】
このとき、ノック発生があると燃焼室圧力に対応してイオン電流IION が遷移される。上述のように構成された信号処理回路40において、イオン電流検出回路30からのイオン電流信号SIION に重畳するノック周波数成分を含む信号がBPF41により抽出されたのち除算回路42のLog421に入力される。また、イオン電流検出回路30からの信号SIION が除算回路42のLog422にそのまま入力される。
【0020】
これら両信号がLog421,422でそれぞれ対数変換されたのち、差動増幅器423によって減算され両者が求められる。即ち、結果として、信号処理回路40によって、イオン電流検出回路30からのイオン電流信号SIION のBPF41を通過された信号がイオン電流検出回路30からのイオン電流信号SIION そのままの直接の信号にて除算されることとなる。
【0021】
次に、内燃機関のノック発生時おける具体的な信号を参照し、その作用について説明する。
前述したように、内燃機関のノック発生により燃焼室圧力が変化し、かつ、ノック周波数成分が変化したとする。この際、図4(a)に示すように、点火プラグ10の両電極間の火花ギャップ近傍に燃焼イオンが豊富に存在していると、図5に太線にて示すように、イオン電流検出回路30からのイオン電流信号SIION そのままの信号、BPF41にて抽出されるイオン電流信号SIION に重畳されたノック周波数成分を含む信号は共に大きいこととなる。
【0022】
一方、図4(b)に示すように、点火プラグ10の両電極間の火花ギャップ近傍に燃焼イオンがあまり存在していないと、図9に細線にて示すように、イオン電流検出回路30からのイオン電流信号SIION そのままの信号、BPF41にて抽出されるイオン電流信号SIION に重畳されたノック周波数成分を含む信号は共に小さいこととなる。
【0023】
したがって、イオン電流検出回路30からのイオン電流信号SIION がBPF41を介して抽出された信号をイオン電流検出回路30からのイオン電流信号SIION そのままの信号で除算された信号は、内燃機関の燃焼状態における燃焼イオン密度のばらつきがそれら信号の大きさにかかわらず補正され、図2にノック強度に対応する補正後の信号として示されるような波形の特性図となる。このように、ノック強度に対応する補正後の信号の波形は、前述の図3に燃焼室圧力をBPFを介して抽出したノック周波数成分を含む信号として示す波形に良く対応したものとなる。即ち、ノック強度に対応する補正後の信号は従来のノック制御におけるノックセンサから信号に替えて使用することができる。
【0024】
このように、本実施例の内燃機関のノック検出装置は、内燃機関の燃焼室を形成するシリンダヘッド(図示略)に配設する点火プラグ10と、1次巻線11a側に直列に接続されたスイッチング素子としてのパワートランジスタ13がオン/オフ制御されることで2次巻線11b側に高電圧を発生する点火コイル11と、点火コイル11の2次巻線11b側に接続された点火プラグ10の火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンに基づくイオン電流信号SIION を検出する点火プラグ10、点火コイル11、イオン電流検出回路30を形成するコンデンサ33及びイオン電流検出抵抗34等からなるイオン電流検出手段と、前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流信号SIION に重畳するノック周波数成分を含む信号を抽出する信号抽出手段と、前記信号抽出手段で抽出された信号を前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流の大きさに基づき補正する信号補正手段とを具備するものである。
【0025】
また、本実施例の内燃機関のノック検出装置の信号抽出手段は、信号処理回路40を形成するBPF41からなるものである。そして、本実施例の内燃機関のノック検出装置の信号補正手段は、除算を含む演算回路としての対数変換器421,422及び差動増幅器423にて形成された除算回路42からなるものである。
【0026】
つまり、イオン電流検出回路30から出力されるイオン電流信号SIION に重畳するノック周波数成分を含む信号が信号処理回路40を形成するBPF41にて抽出される。そして、イオン電流信号SIION そのままの信号とBPF41を介した信号とが対数変換器421,422及び差動増幅器423にて形成される除算回路42にて除算され補正される。このノック強度に対応する補正後の信号の波形は、内燃機関の燃焼状態のばらつきの影響が排除されノック発生の検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関のノック検出装置を示す概略構成図である。
【図2】 図2は本発明の実施の形態の第1実施例にかかる内燃機関のノック検出装置におけるノック強度に対応する補正後の信号を示す特性図である。
【図3】 図3は一般的な内燃機関の燃焼時における燃焼室圧力及びBPFを介して抽出されたノック周波数成分を含む信号を示す特性図である。
【図4】 図4は一般的な点火プラグの両電極間の火花ギャップ近傍における燃焼イオンの存在状態を示す説明図である。
【図5】 図5は図4に対応するイオン電流信号及びノック周波数成分を含む信号を示す特性図である。
【符号の説明】
10 点火プラグ
11 点火コイル
11a 1次巻線
11b 2次巻線
13 パワートランジスタ(スイッチング素子)
20 ECU(電子制御ユニット)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a knock detection device for an internal combustion engine that detects the occurrence of knock using an ignition plug provided in the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, knocking is generated from a signal obtained by a knock sensor fixed to the cylinder block, assuming that the knocking frequency component of the vibration of the cylinder block of the internal combustion engine corresponds to the knocking frequency component in the combustion chamber pressure (pressure in the combustion chamber). 2. Description of the Related Art A knock detection device for an internal combustion engine that detects the engine is known. There is also known a knock detection device for an internal combustion engine that uses a spark plug disposed in a combustion chamber of the internal combustion engine and detects the occurrence of knock based on an ionic current flowing in the combustion chamber immediately after the occurrence of an ignition spark.
[0003]
In addition, in knock detection using a knock sensor, erroneous detection may occur if mechanical vibration that is not related to the occurrence of knock is superimposed as noise. However, in knock detection based on ion current, noise may not be superimposed due to mechanical vibration. Generally known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when knocking occurs during combustion of the internal combustion engine, it is known that the combustion chamber pressure and the signal including the knock frequency component obtained by extracting the combustion chamber pressure through the BPF change as shown in FIG .
[0005]
Here, at the time of combustion of the internal combustion engine, as shown by the symbol “+” in the circled white area in FIG. 4A, if there are abundant combustion ions in the vicinity of the spark gap between both electrodes of the spark plug, As indicated by a thick line in FIG. 5 , the ion current signal due to the change in combustion ion density appears as a large change, and the signal including the knock frequency component corresponding to the knock intensity detected based on this changes greatly.
[0006]
On the other hand, when the internal combustion engine is burning, if there are not many combustion ions in the vicinity of the spark gap between both electrodes of the spark plug, as shown by the “+ sign in the circle” in FIG. As shown by a thin line in FIG. 5 , the ion current signal due to the change in the combustion ion density appears as a small change, and the signal including the knock frequency component corresponding to the knock intensity detected based on this also changes slightly.
[0007]
In other words, in a knock detection device for an internal combustion engine that detects the occurrence of knock using an ignition plug, the variation in the combustion state of the internal combustion engine is based on a signal including a knock frequency component corresponding to the knock intensity detected based on the ion current signal. There is a problem that it is difficult to accurately detect the occurrence of knock because it affects the determination of whether knock has occurred or not.
[0008]
Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and it is an object of the present invention to provide a knock detection device for an internal combustion engine that can improve the detection accuracy of knock occurrence by eliminating the influence of variations in the combustion state of the internal combustion engine. Yes.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the knock detection device for an internal combustion engine according to claim 1, the secondary winding side of the ignition coil that generates a high voltage by on / off control of a switching element connected in series to the primary winding side. The ion current is detected by the ion current detection means based on the combustion ions when the flame is generated by the generation of the discharge spark between the spark gaps of the spark plug connected to. The signal including the knock frequency component superimposed on the ion current is extracted by the signal extraction means made of BPF, and the output of the knock frequency component obtained by the signal extraction means is obtained by the ion current output obtained by the ion current detection means by the signal correction circuit. Is corrected based on the magnitude of the ion current. As a result, the corrected signal waveform corresponding to the knock intensity eliminates the influence of variations in the combustion state of the internal combustion engine, and the detection accuracy of knock occurrence is improved.
[0010]
In the knock detection device for the internal combustion engine according to the second aspect, since the signal correction means includes a division circuit, the waveform of the corrected signal corresponding to the knock intensity eliminates the influence of variations in the combustion state of the internal combustion engine. Thus, the effect that the detection accuracy of knock occurrence is improved can be obtained .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
[0012]
<Example 1>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a knock detection device for an internal combustion engine according to a first example of an embodiment of the present invention.
[0013]
In FIG. 1, a
[0014]
Further, the other end of the
[0015]
The
[0016]
The ion current signal SIION from the ion
[0017]
Next, the operation will be described.
In FIG. 1, the
[0018]
When a discharge spark is generated between the spark gaps of the
[0019]
At this time, if knocking occurs, the ion current IION is transitioned corresponding to the combustion chamber pressure. In the
[0020]
Both these signals are logarithmically converted by
[0021]
Next, the operation of the internal combustion engine will be described with reference to specific signals when knocking occurs in the internal combustion engine.
As described above, it is assumed that the combustion chamber pressure is changed and the knock frequency component is changed due to the occurrence of knock in the internal combustion engine. At this time, as shown in FIG. 4 (a), if there are abundant combustion ions in the vicinity of the spark gap between the two electrodes of the
[0022]
On the other hand, as shown in FIG. 4 (b), if there are not many combustion ions in the vicinity of the spark gap between the two electrodes of the
[0023]
Therefore, a signal obtained by dividing the signal obtained by extracting the ion current signal SIION from the ion
[0024]
As described above, the knock detection device for the internal combustion engine of this embodiment is connected in series to the
[0025]
Further, the signal extraction means of the knock detection device for the internal combustion engine of the present embodiment is composed of the
[0026]
That is, a signal including a knock frequency component superimposed on the ion current signal SIION output from the ion
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a knock detection device for an internal combustion engine according to a first example of an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a corrected signal corresponding to the knock intensity in the knock detection device for an internal combustion engine according to the first example of the embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a signal including a combustion chamber pressure and a knock frequency component extracted via BPF during combustion of a general internal combustion engine.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the presence of combustion ions in the vicinity of a spark gap between both electrodes of a general spark plug.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing an ion current signal corresponding to FIG. 4 and a signal including a knock frequency component.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
20 ECU (electronic control unit)
Claims (2)
1次巻線側に直列に接続されたスイッチング素子がオン/オフ制御されることで2次巻線側に高電圧を発生する点火コイルと、
前記点火コイルの2次巻線側に接続された前記点火プラグの火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンに基づく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で検出されたイオン電流に重畳するノック周波数成分を含む信号を抽出するBPF( Band Pass Filter :バンドパスフィルタ)からなる信号抽出手段と、
前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流と前記信号抽出手段で抽出されたノック周波数成分を含む信号とを除算した信号に基づき補正する信号補正手段と
を具備することを特徴とする内燃機関のノック検出装置。A spark plug disposed in a cylinder head forming a combustion chamber of an internal combustion engine;
An ignition coil that generates a high voltage on the secondary winding side by switching on / off a switching element connected in series on the primary winding side;
An ion current detection means for detecting an ion current based on combustion ions at the time of flame generation by discharge spark generation between the spark gaps of the spark plug connected to the secondary winding side of the ignition coil;
A signal extraction unit comprising a BPF ( Band Pass Filter ) for extracting a signal including a knock frequency component superimposed on the ion current detected by the ion current detection unit;
Signal correcting means for correcting based on a signal obtained by dividing the ion current detected by the ion current detecting means and the signal containing the knock frequency component extracted by the signal extracting means ; A knock detection device for an internal combustion engine.
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