JP3877108B2 - 内燃機関のノッキング検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼に伴って発生するイオン電流を検出してノッキングの有無を判定する内燃機関のノッキング検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関の燃焼室内で混合気が燃焼する際にイオンが発生することに着目し、点火毎に点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出して、ノッキング判定区間でイオン電流をピークホールドし、そのピークホールド値をノッキング判定値と比較することで、ノッキングの有無を判定するようにしたものがある。
【０００３】
しかし、点火プラグの電極間に流れるイオン電流は微弱であるため、各種ノイズの影響を極めて受けやすい。このノイズの影響を排除するために、ノッキングの発生周波数帯域が特定の周波数（例えば６ｋＨｚ付近）であることに着目し、特開昭６１−５７８３０号公報に示すように、イオン電流検出信号を２種類のフィルタを通すことで、ノッキング発生周波数帯域の信号（ノッキング信号）と、それ以外の周波数帯域の信号（ノイズ信号）とに分離し、両周波数帯域の出力比を判定値と比較してノッキングの有無を判定するようにしたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、イオン電流検出信号に重畳する代表的なノイズとして、点火プラグの異常帯電ノイズと残留磁気ノイズがある。異常帯電ノイズは、点火プラグの碍子部に帯電した電荷がグランド側に放電する過程で単発的に発生するスパイク状のノイズであり、一般にスパイクノイズと呼ばれている。一方、残留磁気ノイズは、点火プラグの火花放電終了直後に点火コイルの二次側の浮遊容量に残った電荷がＬＣ共振により振動減衰する過程で発生するＬＣ共振波形のノイズである。
【０００５】
これらスパイクノイズと残留磁気ノイズは、発生原因が異なり、例えば、スパイクノイズは、帯電の生じやすい異種の点火プラグを使用した時や、点火プラグの異常により帯電が生じやすくなった時に発生しやすい。一方、点火プラグの火花放電終了直後に発生する残留磁気ノイズは、点火系が正常であれば、ノッキング判定区間の前に減衰するため、通常は問題とならないが、点火コイルの異常や点火プラグの電極間ギャップの異常等により点火プラグの火花放電時間が異常に長くなると、残留磁気ノイズの発生タイミングが遅れてノッキング判定区間に重なることがあり、ノッキング検出上、問題となる。
【０００６】
従って、ノッキング判定区間にスパイクノイズや残留磁気ノイズが生じているときには、それらのノイズの発生原因となっている異常箇所を早期発見して適切な処置をとることが望ましいが、上記従来のイオン電流検出システムでは、イオン電流検出信号からノッキング発生周波数帯域以外の周波数帯域の信号（ノイズ信号）を取り出しても、そのノイズ信号からノイズの種類やノイズの発生原因となっている異常箇所を判別することができないため、ノイズの種類に応じた適切な処置をとることができない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、イオン電流検出信号に重畳した特定のノイズを検出することができる内燃機関のノッキング検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関のノッキング検出装置は、イオン電流検出手段の出力から、ノッキング発生周波数帯域の信号をノッキング信号抽出手段により抽出すると共に、ノッキング発生周波数帯域以外の周波数帯域の信号をノイズ信号抽出手段により抽出し、これらノッキング信号抽出手段とノイズ信号抽出手段との出力比を出力比算出手段により算出する。この出力比は、図５に示すように、ノッキング信号とスパイクノイズとでは、明らかに分布が異なり、両者は、それぞれ異なる傾きの直線に沿って分布する。この点に着目し、ノイズ判定手段は、出力比が特定のノイズの分布のばらつきに対応する特定の範囲内にあるか否かで特定のノイズが発生しているか否かを判定する。これにより、イオン電流検出信号に重畳した特定のノイズを検出することができ、そのノイズの種類に応じた適切な処置をとることができる。
【０００９】
この場合、請求項２のように、ノイズ信号抽出手段は、イオン電流検出手段の出力からノッキング発生周波数帯域だけを除去した信号を抽出するようにすると良い。
また、ノイズ判定手段で判定する特定のノイズは、請求項１のように、スパイクノイズ（異常帯電ノイズ）と残留磁気ノイズの少なくとも一方である。スパイクノイズと残留磁気ノイズは、イオン電流検出信号に重畳するノイズの代表的なものであり、他のノイズと比較して発生頻度が高く、しかも大きいノイズであるためである。
【００１０】
更に、請求項３のように、ノッキング判定区間内において複数のタイミングで出力比を算出し、この出力比が特定の範囲内にある時（つまり特定のノイズが検出された時）に、該出力比を求めたタイミング（ノイズの発生タイミング）から特定のノイズの種類を判別するようにしても良い。例えば、スパイクノイズと残留磁気ノイズは、発生周波数が同じであるため、両者が同じ傾きの直線に沿って分布するが、残留磁気ノイズは、ノッキング判定区間の初期に発生し、スパイクノイズは、燃焼室内の圧力が低下した時に発生しやすい。このように、ノイズの種類によってノイズの発生タイミングが異なるため、検出される特定のノイズが複数種類存在する場合でも、そのノイズの発生タイミングから特定のノイズの種類を判別することができる。
【００１１】
また、特定のノイズの発生原因は、予め判明しているため、請求項４のように特定のノイズが検出された時に、異常診断手段により該ノイズの種類から異常箇所を判定し、フェールセーフ処理を実施するようにしても良い。このようにすれば、検出した特定のノイズの発生原因に応じた適切なフェールセーフ処理が可能となる。
【００１２】
ところで、点火コイル、点火プラグ、高圧コード等の点火系の部品の固体差や経時劣化により、回路のインダクタンスやキャパシタンスが変化して、特定のノイズの発生周波数が変化し、それに伴って、特定のノイズの分布の傾きが変化する。
【００１３】
この点を考慮して、請求項５のように、内燃機関の運転条件が特定のノイズが発生しやすい特定の運転条件である時に、学習補正手段によって出力比を学習し、その学習値に基づいて、ノイズ判定用の特定の範囲を補正するようにしても良い。つまり、特定のノイズは、特定の運転条件で発生しやすいため、その運転条件の時に、出力比を学習すれば、特定のノイズに関する出力比の分布を学習することができる。従って、この学習値に基づいて、ノイズ判定用の特定の範囲を補正すれば、点火系の部品の固体差や経時劣化により特定のノイズの分布の傾きが変化しても、その分布の傾きの変化に追従してノイズ判定用の特定の範囲を補正することができ、点火系の部品の固体差や経時劣化に左右されない信頼性の高いノイズ判定を行うことができる。
【００１４】
この場合、請求項６のように、特定の運転条件としては、燃料カット時とアイドル時の少なくとも一方を含むようにすることが好ましい。つまり、燃料カット時には、燃焼室内で燃焼イオンが発生しないため、点火プラグの碍子部に帯電した電荷が燃焼イオンで中和されずに残り、スパイクノイズが発生しやすくなる。また、アイドル時には、点火プラグの火花放電が安定して発生するため、火花放電時間が長くなり、残留磁気ノイズの発生タイミングが遅れる。特に、点火コイルの異常や点火プラグの電極間ギャップの異常等があると、アイドル時に火花放電時間が異常に長くなり、残留磁気ノイズの発生タイミングがノッキング判定区間に重なることがある。従って、燃料カット時やアイドル時に出力比の分布を学習すれば、スパイクノイズや残留磁気ノイズに関する出力比の分布を学習することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて点火制御系及びイオン電流検出系の回路構成を説明する。点火コイル１１の一次コイル１２の一端は電源（＋Ｂ）側に接続され、該一次コイル１２の他端は、点火制御用のパワートランジスタ１５のコレクタに接続されている。点火コイル１１の二次コイル１６の一端は点火プラグ１７に接続され、該二次コイル１６の他端は、２つのツェナーダイオード１８，１９を介してグランド側に接続されている。
【００１６】
２つのツェナーダイオード１８，１９は互いに逆向きに直列接続され、一方のツェナーダイオード１８にコンデンサ２０が並列に接続され、他方のツェナーダイオード１９にイオン電流検出抵抗２１が並列に接続されている。コンデンサ２０とイオン電流検出抵抗２１との間の電位Ｖが抵抗２２を介して反転増幅回路２３の反転入力端子（−）に入力されて反転増幅される。イオン電流検出回路２４（イオン電流検出手段）は、ツェナーダイオード１８，１９、コンデンサ２０、イオン電流検出抵抗２１、反転増幅回路２３等から構成されている。
【００１７】
エンジン運転中は、後述するマイクロコンピュータ３９から出力される点火信号ＩＧｔの立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ１５がオン／オフする。パワートランジスタ１５がオンすると、電源（＋Ｂ）から一次コイル１２に一次電流が流れ、その後、パワートランジスタ１５がオフすると、一次コイル１２の一次電流が遮断されて、二次コイル１６に高電圧が電磁誘導され、この高電圧によって点火プラグ１７の電極２９，３０間に火花放電が発生する。この際、火花放電電流は点火プラグ１７の接地電極２９から中心電極３０へ流れ、二次コイル１６を経てコンデンサ２０に充電されると共に、ツェナーダイオード１８，１９を経てグランド側に流れる。
【００１８】
これに対し、イオン電流は、火花放電電流とは反対方向に流れる。つまり、イオン電流は、中心電極３０から接地電極２９へ流れ、更に、グランド側からイオン電流検出抵抗２１を通ってコンデンサ２０に流れる。この際、イオン電流検出抵抗２１に流れるイオン電流の変化に応じて反転増幅回路２３の入力電位Ｖinが変化し、反転増幅回路２３の出力端子からイオン電流に応じた電圧のイオン電流検出信号Ｖion がハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３１に出力される。
【００１９】
このハイパスフィルタ３１では、例えば３ＫＨｚ未満の信号成分（燃焼で生じるイオン電流）がカットされ、３ＫＨｚ以上の信号成分がハイパスフィルタ３１を通過してマスク回路３２に入力される。このマスク回路３２は、点火プラグ１７の火花放電終了直後に発生する残留磁気ノイズを取り除くように設定されたマスク区間でイオン電流検出信号の通過を一時的に遮断する。このマスク区間は、マイクロコンピュータ３９からのタイミング信号に基づいて設定される。このマスク回路３２を通過したイオン電流検出信号Ａは、バンドパスフィルタ（以下「ＢＰＦ」と略記する）３３とバンドエリミネーティドフィルタ（以下「ＢＥＦ」と略記する）３４の双方に入力される。
【００２０】
ＢＰＦ３３は、図２に示すように、イオン電流検出信号Ａからノッキング発生周波数ｆo （例えば６ＫＨｚ付近）のノッキング信号Ｂを抽出するノッキング信号抽出手段として機能する。一方、ＢＥＦ３４は、イオン電流検出信号Ａからノッキング発生周波数帯域以外の周波数帯域のノイズ信号Ｃを抽出するノイズ信号抽出手段として機能する。
【００２１】
ＢＰＦ３３、ＢＥＦ３４を通過した信号Ｂ，Ｃは、それぞれピークホールド回路３５，３６に入力される。各ピークホールド回路３５，３６は、マイクロコンピュータ３９からのタイミング信号に基づいてマスク区間後に設定されたノッキング判定区間（ピークホールド区間）でそれぞれの入力信号Ｂ，Ｃのピーク値ＰＨ１，ＰＨ２をピークホールドする。各ピークホールド回路３５，３６でピークホールドされたピークホールド値ＰＨ１，ＰＨ２は、それぞれＡ／Ｄ変換器３７，３８を介してエンジン制御用のマイクロコンピュータ３９に読み込まれる。
【００２２】
ところで、点火プラグ１７の火花放電直後に点火コイル１１の二次側の浮遊容量に残った電荷がＬＣ共振により振動減衰し、図３に示すように、イオン電流検出信号Ｖion にＬＣ共振波形の残留磁気ノイズが重畳する。一方、燃焼室内の混合気は点火プラグ１９の火花放電により着火し、火炎が拡散する過程で燃焼室内にイオンが発生するため、ＬＣ共振後に点火プラグ１７の電極２９，３０間にイオン電流が流れ始める。このとき、ノッキングが発生すると、イオン電流検出信号Ｖion に特定の周波数ｆo （６ＫＨｚ付近）のノッキング信号波形が現れる。また、スパイクノイズ（異常帯電ノイズ）が発生すると、図３（ｃ）に示すように、イオン電流検出信号Ｖion にスパイクノイズの波形が現れる。
【００２３】
ここで、スパイクノイズと残留磁気ノイズの発生周波数（基本周波数ｆN ）を図４に示すノイズ電流発生の等価回路を用いて説明する。点火コイル１１の二次コイル１６は、インダクタンスＬ2 、抵抗Ｒ2 、浮遊容量Ｃ2 を持つ。また、点火プラグ１７は、帯電部電圧Ｖ1 、帯電部容量Ｃ3 、浮遊容量Ｃp 、帯電部放電の等価スイッチＳＷ、イオン電流検出部の等価抵抗Ｒi を持つ。スパイクノイズは、点火プラグ１７の帯電部容量Ｃ3 に帯電した電圧Ｖ1 の電荷が放電（等価スイッチＳＷのオン）によりグランド側にリークする過程で単発的に発生するスパイク状のノイズである。一方、残留磁気ノイズは、点火プラグ１７の火花放電終了直後に点火系の二次側の浮遊容量Ｃ2 ，Ｃp に残った電荷がＬＣ共振により振動減衰する過程で発生するＬＣ共振波形のノイズである。
【００２４】
これらスパイクノイズと残留磁気ノイズは、いずれも点火系の二次側の浮遊容量ＣとインダクタンスＬ等からなる直列共振回路を介してイオン電流に重畳するため、スパイクノイズと残留磁気ノイズの基本周波数ｆN は共に次式で求められる。
【００２５】
【数１】

【００２６】
通常の回路では、スパイクノイズと残留磁気ノイズの基本周波数ｆN は、４ＫＨｚ付近である（ノッキング信号の基本周波数ｆo は６ＫＨｚ付近である）。従って、イオン電流によってノッキングを精度良く検出するためには、イオン電流検出信号Ｖion から周波数ｆo のノッキング信号だけを抽出し、他の周波数帯域のノイズ成分、特にスパイクノイズや残留磁気ノイズは除去する必要がある。残留磁気ノイズは、点火系が正常であれば、ノッキング判定区間の前に設定されたマスク区間内に減衰するため、通常は問題とならないが、点火コイル１１の異常や点火プラグ１７の電極間ギャップの異常等により点火プラグ１７の火花放電時間が異常に長くなると、残留磁気ノイズの発生タイミングが遅れてノッキング判定区間に重なることがある。
【００２７】
そこで、本実施形態では、マスク区間終了後にマスク回路３２を通過したイオン電流検出信号ＡをＢＰＦ３３とＢＥＦ３４によって特定周波数帯域のノッキング信号Ｂと他の周波数帯域のノイズ信号Ｃとに分離し、ＢＰＦ３３とＢＥＦ３４のピークホールド回路３５，３６の出力比から次のようにしてスパイクノイズや残留磁気ノイズが発生しているか否かを判定する。
【００２８】
ＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１（ピークホールド回路３５の出力）とＢＥＦ３４の出力ピークホールド値ＰＨ２（ピークホールド回路３６の出力）との関係を調べると、図５に示すように、ノッキングやノイズが発生していない時には、ＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１とＢＥＦ３４の出力ピークホールド値ＰＨ２が小さい範囲に分布するが、ノッキングが発生すると、ＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１が大きくなるため、ＰＨ１＞ＰＨ２の範囲に分布する。一方、スパイクノイズが発生すると、ＢＥＦ３４の出力ピークホールド値ＰＨ２が大きくなるため、ＰＨ１＜ＰＨ２の範囲に分布する。スパイクノイズは、発生周波数ｆN が一定で、大きさの異なる信号であるため、一定の傾きの直線Ｄに沿って分布する。この直線Ｄの傾きは、２つの出力ピークホールド値ＰＨ１，ＰＨ２の比（ＰＨ１／ＰＨ２）であるから、この出力比ＰＨ１／ＰＨ２が直線Ｄに沿ったスパイクノイズの分布のばらつきに対応する特定の範囲内（Ｃ1 〜Ｃ2 ）にあるか否かでスパイクノイズが発生しているか否かを判定する。
【００２９】
点火直後に発生する残留磁気ノイズは、点火系が正常であれば、ノッキング判定区間の前に設定されたマスク区間内で減衰するため、通常は問題とならないが、点火コイル１１の異常や点火プラグ１７の電極間ギャップの異常等により点火プラグ１７の火花放電時間が異常に長くなると、残留磁気ノイズの発生タイミングが遅れてノッキング判定区間に重なることがある。この残留磁気ノイズも、スパイクノイズと同じ周波数ｆN で発生するため、残留磁気ノイズもスパイクノイズと同じ直線Ｄに沿って分布する。
【００３０】
そこで、本実施形態では、スパイクノイズと残留磁気ノイズとを次のような方法で判別する。残留磁気ノイズは、ノッキング判定区間の初期に発生し、スパイクノイズは、燃焼室内の圧力が低下した時に発生しやすい。従って、スパイクノイズと残留磁気ノイズとは発生タイミングが異なるため、ノイズの発生タイミングによってスパイクノイズと残留磁気ノイズとを判別する。
【００３１】
具体的には、図６に示すように、ノッキング判定区間（ピークホールド回路３５，３６のピークホールド区間）の開始直後と終了直前に、ＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１とＢＥＦ３４の出力ピークホールド値ＰＨ２をＡ／Ｄ変換して取り込んで出力比ＰＨ１／ＰＨ２を算出し、ノッキング判定区間の開始直後に特定の範囲内のノイズが検出されれば、残留磁気ノイズと判断し、ノッキング判定区間の終了直前に特定の範囲内のノイズが検出されれば、スパイクノイズと判断する。尚、本実施形態では、ノッキング判定区間（ピークホールド回路３５，３６のピークホールド区間）の開始タイミングはＡＴＤＣ１５°ＣＡ、１回目のノイズ検出タイミング（Ａ／Ｄ変換タイミング）はＡＴＤＣ２０°ＣＡ、２回目のノイズ検出タイミングはＡＴＤＣ８０°ＣＡ、ノッキング判定区間の終了タイミングはＡＴＤＣ９０°ＣＡに設定されている。このタイミング設定は、あくまでも一例であり、他のタイミングに設定しても良いことは言うまでもない。
【００３２】
以上説明したスパイクノイズと残留磁気ノイズの判定は、マイクロコンピュータ３９のＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図７〜図９の各プログラムによって実行される。以下、これら各プログラムの処理内容を説明する。
【００３３】
［ノイズ判定］
図７に示すノイズ判定プログラムは、マイクロコンピュータ３９によってノッキング判定区間の開始直後（ＡＴＤＣ２０°ＣＡ）と終了直前（ＡＴＤＣ８０°ＣＡ）に実行され、特許請求の範囲でいうノイズ判定手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、ノッキング判定用のＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１とノイズ判定用のＢＥＦ３４の出力ピークホールド値ＰＨ２を読み込み、次のステップ１０２で、ＢＰＦ３３側とＢＥＦ３４側との出力比Ｚ（Ｚ＝ＰＨ１／ＰＨ２）を算出する。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう出力比算出手段としての役割を果たす。
【００３４】
この後、ステップ１０３で、ＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１を、ＰＨ１の平均値ＰＨ１ＡＶに係数ａ1 を乗算した値と比較して、ＰＨ１＞ＰＨ１ＡＶ×ａ1 であるか否かでノイズの有無を判定する。ここで、ＰＨ１の平均値ＰＨ１ＡＶは、ノイズ無し時にノッキング判定を行うために算出され、このＰＨ１ＡＶがノッキング判定値より大きいか否かでノッキングの有無が判定される。また、係数ａ1 は１より大きく、例えばａ1 ＝２に設定されている。
【００３５】
もし、ＰＨ１≦ＰＨ１ＡＶ×ａ1 であれば、ノイズ無しと判断して、ステップ１０６に進み、ノイズフラグＦＳをノイズ無しを意味する「０」にリセットする。これに対し、ＰＨ１＞ＰＨ１ＡＶ×ａ1 であれば、ノイズである可能性があるので、ステップ１０４に進み、出力比Ｚが特定の範囲内（Ｃ1 ＜Ｚ＜Ｃ2 ）にあるか否かで、特定のノイズ（スパイクノイズと残留磁気ノイズ）の有無を判定する。ここで、特定の範囲の下限値Ｃ1 と上限値Ｃ2 は、後述する図９の学習補正プログラムによって学習補正される。
【００３６】
上記ステップ１０４で、出力比Ｚが特定の範囲外（Ｚ≦Ｃ1 ，Ｚ≧Ｃ2 ）と判定されれば、ステップ１０６に進み、ノイズフラグＦＳをノイズ無しを意味する「０」にリセットする。一方、出力比Ｚが特定の範囲内（Ｃ1 ＜Ｚ＜Ｃ2 ）であれば、特定のノイズ有りと判断して、ステップ１０５に進み、ノイズフラグＦＳをノイズ有りを意味する「１」にセットする。
【００３７】
以上のようにしてステップ１０５又は１０６で、ノイズフラグＦＳをセット／リセットした後、ステップ１０７に進み、１回目のノイズ検出タイミング（ＡＴＤＣ２０°ＣＡ）であるか否かを判定する。もし、１回目のノイズ検出タイミングであれば、ステップ１０８に進み、ノイズフラグＦＳが「１」であるか否かを判定し、ＦＳ＝１であれば、残留磁気ノイズ有りと判断してステップ１０９に進み、残留磁気ノイズフラグＦＳ１を残留磁気ノイズ有りを意味する「１」にセットし、ＦＳ＝０であれば、残留磁気ノイズ無しと判断してステップ１１０に進み、残留磁気ノイズフラグＦＳ１を「０」にリセットする。
【００３８】
一方、２回目のノイズ検出タイミング（ＡＴＤＣ８０°ＣＡ）であれば、ステップ１１１に進み、ＦＳ１＝１（残留磁気ノイズ有り）か否かを判定し、ＦＳ１＝１であれば、ステップ１１２に進み、スパイクノイズフラグＦＳ２をスパイクノイズ無しを意味する「０」にリセットする。これは、ノッキング判定区間内に残留磁気ノイズが発生している場合は、スパイクノイズが発生しても、スパイクノイズが残留磁気ノイズに埋もれてしまい、区別できないためである。
【００３９】
上記ステップ１１１で、ＦＳ１＝０（残留磁気ノイズ無し）と判定された場合には、ステップ１１３に進み、ＦＳ＝１（ノイズ有り）か否かを判定し、ＦＳ＝１であれば、ステップ１１４に進み、スパイクノイズフラグＦＳ２をスパイクノイズ有りを意味する「１」にセットする。
【００４０】
これに対し、ＦＳ＝０（ノイズ無し）であれば、ステップ１１５に進み、スパイクノイズフラグＦＳ２を「０」にリセットし、次のステップ１１６で、ＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１の平均値ＰＨ１ＡＶを算出する。
【００４１】
尚、本実施形態では、ＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１の平均値ＰＨ１ＡＶがノッキング判定値より大きいか否かでノッキングの有無を判定するが、ノッキングが発生すると、ＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１が大きくなり、図５に示すように、ＰＨ１＞ＰＨ２となる点に着目し、ＢＰＦ３３側とＢＥＦ３４側との出力比Ｚが判定値より大きいか否かでノッキングの有無を判定するようにしても良い。
【００４２】
［異常診断］
図８に示す異常診断プログラムは、マイクロコンピュータ３９によって所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、ＦＳ１＝１（残留磁気ノイズ有り）か否かを判定し、ＦＳ１＝１であれば、ステップ２０２に進み、残留磁気ノイズの発生頻度がｄ1 ％（例えば５％）を越えているか否かを判定する。残留磁気ノイズの発生頻度がｄ1 ％以下であれば、正常と判断して、本プログラムを終了するが、残留磁気ノイズの発生頻度がｄ1 ％を越えている場合には、ステップ２０３に進み、残留磁気異常と判定する。この場合には、ノッキングを検出できない頻度が多くなるため、ステップ２０４に進み、フェールセーフ処置として点火時期を遅角してノッキングの発生を防止する。
【００４３】
一方、上記ステップ２０１で、ＦＳ１＝０（残留磁気ノイズ無し）と判定された場合には、ステップ２０５に進み、ＦＳ２＝１（スパイクノイズ有り）か否かを判定し、ＦＳ２＝０（スパイクノイズ無し）であれば、正常と判断して、本プログラムを終了する。もし、ステップ２０５で、ＦＳ２＝１（スパイクノイズ有り）と判定されれば、ステップ２０６に進み、スパイクノイズの発生頻度がｄ2 ％（例えば５％）を越えているか否かを判定する。残留磁気ノイズの発生頻度がｄ2 ％以下であれば、正常と判断して、本プログラムを終了するが、残留磁気ノイズの発生頻度がｄ2 ％を越えている場合には、ステップ２０７に進み、点火プラグ１７の異常と判定する。この場合も、正常にノッキングを検出できないため、ステップ２０４に進み、フェールセーフ処置として点火時期を遅角してノッキングの発生を防止する。
【００４４】
尚、フェールセーフ処置として、警告ランプの点灯や、異常箇所を示す異常コードの不揮発性メモリへの記憶等を行うようにしても良い。このようにすれば、異常箇所の早期発見が可能となり、異常箇所が長期間放置されることを未然に防止することができる。
【００４５】
［学習補正］
図９に示す学習補正プログラムは、マイクロコンピュータ３９によってノッキング判定区間の開始直後（ＡＴＤＣ２０°ＣＡ）と終了直前（ＡＴＤＣ８０°ＣＡ）に実行され、前述した図７のノイズ判定プログラムのステップ１０４で用いる特定の範囲の下限値Ｃ1 と上限値Ｃ2 を学習補正するプログラムであり、特許請求の範囲でいう学習補正手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ３０１で、現在の運転条件がスパイクノイズや残留磁気ノイズが発生しやすい特定の運転条件であるか否かを判定する。ここで、特定の運転条件とは、燃料カット時やアイドル時である。
【００４６】
燃料カット時には、燃焼室内で燃焼イオンが発生しないため、点火プラグ１７の碍子部に帯電した電荷が燃焼イオンで中和されずに残り、スパイクノイズが発生しやすくなる。また、アイドル時には、点火プラグ１７の火花放電が安定して発生するため、火花放電時間が長くなり、残留磁気ノイズの発生タイミングが遅れる。特に、点火コイル１１の異常や点火プラグ１７の電極間ギャップの異常等があると、アイドル時に火花放電時間が異常に長くなり、残留磁気ノイズの発生タイミングがノッキング判定区間に重なることがある。従って、燃料カット時やアイドル時に出力比Ｚの分布を学習すれば、スパイクノイズや残留磁気ノイズに関する出力比Ｚの分布（特定の範囲の下限値Ｃ1 と上限値Ｃ2 ）を学習することができる。尚、ステップ３０１で判定する特定の運転条件は、燃料カット時とアイドル時の両方でも良いが、いずれか一方のみでも良く、勿論、他の運転条件を追加しても良い。
【００４７】
現在の運転条件が特定の運転条件でない場合には、ステップ３０２以降の処理を行わずに、本プログラムを終了する。一方、現在の運転条件が特定の運転条件である場合には、ステップ３０２に進み、ノッキング判定用のＢＰＦ３３の出力ピークホールド値ＰＨ１とノイズ判定用のＢＥＦ３４の出力ピークホールド値ＰＨ２を読み込み、次のステップ３０３で、ノイズ判定用のＢＥＦ３４の出力ピークホールド値ＰＨ２が所定値ａ2 （例えば０．５Ｖ）よりも大きいか否かを判定し、所定値ａ2 以下であれば、ノイズが発生していないと判断して、本プログラムを終了する。
【００４８】
これに対し、ＢＥＦ３４の出力ピークホールド値ＰＨ２が所定値ａ2 よりも大きい場合には、ステップ３０４に進み、ＢＰＦ３３側とＢＥＦ３４側の出力比Ｚ（Ｚ＝ＰＨ１／ＰＨ２）を算出する。次のステップ３０５で、出力比Ｚが特定の範囲内（Ｃ3 ＜Ｚ＜Ｃ4 ）にあるか否かで、特定のノイズ（スパイクノイズと残留磁気ノイズ）の有無を判定する。ここで用いる特定の範囲（Ｃ3 ＜Ｚ＜Ｃ4 ）は、図７のノイズ判定プログラムのステップ１０４で用いる特定の範囲内（Ｃ1 ＜Ｚ＜Ｃ2 ）よりもやや幅広く設定されている。
【００４９】
上記ステップ３０５で、出力比Ｚが特定の範囲外（Ｚ≦Ｃ3 ，Ｚ≧Ｃ4 ）と判定された場合には、特定のノイズが発生していないと判断して、本プログラムを終了する。一方、出力比Ｚが特定の範囲内（Ｃ3 ＜Ｚ＜Ｃ4 ）であれば、特定のノイズ有りと判断して、ステップ３０６に進み、出力比Ｚの平均値Ｃ0 を算出する。この出力比Ｚの平均値Ｃ0 は、特定のノイズの分布の中心線の傾きとなり、この中心線に沿って特定のノイズが分布する。
【００５０】
この後、ステップ３０７で、出力比Ｚの平均値Ｃ0 を算出するための出力比Ｚの積算数ｎが所定数（本実施形態では１００個）を越えたか否かを判断し、１００個以下であれば、本プログラムを終了する。そして、出力比Ｚの積算数ｎが１００個を越えた時点で、ステップ３０８に進み、出力比Ｚの平均値Ｃ0 を用いて次式により図７のノイズ判定プログラムのステップ１０４で用いる特定の範囲の下限値Ｃ1 と上限値Ｃ2 を更新する。
【００５１】
Ｃ1 ＝Ｃ0 −ΔＣ
Ｃ2 ＝Ｃ0 ＋ΔＣ
ここで、ΔＣは、特定のノイズの出力比分布のばらつきの範囲を設定する定数であり、２×ΔＣが出力比分布のばらつきに相当する。
【００５２】
以上説明した学習補正処理により、特定の範囲の下限値Ｃ1 と上限値Ｃ2 を随時更新すれば、点火コイル１１、点火プラグ１７、高圧コード等の点火系の部品の固体差や経時劣化により、回路のインダクタンスやキャパシタンスが変化して特定のノイズの発生周波数が変化し、特定のノイズの分布の傾きが変化したとしても、その分布の傾きの変化に追従してノイズ判定用の特定の範囲を補正することができ、点火系の部品の固体差や経時劣化に左右されない信頼性の高いノイズ判定を行うことができる。
【００５３】
尚、本実施形態では、ノッキング判定区間内で２回のノイズ検出を行うようにしたが、１回又は３回以上のノイズ検出を行うようにしても良い。また、特定のノイズとして、スパイクノイズと残留磁気ノイズの両方を検出するようにしたが、いずれか一方のみを検出するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における点火制御系とイオン電流検出系の構成を示す回路図
【図２】イオン電流検出信号、ノッキング信号、ノイズ信号の周波数特性を示す図
【図３】（ａ）はノッキングが無い場合のイオン電流検出信号Ｖion とＢＰＦ出力Ｂの波形図、（ｂ）はノッキング発生時のイオン電流検出信号Ｖion とＢＰＦ出力Ｂの波形図、（ｃ）はスパイクノイズ発生時のイオン電流検出信号Ｖion とＢＰＦ出力Ｂの波形図
【図４】ノイズ電流発生のメカニズムを説明するための等価回路図
【図５】ノッキング信号の分布、スパイクノイズ信号の分布、ノッキング無し時の信号分布を示す図
【図６】イオン電流検出信号Ｖion 、ＢＰＦ出力Ｂ、ＢＥＦ出力Ｃ、ＰＨ１、ＰＨ２の波形図
【図７】ノイズ判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図８】異常診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図９】学習補正プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１１…点火コイル、１７…点火プラグ、２１…イオン電流検出抵抗、２４…イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）、３２…マスク回路、３３…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ，ノッキング信号抽出手段）、３４…バンドエリミネーティドフィルタ（ＢＥＦ，ノイズ信号抽出手段）、３５，３６…ピークホールド回路、３９…マイクロコンピュータ（ノッキング判定手段，出力比算出手段，ノイズ判定手段，異常診断手段）。

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼に伴って発生す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からノッキング発生周波数帯域の信号を抽出するノッキング信号抽出手段と、
   前記イオン電流検出手段の出力からノッキング発生周波数帯域以外の周波数帯域の信号を抽出するノイズ信号抽出手段と、
   前記ノッキング信号抽出手段の出力に基づいてノッキングの有無を判定し又は前記ノッキング信号抽出手段及び前記ノイズ信号抽出手段の両方の出力に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング判定手段と、
   前記ノッキング信号抽出手段と前記ノイズ信号抽出手段との出力比を算出する出力比算出手段と、
   前記出力比算出手段で算出した出力比が特定の範囲内にあるか否かで特定のノイズが発生しているか否かを判定するノイズ判定手段とを備え、
   前記ノイズ判定手段で判定する前記特定のノイズは、点火プラグの異常帯電ノイズと残留磁気ノイズの少なくとも一方であることを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
2. 前記ノイズ信号抽出手段は、前記イオン電流検出手段の出力からノッキング発生周波数帯域だけを除去した信号を抽出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノッキング検出装置。
3. 前記出力比算出手段は、ノッキング判定区間内において複数のタイミングで前記出力比を算出し、
   前記ノイズ判定手段は、前記出力比が特定の範囲内にある時に該出力比を求めたタイミングから前記特定のノイズの種類を判別することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のノッキング検出装置。
4. 前記ノイズ判定手段で特定のノイズが検出された時に、該ノイズの種類から異常箇所を判定し、フェールセーフ処理を実施する異常診断手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関のノッキング検出装置。
5. 内燃機関の運転条件が前記特定のノイズが発生しやすい特定の運転条件である時に前記出力比算出手段で算出した出力比を学習し、その学習値に基づいて前記特定の範囲を補正する学習補正手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関のノッキング検出装置。
6. 前記特定の運転条件は、燃料カット時とアイドル時の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のノッキング検出装置。

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