JP5577119B2 - 内燃機関用のイオン電流検出処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のイオン電流検出処理装置に関し、特に、ノイズの影響による処理の誤りを解消させる際に用いて好適のものである。

近年、内燃機関のシリンダ内で生じるイオン電流を検出し、当該イオン電流の情報に基づいて内燃機関の挙動を解析する燃焼制御の研究が進められている。当該燃焼制御の研究は、燃焼／失火判定処理、ノック判定処理等、多岐に亘って試みられている。

例えば、特開２００１−０７３９１４号公報（特許文献１）では、内燃機関のノック制御装置が紹介されている。当該ノック制御装置は、イオン電流を検出しＥＣＵ（Engine Contrl Unit）等に内蔵されたメモリ回路へイオン電流の検出値を保持させる第１の処理と、ノック信号の周波数を通過域とするＢＰＦ（Band-Pass-Filter）によってノック信号に対応した検出値を取得する第２の処理と、ノック信号の検出値を累積演算させる第３の処理と、第３の処理で得られた累積値と予め設定された閾値とを比較させノック判定を行なう第４の処理とを実行させる。

かかる処理がプログラミングされたノック制御装置では、イオン電流を検出すると、ノッキングの解析区間に対応するウインドウを開き、当該解析区間においてイオン電流波形のＢＰＦ処理を行う。イオン電流にノック信号が重畳されている場合、ノック制御装置は、ノック信号に相当する検出値を累積演算させ、この累積値が予め設定された閾値を上回るとノック発生と判定し、この累積値が当該閾値より低いとき正常動作（ノッキングなし）と判定する。その後、ノック制御装置は、かかるノック判定に基づいて、燃焼タイミングの遅角制御／進角制御を適宜に実施させる。

尚、近年の燃焼制御では、ノック判定処理に限らず他の燃焼制御処理にあっても、イオン電流の検出値を累積演算させ、この累積値を用いて内燃機関の挙動を解析する技術が用いられている。

特開２００１−０７３９１４号公報

ここで、イオン電流の検出信号には、燃焼サイクルに関わらず慢性的に現われる恒常ノイズが重畳される。恒常ノイズの周波数帯は、当該恒常ノイズの発生原因が複合的なものであるため、不特定且つ広範域に分布する。このため、特定周波数に分布する信号をＢＰＦ処理によって解析しようとすると、ＢＰＦ処理によって取得された信号値には、ＢＰＦ処理の通過域に分布する恒常ノイズの成分が含まれてしまう場合が有る。

例えば、第１気筒のイオン電流を検出している場合、第１気筒を除く気筒で燃焼が行なわれると、第１気筒におけるイオン電流の検出信号は、他の気筒での燃焼動作に応じて連続的な外乱を受けるため、他の気筒の燃焼動作に基づく恒常ノイズが重畳されることとなる。

また、近年の自動車には電気的に駆動される車載機器が複数搭載されているので、この車載機器の駆動状態によってはアース電位が不安定となり、イオン電流の検出信号には、アース電位等の変動に応じて、上述した恒常ノイズが重畳される場合もある。更に、かかる車載機器にはノイズを抑制させるフィルター回路が設けられているが、このフィルター回路でノイズ除去しきれない残存成分が恒常ノイズの原因となる場合も有る。

そして、特許文献１の技術によれば、ノック信号の周波数帯に分布する恒常ノイズについては、ノック信号を示す検出信号の中に含まれるので、ノック信号として検出した信号値を累積演算させると、恒常ノイズの成分によって累積値に大きな誤差を与えてしまうとの問題が生じる。この検出信号の累積値に生じた誤差は、ノック判定処理での誤判定を誘発し、内燃機関の正しい燃焼制御を妨げてしまうとの問題を招く。

更に、ノック判定処理に限らず他の燃焼制御処理にあっても、検出信号（オイン電流）の累積値を用いる場合、内燃機関の挙動を解析する処理判定が不正確なものとなってしまう。

本発明は上記課題に鑑み、ノイズの影響による処理の誤りを解消させる内燃機関用のイオン電流検出処理装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような内燃機関用のイオン電流検出処理装置の構成とする。即ち、一次コイル及び二次コイルを有する点火コイルと、前記一次コイルの通電を制御させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子へ点火信号を供給してＯＮ／ＯＦＦ動作させる制御装置と、前記二次コイルの誘導電圧を受けて放電動作を行なう点火プラグと、内燃機関で生じるイオン電流に比例したイオン電流検出信号を検出するイオン電流検出回路とから構成され、
前記制御装置は、前記イオン電流検出信号を保持する信号保持手段と、
前記イオン電流検出信号に重畳される波形成分のうち設定された所定周波数を通過域としてＢＰＦ処理を実行する波形変換手段と、前記ＢＰＦ処理で恒常ノイズの波形成分を検出する為に設けられたノイズ検出区間の当該波形成分について累積演算させノイズ累積値を算出させるノイズ累積演算手段と、前記ＢＰＦ処理でノック信号の波形成分を検出する為に設けられた解析対象区間の当該波形成分について累積演算させ解析用累積値を算出させる解析用累積演算手段と、前記ノイズ累積値に換算値を乗じて算出された推定ノイズ累積値を前記解析用累積値から減算させるノイズキャンセル手段とを備え、
前記ノイズ検出区間は、イオン電流の収束状態が維持される期間であって、且つ、前記一次コイルが通電する前とする期間に設定されることとする。

好ましくは、前記ノイズ累積演算手段は、前記解析用累積演算手段の処理動作毎に対応して実行されることとする。

より好ましくは、前記ノイズ累積演算手段で算出されたノイズ累積値及び前記解析用累積演算手段で算出された解析用累積値は、前記ノイズキャンセル手段の処理開始時期よりも前に算出されていることとする。

本発明に係る内燃機関用のイオン電流検出処理装置によると、イオン電流に基づいて算出された累積値は、恒常ノイズの成分がキャンセルされるので、当該累積値に含まれる誤差の大部分が解消される。

また、上述した累積値を用いて内燃機関の挙動を解析する場合、当該累積値が正確な値に修正されるので、ノック判定処理、失火／燃焼判定処理、この他、種々の燃焼制御処理が正確に行われる。

実施の形態に係るイオン電流検出処理装置の回路構成を示す図。 実施の形態に係るイオン電流検出処理装置の動作を説明するタイミングチャート。 実施の形態に係るイオン電流検出処理装置の動作を説明するフローチャート。 恒常ノイズの波形と恒常ノイズの累積値とを示す図。 イオン電流の波形，ＢＰＦ処理後の出力波形，ＢＰＦ処理後のイオン電流の累積値を示す図（実施の形態）。 実施の形態の変更例に係るイオン電流検出処理装置の動作を説明するフローチャート。 実施例１に係るノック判定処理のフローチャート。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して具体的に説明する。図１は、内燃機関用のイオン電流検出処理装置の回路構成が示されている。図示の如く、イオン電流検出処理装置１００は、点火プラグＰＧと、点火コイルＣＬと、スイッチング素子Ｔｒと、制御装置ＥＣＵと、イオン電流検出回路ＩＮＳとから構成される。

点火プラグＰＧは、内燃機関のプラグホール内へ各々設けられ、印加電圧（二次コイルの誘導電圧）に応じてプラグギャップ間を放電させ、シリンダ内の混合気を燃焼させる。

点火コイルＣＬは、一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２及び鉄心等から構成され、一次コイルＬ１に流れる電流が変動すると、当該電流値の変動に応じて、二次コイルＬ２から誘導電圧を発生させる。かかる点火コイルＣＬは、絶縁樹脂によってパッケージされ、点火プラグＰＧの端子部へ装着される。これにより、二次コイルＬ２は、点火プイラグＰＧへ電気的に接続され、一次コイルＬ１の通過電流が変動すると点火プラグＰＧへ誘導電圧を出力させる。尚、一次コイル側に示されるＶＢは、車載バッテリから供給されるバッテリ電圧を指す。

スイッチング素子Ｔｒは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transister）、ＭＯＳＦＥＴ等、点火信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ動作するパワートランジスタが用いられる。当該スイッチング素子Ｔｒは、一次コイルＬ１の出力端とグランドとの間に介挿され、点火信号に応じて、一次コイルＬ１の通電状態を制御させる。

制御装置ＥＣＵは、本実施の形態ではEngine Control Unitが用いられ、当該Engine Control Unitは、自動車に搭載される車載機器の一つとされる。Engine Control Unitは、ＣＰＵ及びメモリ回路及びＡＤ変換回路等を備え、車両の動作情報を集中管理し、かかる情報に基づいて点火信号等の種々の信号を演算する。そして、演算処理された信号は、制御装置ＥＣＵによって適宜に出力される。即ち、制御装置ＥＣＵは、このような機能の一つとして、点火信号ＳＧをスイッチング素子Ｔｒへ供給させ、当該スイッチング素子ＴｒのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。

また、制御装置ＥＣＵは、メモリ回路に種々の制御プログラムが格納され、所定の起動動作に応じて制御プログラムが適宜起動される。本実施の形態において、メモリ回路には、イオン電流検出信号を保持する処理プログラムと、当該イオン電流検出信号の特定周波数について抽出する処理プログラムと、ＢＰＦ処理の出力値に基づいて恒常ノイズの値を累積演算させる処理プログラムと、ＢＰＦ処理の出力値に基づいてイオン電流の値を累積演算させる処理プログラムと、解析用累積演算手段で算出された累積値から恒常ノイズの成分を相殺させる処理プログラムと、この他、種々の処理プログラムが格納されている。そして、これら処理プログラムが実行されることにより、制御装置ＥＣＵでは、特許請求の範囲に記載される各種手段（信号保持手段、波形変換手段、ノイズ累積演算手段、解析用累積演算手段、ノイズキャンセル手段等）を実現させる。尚、かかる処理プログラムで規定される各種手段については、追って詳述することとする。

イオン電流検出回路ＩＮＳは、図示の如く、ツェナーダイオードＺＤ、ダイオードＤ１，Ｄ２、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、オペアンプＡＭＰとから構成される。イオン電流検出回路ＩＮＳは、点火コイルＣＬを直接的に点火制御させるイグナイタ、又は、制御装置ＥＣＵ等の回路部に内蔵される。尚、本実施の形態の説明に不要な回路構成は、便宜的に図示省略させている。

ツェナーダイオードＺＤ及びコンデンサＣ１は、並列回路を成し、一端が二次コイルに接続され、他端がダイオードＤ１を介してグランド側に接続されている。このうち、ツェナーダイオードＺＤは、アノード側がグランド方向に配置され、ダイオードＤ１は、カソード側がグランド方向に配置される。

上述した並列回路とダイオードＤ１との接点は、抵抗Ｒ１を介してオペアンプＡＭＰの反転入力端子（−）に接続されている。オペアンプＡＭＰの反転入力端子（−）は、更に、ダイオードＤ２と抵抗Ｒ２とが接続されている。このうち、ダイオードＤ２は、順方向がオペアンプ側となるよう配置され、抵抗Ｒ２の他端は、オペアンプＡＭＰの出力端子に接続されている。また、オペアンプＡＭＰは、出力端子に抵抗Ｒ３が設けられ、非反転入力端子（＋）がグランドにアースされ、全体として反転増幅回路が形成される。更に、出力端子は、信号ラインを介して制御装置ＥＣＵのＡＤ入力端子に接続され、オペアンプＡＭＰで増幅した検出信号Ｖ０（以下、イオン電流検出信号と呼ぶ）を当該ＡＤ入力端子へ出力させる。尚、イオン電流検出信号Ｖ０は、これらの抵抗Ｒ１〜Ｒ３によってイオン電流Ｉ２に対する増幅値（比例値）が規定される。

ここで、制御装置ＥＣＵの制御動作によってスイッチング素子ＴｒがＯＮ状態からＯＦＦ状態に切換えられると（図２ａ参照）、一次コイルＬ１の通電電流Ｉｃ１が途絶え（図２ｂ参照）、二次コイルＬ２からは誘導電圧が発生する。これに応じて点火プラグＰＧが放電すると、回路内には、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→コンデンサＣ１→ダイオードＤ１、に示す経路で放電電流Ｉ１が流れる。このとき、コンデンサＣ１は、ツェナーダイオードＺＤによって両端電圧が所定値に規定され、この両端電圧に相当する電荷が蓄積されることとなる。その後、燃焼による化学反応が進行すると、シリンダ内にイオン物質が多数形成され、コンデンサＣ１の電圧値を電源とするイオン電流Ｉ２が流れる。具体的に説明すると、回路内には、抵抗Ｒ２→抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧ、に示す経路でイオン電流Ｉ２が流れる。

イオン電流検出信号Ｖ０は、イオン電流検出回路ＩＮＳで検出された信号値が電圧値として伝達され、当該電圧値が制御装置ＥＣＵのＡＤ入力端子へ入力される。このイオン電流検出信号Ｖ０は、図２（ｃ）に示す如く、点火信号ＳＧの立上がり時に発生するパルス電流Ｉｐ、点火プラグＰＧの放電動作に応じて発生するイオン電流Ｉｉｏｎが各々形成される。また、イオン電流検出信号Ｖ０には、上述した恒常ノイズ（図示なし）が重畳されており、この恒常ノイズは、慢性的に現われるノイズであるため、イオン電流検出信号Ｖ０が安定している領域、イオン電流Ｉｉｏｎの波形にも重畳されることとなる。

以下、図３を参照し、制御装置ＥＣＵで実施されるイオン電流検出信号の処理動作について説明する。制御装置ＥＣＵでは、点火信号ＳＧが立ち下がると、本実施の形態に係る信号処理ルーチンＲ１を起動させる。当該信号処理ルーチンＲ１は、先ず、イオン電流検出信号Ｖ０をＡＤタイミング毎に検出し、ここで検出された情報をメモリ回路に保持させる（Ｓ０１／信号保持手段）。かかるメモリ回路は、制御装置ＥＣＵの動作中にイオン電流検出信号の情報が処理されれば良いので、揮発性のメモリ回路であっても良く、不揮発性のメモリ回路であっても良い。本実施の形態では、図２（ｃ）に示す如く、ノイズ検出区間Ｗ１とイオン電流保持区間Ｗ２についてイオン電流検出信号Ｖ０の情報が保持される。また、ノイズ検出区間Ｗ１はイオン電流検出信号Ｖ０が基準値に収束しているタイミングに設けられ、イオン電流保持区間Ｗ２はイオン電流Ｉｉｏｎが発生すると予測されるタイミングに設けられる。

尚、イオン電流保持区間Ｗ２又は後述する解析対象区間Ｗ３は、イオン電流Ｉｉｏｎが現われている領域に設定される。これに対し、ノイズ検出区間Ｗ１は、イオン電流保持区間Ｗ２又は解析対象区間Ｗ３と異なるタイミングに設定されるのが好ましい。そうすると、ノイズ検出区間Ｗ１は、イオン電流検出信号Ｖ０が収束しているタイミングに設定され、当該区間で恒常ノイズＷａのみの検出が可能となる。特に、このノイズ検出区間Ｗ１は、前回の燃焼サイクルにおけるイオン電流の収束後であって、且つ、検出中の燃焼サイクルにおいて一次コイルが通電する迄のタイミングＴｘに設定されると良い。かかる範囲にノイズ検出区間Ｗ１が設定されると、ノイズ検出区間Ｗ１では、一次コイルの通電によるパルス電流Ｉｐの影響を受けることなく、恒常ノイズＷａのみの検出が行われることとなる。

処理Ｓ０１が完了すると、ノイズ検出区間Ｗ１についてＢＰＦ処理を実行させる（Ｓ０２／波形変換手段）。ＢＰＦ処理は、イオン電流検出信号Ｖ０に重畳される波形成分のうち予め設定された所定周波数を通過域とし、当該所定周波数の波形のみを抽出させる処理である。この所定周波数は、後述する処理Ｓ０５で実施されるＢＰＦ処理の周波数と一致している。

処理Ｓ０２が完了すると、ノイズ検出区間Ｗ１についてＢＰＦ処理の出力値を累積演算させる（Ｓ０３／ノイズ累積演算手段）。処理Ｓ０３では、図４（ａ）に示す如く、恒常ノイズＷａ以外の余分な波形が形成されないタイミングにノイズ検出区間Ｗ１が設けられているので、ＢＰＦ処理を通過した恒常ノイズＷａの成分のみが累積演算されることとなる。処理Ｓ０３で算出されるノイズ累積値Ｖｎｃは、図４（ｂ）に示す如く、ＡＤタイミング毎に検出値の変動量（絶対値）を累積処理させて算出しても良く、この他、検出値の正の値のみを累積させて算出しても良い。

処理Ｓ０３が完了すると、制御装置ＥＣＵでは、イオン電流保持区間Ｗ２のうち特定信号の解析に必要な解析対象区間Ｗ３を選定し、この解析対象区間Ｗ３についてＢＰＦ処理を実行させる（Ｓ０４／波形変換手段）。当該ＢＰＦ処理は、イオン電流Ｉｉｏｎに重畳される特定信号の周波数を通過域とし、この特定信号の持つ周波数の波形のみを抽出させる処理である。具体的に説明すると、処理Ｓ０３は、図２（ｄ）に示す如く、イオン電流保持区間Ｗ２の範囲から内燃機関の運転状態に合わせて解析対象区間Ｗ３を選定し、この解析対象区間Ｗ３についてＢＰＦ処理を実行する。かかる処理が行なわれると、イオン電流Ｉｉｏｎに特定信号が重畳されている場合、フィルタリング後の波形には特定信号を現す波形が抽出される（図２ｅ１参照）。一方、イオン電流Ｉｉｏｎに特定信号が重畳されていない場合、フィルタリング後の波形には特定信号を示す波形は現われない。

解析対象区間Ｗ３は、内燃機関の運転状態（回転数、負荷等）によって、当該区間の幅及びタイミングが適宜に規定される。具体的に説明すると、制御装置ＥＣＵのメモリ回路には、特定信号の現われるタイミング及び発生区間に関する適正値が運転状態毎に保存され、制御装置ＥＣＵでは、内燃機関の現在の運転状態に関する情報を読取り、イオン電流保持区間Ｗ２の範囲から解析対象区間Ｗ３を特定し（図５ａ）、この区間において特定信号の抽出をＢＰＦ処理によって行なう（図５ｂ）。尚、恒常ノイズを検出する際のＢＰＦ処理での設定周波数と特定信号を検出する際のＢＰＦ処理での設定周波数とが一致しているのは、特定信号に含まれる恒常ノイズの周波数帯と処理Ｓ０２で検出される恒常ノイズの周波数帯を一致させることで、双方の恒常ノイズの成分が同一のものとされ、後段でのノイズキャンセルに係る精度を向上させるためである。

処理Ｓ０４が完了すると、解析対象区間Ｗ３についてＢＰＦ処理の出力値を累積演算させる（Ｓ０５／解析用累積演算手段）。処理Ｓ０５では、図５（ｃ）に示す如く、ＢＰＦ処理による出力値の累積結果である解析用累積値Ｖｓｕｍを得る。上述したように、特定信号を現すＢＰＦ処理の出力値には恒常ノイズＷａの成分が含まれているところ、解析用累積値Ｖｓｕｍには、恒常ノイズＷａを解析対象区間Ｗ３で累積演算させた大きな誤差が含まれることとなる。但し、この解析用累積値Ｖｓｕｍに含まれる誤差は、処理Ｓ０３で演算したノイズ累積値Ｖｎｃを用いて推定され、後段の処理でこの誤差がキャンセルされる。尚、処理Ｓ０５で行なわれる累積演算の算出法にあっても、処理Ｓ０３と同様、その方法を問うものではない。

本実施の形態に係る信号処理ルーチンＲ１では、処理Ｓ０３（ノイズ累積演算手段）が処理０５（解析用累積演算手段）の処理動作毎に対応して実行されている。かかる場合、燃焼サイクル毎にノイズ累積値Ｖｎｃが更新されるので、ノイズキャンセル処理Ｓ０６で行なわれるノイズ成分の推定がより正確なものとされる。但し、内燃機関の運転状態（回転数、負荷等）が安定している場合には、処理０２を省略させ、ノイズ累積値Ｖｎｃの更新処理に係る負担を減らすようにしても良い。

上述した解析用累積値Ｖｓｕｍ及びノイズ累積値Ｖｎｃは、後段の処理Ｓ０６（ノイズキャンセル手段）の処理開始時期よりも前に算出されているのが好ましい。かかる如く、双方の累積値（Ｖｓｕｍ、Ｖｎｃ）の算出結果が出ていると、後段の処理Ｓ０６（ノイズキャンセル手段）では、この累積値を用いてノイズキャンセルを行なうので、当該累積値の算出工程を待たずにノイズキャンセルの演算動作へ移行できる。

処理Ｓ０５が完了すると、解析用累積値Ｖｓｕｍから恒常ノイズの成分を相殺させる処理を行なう（Ｓ０６／ノイズキャンセル手段）。本実施の形態では、解析用累積値Ｖｓｕｍから後述する推定ノイズ累積値を減算させる処理を行ない、これにより、ノイズ成分を含まない真解析用累積値Ｖｒｓｕｍの算出を行なう。ここで、ノイズ検出区間Ｗ１の検査時間をｔ１とし、解析対象区間Ｗ３の検査時間をｔ２とする。かかる場合、推定ノイズ累積値Ｖｃｎ’は、換算係数Ｃｖ（Ｃｖ＝ｔ２／ｔ１）をノイズ累積値Ｖｃｎに乗算させて求められる。即ち、推定ノイズ累積値Ｖｃｎ’は、解析用累積区間Ｗ３における恒常ノイズ成分の推定値として求められる（図５ｃ参照）。そして、ノイズ成分を含まない真解析用累積値Ｖｒｓｕｍは、解析用累積値Ｖｓｕｍから推定ノイズ累積値Ｖｃｎ’を減算させて求められる。かかる如く、処理Ｓ０６では、上述したノイズキャンセルを実施することにより、真解析用累積値Ｖｒｓｕｍの検出精度を向上させる。

尚、ノイズ検出区間Ｗ１の検査時間ｔ１と解析対象区間Ｗ３の検査時間ｔ２とが一致している場合には、換算係数Ｃｖ＝１として上述したノイズキャンセル処理を実施しても良く、処理０３で算出されたノイズ累積値Ｖｃｎを推定ノイズ累積値Ｖｃｎ’としてそのまま利用しても良い。

本実施の形態に係るイオン電流検出処理装置１００によると、イオン電流Ｉ２に基づいて算出された真解析用累積値Ｖｒｓｕｍは、恒常ノイズの成分がキャンセルされるので、当該累積値に含まれる誤差の大部分が解消されることとなる。

また、真解析用累積値Ｖｒｓｕｍを用いて内燃機関の挙動を解析すると、当該累積値がノイズ成分を含まない正確な値に修正されているので、ノック判定処理、燃焼／失火判定処理、この他、種々の燃焼制御処理が正確に行われる。

図６には、上述した信号処理ルーチンの改変例が示されている。本改変例に係る信号処理ルーチンＲ１は、恒常ノイズ累積値を算出させる処理Ｓ０３の後段に、恒常ノイズ累積値の正誤判定処理Ｓ０３ａと、恒常ノイズ累積値の設定処理Ｓ０３ｂとが追加されている。

処理Ｓ０３は、上述の如く、現在の燃焼サイクルにおけるイオン電流検出信号Ｖ０を検出し、これを用いて、現サイクルでのノイズ累積値Ｖｓｕｍが算出される。即ち、ここで算出されたノイズ累積値Ｖｓｕｍは、直近の燃焼サイクルに対応した値とされる。

ここで、検出対象となるノイズ検出区間Ｗ１に何らかのノイズ波形が偶発的に現われた場合、処理０３で算出されたノイズ累積値Ｖｓｕｍは、偶発的に拾われたノイズ成分が付加されることとなり、恒常ノイズの累積値を正確に現した値となり得ない。かかる如くノイズ累積値Ｖｓｕｍに誤差が生じると、処理Ｓ０６では、必要値以上のノイズキャンセルを行なうこととなり、結果として、燃焼制御の判定処理で用いられる累積値に誤差を生じさせてしまう。

そこで、このような誤差を幾分でも低減させるため、本改変例では、恒常ノイズ累積値を算出させる処理Ｓ０３の後段で、恒常ノイズ累積値の正誤判定処理Ｓ０３ａと、恒常ノイズ累積値の設定処理Ｓ０３ｂとが実施される。

処理Ｓ０３ａは、前回の燃焼サイクルで算出されたノイズ累積値Ｖｓｕｍ’をメモリ回路から読み出し、その過去のノイズ累積値Ｖｓｕｍ’と今回の燃焼サイクルで算出されたノイズ累積値Ｖｓｕｍとを比較させる。そして、双方のノイズ累積値を減算させ、閾値判定を行なう。即ち、ノイズ累積値の変動量が許容範囲内の場合、今回算出されたノイズ累積値Ｖｓｕｍが適性値であると判断し、一方、ノイズ累積値の変動量が許容範囲を超える場合、今回算出されたノイズ累積値Ｖｓｕｍは不要なノイズを含む不適正な値であると判断する。

処理Ｓ０３ａが完了すると、当該処理Ｓ０３ａで適性値であると判断された側のノイズ累積値を、ノイズキャンセル処理用のメモリ領域に保存させる（Ｓ０３ｂ）。即ち、処理Ｓ０３ｂでは、今回のノイズ累積値Ｖｓｕｍが適性値であると判断された場合、この今回のノイズ累積値Ｖｓｕｍをノイズキャンセル用のメモリ領域に格納させる一方、今回のノイズ累積値Ｖｓｕｍが不適性であると判断された場合、過去のノイズ累積値Ｖｓｕｍを再度参照できるようにノイズキャンセル用のメモリ回路へ保存させておく。このようにすると、ノイズキャンセル処理Ｓ０６では、不適正な値のノイズ累積値を用いることがなくなり、適切な量のノイズキャンセルが行なわれる。

上述の如く、本改変例に係るイオン電流検出処理装置によると、ノイズ検出区間Ｗ１に偶発的なノイズが現われた場合、その恒常ノイズを正確に示していないノイズ累積値の使用を避け、比較的正しいノイズ累積値を過去のデータから読み取ることで、処理０６で行なわれる恒常ノイズのキャンセル量を適正化することが出来る。

以下、上述した信号判定処理の具体的な実施例について説明する。図７は、実施の形態における信号判定処理がノック判定処理に組み込まれている。かかる処理を行なうノック判定装置は、上述したイオン電流検出処理装置と略同一の構成とされ、所定のプログラムがノック判定を行なう処理プログラムへ置き換えられる。本実施例では、実施の形態で説明した特定信号が、５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度の周波数帯に分布するノック信号を指すものとされる。尚、同図では、上述した処理動作と同一処理を行なう部分については、同一符号を付し、その説明を省略することとする。

本実施例に係る制御装置ＥＣＵでは、上述同様、点火信号ＳＧが立ち下がると信号処理ルーチンＲ２を起動させる。当該信号処理ルーチンＲ２は、先ず、イオン電流検出信号Ｖ０をＡＤタイミング毎に保存し（Ｓ０１／信号保持手段）、ノイズ検出区間Ｗ１についてＢＰＦ処理を実行させ（Ｓ０２／波形変換手段）、ノイズ検出区間Ｗ１についてＢＰＦ処理の出力値を累積演算させる（Ｓ０３／ノイズ累積演算手段）。

処理Ｓ０３が完了すると、イオン電流保持区間Ｗ２のうちノック信号の解析に必要なノック検出区間Ｗ３を選定し、このノック検出区間Ｗ３についてＢＰＦ処理を実行させる（Ｓ１４／波形変換手段）。当該ＢＰＦ処理は、ノック信号の周波数を通過域とし、このノック信号の持つ周波数の波形のみを抽出させる処理である。

ノック検出区間Ｗ３は、内燃機関の運転状態（回転数、負荷等）によって、ノック信号の現われる区間及びノック信号の発生するタイミングが適宜に規定される。かかるノック検出区間Ｗ３は、ノック信号の発生タイミングに一致するよう制御装置ＥＣＵによって調整される。尚、このノック信号はイオン電流の第２ピーク値以後に現われるので、ノイズ検出区間Ｗ３もこれに一致させるのが好ましい。

処理Ｓ１４が完了すると、ノック検出区間Ｗ３についてＢＰＦ処理の出力値を累積演算させる（Ｓ１５／解析用累積演算手段）。処理Ｓ１５で算出された解析用累積値Ｖｓｕｍには、恒常ノイズＷａに起因する大きな誤差が含まれている。

但し、処理１６では、解析用累積値Ｖｓｕｍから推定ノイズ累積値Ｖｃｎ’を減算させ、これにより、解析用累積値Ｖｓｕｍから恒常ノイズの成分が相殺される（Ｓ１６／ノイズキャンセル手段）。尚、本処理Ｓ１６では、上述の如く、換算係数Ｃｖ及び推定ノイズ累積値Ｖｃｎ’の算出処理を経て、真解析用累積値Ｖｒｓｕｍの算出が行なわれる。かかる真解析用累積値Ｖｒｓｕｍは、恒常ノイズの成分が排除された値を指す。

その後、ノック判定処理Ｓ１７では、真解析用累積値Ｖｒｓｕｍに対して閾値判定が実施され、真解析用累積値Ｖｒｓｕｍが閾値Ｖｔｈより大きいとき「ノック発生」を示すフラグをメモリ回路へ格納し（Ｓ１９）、真解析用累積値Ｖｒｓｕｍが閾値Ｖｔｈより小さいとき「正常（ノック未発生）」を示すフラグをメモリ回路へ格納させる（Ｓ１８）。かかるノック判定は、真解析用累積値Ｖｒｓｕｍに恒常ノイズの成分が含まれていないので、その判定結果は非常に精度の高いものとなる。

かかる一連の処理が完了すると、信号処理ルーチンＲ２は、次の点火信号ＳＧの立下りエッジを迎えるまでスタンバイ状態とされる。

上述の如く、本実施例に係るノック判定装置は、解析用累積値Ｖｓｕｍのノイズ成分がキャンセルされるので、ノック判定処理における判定結果の精度が向上する。

尚、本発明に係る内燃機関用のイオン電流検出処理装置は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、種々の改変が可能である。例えば、本実施の形態における信号保持手段は、ノイズ検出区間Ｗ１とイオン電流保持区間Ｗ２とに分けて、イオン電流検出信号Ｖ０の情報を一時的にメモリ回路へ格納させている。これに対し、かかる保持区間について改変を行い、恒常ノイズを検出できるタイミングまでイオン電流保持区間Ｗ２を伸長させると、当該改変例では、恒常ノイズＷａとイオン電流Ｉｉｏｎとを一つの保持区間から検出できることとなり、検出値の保持動作に関する負担が軽減される。

また、本実施例ではイオン電流検出処理装置をノック判定装置に適用させているが、これに限らず、当該イオン電流検出処理装置を他の判定装置に適用させることも可能である。例えば、燃焼／失火判定装置では、イオン電流波形の面積を算出し、この面積値に基づいて燃焼／失火の判定処理を行なう技術がある。かかる技術では、燃焼／失火判定処理のための面積値を算出する際、イオン電流検出信号の検出値を積分処理（即ち、累積演算処理）させるところ、本発明に係る信号処理ルーチンを適用させることで、燃焼／失火判定に係る判定精度を向上させることが可能となる。

また、気筒内の圧力を算出する技術にあっては、変動する圧力の平均値を積分演算によって算出させるところ、本発明に係る信号処理ルーチンを適用すれば、誤差の少ない平均圧力の算出が可能となる。

１００ 内燃機関用のイオン電流検出処理装置
ＣＬ 点火コイル
Ｔｒ スイッチング素子
ＥＣＵ 制御装置
ＰＧ 点火プラグ
ＩＮＳ イオン電流検出回路
Ｓ０１ 信号保持手段
Ｓ０２，Ｓ０４ 波形変換手段
Ｓ０３ 恒常ノイズ累積演算手段
Ｓ０５ 解析用累積演算手段
Ｓ０６ ノイズキャンセル手段

Claims (3)

1. 一次コイル及び二次コイルを有する点火コイルと、前記一次コイルの通電を制御させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子へ点火信号を供給してＯＮ／ＯＦＦ動作させる制御装置と、前記二次コイルの誘導電圧を受けて放電動作を行なう点火プラグと、内燃機関で生じるイオン電流に比例したイオン電流検出信号を検出するイオン電流検出回路とから構成され、
   前記制御装置は、
   前記イオン電流検出信号を保持する信号保持手段と、
   前記イオン電流検出信号に重畳される波形成分のうち設定された所定周波数を通過域としてＢＰＦ処理を実行する波形変換手段と、
   前記ＢＰＦ処理で恒常ノイズの波形成分を検出する為に設けられたノイズ検出区間の当該波形成分について累積演算させノイズ累積値を算出させるノイズ累積演算手段と、
   前記ＢＰＦ処理でノック信号の波形成分を検出する為に設けられた解析対象区間の当該波形成分について累積演算させ解析用累積値を算出させる解析用累積演算手段と、
   前記ノイズ累積値に換算値を乗じて算出された推定ノイズ累積値を前記解析用累積値から減算させるノイズキャンセル手段と、を備え、
   前記ノイズ検出区間は、イオン電流の収束状態が維持される期間であって、且つ、前記一次コイルが通電する前とする期間に設定される、ことを特徴とする内燃機関用のイオン電流検出処理装置。
2. 前記ノイズ累積演算手段は、前記解析用累積演算手段の処理動作毎に対応して実行されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用のイオン電流検出処理装置。
3. 前記ノイズ累積演算手段で算出されたノイズ累積値及び前記解析用累積演算手段で算出された解析用累積値は、前記ノイズキャンセル手段の処理開始時期よりも前に算出されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用のイオン電流検出処理装置。

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