JPH11315775A - イオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン電流信号から電源変動ノイズの影響を
排除する。 【解決手段】 イオン電流検出回路２４でイオン電流を
検出する時に、電源変動ノイズキャンセル信号生成回路
３１でバッテリ電圧ＶB の変動を検出して、ノイズキャ
ンセル信号Ｖd を生成する。このノイズキャンセル信号
Ｖd は、バッテリ側から点火コイル１１を介してイオン
電流信号に重畳する電源変動ノイズの位相と逆位相の信
号となる。このノイズキャンセル信号Ｖd を、イオン電
流検出回路２４から出力されるイオン電流信号に印加す
ることで、イオン電流信号に重畳した電源変動ノイズを
キャンセルする。その結果、バンドパスフィルタ２５に
入力されるイオン電流信号は、電源変動ノイズが排除さ
れた正味のイオン電流となり、バンドパスフィルタ２５
から電源変動ノイズの影響を受けないノッキング信号が
出力され、電源変動ノイズによるノッキングの誤判定が
防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点火プラグを通し
て検出するイオン電流信号に重畳する電源変動ノイズを
取り除く機能を備えたイオン電流検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関の燃焼状態を検出するた
めに、特開平６−２９９９４１号公報に示すように、点
火毎に点火プラグの端子に流れるイオン電流を検出し、
そのイオン電流信号に基づいて失火やノッキング等を検
出する技術が開発されている。従来より、イオン電流信
号に重畳するノイズとして、火花放電直後に点火コイル
の残留磁気エネルギによるＬＣ共振ノイズが発生するこ
とが知られており、そのため、上記特開平６−２９９９
４１号公報では、火花放電終了後から所定期間、イオン
電流信号を無効化（マスク）することで、火花放電直後
のＬＣ共振ノイズを取り除くようにしている。

【０００３】また、イオン電流信号からノッキングを検
出する場合、ノイズの影響を少なくするために、特開昭
６１−５７８３０号公報に示すように、イオン電流信号
からノッキング発生周波数帯域の信号成分と、それ以外
の周波数帯域の信号成分とを分離して、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、点火プラグ
を通してイオン電流を検出するイオン電流検出回路は、
点火コイルの二次側に接続されているため、点火コイル
の一次コイルに電流を供給する電源（バッテリ）の電圧
変動が点火コイルを介してその二次側に伝達され、それ
が電源変動ノイズとしてイオン電流信号に重畳される。
この電源変動ノイズの影響は、図４（ｂ）に示すよう
に、火花放電直後のＬＣ共振ノイズが減衰した後に現れ
るため、前者（特開平６−２９９９４１号公報）のよう
に、火花放電直後のＬＣ共振ノイズを排除しただけで
は、電源変動ノイズの影響を全く排除することができ
ず、ノッキング等を誤判定するおそれがある。

【０００５】また、電源変動ノイズには、ノッキング発
生周波数帯域の成分も含まれることがあるため、後者
（特開昭６１−５７８３０号公報）のように、イオン電
流信号からノッキング発生周波数帯域の信号成分を抽出
しても、その信号成分に電源変動ノイズが含まれてしま
うおそれがあり、やはり、ノッキング等を誤判定するお
それがある。

【０００６】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、イオン電流信号から
電源変動ノイズの影響を低減することができて、イオン
電流の検出精度を向上することができるイオン電流検出
装置を提供することにある。

【０００７】

【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のイオン電流検出装置は、イオン
電流検出手段によるイオン電流検出時に電源側から点火
コイルを介してイオン電流信号に重畳する電源変動ノイ
ズと逆位相の信号を電源変動ノイズキャンセル手段によ
って生成し、この逆位相の信号をイオン電流信号に印加
するようにしたものである。このようにすれば、イオン
電流信号に重畳した電源変動ノイズと逆位相の信号とが
互いに打ち消し合って、イオン電流信号中の電源変動ノ
イズが低減される。これにより、電源変動ノイズの影響
の少ないイオン電流を検出することができて、イオン電
流の検出精度を向上でき、イオン電流信号から内燃機関
の燃焼状態を精度良く判定できる。

【０００８】この場合、請求項２のように、電源変動ノ
イズの発生源である電源の電圧変動を検出し、その電圧
変動の波形を反転させて前記逆位相の信号を生成すると
良い。このように、電源変動ノイズの発生源である電源
の電圧変動を検出して逆位相の信号を生成すれば、電源
変動ノイズに対応する逆位相の信号を精度良く生成でき
る。

【０００９】ところで、電源側からイオン電流信号に重
畳する電源変動ノイズは、図５に示すように、点火コイ
ルの一次二次間容量を介して伝達されるため、電源の電
圧変動に対して若干の遅れが生じる。この点を考慮し
て、請求項３のように、電源変動ノイズの遅れに合わせ
て逆位相の信号の位相を遅らせるようにすると良い。こ
のようにすれば、逆位相の信号の位相を電源変動ノイズ
の位相に正確に一致させることができ、逆位相の信号に
よる電源変動ノイズのキャンセル効果を高めることがで
きる。

【００１０】

【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、バッテリ電圧ＶB が
供給される電源供給端子（＋Ｂ）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１
５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を介してグランドに接続されている。

【００１１】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２
１との間の電位Ｖinが抵抗２２を介して増幅回路２３の
−入力端子に入力されて増幅される。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２
１、増幅回路２３等から構成されている。このイオン電
流検出回路２４の出力電圧（増幅回路２３の出力電圧）
がイオン電流信号としてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２５に入力される。

【００１２】エンジン運転中は、エンジン制御用のマイ
クロコンピュータ２８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、
バッテリ（図示せず）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１
６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３０，２９間に火花放電が発生する。

【００１３】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。コンデ
ンサ２０の充電後は、ツェナーダイオード１８のツェナ
ー電圧によって規制されるコンデンサ２０の充電電圧を
電源としてイオン電流検出回路２４が駆動され、次のよ
うにしてイオン電流が検出される。

【００１４】火花放電終了後は、コンデンサ２０の充電
電圧によって点火プラグ１７の電極３０，２９間に電圧
が印加され、混合気が燃焼する際に発生したイオンがイ
オン電流として点火プラグ１７の電極３０，２９間に流
れる。このイオン電流は、中心電極３０から接地電極２
９へ流れ、更に、グランド側からイオン電流検出抵抗２
１を通ってコンデンサ２０に流れる。

【００１５】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増幅回路２３の入力電位Ｖin
が変化し、この増幅回路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信号がバンドパスフィルタ２
５に出力される。このバンドパスフィルタ２５のフィル
タリング期間は、火花放電直後のＬＣ共振ノイズを取り
除くために、マイクロコンピュータ２７から出力される
マスク信号によって制御され、図４（ａ）に示すよう
に、ＬＣ共振ノイズ減衰後にマスク信号がローレベルＬ
ｏｗになっている期間に、イオン電流信号からノッキン
グ発生周波数帯域（例えば６ＫＨｚ付近）のノッキング
信号を抽出して、それをピークホールド回路２６に入力
する。

【００１６】このピークホールド回路２６は、バンドパ
スフィルタ２５のフィルタリング開始と同時にバンドパ
スフィルタ２５の出力信号のピークホールドを開始す
る。このピークホールド回路２６で保持されたノッキン
グ信号のピーク値は、Ａ／Ｄ変換器２７を介してエンジ
ン制御用のマイクロコンピュータ２８に読み込まれる。
このマイクロコンピュータ２８は、読み込んだノッキン
グ信号のピーク値をなまし処理し、そのなまし値がノッ
キング判定値を越えているか否かで、ノッキングの有無
を判定する。

【００１７】ところで、点火コイル１１の一次電流遮断
時には、図５に示すように、バッテリ電圧ＶB の変動が
点火コイル１１の一次二次間容量Ｃ12を介して二次側に
伝達されるため、二次側の電圧Ｖ2 がバッテリ電圧ＶB
の変動によって変動してしまう。この二次側電圧Ｖ2 の
変動によって二次側の分布容量Ｃ2 が充放電し、その充
放電電流が電源変動ノイズの電流として二次側に流れ
る。このため、二次側に接続されたイオン電流検出回路
２４に流れるイオン電流信号に電源変動ノイズが重畳さ
れる。

【００１８】そこで、本実施形態では、イオン電流信号
に重畳する電源変動ノイズをキャンセルする電源変動ノ
イズキャンセル信号生成回路３１（電源変動ノイズキャ
ンセル手段）を電源供給端子（＋Ｂ）とイオン電流検出
回路２４の出力端子との間に接続している。以下、この
電源変動ノイズキャンセル信号生成回路３１の構成を図
２及び図３に基づいて説明する。

【００１９】この電源変動ノイズキャンセル信号生成回
路３１の入力回路３２は、電源供給端子（＋Ｂ）とグラ
ンド端子ＧＮＤとの間に２つの抵抗３３，３４を直列に
接続して構成され、バッテリ電圧ＶB を２つの抵抗３
３，３４の抵抗比で分圧した電圧Ｖa （抵抗３３，３４
の中間接続点の電位）が入力電圧となる［図３（ａ）参
照］。抵抗３３，３４の中間接続点には、入力電圧Ｖa
の交流成分（電圧変動分）を取り出すコンデンサ３５が
接続され、このコンデンサ３５の出力電圧Ｖb によって
バッテリ電圧ＶB の変動分が検出される［図３（ｂ）参
照］。

【００２０】一方、電源変動ノイズキャンセル信号生成
回路３１の出力段には、オペアンプ３６を用いた位相反
転回路３７が設けられている。オペアンプ３６の＋入力
端子には、コンデンサ３５の出力電圧Ｖb （バッテリ電
圧ＶB の変動分）がコンデンサ３８を介して入力され、
−入力端子には、コンデンサ３５の出力電圧Ｖb （バッ
テリ電圧ＶB の変動分）が抵抗３９を介して入力され
る。これにより、位相反転回路３７は、図３（ｃ）に示
すように、コンデンサ３５の出力電圧Ｖb を、それに重
畳した微小ノイズを除去した波形に整形して、その波形
を、イオン電流信号に重畳した電源変動ノイズと同じ電
圧に減衰させた後、その電圧波形を図３（ｄ）に示すよ
うに反転させて、電源変動ノイズと逆位相のノイズキャ
ンセル信号Ｖd を生成する。この際、オペアンプ３６
は、バッテリ側からイオン電流信号に重畳する電源変動
ノイズの遅れに合わせてノイズキャンセル信号Ｖd の位
相を遅らせる機能（位相補正機能）もある。これによ
り、ノイズキャンセル信号Ｖd は、イオン電流信号に重
畳した電源変動ノイズの位相と逆位相で、且つ電源変動
ノイズと同じ電圧となる。

【００２１】オペアンプ３６から出力されるノイズキャ
ンセル信号Ｖd は、イオン電流検出回路２４から出力さ
れるイオン電流信号に印加され、それによって、イオン
電流信号に重畳した電源変動ノイズがノイズキャンセル
信号Ｖd によって打ち消される（キャンセルされる）。
その結果、バンドパスフィルタ２５に入力されるイオン
電流信号は、図４（ａ）に示すように、電源変動ノイズ
が排除された正味のイオン電流となり、バンドパスフィ
ルタ２５から電源変動ノイズの影響を受けないノッキン
グ信号が出力される。このため、電源変動ノイズによる
ノッキングの誤判定が防止され、ノッキング判定の精度
・信頼性が高められる。

【００２２】以上説明した実施形態は、イオン電流信号
からノッキングの有無を判定するシステムに本発明を適
用したものであるが、イオン電流信号から失火やプレイ
グニッション等の他の燃焼状態を検出するシステムにも
本発明を適用可能である。

【００２３】また、上記実施形態では、イオン電流検出
回路２４の出力信号にノイズキャンセル信号を印加する
ようにしたが、イオン電流検出回路２４の入力信号又は
イオン電流検出回路２４の内部を伝わるイオン電流信号
にノイズキャンセル信号を印加して電源変動ノイズをキ
ャンセルするようにしても良い。

【００２４】また、上記実施形態では、イオン電流信号
に重畳する電源変動ノイズの位相に対応してノイズキャ
ンセル信号Ｖd の位相をずらすようにしたが、バッテリ
電圧ＶB の変動を検出して生成したノイズキャンセル信
号Ｖd に対応してイオン電流信号（電源変動ノイズ）の
位相をずらすようにしても良く、要は、イオン電流信号
に重畳する電源変動ノイズとノイズキャンセル信号とが
互いに逆位相となるようにすれば良い。

【００２５】その他、本発明は、電源変動ノイズキャン
セル信号生成回路３１の構成を適宜変更しても良い等、
要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

【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】電源変動ノイズキャンセル信号生成回路の構成
を示す回路図

【図３】（ａ）〜（ｄ）は電源変動ノイズキャンセル信
号生成回路の各部の信号波形を示す図

【図４】（ａ）は本実施形態におけるマスク信号、イオ
ン電流信号、ノッキング信号の関係を示すタイムチャー
ト、（ｂ）は従来システムのマスク信号、イオン電流信
号、ノッキング信号の関係を示すタイムチャート

【図５】電源変動ノイズの発生原因を説明するための回
路図

【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）、２５…バンドパスフィルタ、２６…ピークホ
ールド回路、２８…マイクロコンピュータ、３１…電源
変動ノイズキャンセル信号生成回路（電源変動ノイズキ
ャンセル手段）、３６…オペアンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茂木 和久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点火時期毎に電源から点火コイルの一次
   側に流れる電流をスイッチング手段で遮断することで、
   該点火コイルの二次側に高電圧を誘導させ、その高電圧
   を点火プラグに印加して火花放電を発生させる点火装置
   において、 混合気の燃焼時に発生するイオン電流を前記点火プラグ
   を通して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によるイオン電流検出時に前記
   電源側から前記点火コイルを介してイオン電流信号に重
   畳する電源変動ノイズと逆位相の信号を該イオン電流信
   号に印加する電源変動ノイズキャンセル手段とを備えて
   いることを特徴とするイオン電流検出装置。
2. 【請求項２】 前記電源変動ノイズキャンセル手段は、
   前記電源の電圧変動を検出する手段と、その電圧変動の
   波形を反転させて前記逆位相の信号を生成する手段とを
   備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン電
   流検出装置。
3. 【請求項３】 前記電源変動ノイズキャンセル手段は、
   前記イオン電流信号に重畳する電源変動ノイズの遅れに
   合わせて前記逆位相の信号の位相を遅らせる手段を備え
   ていることを特徴とする請求項２に記載のイオン電流検
   出装置。