KR100246838B1 - 내연 기관용의 이온 전류 검출장치 - Google Patents

Abstract

회로의 간략화 및 소형화를 행하여 코스트의 감소를 꾀할 수 있고, 링잉에 의한 노킹 상태의 오류 검출이 없는 이온 전류 검출장치를 얻는다.

이온 전류 검출장치에서 점화 플러그에 이온 전류검출용 전압을 인가하는 검출용 전압 발생부와 이온 전류를 전압으로 변환하는 이온 전류-전압 변환부와 이온 전류-전압 변환부에서 변환된 신호로부터 특정 주파수 영역의 교류 성분을 검출하는 필터부와 이온 전류가 소정의 한계치를 넘으면 검출 신호를 출력하는 이온 전류 한계치 검출부와 필터부의 필터 특성을 제어하는 필터 특성 제어부를 구비하며, 필터 특성 제어부는 검출 신호가 출력되면 필터부에 대해서 소정의 시간까지는 특정 주파수 영역의 교류 성분의 검출 능력을 저하시켜, 소정의 시간 후에는 특정 주파수 영역의 교류성분의 검출 능력을 높인다.

Description

내연 기관용의 이온 전류 검출장치

본 발명은 내연기관의 연소에 의해서 생기는 연소가스의 전리(電離)를 이온 전류로서 검출하여 그 연소 상태를 검출하는 이온 전류 검출 장치에 관한 것이다.

점화식 내연 기관(이하, 단지 엔진이라 칭함)에서는 연소실(이하, 실린더라고 칭함)안에 도입하는 공기와 연료의 혼합기체를 피스톤으로 압축하여 점화 플러그로 점화하여 연소시켜 동력을 추출하고 있다. 엔진의 출력과 실린더 위치에 대한 점화시기는 밀접한 관계를 가지고 있고 일반적으로는 점화 시기를 빠르게 하면 고출력을 얻을 수 있지만, 지나치게 빠르면 노킹이라고 하는 이상 연소 상태를 발생하여 엔진의 파괴를 야기할 가능성이 있다. 따라서, 종래 부터 엔진에 진동을 검출하는 센서(이하, 진동 센서이라고 칭함)를 설치하여 이 진동 센서로 검출한 신호에서 노킹의 발생을 판정하여 점화 시기를 늦춰 노킹의 발생 한계 레벨로 고출력을 얻을 수 있도록 제어하고 있다.

그러나, 노킹은 실린더에서 발생하는 것이며, 복수의 실린더에서의 진동을 진동 센서로 검출하기 위해서는 진동 센서의 설치 위치가 진동 검출의 감도에서의 중요한 요소가 된다. 모든 실린더로부터의 진동이 확실히 검출할 수 있고 또 흡배기(吸排氣)밸브등, 다른 진동원(振動源)에서의 진동에 영향받지 않는 최적의 진동 센서의 설치 위치는 엔진마다 미묘하게 다르기 때문에 그 설치 위치 설정은 엔진 설계에서의 중요과제로 되어있다.

한편, 실린더 내에서 혼합기가 연소하면 연소 가스가 전리(電離)(이온화)하기 때문에 이에 전압을 인가하면 이온의 작용으로 전류가 흐른다. 이 전류는 이온 전류라고 칭하는 실린더 내의 연소 상태에 따라서 민감하게 변화하기 때문에, 이온 전류를 검출함으로 연소 상태를 검출할 수 있는 것이 알려지고 있다. 이온 전류는 점화 직후에 급격히 증가하여 단시간에 피크에 도달, 그 후 완만하게 감소한다. 노킹이 발생할 경우는, 이온 전류에 수KHz의 진동 성분이 중첩한다. 노킹 검출에 필요한 신호를 추출하기 위해서는 급격히 변동하는 이온 전류로부터 노킹에 기인하는 진동 성분만을 추출하는 것이 불가결하다.

이온 전류는 점화에 의한 연소 가스의 전리 작용에 의해 발생하는 것이기 때문에, 점화 상태와 엔진 회전수에 의해 변화하고, 그 계속 시간은 수 msec∼십수msec 이다. 또 이온 전류에 중첩하는 노킹 진동 성분은 이온 전류의 발생 후 수백 μsec 후에서 생기고 특히 이온 전류 계속 기간의 전기(前期)에 크다. 따라서 이온 전류에 중첩하는 노킹 진동 성분을 내는 경우는 이온 전류 발생으로부터 어떻게 빨리 검출할 수 있도록 할 것인가 가 중요하다. 또, 이온 전류는 전류가 매우 적은 상태로부터 급격히 증가하는 성질을 갖기 때문에, 고주파 성분을 잘라내는 등의 파형을 무디게 하는 처치를 하지 않고 오피 앰프 등을 사용하여 필터 특성을 예민하게 한 밴드 패스 필터에 입력하면 전류의 상승 직후에 통과 주파수 부근의 주파수로 링잉(ringing)이 발생한다. 이 링잉은 밴드 패스 필터의 주파수 특성이 예민할수록 생기기 쉽고 또 그 감쇠에 요하는 시간이 길어지기 되기 때문에 특히 주의가 필요하다.

링잉이 발생하고 있는 동안은 노킹으로 인한 이온 전류의 진동 성분이 없어도 밴드 패스 필터의 출력에는 외견상 노킹 신호가 나타나기 때문에 노킹의 검출이 정확히 행할 수 없다. 이로 인해 링잉에 의한 진동이 노킹에 의한 신호의 진폭보다도 매우 작아질 때까지 노킹의 검출은 할 수 없다. 이 동안은 노킹의 검출이 불가능한 기간이 된다. 이 때문에 링잉의 발생기간을 될 수 있는 한 짧게 하는 밴드 패스 필터의 설정 하는 것을 생각할 수 있지만, 이와 같이 하면 노킹을 검출할 수 없게된다.

본원 발명의 출원인은 먼저 일본국 특원평7-163869호로 점화 플러그를 이온 전류 검출용의 전극으로서 사용하여 노킹을 검출하는 시스템을 제안하고 있다. 이 노킹 검출 장치는 진동 센서를 사용하는 경우에 비교하여 엔진마다의 성능변동이 적고 진동 검출 장치가 불필요하게 되는 등의 특징을 갖는 고정도(高精度)인 제어 시스템을 실현하고 있다. 도 18은 상기 이온 전류 검출 장치의 회로 도면이다. 도 18에서 동시 착화 방식에 의한 점화장치201에, 이온 전류 검출장치202가 접속되어 있다. 이온 전류 검출장치202는 검출용 전압 발생회로203, 이온 전류-전압 변환회로204, 이온 전류 한계치 검출회로205, 타이머206, 마스크회로207 및 교류 성분 검출 회로208로 구성되어 있다.

검출용 전압 발생회로203은 점화 장치201의 트랜지스터 T1에 의해서 점화 코일 L의 일차 권선L1에 흐르는 전류를 차단할 때 발생하는 역기전력에 의해서 콘덴서 C1을 충전하고, 콘덴서 C1에 충전한 전하에 의해, 점화 방전후 점화 플러그 PG1과 PG2에 정극성(正極性)의 전압을 인가한다. 이온 전류-전압 변환회로204는 검출용 전압 발생회로203에 의해서 점화 플러그 PG1과 PG2에 정극성의 전압을 인가하였을 동안에 흐르는 이온 전류를 전압으로 변환하여 거의 일정 전압의 저 주파 성분과 노킹에 기인하는 고주파 성분이 중첩한 신호를 얻는다.

이온 전류 한계치 검출회로205는 검출용 전압 발생회로203에 의해서 점화 플러그 PG1 및 PG2에 정극성의 전압을 인가하였을 때에 흐르는 이온 전류를 소정의 한계치와 비교하고, 한계치 이상의 이온 전류가 검출했는가 아닌가를 판정하여 한계치 이상의 이온 전류가 검출됐을 경우 이온 전류 검출 신호를 출력한다. 타이머206은 이온 전류 한계치 검출회로205에서 출력되는 이온 전류 검출 신호를 소정시간만 지연시켜 출력하여 트랜지스터 T2의 제어를 행한다.

마스크 회로207은 이온 전류-전압 변환 회로204에서 얻을 수 있는 전압 신호에 대하여 연산증폭기(이하, 오피 앰프라고 칭함)회로에서는 회로 응답상, 제거할 수 없는 고주파 성분을 제거한 후 증폭을 하여 교류 성분 검출회로208로 충분한 진폭의 신호를 얻을 수 있도록 한다. 또, 마스크회로207은 트랜지스터 T2의 동작에 따라서, 이온 전류-전압 변환회로204로부터 입력된 전압 신호를 마스크 컨트롤한다. 즉, 마스크회로207은 이온 전류 한계치 검출회로205로 한계치 이상의 이온 전류가 검출되고 나서 소정 시간 후에 고주파 성분을 제거한 신호의 증폭을 행하여 출력한다. 교류성분 검출회로208은 밴드패스 필터로 형성되어 마스크회로207로 증폭된 신호의 고주파 성분에 포함되는 노킹 신호를 추출한다.

이와 같이, 도 18에서는 소정의 한계치를 넘는 이온 전류가 흐른 경우 이온 전류의 크기에 상관없이 일정한 전압으로 변환하도록 오피 앰프를 사용한 귀환 회로를 구성하고 귀환 회로 내에 노킹에 의한 특정 주파수의 신호의 귀환량이 적어지도록 한다. 이러한 귀환회로에 노킹에 의한 전류변동을 포함하는 이온 전류 파형을 입력하면 노킹의 신호 주파수 성분을 강조할 수 있다. 강조된 노킹 신호를 포함하는 이온 전류의 신호를 콘덴서 및 저항으로 이루어지는 필터로 통과시켜 오피 앰프 등을 사용한 밴드 패스 필터를 사용하여 노킹 신호만을 더 추출하여 이온전류에 포함되는 노킹 신호를 검출한다.

상술한바와 같이 필터 효과가 높은 밴드 패스 필터에 스텝형상 신호와 같은 급격히 레벨 변동하는 신호를 입력하면 밴드 패스 필터의 통과 주파수 부근에서의 주파수로 링잉이 발생한다. 즉, 이온 전류의 전류 파형을 그대로 밴드 패스 필터를 사용하여 처리하면 이온 전류 발생 직후에 링잉이 발생하기 쉽게 되어 노킹이 발생하지 않고 있어도 이온 전류 발생 직후에 노킹 상태라고 오류 검출한다는 문제가 있었다. 또, 도 18에서 나타낸 이온 전류 검출장치에서는 오피 앰프를 다수 필요로 하여 회로 규모가 크기 때문에 제조비용이 높고 장치가 커진다고 하는 문제가 있었다.

도 18에서 나타낸 노킹 신호 검출기능을 가지는 이온 전류 검출장치로는 이온 전류 발생 시에는 밴드 패스 필터에의 신호 입력을 차단하고, 일정 시간 경과 후에 신호 입력의 차단을 해제하여 밴드 패스 필터로 신호를 전달하고 있다. 그 때에 신호의 차단 회로 단인 마스크회로207에는 콘덴서와 저항으로 구성한 필터를 설치하고, 밴드 패스필터로 입력되는 신호를 무디게 하여, 차단회로 정지 후에 급격한 신호레벨의 변동이 없도록 구성하고 있다. 이 때문에 회로구성이 복잡하게 되어 있고 회로를 간략화 할 수 있으며, 링잉이 발생하기 어려운 밴드 패스 필터의 실현이 요청되고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로 회로를 간략화하고 소형화할 수 있어 저 비용으로서 또 링잉에 의한 노킹 상태의 오류 검출을 방지할 수 있는 내연 기관용의 이온 전류 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 제1의 발명에 관한 이온 전류 검출장치는 일차 측에 인가된 전압에 의해 이차 측에 고전압을 발생시키는 점화 코일과, 점화 코일에 발생한 전압에 의해 점화하는 점화 플러그와, 실린더로 이루어지는 내연 기관에서의, 연소시에 발생하는 이온 전류를 검출하는 내연 기관용의 이온 전류 검출장치에서 상기 점화플러그에 이온 전류검출용의 전압을 인가하는 검출용 전압 발생부와 그 검출용 전압 발생부에서 점화플러그에 인가된 전압에 따라서 생기는 이온 전류를 전압으로 변환하는 이온 전류-전압 변환부와, 그 이온 전류-전압 변환부에서 변환된 신호로부터 특정 주파수 영역의 교류성분을 검출하는 필터부와 검출용 전압 발생부에서 점화 플러그에 인가된 전압에 따라서 생기는 이온 전류를 검출하고 그 이온 전류가 소정의 한계치를 넘으면 이온 전류 검출 신호를 출력하는 이온 전류 한계치 검출부와 상기 필터부의 필터특성을 제어하는 필터 특성 제어부를 구비하며, 필터 특성 제어부는 이온 전류 한계치 검출부에서 이온 전류 검출신호가 출력되면 소정의 시간까지는 상기 필터부에 대하여 특정 주파수 영역의 교류성분의 검출 능력을 저하시켜, 소정의 시간후는 상기 필터부에 대하여 특정 주파수 영역의 교류 성분의 검출 능력을 높이는 것이다. 본 제2의 발명에 관한 이온 전류 검출장치는 제1의 발명에서 상기 이온 전류-전압 변환부는 이온 전류를 검출하는 이온 전류 검출부와 다이오드로 형성되고 그 다이오드의 순방향 전압의 대수(對數) 특성을 사용하여 이온 전류 검출부에서 검출된 이온 전류에 포함되는 교류 성분의 비율에 비례하는 전압을 출력한다.

본 제3의 발명에 관한 이온 전류 검출장치는 제2의 발명에서 상기 이온 전류 검출부는 커런트 미러 회로로 이루어진다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태1에서의 이온전류검출장치의 예를 표시한 회로도.

도 2는 도 1의 노치 필터61의 주파수 특성을 나타낸 도면.

도 3은 도 1의 이온 전류 한계치 검출회로24의 회로 예를 표시한 도면.

도 4는 도 1의 타이머25의 회로예를 표시한 도면.

도 5는 도 1의 타이머25의 다른 회로예를 표시한 도면.

도 6은 도 4의 npn 트랜지스터86의 베이스전류의 변화에 대한 노치 필터61의 주파수 특성의 변화를 나타낸 도면.

도 7은 도 4의 npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 크게 한 경우의 밴드 패스 필터23의 주파수 특성을 나타낸 도면.

도 8은 도 4의 npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 적게 한 경우에의 밴드 패스 필터23의 주파수 특성을 나타낸 도면.

도 9는 도 1의 이온 전류 검출 장치2에서의 노킹이 발생하지 않고 있을 때의 동작을 나타낸 타이밍 차트.

도 10은 도 1의 이온 전류 검출장치2에서의 노킹이 발생했을 때의 동작을 나타낸 타이밍 차트.

도 11은 도 1의 밴드 패스 필터23의 주파수 특성을 나타낸 도면.

도 12는 본 발명의 실시의 형태1에서의 이온 전류 검출장치의 다른 예를 표시한 부분회로도면.

도 13은 도12의 밴드 패스 필터의 주파수 특성을 나타낸 도면.

도 14는 본 발명의 실시의 형태2에서의 이온 전류 검출장치를 나타낸 부분회로도면.

도 15는 본 발명의 실시의 형태3에서의 이온 전류검출 장치를 나타낸 부분회로 도면.

도 16은 본 발명의 실시의 형태4에서의 이온 전류 검출장치를 나타낸 부분회로도면.

도 17은 본 발명의 실시의 형태5의 이온 전류 검출장치를 나타낸 부분회로도면.

도 18은 종래의 이온 전류 검출장치의 예를 표시한 회로도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2,103,113,123,133 : 이온 전류 검출장치

21 : 검출용 전압 발생회로

22 : 이온전류-전압 변환회로

23,102,112,1122,132 : 밴드패스필터

24 : 이온 전류 한계치 검출회로 25 : 타이머

54 : 비 반전 증폭회로 61 : 노치 필터

62 : 오피 앰프

101,111 : 임피던스 변환회로 121,131 : 베이스 전류 보상회로.

＜발명의 실시의 형태＞

다음에 도면에 나타내는 실시의 형태에 따라서, 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시의 형태1)

도 1은 본 발명의 실시의 형태1에서의 이온 전류 검출장치의 예를 표시하는 회로 도면이다. 도 1에서 동시 착화 방식에 의한 점화장치1에 이온 전류 검출장치2가 단자A1 및 단자A2로 접속되어 있다. 점화 장치1에서 점화 코일3은 일차 권선4와 이차 권선5로 이루어져 일차 권선4의 일단은 배터리6의 ＋측 전극에 접속되고 배터리6의 -측 전극은 접지 되어 있다.

일차 권선4의 타단은 점화 코일3의 일차 측 전류를 제어하는 점화 제어용의 npn 트랜지스터7의 콜렉터 npn 트랜지스터7의 콜렉터 전압을 제한하기 위한 제너 다이오드8의 캐소드 및 단자A1에 각각 접속되고 npn 트랜지스터7의 에미터는 접지 되어 있다. npn 트랜지스터7의 베이스는 제너 다이오드8의 애노드가 접속되고 점화 제어용 컴퓨터 유니트(도시하지 않음)부터 점화 제어신호가 입력되어 있다. 제너 다이오드8은 점화 코일3의 일차 전류를 차단하였을 때에 발생하는 역기전력에 의해서 npn 트랜지스터7의 콜렉터 전압의 상승을 제한하기 위한 것이며, 콜렉터 전압을 약 300V정도로 제한하고 있다.

점화 코일3의 이차 권선5의 일단과 접지와의 사이에는 실린더9내에 설치한 점화 플러그10이 접속되어 있고 이차 권선5의 타단과 접지와의 사이에는 실린더 11내에 설치된 점화 플러그12가 접속되어 있다. 이차 권선5의 타단에는 다이오드 13의 캐소드가 접속되어 있고 다이오드13의 애노드는 단자A2에 접속되어 있다. 다이오드13은 점화 시에 점화 플러그12에 발생하는 정(正)의 고전압에 의한 전류가 이온 전류 검출장치2에 유입하는 것을 방지하는 것이며 수만V 이상의 역 방향 내압을 가지고 있다.

이온 전류 검출장치2는 검출용 전압 발생회로21, 이온 전류-전압변환회로22, 밴드 패스 필터23, 이온 전류 한계치 검출회로24 및 타이머25로 형성되어 있다. 또, 상기검출용 전압 발생회로21은 검출용 전압 발생부를 이루며 이온 전류-전압 변환회로22는 이온 전류-전압 변환부를, 밴드 패스 필터23은 필터부를, 이온 전류 한계치 검출회로24는 이온 전류 한계치 검출부를 이루며, 타이머25는 필터 특성 제어부를 각각 이루고 있다.

검출용 전압 발생회로21은 저항31, 다이오드32∼34, 제너다이오드35 및 콘덴서36으로 형성되어 있다. 저항31의 일단은 단자A1에 접속되고 저항31의 타단은 다이오드32의 애노드에 접속되어 있다. 또 다이오드32의 캐소드는 제너 다이오드35의 캐소드와 콘덴서36의 일단에 각각 접속되어 있고, 접속부는 단자A2에 접속되어 있다. 제너 다이오드35의 애노드, 콘덴서36의 타단, 다이오드33의 애노드 및 다이오드34의 캐소드는 각각 접속되고, 그 접속부를 B로 한다. 접속부B는 이온 전류-전압 변환회로22와 이온전류 한계치 검출회로24에 각각 접속되어 있다.

검출용 전압 발생회로21은 npn 트랜지스터7의 동작에 의해서 점화 코일3의 일차 측 전류가 급격히 차단됐을 경우에 점화 코일3의 일차 권선4에서의 역기전력에 의한 정(正)의 고전압(300∼400V정도)이 단자A1에 발생한다. 이 때, 콘덴서36에 유지된 전하가 제로이면은 배터리6→일차 권선4→저항31→다이오드32→콘덴서36→다이오드33→접지의 경로로 전류가 흘러, 콘덴서36이 충전된다. 콘덴서36이 충전되는 것에 따라, 콘덴서36의 양단 전압이 상승하고 제너 다이오드35의 제너 전압에 달하면 배터리6→일차 권선4→저항31→다이오드32→제너 다이오드35→다이오드33→접지의 경로로 전류가 흐른다.

한편, 점화 코일3의 이차 권선5에는 일차 권선4에 발생한 전압에 대하여 일차 권선4와 이차 권선5의 권수비에 응한 고전압이 발생한다. 보통 이차 권선5의 양단에는 수십kV의 전압이 발생하도록 되어 있다. 이차 권선5의 양단에 고전압이 발생하고 있는 동안은 다이오드13이 애노드 보다도 캐소드의 편이 전압이 높아서, 다이오드13을 통해 전류는 흐르지 않는다. 다이오드13의 애노드는 콘덴서36의 충전 전압으로 되어 있고 약100V의 전압을 유지하고 있기 때문에 이차 권선5의 양단 전압이 감소하면 다이오드13은 순방향으로 바이어스 되어 이온 전류가 흐른다.

이온 전류-전압 변환회로22는 pnp 트랜지스터41∼43 및 npn 트랜지스터44로 형성되어 있다. pnp 트랜지스터41∼43으로 커런트 미러 회로를 형성하고 있어 pnp 트랜지스터41 및 42의 베이스는 서로 접속되고, 그 접속부는 pnp 트랜지스터43의 에미터에 접속되어 있다. pnp 트랜지스터41 및 42의 각 에미터는 각각 접속되어서 전원 단자VR에 pnp 트랜지스터41의 콜렉터는 pnp 트랜지스터43의 베이스로 그 접속부는 검출용 전압 발생회로21의 접속부B에 각각 접속되어 있다.

pnp 트랜지스터42의 콜렉터는 npn 트랜지스터44의 콜렉터에 접속되며 그 접속부에 npn 트랜지스터44의 베이스를 접속하여 그 접속부를 C 로 한다. pnp 트랜지스터43의 콜렉터 및 npn 트랜지스터44의 에미터는 각각 접지 되어 있다. 또, 상기 pnp 트랜지스터41∼43은 이온 전류 검출부를 이루며 npn 트랜지스터44는 다이오드로서 동작한다.

이온 전류-전압 변환회로22는 이온 전류를 검출하고 검출한 이온 전류를 전압으로 변환하는 회로이다. 이온 전류-전압 변환회로22에서 전원 단자VR는 pnp 트랜지스터41의 콜렉터와 pnp 트랜지스터43의 베이스와의 접속부의 전압이 0V 가 되는 전압, 예를 들면 1.4V의 전원 전압이 공급되어 있다. 이 때문에 이온 전류는 pnp 트랜지스터41의 콜렉터→콘덴서36→다이오드13의 경로로 점화 플러그10 및 12에 향해서 흐르기 때문에 pnp 트랜지스터41∼43으로 형성된 커런트 미러 회로에 의해서, 이온 전류에 비례한 전류가 npn 트랜지스터44의 콜렉터에 흐른다. 이온 전류는 npn 트랜지스터44의 베이스 전압의 변동으로 변환된다.

npn 트랜지스터44의 베이스 전압VB44는 npn 트랜지스터44의 콜렉터에 흐르는 전류를 IC44 로 하면 하기 식(1)으로 나타낸다.

VB44={k×T×ln(IC44)}/e …………… (1)

상기 식(1)에서 k는 볼트먼계수(boltzman 係數), e 는 전하, T는 절대 온도이다.

따라서, 노킹에 의한 이온 전류 즉 npn 트랜지스터44의 콜렉터 전류의 변동량을 ΔIC44 로 하면, ΔIC44 에 의한 npn 트랜지스터44의 베이스에서의 전압 변동 폭 ΔVB44는, 하기 식(2)에서 구할 수 있다.

ΔVB44={k×T×ln{IC44+ΔIC44)}/e-{k×T×ln(IC44)}/e

=k×Txln{(IC44+ΔIC44)/IC44}/e……………(2)

상기 식(2)에서 이온전류에서의 노킹에 의한 변동 폭의 비율이 일정하고 온도가 일정하면, npn 트랜지스터44의 베이스 전압에 나타나는 전압 변동은 같다는 것을 알 수 있다.

밴드패스 필터23은 오피 앰프51과 2개의 저항52,53으로 형성된 비반전 증폭 회로54와, 저항55∼57 및 콘덴서58∼60으로 형성된 노치 필터61과, 전압 플로워(voltage follower)를 형성한 오피 앰프62로 형성되어 있다. 밴드 패스 필터23에서 오피 앰프51의 비 반전 입력은 이온 전류-전압 변환회로22의 접속부C에 접속되어 오피 앰프51에서의 반전 입력과 출력과의 사이에는 저항53이 접속되고 오피 앰프51의 반전입력은 저항52를 통해 오피 앰프62의 출력에 접속되어 있다.

노치 필터61에서, 저항55 및 콘덴서59의 일단이 오피 앰프51의 출력에 접속되고 그 접속부는 밴드 패스 필터23의 출력 단자D를 이루고 저항55의 타단은 저항56의 일단에 접속되는 동시에 콘덴서58의 일단에 접속되어 있다. 콘덴서59의 타단은 콘덴서60의 일단과 저항57의 일단에 접속되며 저항56의 타단과 콘덴서60의 타단은 접속되고, 그 접속부는 오피 앰프62의 비 반전 입력에 접속되어 밴드 패스 필터23의 출력단자E를 이룬다. 또, 콘덴서58의 타단과 저항57의 타단은 접속되고 그 접속부를 F로 하고 접속부F는 타이머25에 접속되어 있다. 또, 오피 앰프62에서 반전 입력은 출력에 접속되어 있다.

여기서, 노치 필터61의 입력단자인 출력단자D의 전압을 Vl로 하고 노치 필터61의 출력단자인 출력단자E의 전압을 V2 로 하면, 노치 필터61에서의 접속부F를 접지 한 경우의 주파수 특성은 도 2로 표시한 바와 같이 된다. 도 2로부터 알 수 있는바와 같이 노치 필터61은 특정한 주파수의 신호를 통과시키지 않기 때문에 밴드 패스 필터23과 같이, 부귀환회로(負歸還回路)의 귀환회로로 조립되면 노치 필터의 비통과 주파수의 신호는 부귀환량이 매우 적기 때문에 결과적으로 비통과 주파수의 신호가 귀환회로의 부귀환점에 전압 변동하여 나타난다. 이와 같이 해서 밴드 패스 필터23은 노치 필터61의 특성과 반대의 특성을 가지게 된다.

다음에, 이온 전류 한계치 검출회로24는 이온 전류의 소정의 한계치와 비교하여, 한계치 이상의 이온 전류가 흐르는가 아닌가를 판정하여 그 판정 결과를 타이머25으로 출력한다. 도 3은 이온 전류 한계치 검출회로24의 회로 예를 표시한 도면이다. 도 3에서, 이온 전류 한계치 검출회로24는 npn 트랜지스터71∼75와 정전류원(定電流源)76∼79로 형성되며 npn 트랜지스터71 및 72는 커런트 미러 회로를 형성하고 있다.

npn 트랜지스터71 및 72의 각 에미터는 각각 접지 되고 npn 트랜지스터71의 콜렉터는 정전류원76을 통해 전원 단자VCC에 접속되어 있다. 또, npn 트랜지스터71 및 72의 각 베이스는 접속되고 그 접속부는 npn 트랜지스터71의 콜렉터에 접속되어 있다. npn 트랜지스터72의 콜렉터는 검출용 전압 발생 회로21의 접속부B에 접속되는 동시에 npn 트랜지스터73의 베이스에 접속되어 있다. npn 트랜지스터73의 에미터는 접지 되고 npn 트랜지스터73의 콜렉터는 정전류원77을 통해 전원 단자VCC에 접속되어 있다. npn 트랜지스터73의 콜렉터와 정전류원77과의 접속부는 npn 트랜지스터74의 베이스에 접속되어 있다.

npn 트랜지스터74의 에미터는 접지 되며 npn 트랜지스터74의 콜렉터는 정전류원을 78을 통해 전원단자VCC에 접속되어 있다. npn 트랜지스터74의 콜렉터와 정전류원78과의 접속부는 npn 트랜지스터75의 베이스에 접속되어 있다. npn 트랜지스터75의 에미터는 접지 되고 npn 트랜지스터75의 콜렉터는 정전류원79를 통해 전원 단자VCC에 접속되어 있다. npn 트랜지스터75의 콜렉터와 정전류원79와의 접속부는 타이머25에 접속되어 있다.

이러한 구성에서, 검출 전압 발생회로21의 접속부B에 이온 전류가 흐르면 그 이온 전류가 npn 트랜지스터73의 베이스에 흐른다. 이 때 npn 트랜지스터73의 베이스에 흐르는 이온 전류가 npn 트랜지스터71 및 72로 형성된 커런트 미러 회로에 흐르는 전류보다도 큰 경우 npn 트랜지스터73이 온 한다. 이 것으로, npn 트랜지스터74는 오프 하는 동시에 npn 트랜지스터75가 온 하기 때문에 타이머25에 「L」레벨의 신호, 즉 이온 전류 검출신호가 출력된다. 다음에 이온 전류가 npn 트랜지스터71 및 72로 형성된 커런트 미러 회로에 흐르는 전류보다도 작은 경우, npn 트랜지스터73은 오프하며 npn 트랜지스터74가 온 하여 npn 트랜지스터75가 오프 함으로써 타이머25에 「H」레벨의 신호가 출력된다.

타이머25는 이온 전류 한계치 검출회로24로부터 입력되는 한계치 이상의 이온 전류가 검출된 것을 나타내는 이온 전류 검출신호 즉, 이온 전류 한계치 검출회로24로부터 입력되는 「L」레벨의 신호를, 소정 시간만 지연시킨다. 도 4는 타이머25의 회로 예를 표시한 도면이다. 도 4에서 타이머25는 npn 트랜지스터81∼86, pnp 트랜지스터87,88, 다이오드89, 콘덴서90, 정전류원91∼94 및 저항95∼98로 형성되어 있다. npn 트랜지스터82,83 및 저항98은 미소한 전류로 동작하지 않도록 하기 위한 리이크 컷 회로를 형성하여 npn 트랜지스터85 및 86은 커런트 미러 회로를 형성하며 또, 상기 pnp 트랜지스터87,88 및 정전류원91은 차동 증폭회로를 형성하고 있다.

pnp 트랜지스터87 및 88의 각 에미터는 접속되고 그 접속부는 정전류원91을 통해 전원 단자VCC에 접속된다. pnp 트랜지스터87의 콜렉터는 접지 되고 베이스는 npn 트랜지스터81의 콜렉터에 접속되며 그 접속부와 접지와의 사이에 콘덴서90이 접속되어 있다. npn 트랜지스터81에서, 에미터는 접지 되며 콜렉터는 저항95를 통해 전원단자VCC에 접속되고, 베이스는 이온 전류 한계치 검출회로24에서의 npn 트랜지스터75의 콜렉터와 정전류원79와의 접속부에 접속되어 있다. 또, 저항96의 일단이 전원 단수VCC에 접속되어 저항97의 일단이 접지 되도록, 전원 단자VCC와 접지와의 사이에는 저항96 및 97의 직렬 회로가 접속되어 있다. 저항96 및 97의 접속부는 pnp 트랜지스터88의 베이스에 접속되어 저항96 및 97로 차동 증폭 회로의 기준 전압을 생성한다.

npn 트랜지스터82 및 83의 각 베이스는 각각 접속되고 그 접속부는 pnp 트랜지스터88의 콜렉터에 접속되는 동시에 npn 트랜지스터82의 콜렉터에 접속되어 있다. npn 트랜지스터82의 에미터는 저항98을 통해 접지 되고 npn 트랜지스터83의 에미터는 접지 되어 있다. npn 트랜지스터83의 콜렉터는 정전류원92를 통해 전원 단자VCC에 접속되고 npn 트랜지스터83의 콜렉터와 정전류원92와의 접속부는 npn 트랜지스터84의 베이스에 접속되어 있다. npn 트랜지스터84의 에미터는 접지되고 npn 트랜지스터84의 콜렉터는 정전류원93을 통해 전원단자VCC에 접속되어 있다. npn 트랜지스터84의 콜렉터와 정전류원93과의 접속부는 다이오드89의 애노드에 접속되어 있다. npn 트랜지스터85 및 86의 각 베이스는 접속되고 그 접속부는 npn 트랜지스터85의 콜렉터에 접속되어 있다. npn 트랜지스터85의 콜렉터는 다이오드89의 캐소드에 접속되는 동시에 정전류원94를 통해 전원 단자VCC에 접속되어 있다. npn 트랜지스터85및 86의 각 에미터는 각각 접지 되고 npn 트랜지스터86의 콜렉터는 밴드 패스 필터23의 접속부F에 접속되어 있다.

상기와 같은 구성에서, 이온 전류 한계치 검출회로24로부터 npn 트랜지스터81의 베이스로 이온 전류 검출 신호 즉 「L」레벨의 신호가 입력되면 npn 트랜지스터81은 오프하며 콘덴서90은 저항95를 통해 충전된다. 콘덴서90의 충전과 함께 pnp 트랜지스터87의 베이스 전압이 상승하여 pnp 트랜지스터87의 베이스 전압이 pnp 트랜지스터88의 베이스전압 보다도 상승하면, pnp 트랜지스터88의 콜렉터 전류가 증가하여 npn 트랜지스터83이 온 한다. npn 트랜지스터83이 온 하면 npn 트랜지스터84는 오프 하여 npn 트랜지스터86의 베이스에는 정전류원93 및 94으로부터 전류가 흐른다.

즉, 타이머25는 이온 전류 한계치 검출회로24로부터 「L」레벨의 신호가 입력되면 콘덴서90이 충전되는 것에 따라 pnp 트랜지스터87의 베이스 전압이 npn 트랜지스터88의 소정의 베이스 전압보다도 상승하는 시간만 지연된 후 npn 트랜지스터86의 베이스에 정전류원93 및 94로부터 전류가 공급된다. 또, 타이머25에서의 지연시간은 콘덴서90의 용량, 저항95의 저항치 및pnp 트랜지스터88의 베이스 전압에 의해서 결정된다.

한편, 이온 전류 한계치 검출회로24로부터 타이머25에 「H」레벨의 신호가 입력되고 npn 트랜지스터81이 온 할 때는 콘덴서90은 npn 트랜지스터81에 의해서 방전 되여, pnp 트랜지스터87의 베이스 전압이 저하한다. pnp 트랜지스터87의 베이스 전압이 pnp 트랜지스터88의 베이스 전압보다도 저하하면, pnp 트랜지스터88의 콜렉터 전류가 감소하여 npn 트랜지스터83이 오프 한다. npn 트랜지스터83이 오프 하면, npn 트랜지스터84가 온 하여 npn 트랜지스터86의 베이스에 정전류원94에서만 전류가 흐른다. 이와 같이, 타이머25는 이온 전류 한계치 검출회로24로부터의 신호 레벨에 따라서, npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 바꿔 npn 트랜지스터86의 포화 전압을 바꾸도록 구성하고 있다.

정전류원93은 정전류원94보다도 큰 전류를 흘릴 수 있도록 설정되어 있다. 예를 들면 정전류원93은 200μA의 전류를, 정전류원94는 6 μA의 전류를 각각 흘릴 수 있다. 즉, 타이머25는 이온 전류, 한계치 검출회로24로부터 이온 전류 검출신호, 즉 「L」레벨의 신호가 입력되면, 소정의 시간만 지연시켜 npn 트랜지스터86의 베이스에 흐르는 전류를 6 μA에서 206 μA로 증가시킨다. 또 타이머25는 이온 전류 한계치 검출회로24로부터 「H」레벨의 신호가 입력되면 npn 트랜지스터86의 베이스에 흐르는 전류를 6 μA 로 한다.

도 5는 타이머25의 다른 예를 표시한 회로도면이고 타이머25로서 도 5로 나타낸 회로를 사용해도 된다. 도 4와의 상위한 점은 도 4의 npn 트랜지스터85를 없애고, npn 트랜지스터86의 베이스를 정전류원94를 통해 전원 단자VCC에 접속하여 npn 트랜지스터의 베이스와 정전류원94와의 접속부를 다이오드89의 캐소드에 접속한 것에 있다.

여기서, npn 트랜지스터86의 베이스에 흐르는 전류를 바꾸는 것에 따라 밴드 패스 필터23의 노치 필터61에서의 주파수 특성의 변화에 대해서 설명한다. 도 6은 npn 트랜지스터86의 베이스 전류의 변화에 대한 노치 필터61의 주파수 특성의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 노치 필터61은 npn 트랜지스터86의 베이스 전류가 작아 질수록 특정한 주파수에 대한 차단 성능이 저하하며 베이스 전류가 커질수록 특정한 주파수에 대한 차단 성능이 좋아지는 것을 알 수 있다. 노치 필터61은 접속부F가 접지 된 때에 특정한 주파수에 대한 차단 성능이 가장 좋아진다.

도 7은 타이머25의 npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 크게 할 경우의 밴드 패스 필터23의 출력 단자D 및 출력 단자E에서 출력되는 파형의 주파수 특성을 나타낸 도면이다. 또, 도 8은 타이머25의 npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 작게 할 경우의, 밴드 패스 필터23의 출력 단자D 및 출력 단자E에서 출력되는 신호의 주파수 특성을 나타낸 도면이다. 또, 도 7 및 도 8에서 (D-E)로 나타낸 그래프는 출력 단자D의 전압에서 출력 단자E의 전압을 감산한 파형의 주파수 특성을 나타낸 도면이다. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 타이머 25의 npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 크게 하면 밴드 패스 필터23의 주파수 특성이 예민해진다.

이상의 설명에서 분명한 바와 같이, 이온 전류 한계치 검출회로24는 한계치 이상의 이온 전류를 검출하면 타이머25에 이온 전류검출 신호를 출력하고 타이머25는 소정의 시간 후에 밴드 패스필터23의 노치 필터61에서의 특정한 주파수에 대한 차단 성능을 기민하게 되도록 작용한다.

즉, 점화 직후 이온 전류가 급격히 변동하고 있는 상태에서는, 예를 들면 npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 6μA로 하여 노치 필터61의 비통과 주파수에서의 차단특성을 완만하게 하는 것에 따라, 밴드 패스 필터23의 Q를 낮게 하여 링잉의 발생기간을 될 수 있는 한 짧게 하고 있다. 그리고, 소정의 시간 경과 후에 npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 206μA 로 하여 노치 필터 61의 특정 주파수에서의 차단 성능을 예민하게 하므로서, 밴드 패스필터23의 Q를 높게 하여 노킹 신호 검출에 충분한 검출 감도를 가지도록 되어 있다.

도 9는 이온 전류 검출 장치2에서 노킹이 발생하지 않고 있을 때의 동작을 나타내는 타이밍 차트이며 도 10은 노킹이 발생할 때의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다. 도 9 및 도 10에서 (a)는 이온 전류에 의한 접속부C의 전압 변동을, (b)는 타이머25의 npn 트랜지스터86에서의 베이스 전류를, (c)는 노치 필터61의 단자D 및 E의 사이에 얻을 수 있는 검출 출력을 각각 나타낸다. 또, (d)는 타이머25의 npn 트랜지스터86에서의 베이스 전류를 크게 한 대로의 상태에서의 노치 필터61의 단자D 및 E의 사이에 얻어지는 검출 출력이다.

도 9 및 도 10으로 도시한 바와 같이 이온 전류가 발생한 시점 즉, 이온 전류에 의한 접속부C의 전위가 급격히 변동한 직후, 타이머25의 npn 트랜지스터86의 베이스 전류는 6 μA로 작고, 소정의 시간 경과 후에 206 μA로 커지고 있다. 이에 의해서, 링잉이 단 시간에 소멸하여 노킹 신호가 노치 필터61의(D-E)사이에 나타나 있다. 또, npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 상시 206 μA 로 하고 있으면, (D-E)사이에 링잉이 길게 발생하여 링잉과 노킹의 구별을 할 수 없게 되고 있는 것을 보고 알 수 있다.

이상의 동작을 요약하면, 혼합기가 점화하여 이온 전류가 발생하고 난 후 소정기간, 예를 들면 약 500μsec 동안은 노킹의 검출 동작을 하지 않고 그 후에 밴드 패스 필터23의 특성을 바꿔서 노킹 검출을 한다. 또한, 필터 특성의 전환으로, 약간의 링잉 발생은 피 할 수 없기 때문에, 밴드 패스 필터23에서의 필터 특성의 전환 타이밍과 노킹의 검출을 행하는 타이밍에, 적당한 시간차를 설치하도록 하는 편이 보다 바람직하다. 예를 들면, 이온 전류의 발생으로부터 350 μsec의 기간은 밴드 패스 필터23의 Q를 낮게 하여 필터 특성을 완만하게 한대로 하고, 이온 전류의 발생으로부터 350 μsec후에 밴드 패스 필터23의 Q를 높게 하고 필터 특성을 예민하게 하여 이온 전류의 발생으로부터 500 μsec 후부터 노킹의 검출을 하도록 하면 된다.

상술한 이온 전류 검출 장치2에서는 npn 트랜지스터86의 베이스 전류가 작은 경우와 큰 경우로, 도 11에 도시한 바와 같이 밴드 패스 필터23에서의 통과 주파수의 중심 주파수가 저 주파수 측으로 시프트 하는 것은 피 할 수 없다. 이 주파수 시프트를 피하기 위해서는 도 12에 나타내는 구성으로 하면 된다.

도 12에서 노치 필터61은 콘덴서58의 일단이 저항55 및 56의 접속부에 접속되고 콘덴서58의 타단이 타이머25의 npn 트랜지스터86의 콜렉터에 접속되어 있다. 노치 필터61의 저항57은 일단이 콘덴서59 및 60의 접속부에 접속되고 타단이 접지 되어 있다. 이와 같이 구성하면, 밴드 패스 필터23의 주파수 특성은 도 13에 도시한 바와 같이 된다. 도 13에서 알 수 있듯이 타이머25에서의 npn 트랜지스터86의 베이스 전류를 적게 할 때와 크게 할 때에, 밴드 패스 필터23에서의 통과 주파수의 중심 주파수가 동일하게 된다.

상술한바와 같이, 본 발명의 실시의 형태1에서의 이온 전류 검출장치는 이온 전류 한계치 검출회로24가 소정의 한계치 이상의 이온 전류를 검출하면, 타이머25에 이온전류 검출신호를 출력하여 타이머25가 소정의 시간 후에, 밴드 패스 필터23의 노치 필터61에서의 특정한 주파수에 대한 차단 성능을 예민하게 되도록 하였다. 이 것으로, 이온 전류 검출장치에서 링잉에 의한 노킹 상태의 오류 검출을 없앨 수 있는 동시에 회로의 간략화 및 소형화를 행할 수 있어 비용의 감소를 꾀할 수 있다. 또, 밴드 패스 필터에서의 링잉의 억제와 노킹의 검출 감도 향상이라는 상반되는 특성에 대하여 쌍방의 개선을 할 수 있어 이온 전류 발생으로부터 단시간에 노킹의 검출을 할 수있다.

(실시의 형태2)

상기 실시의 형태1에서는 밴드 패스 필터23의 출력단자E의 전압을 임피던스 변환하는 수단으로서 오피 앰프62로 전압 폴로워를 형성하여 이루는 버퍼 회로를 사용하였지 만, 그 버퍼회로를 트랜지스터회로에서 형성한 임피던스 변환회로에서 형성해도 되며 이와 같이 한 것을 본 발명의 실시의 형태2로 한다.

도 14는 본 발명의 실시의 형태2에서의 이온 전류 검출장치를 나타낸 부분회로 도면이다. 또, 도 14에서 도 1과 같은 것은 같은 부호로 나타내고 있으며, 여기서는 그 설명을 생략하는 동시에, 도 1과 다른 부분만을 나타내고 있어 도 1과의 상위한 점만 설명한다. 도 14에서의 도 1과의 상위한 점은 도 1의 밴드 패스 필터23에서의 오피 앰프62를 임피던스 변환회로101로 대체한 것에 있으며, 이에 따라 도 1의 밴드 패스 필터23을 밴드패스필터102로 하여, 도 1의 이온 전류 검출장치2를 이온 전류 검출장치103으로 한 것에 있다.

도 14에서, 임피던스 변환회로101은 pnp 트랜지스터105, npn 트랜지스터106 및 2개의 정전류원107,108로 형성되어 있다. pnp 트랜지스터105의 베이스는 노치 필터61에 서의 저항56 및 콘덴서60의 접속부에 접속되고 pnp 트랜지스터105의 콜렉터는 접지 되어 있다. 또, pnp 트랜지스터105의 에미터는 정전류원107을 통해 전원 단자VCC에 접속되고 pnp 트랜지스터105의 에미터와 정전류원107과의 접속부는 npn 트랜지스터106의 베이스에 접속되어 있다. npn 트랜지스터106의 콜렉터는 전원단자VCC에 접속되고 에미터는 정전류원108을 통해 접지 되어 있다. npn 트랜지스터106의 에미터와 정전류원108과의 접속부는 저항52을 통해 오피 앰프51의 반전입력에 접속되어 있다.

상기와 같은 구성에서 임피던스 변환회로101은 도 1의 오피 앰프62로 전압 폴로워를 형성하여 이루는 버퍼회로와 같은 동작을 하지 만, 입출력 사이에서의 오프셋 전압은 커진다. 그러나, 본 실시의 형태2의 이온 전류 검출장치103에서의 용도에서는 오프셋 전압이 특히 문제가 되는 것은 없다. 여기서, 도 1의 오피 앰프62의 대역폭이 좁은 경우, 오피 앰프51로 구성되는 전압 증폭 단의 게인이 높은 상태로 귀환회로의 위상이 늦어 고주파로 발진하기 쉬운 회로가 된다. 이에 대하여 임피던스 변환회로101은 주파수 특성을 높게 할 수 있으므로 고주파라도 발진하는데 어렵게 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시의 형태2에서의 이온 전류 검출장치는 도 1의 오피 앰프62로 형성한 임피던스 변환회로를 트랜지스터회로를 형성한 임피던스 변환회로로 한 것으로, 실시의 형태1과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에 간단한 회로 구성으로 발진하기 어려운 회로를 얻을 수 있다.

(실시의 형태3)

실시의 형태2에서의 임피던스 변환회로101의 회로구성을 입력 측에 npn 트랜지스터를 사용하여 출력 측에 pnp트랜지스터를 사용하도록 해도 된다. 이와 같이 한 것을 본 발명의 실시의 형태3으로 한다. 도 15는 본 발명의 실시의 형태3에서의 이온 전류 검출장치를 나타낸 부분회로 도면이다. 또, 도 15에서 도 14와 같은 것은 같은 부호로 나타내어 있고 여기서는 그 설명을 생략하는 동시에 도 14와의 상위한 점만 설명한다.

도 15에서의 도 14와의 상위한 점은 도 14의 임피던스 변환 회로101을 임피던스 변환회로111로 대체한 것에 있으며, 이에 따라 도 14의 밴드 패스 필터102를 밴드 패스 필터112로 하여, 도 14의 이온 전류 검출장치103을 이온 전류 검출장치113으로 한 것에 있다.

임피던스 변환회로111은 npn 트랜지스터112, pnp트랜지스터113 및 2개의 정전류원114,115로 형성되어 있다. npn 트랜지스터112의 베이스는, 노치 필터61에서의 저항56 및 콘덴서60의 접속부에 접속되고 npn 트랜지스터112의 콜렉터는 전원 단자VCC에 접속되어 있다. 또, npn 트랜지스터112의 에미터는 정전류원114를 통해 접지 되고 npn 트랜지스터112의 에미터와 정전류원114와의 접속부는 pnp 트랜지스터113의 베이스에 접속되어 있다. pnp 트랜지스터113의 콜렉터는 접지 되고 에미터는 정전류원115을 통해 전원단자VCC에 접속되어 있다. pnp 트랜지스터113의 에미터와 정전류원115와의 접속부는 저항52를 통해 오피 앰프51의 반전 입력에 접속되어 있다.

상기한바와 같은 구성에서 임피던스 변환회로111은 도 1의 오피 앰프62로 전 폴로워를 형성하여 이루는 버퍼회로와 같은 동작을 하지 만, 입출력 사이에서의 오프셋전압은 커진다. 그러나, 본 실시의 형태3의 이온 전류 검출장치113에서의 용도에서는, 오프셋 전압이 특히 문제가 되는 일은 없다. 여기서, 도 1의 오피 앰프62의 대역 폭이 좁을 경우, 오피 앰프51로 구성되는 전압 증폭 단의 게인 이 높은 상태로 귀환회로의 위상이 늦어 고주파로 발진하기 쉬운 회로가 된다. 이에 대하여 임피던스 변환회로111은 주파수 특성을 높게 할 수 있으므로 고주파라도 발진하기 어렵게 할 수 있다.

여기서, 노치 필터61에서 사용하는 콘덴서의 용량을 적게 하여 부품의 비용을 삭감하려고 할 경우, 필연적으로 저항55∼57의 각 저항 값이 커진다. 저항55 및 56의 저항 값이 커지면 버퍼회로를 이루는 임피던스 변환회로의 입력에 필요한 입력 바이어스 전류에 의해 노치 필터61에서의 입출력의 양단, 즉 출력단자D 및 E의 양단에 전압이 발생한다. 밴드 패스 필터11은 노치 필터61의 입출력의 양단 전압을 검출하여 소정의 필터 특성을 얻을 수 있기 때문에 노치 필터61양단의 전압 강하가 커지면 후단의 회로구성이 어렵게 된다. 후단의 게인을 높게 하기 위해서 노치 필터61의 입출력 양단에서의 전압 강하를 될 수 있는 한 적게 할 필요가 있다.

노치 필터61의 입출력 양단의 전압 강하를 적게 하는 수단으로서 임피던스 변환회로의 입력 바이어스 전류를 적게 할 필요가 있다. 이 때문에 임피던스 변환회로111에서는 반도체 집적회로에서 npn 트랜지스터의 편이 pnp트랜지스터보다도 전류 증폭의 면에서 성능이 높은 것을 얻을 수 있어서 입력 측에 npn 트랜지스터112를 사용하므로, 입력 바이어스 전류를 적게 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시의 형태3에서의 이온 전류 검출장치는 도 1의 오피 앰프62로 형성한 임피던스 변환회로를 트랜지스터회로로 형성한 임피던스 변환회로로 하는 동시에 임피던스 변환회로의 입력 측을 npn 트랜지스터로 형성하고 출력 측을 pnp트랜지스터로 형성한 것에 의해, 실시의 형태2와 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 노치 필터의 입출력 양단의 전압 강하를 작게 할 수 있어서 노치 필터의 콘덴서의 용량을 적게 할 수 있어 비용의 삭감을 꾀할 수 있다.

(실시의 형태4)

실시의 형태3에서는 임피던스 변환회로로 이루어지는 버퍼회로의 입력 바이어스 전류를 감소하기 위해서, 임피던스 변환회로의 입력 측을 npn 트랜지스터로 형성하도록 하였지 만, 회로 동작의 제약상, 임피던스 변환회로의 입력 측에 npn 트랜지스터를 사용할 수 없는 경우가 있어서 임피던스 변환회로의 입력측에 pnp 트랜지스터를 사용하는 동시에 밴드 패스 필터에 임피던스 변환회로의 입력 바이어스 전류의 감소를 하는 회로를 부가하도록 해도 되며, 이와 같이 한 것을 본 발명의 실시의 형태4로 한다.

도 16은 본 발명의 실시의 형태4에서의 이온 전류 검출장치를 나타낸 부분회로도면이다. 또, 도 16에서 도 14와 같은 것은 같은 부호로 표시하며, 여기서는 그 설명을 생략하는 동시에, 도 14와의 상위한 점 만 설명한다. 도 16에서의 도 14와의 상위 점은 도 14의 밴드 패스 필터102에, 임피던스 변환회로101에서의 pnp 트랜지스터105의 베이스 전류를 보상하기 위한 베이스 전류 보상회로121을 설치한 것에 있으며 이것에 따라, 도 14의 밴드 패스 필터102를 밴드 패스 필터122로 하여, 도 14의 이온 전류 검출장치103을 이온 전류 검출장치123으로 한 것에 있다. 또한, 상기 베이스 전류보상회로121은 보상 회로부를 이룬다.

도 16에서, 밴드 패스 필터122는 비 반전 증폭회로54, 노치 필터61, 임피던스 변환회로101 및 베이스전류 보상회로121로 형성되어 있다. 베이스 전류 보상회로121은 npn 트랜지스터125,126, pnp트랜지스터127 및 정전류원128로 형성되어 있고 npn 트랜지스터125 및 126으로 커런트 미러 회로를 형성하고 있다.

베이스 전류 보상회로121에서 npn 트랜지스터125 및 126의 베이스는 각각 접속되고 그 접속부는 npn 트랜지스터126의 콜렉터에 접속되어 있다. npn 트랜지스터125 및 126의 각 에미터는 각각 접지 되고, npn 트랜지스터125의 콜렉터는 임피던스 변환회로101에서의 pnp 트랜지스터105의 베이스에 접속되어 있다. npn 트랜지스터126의 콜렉터는 pnp 트랜지스터127의 베이스에 접속되고 pnp 트랜지스터127의 콜렉터는 접지 되어 있다. 또, pnp 트랜지스터127의 에미터는 정전류원128을 통해 전원단자VCC에 접속되어 있다.

상기한바와 같은 구성에서 임피던스 변환회로101의 입력 바이어스 전류는 pnp 트랜지스터105의 베이스로부터 노치 필터61의 저항56에 흐르지 만, 그 전류와 동일한 전류를 베이스 전류 보상회로121의 npn 트랜지스터125로 접지에 흘리도록 하고, 임피던스 변환회로101의 입력바이어스전류를 보상할 수 있다.

이와 같이, 본 실시의 형태4에서의 이온 전류 검출장치는 임피던스 변환회로101의 입력 바이어스 전류와 동일한 전류를, 베이스 전류 보상회로121에 의해서 임피던스변환회로101의 입력으로부터 접지에 흘리도록 하였기 때문에 실시의 형태3과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 임피던스 변환회로의 입력에 pnp트랜지스터를 사용한 것에 의해, 임피던스 변환회로에서 노치 필터에 흐르는 전류가 노치 필터에 영향을 미치게 하는 것을 없앨 수 있다.

(실시의 형태5)

실시의 형태4에서는 임피던스 변환회로의 입력에 pnp 트랜지스터가 사용되며 임피던스 변환회로의 출력에 npn 트랜지스터가 사용될 경우, 즉 실시의 형태2에서의 임피던스 변환회로에 대하여 베이스 전류 보상회로를 설치하였지 만, 실시의 형태3으로 나타낸 입력에 npn 트랜지스터를 사용하고 출력에 pnp 트랜지스터를 사용한 임피던스 변환회로에 대하여 또 베이스 전류 보상회로를 설치하도록 해도 좋고 이와 같이 한 것을 본 발명의 실시의 형태5로 한다.

도 17은 본 발명의 실시의 형태5의 이온 전류 검출장치를 나타낸 부분 회로도면이다. 또 도 17에서 도 15와 같은 것은 같은 부호로 나타내어 있고 여기서는 그 설명을 생략하는 동시에 도 15와의 상위한 점만 설명한다. 도 17에서의 도 15와의 상위 점은 도 15의 밴드 패스 필터112에 임피던스 변환회로111에서의 npn 트랜지스터112의 베이스 전류를 보상하기 위한 베이스 전류 보상회로131을 설치한 것에 있으며, 이것에 따라 도 15의 밴드 패스 필터112를 밴드 패스 필터132로 하여, 도 15의 이온 전류 검출장치113을 이온 전류 검출장치133으로 한 것에 있다. 또, 상기 베이스 전류 보상회로131은 보상 회로부를 이룬다.

도 17에서, 밴드패스필터132는 비 반전 증폭회로54, 노치 필터61, 임피던스 변환회로111 및 베이스 전류 보상회로131로 형성되어 있다. 베이스 전류 보상회로131은 pnp트랜지스터135,136, npn 트랜지스터137 및 정전류원138로 형성되어 있고, pnp트랜지스터135 및 136으로 커런트 미러 회로를 형성하고 있다.

베이스 전류 보상회로131에서 pnp트랜지스터135 및 136의 베이스는 각각 접속되고 그 접속부는 pnp트랜지스터136의 콜렉터에 접속되어 있다. pnp 트랜지스터135 및 136의 각 에미터는 각각 전원 단자VCC에 접속되고, pnp트랜지스터135의 콜렉터는 임피던스 변환회로111에서의 npn 트랜지스터112의 베이스에 접속되어 있다. pnp트랜지스터136의 콜렉터는 npn 트랜지스터137의 베이스에 접속되고 npn 트랜지스터137의 콜렉터는 전원단자VCC에 접속되어 있다. 또, npn 트랜지스터137의 에미터는 정전류원138을 통해서 접지 되어 있다.

상기와 같은 구성에서 임피던스 변환회로111의 입력 바이어스 전류는 노치 필터61로부터 npn 트랜지스터112의 베이스에 흐르는 전류와 동일한 전류를 베이스전류보상회로131의 pnp트랜지스터135로부터 노치 필터61에 흘리도록 하여 임피던스 변환회로111의 입력 바이어스전류를 더 확실히 보상할 수 있다.

이와 같이, 본 실시의 형태5에서의 이온 전류 검출장치는 노치 필터61로부터 임피던스 변환회로111에 흐르는 전류와 동일한 전류를 베이스 전류 보상회로131에 의해서, 노치 필터61의 출력, 즉 출력단자E에 흘리도록 하였기 때문에 실시의 형태3과 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에 임피던스 변환회로의 입력에 npn 트랜지스터를 사용한 것에 따라 노치 필터로부터 임피던스변환회로에 흐르는 전류가, 노치 필터에 영향을 미치게 하는 것을 없앨 수 있다.

제1의 발명에 관한 이온전류검출장치는 필터 특성 제어부는 이온전류 한계치 검출부에서 이온 전류 검출신호가 출력되면, 소정의 시간까지는 상기 필터부에 대하여 특정 주파수 영역의 교류 성분의 검출 능력을 저하시켜, 소정의 시간 후는 상기 필터부에 대하여 특정 주파수 영역의 교류 성분의 검출 능력을 높이도록 하였다. 이 것으로, 이온 전류 검출장치에서, 링잉에 의한 노킹 상태의 오류 검출을 없앨 수 있는 동시에, 회로의 간략화 및 소형 화를 행할 수 있어, 비용의 감소를 꾀할 수 있다. 또, 필터부에서의 링잉의 억제와 이온 전류에 중첩한 교류 성분으로 이루어지는 노킹 신호의 검출 감도 향상이라는 상반하는 특성에 대하여 쌍방의 개선을 행할 수 있어 이온 전류발생으로부터 단시간에 노킹의 검출을 할 수 있다.

제2의 발명에 관한 이온 전류 검출장치는 제1의 발명에서 구체적으로는 이온 전류-전압 변환부는 이온 전류를 검출하는 이온 전류 검출부와 다이오드로 형성되고, 그 다이오드의 순방향 전압의 대수 특성을 사용하여 이온 전류 검출부에서 검출된 이온 전류에 포함되는 교류 성분의 비율에 비례하는 전압을 출력한다. 이 것으로 이온 전류 검출장치에서 링잉에 의한 노킹 상태의 오류 검출을 없앨 수 있는 동시에, 회로의 간략화 및 소형화를 행할 수 있어 비용의 감소를 꾀할 수있다. 또, 필터부에서의 링잉의 억제와 이온 전류에 중첩한 교류 성분으로 이루어지는 노킹 신호의 검출 감도 향상이라는 상반하는 특성에 대하여 쌍방의 개선을 행할 수 있어 이온 전류 발생으로부터 단시간에 노킹의 검출을 할 수있다.

제3의 발명에 관한 이온 전류 검출장치는 제2의 발명에서, 구체적으로는, 이온 전류 검출부는 커런트 미러 회로로 이루어진다. 이 것으로, 이온 전류 검출장치에서 링잉에 의한 노킹 상태의 오류 검출을 없앨 수 있는 동시에 회로의 간략화 및 소형화를 행할 수 있어, 비용의 감소를 꾀할 수있다. 또, 필터부에서의 링잉의 억제와 이온전류에 중첩한 교류성분으로 이루어지는 노킹신호의 검출 감도 향상이라는 상반되는 특성에 대하여 쌍방의 개선을 할 수 있어 이온 전류 발생으로부터 단시간에 노킹의 검출을 할 수있다.

Claims (3)

1. 일차 측에 인가된 전압에 의해 이차 측에 고전압을 발생시키는 점화 코일과, 점화 코일에 발생한 전압에 의해 점화하는 점화 플러그와, 실린더로 이루어지는 내연기관에 있어서의 연소 시에 발생하는 이온 전류를 검출하는 내연기관용의 이온 전류 검출장치에 있어서,

   상기 점화 플러그에 이온 전류 검출용의 전압을 인가하는 검출용 전압 발생부와,

   그 검출용 전압 발생부에서 점화 플러그에 인가된 전압에 따라서 생기는 이온 전류를 전압으로 변환하는 이온 전류-전압 변환부와,

   그 이온 전류-전압 변환부에서 변환된 신호로부터 특정 주파수 영역의 교류 성분을 검출하는 필터부와,

   검출용 전압 발생부에서 점화 플러그에 인가된 전압에 따라서 생기는 이온 전류를 검출하고, 그 이온 전류가 소정의 한계치를 넘으면 이온 전류 검출 신호를 출력하는 이온 전류 한계치 검출부와,

   상기 필터부의 필터 특성을 제어하는 필터 특성 제어부를 구비하며,

   필터 특성 제어부는 이온 전류 한계치 검출부에서 이온 전류 검출 신호가 출력되면 소정의 시간까지는 상기 필터부에 대한 특정 주파수 영역의 교류 성분의 검출 능력을 저하시켜 소정의 시간 경과 후는 상기 필터부에 대하여 특정 주파수 영역의 교류 성분의 검출 능력을 높이는 것을 특징으로 하는 이온 전류 검출장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이온 전류-전압 변환부는 이온 전류를 검출하는 이온 전류 검출부와,

   다이오드로 형성되고 그 다이오드의 순방향 전압의 대수 특성을 사용하여 이온 전류 검출부에서 검출된 이온 전류에 포함되는 교류 성분의 비율에 비례하는 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 이온 전류 검출장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 이온 전류 검출부는 커런트 미러 회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온전류 검출장치.

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