JP2003004573A - バックグランドレベル検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号検出する際のノイズとなるバックグラン
ドレベルを検出するにあたり、直流電源装置を低コスト
に構成すると共に、バックグランドレベルの検出精度の
低下を防ぐことができるバックグランドレベル検出装置
を提供する。 【解決手段】 内燃機関制御装置１は、中央演算処理装
置（ＣＰＵ）３とピークホールド回路５とバックグラン
ドレベル検出装置１１とを備えてノッキング検出を行
う。バックグランドレベル検出装置１１は、０［Ｖ］〜
５［Ｖ］の電源電圧が印加された演算増幅器（ＩＣ１〜
ＩＣ５）を備えるとともに、オフセット電位ラインＶＭ
Ｍに印加されているオフセット電位ＢＬを基準として全
波整流処理等を実行することで、バックグランドレベル
を検出する。よって、バックグランドレベル検出装置１
１は、直流電源装置を単電源構成として低コストに構成
する場合でも、バックグランドレベルの検出精度の低下
を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に備えら
れた圧電型センサの出力から特定周波数成分を検出する
際に、その出力に重畳されるノイズ成分のうち特定周波
数成分と同じ周波数帯域の信号レベルにあたるバックグ
ランドレベルを検出するバックグランドレベル検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関においては、例えば高回転高負
荷での運転が長時間継続した場合のように燃焼室内の温
度が過熱状態となることがあり、これに起因して燃焼室
の内壁の一部が過熱状態になると、燃焼過程においてこ
の過熱部位により混合気の未燃ガス（エンドガス）が自
己着火しノッキングを発生することがある。そして、こ
のようなノッキングが発生すると、機関の出力低下や燃
費の低下等の問題を招来することになり、またノッキン
グの発生が激しい場合には機関が焼き付いて破損に至る
ことになる。そこで、こうしたノッキングによる問題を
回避するには、ノッキングの発生を精度良く検出するこ
とが重要であり、従来よりノッキングの発生を検出する
ためのノッキング検出装置を備えた内燃機関が知られて
いる。

【０００３】こうしたノッキング検出装置は、一般に、
内燃機関の機械的振動を検出するためのノックセンサ
や、燃焼室内の筒内圧を検出する圧力センサ等の圧電型
センサを内燃機関に装着し、このセンサからの出力を電
圧信号に変換し、この電圧信号にノッキング固有の周波
数成分が含まれるか否かを判定して、ノッキングの発生
の有無を検出するよう構成されている。つまり、このよ
うなノッキング検出装置では、圧電型センサからの出力
をノッキング固有の周波数成分をフィルタ回路（フィル
タ処理部）に通すことで、上記周波数成分を抽出してい
る。

【０００４】しかし、このようなノッキング検出装置で
は、ノックセンサあるいは圧力センサの出力からノッキ
ング固有の周波数成分を抽出する際に、運転に伴う機関
自体の振動や吸・排気バルブの開閉に伴う着座ノイズと
いったノッキング以外の要因で発生するノイズ成分であ
り、ノッキングと同じ周波数帯域であるノイズ成分（以
下、バックグランド成分という）も抽出してしまう。こ
のように、ノッキング固有の周波数成分を抽出する場合
に、バックグランド成分が抽出（重畳）されると、ノッ
キングが発生していない場合にもノッキングが発生した
と判定してしまう虞があり、ノッキング検出の検出精度
が低下することになる。そのため、ノッキングの検出精
度の低下を抑えるには、抽出した周波数成分からバック
グランド成分の信号レベルを除去し、ノッキングにより
発生した周波数成分を特定した上で、ノッキング判定を
行う必要がある。

【０００５】そこで、ノッキング検出装置に備えられ、
バックグランド成分の信号レベル（以下、バックグラン
ドレベルという）を検出する装置として、バックグラン
ドレベル検出装置がある。このバックグランドレベル検
出装置は、まず、ノックセンサや圧力センサといった圧
電型センサの出力を電圧信号に変換し、この電圧信号か
らフィルタ処理部を通過させてフィルタ処理を行い、ノ
ッキングと同じ周波数帯域のバックグランド成分を抽出
する。このあと、抽出したバックグランド成分を全波整
流処理部にて整流することにより、バックグランド成分
の信号レベルであるバックグランドレベルを検出する。
なお、バックグランドレベル検出装置においてバックグ
ランドレベルを検出できるのは、ノッキングが発生して
いない期間（具体的には、吸気弁が閉じてから点火時期
までの所定期間）に限られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、バックグラン
ドレベル検出装置のフィルタ処理部や全波整流処理部に
ついては、一般に、演算増幅器を備えて構成されるほ
か、フィルタ処理部では抵抗素子やコンデンサ等、全波
整流処理部ではダイオード等を備えて構成されるもので
ある。また、このように演算増幅器や抵抗素子などによ
り構成されるフィルタ処理部および全波整流処理部は、
基準電位を基準とし動作することで、入力される出力に
関して信号処理（全波整流処理など）を行っており、一
般に、基準電位には直流電源装置の負極電位（例えば、
グランド電位（０［Ｖ］））が設定される。

【０００７】そして、フィルタ処理により電圧信号から
抽出した周波数成分は、基準電位を中心として変動する
ため基準電位よりも低電位となることがあり、少なくと
もフィルタ処理部通過後の信号に相当する箇所の電位が
基準電位よりも低電位となることがある。このため、フ
ィルタ処理部および全波整流処理部に備えられる演算増
幅器は、基準電位よりも低電位の出力信号を出力する必
要があり、この演算増幅器に対しては、基準電位よりも
高電位の電源電圧に加えて、基準電位よりも低電位の電
源電圧を印加する必要がある。つまり、フィルタ処理部
および全波整流処理部の基準電位がグランド電位（０
［Ｖ］）である場合、正負両電位の電源電圧（例えば±
５〔Ｖ〕）を印加して演算増幅器を動作させる必要があ
る。

【０００８】一方、自動車等に備えられるノッキング検
出装置等の電圧供給により駆動する装置は、一般に、単
数のバッテリ（直流電源装置）からの電圧供給により動
作しており、また、基準電位は０［Ｖ］に設定されてい
るものが多い。このため、バックグランドレベル検出装
置のフィルタ処理部および全波整流処理部を構成する演
算処理部に対して正負両電位の電源電圧を印加するため
には、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を別途備えて、０［Ｖ］
以下の負電位の電源電圧を発生させる必要がある。この
ように、内燃機関の各部に電圧供給するための直流電源
装置を、正負両電位の電源電圧が供給可能な構成（以
下、両電源構成という）とした場合、負電位の電源電圧
を発生させる装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ等）が必要と
なる分だけコストが高くなるという問題がある。

【０００９】なお、両電源構成の直流電源装置ではな
く、正電位の電源電圧のみが供給可能な構成（以下、単
電源構成という）の直流電源装置を用いる場合でも、演
算増幅器は、少なくとも基準電位よりも高電位の出力信
号を出力できることから、圧電型センサからの出力をフ
ィルタ処理したのち、半波整流することによりバックグ
ランドレベルを検出することが可能である。しかし、半
波整流によりバックグランドレベルを検出する場合、信
号が基準電位よりも低電位となる期間の信号波形を省い
た状態でバックグランドレベルを検出することになるた
め精度の良い検出は困難である。このため、バックグラ
ンドレベルの検出を精度良く行うためには、その信号の
波形全体に基づき検出することが望ましく、半波整流で
はなく全波整流によるバックグランドレベルの検出を行
うことが望ましい。

【００１０】また、圧電型センサの個体差による出力バ
ラツキの補正を、又は／及び圧電型センサの経時変化に
起因する出力変化の補正を行った上でノッキングや失火
といった判定を行うにあたっても、上記補正時にバック
グランドレベルを用いることが検討されており、バック
グランドレベルの検出を精度良く行うことは有効とな
る。

【００１１】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、バックグランドレベルを検出するにあたり、
直流電源装置を低コストに構成すると共に、バックグラ
ンドレベルの検出精度の低下を防ぐことができるバック
グランドレベル検出装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１記載の発明は、内燃機関に備えら
れた圧電型センサの出力から特定周波数成分を検出する
際に、この出力に重畳されるノイズ成分のうち前記特定
周波数成分と同じ周波数帯域の信号レベルであるバック
グランドレベルを検出するバックグランドレベル検出装
置であって、圧電型センサにおける出力を電圧信号に変
換する電圧変換処理部と、この電圧信号から特定周波数
成分を抽出するフィルタ処理部と、この特定周波数成分
を全波整流する全波整流処理部とから構成され、フィル
タ処理部および全波整流処理部は、それぞれ少なくとも
演算増幅器を備えており、この演算増幅器は、直流電源
装置からの電源電圧を受電する一対の端子のうち、第１
端子に直流電源装置の正極電位が印加され、第２端子に
直流電源装置の負極電位が印加されることで電源電圧が
供給されていると共に、フィルタ処理部および前記全波
整流処理部における基準電位が、前記直流電源装置の正
極電位と負極電位との中間電位であるオフセット電位に
設定され、フィルタ処理部および全波整流処理部のそれ
ぞれの演算増幅器に入力される信号が、オフセット電位
を中心に、この演算増幅器の第１端子に印加される電位
から第２端子に印加される電位までの範囲内で出力され
ていることを特徴とする。

【００１３】つまり、フィルタ処理部および全波整流処
理部における基準電位が、直流電源装置の負極電位より
も高電位のオフセット電位に設定されると、フィルタ処
理部および全波整流処理部の内部では、入力される圧電
型センサからの電圧信号に関する信号処理（フィルタ処
理、全波整流処理）が、直流電源装置の負極電位よりも
高電位のオフセット電位を基準として実行される。

【００１４】一方、フィルタ処理部および全波整流処理
部のそれぞれに備えられるこの演算増幅器は、第１端子
（プラス側電源入力端子）に直流電源装置の正極電位が
印加され、第２端子（マイナス側電源入力端子）に直流
電源装置の負極電位が印加されることから、それぞれの
演算増幅器に入力される信号を、直流電源装置の正極電
位から負極電位までの範囲内で出力することができる。

【００１５】これらのことから、本バックグランドレベ
ル検出装置のフィルタ処理部および全波整流処理部で
は、それぞれの演算増幅器に入力される信号が、オフセ
ット電位を中心に、該演算増幅器の第１端子に印加され
る電位から第２端子に印加される電位までの範囲内で出
力可能となる。それにより、これら処理部に備えられる
演算増幅器に入力される信号（電圧信号あるいは特定周
波数成分の信号）が直流電源装置の負極電位よりも高電
位であれば、信号が基準電位（オフセット電位）よりも
低電位であっても信号波形を検出することが可能とな
る。つまり、基準電位よりも低電位となる期間の信号波
形を検出できることから、直流電源装置の負極電位を基
準電位として半波整流を実施する場合に比べて、より広
い範囲の信号波形に基づいて信号処理を実施することが
可能となる。

【００１６】また、このとき、オフセット電位は、直流
電源装置の正極電位と負極電位との平均値である電位に
限定する必要はない。つまり、圧電型センサから電圧変
換処理部を通して得られる電圧信号についてフィルタ処
理部および全波整流処理部にてフィルタ処理および全波
整流処理を実施した結果生成される信号の波形全体が抽
出できるように、直流電源装置が出力する電源電圧の範
囲（正極電位から負極電位までの範囲）を考慮して、フ
ィルタ処理部および全波整流処理部の基準電位となるオ
フセット電位を設定するとよい。これにより、演算増幅
器に対して電圧供給を行う直流電源装置が、正電位の電
源電圧のみ出力可能な構成（以下、単電源構成という）
であっても、信号の波形全体が抽出できるため全波整流
処理が可能となる。つまり、全波整流処理を行うため
に、演算増幅器に対して電圧供給を行う直流電源装置
を、正負両方の電源電圧が供給可能な構成（以下、両電
源構成という）とする必要が無くなる。

【００１７】このことから、バックグランドレベル検出
装置における直流電源装置が、高価な両電源構成の直流
電源装置ではなく、低価格である単電源構成の直流電源
装置の場合でも、全波整流処理が可能となり、直流電源
装置を低コストで構成した場合でも精度良くバックグラ
ンドレベルを検出することができる。

【００１８】よって、本発明（請求項１）のバックグラ
ンドレベル検出装置によれば、直流電源装置を単電源構
成とすることで低コストに構成すると共に、バックグラ
ンドレベルを検出する際の検出精度が低下するのを防ぐ
ことができる。ところで、圧電型センサにおける出力を
電圧信号に変換する電圧変換処理部の構成については、
フィルタ処理部に出力可能な電圧信号に変換できるもの
であれば特に限定されない。但し、この電圧変換処理部
が、フィルタ処理部や全波整流処理部と同様に少なくと
も演算増幅器を備える場合、請求項２に記載のように、
電圧変換処理部が、第２演算増幅器と、この第２演算増
幅器の反転入力端子と出力端子とを接続する帰還コンデ
ンサとを備え、第２演算増幅器は、直流電源装置におけ
る電源電圧の供給により駆動されており、第２演算増幅
器の非反転入力端子に設定される基準電位が、オフセッ
ト電位に設定される一方、前記反転入力端子が前記圧電
型センサと接続されているとよい。

【００１９】これにより、第２演算増幅器に対して電圧
供給を行う直流電源装置が、上述したフィルタ処理部お
よび全波整流処理部と同様の正電位の電源電圧のみ出力
可能な構成（単電源構成）であっても、電圧変換処理部
において、第２演算増幅器に入力される圧電型センサか
らの出力を、オフセット電圧を中心にした正負両方向の
電圧信号に変換することができる。これにより、第２演
算増幅器を備える電圧変換処理部より出力される電圧信
号が、上記フィルタ処理部を通過するときにも信号の波
形全体からの抽出がなされ、ひいては全波整流処理部に
よる全波整流処理が可能となる。

【００２０】したがって、電圧変換処理部が演算増幅器
（第２演算増幅器）を備えて構成される場合には、上記
（請求項２）のように電圧変換処理部を構成すること
で、演算増幅器を動作させるための直流電源装置を低コ
ストの単電源構成とすることができ、さらに、単電源構
成の直流電源装置を用いつつ、上述したフィルタ処理部
及び全波整流処理部の構成と組み合わされた場合にも、
圧電型センサにおける信号に対する全波整流処理が可能
となり、精度の良いバックグランドレベルを検出するこ
とができる。

【００２１】なお、この請求項２に係るバックグランド
レベル検出装置における、第２演算増幅器を用いる電圧
変換処理部を用いる場合の圧電型センサとしては、請求
項３に記載のように、圧電素子を内蔵する形で構成され
ると共に、内燃機関に装着される点火プラグの取り付け
座に設けられ、この点火プラグの締め付け荷重の変化を
検出することで内燃機関の筒内圧を検出するためのプラ
グ座金型圧力センサであることで、高い効果を発揮す
る。

【００２２】その理由としては、圧電素子を内蔵するプ
ラグ座金型圧力センサでは、圧電素子に与えられる荷重
の変化に応じた電荷を出力する構造であることから、上
記第２演算処理部と帰還コンデンサを備える電圧変換処
理部を用いることにより、圧電素子より検出する電荷量
の変化を電圧変化として良好に出力（フィルタ処理部に
対して出力）することができるからである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。まず、図１に、本実施例のバックグランド
レベル検出装置１１を備えた内燃機関制御装置１の構成
図を示す。なお、この内燃機関制御装置１は、正電位の
電源電圧のみが供給可能な構成（以下、単電源構成とい
う）の直流電源装置を備えた内燃機関に備えられてお
り、バックグランドレベル検出装置１１に対しては、正
電位の電源電圧のみが供給される。

【００２４】そして、図１に示すように、内燃機関制御
装置１は、中央演算処理装置３（以下、ＣＰＵともい
う）と、ピークホールド回路５と、バックグランドレベ
ル検出装置１１とを備えている。そして、このバックグ
ランドレベル検出装置１１は、電圧変換処理部１３と、
フィルタ処理部７と、全波整流処理部１９とから構成さ
れている。

【００２５】まず、ＣＰＵ３は、半導体集積回路で構成
されており、内燃機関の点火時期、アイドル回転速度等
を総合的に制御するための制御処理を実行している。そ
して、ＣＰＵ３は、ピークホールド回路５およびバック
グランドレベル検出装置１１からの信号に基づき、内燃
機関の燃焼室の温度上昇により混合気が自己着火するこ
とで発生するノッキングを検出するためのノッキング検
出処理を実行している。

【００２６】このノッキング検出処理が実行される際に
は、ピークホールド回路５が、ノッキングが発生する期
間にあたる気筒のピストンが上死点（ＴＤＣ）に達した
後の一定期間（ピーク値検出期間）中において、後述す
るフィルタ処理部７から出力される信号のピーク値を検
出して保持し、保持したピーク値をＡ／Ｄ変換した後
（Ａ／Ｄコンバータについては図示せず）ピーク値信号
ＳｐとしてＣＰＵ３に対して出力する。なお、ピークホ
ールド回路５は、ＣＰＵ３からの指令信号（図１では図
示省略）に基づいて、保持しているピーク値をピーク値
検出期間の開始時期の直前に消去するものであって、そ
の後ピーク値検出期間におけるピーク値の検出をＣＰＵ
３からの指令信号に基づいて開始するものである。

【００２７】また、バックグランドレベル検出装置１１
は、ノッキングが発生しない期間にあたる気筒のピスト
ンが上死点（ＴＤＣ）に達する前の一定期間（ＢＧＬ検
出期間）内において、全波整流処理部１９から出力され
る信号レベル（振幅）の平均値を図示しない平均値処理
部にて算出して保持し、保持した平均値をＡ／Ｄ変換し
た後（Ａ／Ｄコンバータについては図示せず）、バック
グランドレベル信号ＳｂとしてＣＰＵ３に対して出力す
る処理を行う。なお、バックグランドレベル検出装置１
１は、常時動作しており、ＣＰＵ３がＢＧＬ検出期間内
の任意のタイミングでバックグランドレベル信号Ｓｂを
読み込む処理を行っているのである。そして、ノッキン
グ検出処理では、ピーク値信号Ｓｐからバックグランド
レベル信号Ｓｂを除去した値をノッキング検出値として
算出し、算出したノッキング検出値がノッキング判定用
の判定値よりも大きくなるときにノッキングが発生した
と判定する処理を行う。

【００２８】なお、ＣＰＵ３は、ノッキング検出処理の
他に、例えば、運転状態に応じて点火時期を設定する点
火時期制御処理や、点火時期制御処理において設定され
た点火時期にて点火プラグに火花放電を発生させる点火
制御処理や、エンジンの各部に備えられたセンサの検出
信号等に基づきエンジンの運転状態を検出する運転状態
検出処理や、検出した運転状態に基づき燃料供給量を設
定する燃料制御処理などを実行する。また、ＣＰＵ３
は、図１に示すバックグランドレベル検出装置１１やピ
ークホールド回路５のみではなく、その他のセンサやア
クチュエータ等との間でも信号入出力を行っている。

【００２９】そして、上述したようにＣＰＵ３にて設定
されるピーク値検出期間では、プラグ座金型圧力センサ
ＧＰＳから出力される筒内圧信号Ｓｉはバックグランド
レベル検出装置１１と共通して用いられる電圧変換処理
部１３を通過して電圧変換され、この電圧変換された電
圧信号はバックグランドレベル検出装置１１と共通して
用いられるフィルタ処理部７（このフィルタ処理部７
は、後述するようにハイパスフィルタ処理部１５とロー
パスフィルタ処理部１７との組み合わせからなり、バン
ドパスフィルタ（例えば、６〔ｋＨｚ〕〜１０〔ｋＨ
ｚ〕程度）を構成する）を通過してノッキング固有の振
動周波数成分（以下、ノッキング信号という）が抽出さ
れる。次いで、この抽出されたノッキング信号は、ピー
クホールド回路５にてピーク値が保持され、その結果ノ
ッキング信号の最大値（ピーク値）が検出される。そし
て、検出したノッキング信号のピーク値を、ピーク値信
号ＳｐとしてＣＰＵ３に対して出力する。

【００３０】なお、プラグ座金型圧力センサＧＰＳは、
圧電素子を内蔵する形態で構成されるとともに、一端が
アースされ、他端が電圧変換処理部１３に接続されてい
る。また、このプラグ座金型圧力センサＧＰＳは、図示
しないが、点火プラグ（より詳細には、点火プラグを構
成する主体金具のうちの取付座部）と内燃機関のシリン
ダヘッドとの間に挟持されて、点火プラグの締め付け荷
重による初期荷重が与えられた状態で、シリンダヘッド
に固定（装着）される。そして、燃焼室内にて混合気の
燃焼・爆発が発生すると、燃焼により発生する圧力（筒
内圧）により点火プラグ自体が燃焼室側から押し上げら
れるため、圧電素子に与えられる荷重が初期荷重から変
化し、この荷重の変化に伴い、圧電素子が出力する電気
信号（電荷）が変化することで、プラグ座金型圧力セン
サＧＰＳは、気筒での筒内圧の大きさに応じた電気信号
（筒内圧信号Ｓｉ）を出力するように動作する。

【００３１】そして、バックグランドレベル検出装置１
１は、プラグ座金型圧力センサＧＰＳが出力する筒内圧
信号Ｓｉに重畳されるノイズ成分のうち、ノッキング信
号と同じ周波数帯域の信号（以下、バックグランド信号
という）を電圧変換処理部１３を通過した後のフィルタ
処理部７にて抽出し、抽出したバックグランド信号の信
号レベルを全波整流処理部１９を介して検出する。そし
て、検出した信号レベルをバックグランドレベル信号Ｓ
ｂとして、ＣＰＵ３に対して出力する。

【００３２】ここで、バックグランドレベル検出装置１
１の回路図を図２に示す。図２に示すように、バックグ
ランドレベル検出装置１１は、電圧変換処理部１３と、
ハイパスフィルタ処理部１５と、ローパスフィルタ処理
部１７と、全波整流処理部１９とを備えている。また、
バックグランドレベル検出装置１１の電圧変換処理部１
３、ハイパスフィルタ処理部１５、ローパスフィルタ処
理部１７、全波整流処理部１９のそれぞれに備えられる
演算増幅器ＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３，ＩＣ４，ＩＣ５
は、それぞれ直流電源装置からの電源電圧を受電する一
対の端子のうち、第１端子に直流電源装置の正極電位
（５［Ｖ］）が印加され、第２端子に直流電源装置の負
極電位（グランド電位（０［Ｖ］））が印加されてい
る。なお、このハイパスフィルタ処理部１５とローパス
フィルタ処理部１７との組み合わせにより、フィルタ処
理部７が構成されている。

【００３３】そして、電圧変換処理部１３は、第１演算
増幅器ＩＣ１を中心に構成されており、第１演算増幅器
ＩＣ１の非反転入力端子（＋）が、直流電源装置の正極
電位と負極電位との中間電位であるオフセット電位ＢＬ
が印加されているオフセット電位ラインＶＭＭに接続さ
れ、第１演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子（−）が、コ
ンデンサＣ２と抵抗Ｒ１との直列回路を介してバックグ
ランドレベル検出装置１１の入力端子Ｔ１に接続され、
第１演算増幅器ＩＣ１の出力端子が、コンデンサＣ３
（帰還コンデンサ）および抵抗Ｒ２の並列回路を介して
第１演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子（−）と接続され
るとともに、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ３を介してオ
フセット電位ラインＶＭＭに接続されている。

【００３４】なお、オフセット電位ＢＬには、上述した
ように直流電源装置の正極電位（５［Ｖ］）と、直流電
源装置の負極電位（グランド電位（０［Ｖ］））との間
の電位が設定されている。このように構成された電圧変
換処理部１３は、オフセット電位ＢＬを基準として、入
力端子Ｔ１から入力される信号（詳細には、筒内圧信号
Ｓｉ）を電圧変換し、かつ増幅する反転増幅回路として
動作する。

【００３５】また、ハイパスフィルタ処理部１５は、第
２演算増幅器ＩＣ２を中心に構成されており、第２演算
増幅器ＩＣ２の非反転入力端子（＋）が、抵抗Ｒ５を介
してオフセット電位ＢＬが印加されたオフセット電位ラ
インＶＭＭに接続されるとともに、コンデンサＣ６、コ
ンデンサＣ５および抵抗Ｒ４を介してオフセット電位ラ
インＶＭＭに接続され、第２演算増幅器ＩＣ２の反転入
力端子（−）が、抵抗Ｒ６を介してオフセット電位ライ
ンＶＭＭに接続されるとともに、抵抗Ｒ８を介して第２
演算増幅器ＩＣ２の出力端子に接続され、第２演算増幅
器ＩＣ２の出力端子が、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ６を介
して第２演算増幅器ＩＣ２の非反転入力端子（＋）に接
続されるとともに、抵抗Ｒ９を介してオフセット電位ラ
インＶＭＭに接続されている。そして、ハイパスフィル
タ処理部１５におけるコンデンサＣ５と抵抗Ｒ４との接
続点は、電圧変換処理部１３における抵抗Ｒ３とコンデ
ンサＣ４との接続点と接続されている。

【００３６】このように構成されたハイパスフィルタ処
理部１５は、電圧変換処理部１３から出力される信号か
ら高周波数帯成分を抽出するよう動作する。次に、ロー
パスフィルタ処理部１７は、第３演算増幅器ＩＣ３を中
心に構成されており、第３演算増幅器ＩＣ３の非反転入
力端子（＋）が、コンデンサＣ７を介してオフセット電
位ＢＬが印加されたオフセット電位ラインＶＭＭに接続
されるとともに、抵抗Ｒ１１および抵抗Ｒ１０を介して
第２演算増幅器ＩＣ２の出力端子に接続され、第３演算
増幅器ＩＣ３の反転入力端子（−）が、抵抗Ｒ１３を介
してオフセット電位ラインＶＭＭに接続されるととも
に、抵抗Ｒ１４を介して第３演算増幅器ＩＣ３の出力端
子に接続され、第３演算増幅器ＩＣ３の出力端子が、コ
ンデンサＣ８と抵抗Ｒ１１を介して第３演算増幅器ＩＣ
３の非反転入力端子（＋）に接続されるとともに、抵抗
Ｒ１５を介してオフセット電位ラインＶＭＭに接続され
ている。

【００３７】このように構成されたローパスフィルタ処
理部１７は、ハイパスフィルタ処理部１５から出力され
る信号から低周波数帯成分を抽出するように動作する。
このハイパスフィルタ処理部１５およびローパスフィル
タ処理部１７により、電圧変換処理部１３から出力され
る信号からノッキング固有の振動周波数成分が抽出され
る。そして、ハイパスフィルタ処理部１５およびローパ
スフィルタ処理部１７により抽出される信号は、オフセ
ット電位ＢＬを中心に変動する波形を示すことになり、
例えば図３（ａ）に示すような波形となる。なお、図３
においては、オフセット電位ＢＬをオフセット電位と記
載し、グランド電位（０［Ｖ］）をＧＮＤと記載してい
る。

【００３８】さらに、全波整流処理部１９は、第４演算
増幅器ＩＣ４および第５演算増幅器ＩＣ５を中心に構成
されており、第４演算増幅器ＩＣ４の非反転入力端子
（＋）が、抵抗Ｒ１７を介して第３演算増幅器ＩＣ３の
出力端子に接続され、第４演算増幅器ＩＣ４の反転入力
端子（−）が、抵抗Ｒ１６を介してオフセット電位ＢＬ
が印加されているオフセット電位ラインＶＭＭに接続さ
れ、第４演算増幅器ＩＣ４の出力端子が、ダイオードＤ
３およびダイオードＤ４からなる並列回路と、抵抗Ｒ１
９および抵抗Ｒ２０からなる並列回路とを介して第４演
算増幅器ＩＣ４の非反転入力端子（＋）に接続されると
共に、抵抗Ｒ２２を介してオフセット電位ラインＶＭＭ
に接続されている。なお、ダイオードＤ３は、カソード
が第４演算増幅器ＩＣ４の出力端子に接続されており、
ダイオードＤ４は、アノードが第４演算増幅器ＩＣ４の
出力端子に接続されている。

【００３９】また、全波整流処理部１９では、第５演算
増幅器ＩＣ５の非反転入力端子（＋）が、抵抗Ｒ２４を
介してオフセット電位ラインＶＭＭに接続され、第５演
算増幅器ＩＣ５の反転入力端子（−）が、ダイオードＤ
３と抵抗Ｒ２３とを介して第４演算増幅器ＩＣ４の出力
端子に接続されると共に、抵抗Ｒ２１を介して第３演算
増幅器ＩＣ３の出力端子に接続され、第５演算増幅器Ｉ
Ｃ５の出力端子が、抵抗Ｒ２５を介して第５演算増幅器
ＩＣ５の反転入力端子（−）に接続されると共に、抵抗
Ｒ２６を介してオフセット電位ラインＶＭＭに接続さ
れ、さらに、バックグランドレベル検出装置１１の出力
端子Ｔ２に接続されている。

【００４０】さらに、全波整流処理部１９では、抵抗Ｒ
１７の端部のうち、第３演算増幅器ＩＣ３の出力端子側
の端部は、ダイオードＤ１を介して＋５Ｖの電源ライン
に接続されるとともに、ダイオードＤ２を介してグラン
ドライン（０［Ｖ］）に接続（接地）されている。な
お、ダイオードＤ１は、アノードが抵抗Ｒ１７に接続さ
れ、カソードが＋５Ｖの電源ラインに接続されており、
ダイオードＤ２は、アノードがグランドラインに接続さ
れ、カソードが抵抗Ｒ１７に接続されている。このよう
にダイオードＤ１およびダイオードＤ２を設けることに
より、全波整流処理部１９に入力される信号が、０
［Ｖ］から５［Ｖ］の範囲内に制限されることになる。

【００４１】このように構成された全波整流処理部１９
は、ハイパスフィルタ処理部１５およびローパスフィル
タ処理部１７により抽出された信号について、オフセッ
ト電位ＢＬを基準として全波整流処理を行う。そして、
全波整流処理部１９により全波整流された信号を、図３
（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すように、オフセット電
位ＢＬ（図３（ｂ）ではオフセット電位と記載する）よ
りも低電位となる部分（図３（ｂ）にて点線で示す部
分）の波形が、オフセット電位ＢＬについて対称な波形
に変換され、全波整流されていることが判る。

【００４２】つまり、バックグランドレベル検出装置１
１は、オフセット電位ＢＬを基準として各種信号処理
（電圧変換処理、フィルタ処理、全波整流処理）を実行
することにより、筒内圧信号Ｓｉからバックグランド信
号を抽出すると共に、抽出したバックグランド信号の信
号レベルであるバックグランドレベルを検出する。そし
て、バックグランドレベル検出装置１１は、検出したバ
ックグランドレベルをバックグランドレベル信号Ｓｂと
して、ＣＰＵ３に対して出力する。

【００４３】以上説明したように、本実施例の内燃機関
制御装置１は、ピークホールド回路５から出力されるピ
ーク値信号Ｓｐおよびバックグランドレベル検出装置１
１からそれぞれ出力されるバックグランドレベル信号Ｓ
ｂに基づき、中央演算処理装置３（ＣＰＵ）がノッキン
グ検出処理を実行することでノッキング検出を行う。

【００４４】ここで、単電源構成の直流電源装置を用い
て半波整流を行った場合、両電源構成の直流電源装置を
用いて全波整流を行った場合、単電源構成の直流電源装
置を用いて本実施例のバックグランドレベル検出装置に
より全波整流を行った場合の３パターンについて、整流
波形を比較するために実施した測定の測定結果を図４に
示す。また、図４では、整流波形に加えて、予め定めら
れた一定期間における整流波形の平均値である移動平均
値を示す。

【００４５】まず、単電源構成の直流電源装置を用いて
半波整流を行った場合の測定結果を図４（ａ）に示す。
図４（ａ）では、整流波形が、グランド電位（０
［Ｖ］、図４ではＧＮＤと表す）で一定となる期間が存
在しており、この期間の整流波形に基づき算出される移
動平均の値が小さい値となることが判る。このため、単
電源構成の直流電源装置を用いて半波整流を行った場合
には、入力される信号の信号レベルを正確に検出するこ
とが難しいことが判る。

【００４６】次に、両電源構成の直流電源装置を用いて
全波整流を行った場合の測定結果を図４（ｂ）に示す。
図４（ｂ）では、整流波形が、グランド電位で一定とな
る期間は無く、移動平均の値が急激に低下して波形が大
きく変化する事がない。このことから、両電源構成の直
流電源装置を用いて全波整流を行った場合には、入力さ
れる信号の信号レベルを、信号の変化に応じて正確に検
出できることが判る。

【００４７】さらに、単電源構成の直流電源装置を用い
て本実施例のバックグランドレベル検出装置により全波
整流を行った場合の測定結果を図４（ｃ）に示す。図４
（ｃ）では、整流波形が、グランド電位で一定となる期
間は無く、また、移動平均の値が急激に低下して波形が
大きく変動する事がない。つまり、図４（ｃ）に示す波
形は、図４（ｂ）に示す波形とほぼ同様の波形を示すこ
ととなる。したがって、単電源構成の直流電源装置を用
いて本実施例のバックグランドレベル検出装置により全
波整流を行った場合には、入力される信号の信号レベル
を、信号の変化に応じて正確に検出することができるこ
とが判る。

【００４８】なお、図４（ｃ）においては、オフセット
電位ＢＬを単に「オフセット」と記載しており、整流波
形がオフセット電位ＢＬよりも低電位となる期間は存在
しないことが判る。この測定結果から、本実施例のバッ
クグランドレベル検出装置１１は、プラグ座金型圧力セ
ンサＧＰＳが出力する筒内圧信号Ｓｉからバックグラン
ド信号を抽出し、抽出したバックグランド信号の信号レ
ベル（バックグランドレベル）を精度良く検出すること
ができる。つまり、本実施例のバックグランドレベル検
出装置１１を用いることで、直流電源装置を単電源構成
として低コストに構成する場合でも、バックグランドレ
ベルの検出精度が低下するのを防ぐことができる。

【００４９】また、このようなバックグランドレベル検
出装置１１を備えた内燃機関制御装置は、プラグ座金型
圧力センサＧＰＳが出力する筒内圧信号Ｓｉから抽出し
た振動周波数成分からバックグランドレベルを差し引く
ことで、多くのノイズ成分を除去することができ、ノッ
キング信号を精度良く検出することができる。

【００５０】よって、本実施例の内燃機関制御装置によ
れば、単電源構成の直流電源装置を使用して、直流電源
装置を低コストに構成する場合でも、精度良くノッキン
グ信号を検出することができ、ノッキングの検出精度を
向上させることができる。以上、本発明の実施例につい
て説明したが、本発明は、上記実施例に限定されること
はなく、種々の態様をとることができる。

【００５１】例えば、ノッキング検出に用いるセンサ
は、プラグ座金型圧力センサに限ることはなく、筒内圧
の変動を直接検出できる圧電型センサを用いても良く、
また、ノッキングにより発生する機械的振動を検出する
圧電型センサであるノックセンサであっても良い。な
お、ノックセンサを使用する場合には、バックグランド
検出装置を構成する電圧変換処理部については、演算増
幅器及び帰還コンデンサから構成する必要はなく、抵抗
素子よりなる構成としてもよい。

【００５２】さらに、直流電源装置が出力する電源電圧
は、５［Ｖ］に限定されることはなく、５［Ｖ］以外の
電源電圧を出力する直流電源装置を用いることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のバックグランドレベル検出装置を備
えた内燃機関制御装置の構成図である。

【図２】 実施例のバックグランドレベル検出装置の回
路図である。

【図３】 （ａ）は、実施例のバックグランドレベル検
出装置におけるフィルタ処理後の信号波形であり、
（ｂ）は、実施例のバックグランドレベル検出装置にお
ける全波整流処理後の信号波形である。

【図４】 整流波形を比較するために実施した測定の測
定結果である。

【符号の説明】

１…内燃機関制御装置、３…中央演算処理装置（ＣＰ
Ｕ）、５…ピークホールド回路、７・・・フィルタ処理
部、１１…バックグランドレベル検出装置、１３…電圧
変換処理部、１５…ハイパスフィルタ処理部、１７…ロ
ーパスフィルタ処理部、１９…全波整流処理部、ＧＰＳ
…プラグ座金型圧力センサ、ＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３，
ＩＣ４，ＩＣ５…演算増幅器、ＶＭＭ…オフセット電位
ライン。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｈ 11/08 Ｇ０１Ｈ 11/08 Ｚ (72)発明者 松井 正好 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA23 BB12 CC14 DD20 EE23 FF11 GG44 2G064 AB01 AC02 AC13 AC48 CC02 CC54 3G019 AC08 FA08 GA14 KA28 KD17 KD20 3G084 BA16 CA04 DA13 DA20 DA38 EA01 FA25

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関に備えられた圧電型センサの出
   力から特定周波数成分の信号を検出する際に、該出力に
   重畳されるノイズ成分のうち前記特定周波数成分と同じ
   周波数帯域の信号レベルであるバックグランドレベルを
   検出するバックグランドレベル検出装置であって、 前記圧電型センサからの出力を電圧信号に変換する電圧
   変換処理部と、 前記電圧信号から前記特定周波数成分の信号を抽出する
   フィルタ処理部と、 前記特定周波数成分の信号を全波整流する全波整流処理
   部とから構成される一方、 前記フィルタ処理部および前記全波整流処理部は、それ
   ぞれ少なくとも演算増幅器を備えており、 該演算増幅器は、直流電源装置からの電源電圧を受電す
   る一対の端子のうち、第１端子に前記直流電源装置の正
   極電位が印加され、第２端子に前記直流電源装置の負極
   電位が印加されることで前記電源電圧が供給されている
   と共に、 前記フィルタ処理部および前記全波整流処理部における
   基準電位が、前記直流電源装置の正極電位と負極電位と
   の中間電位であるオフセット電位に設定され、 前記フィルタ処理部および前記全波整流処理部のそれぞ
   れの前記演算増幅器に入力される信号が、前記オフセッ
   ト電位を中心に、該演算増幅器の前記第１端子に印加さ
   れる電位から前記第２端子に印加される電位までの範囲
   内で出力されること、 を特徴とするバックグランドレベル検出装置。
2. 【請求項２】 前記電圧変換処理部は、第２演算増幅器
   と、該第２演算増幅器の反転入力端子と出力端子とを接
   続する帰還コンデンサとを備え、 該第２演算増幅器は、前記直流電源装置における前記電
   源電圧の供給により駆動されており、前記第２演算増幅
   器の非反転入力端子に設定される基準電位が、前記オフ
   セット電位に設定される一方、前記反転入力端子が前記
   圧電型センサと接続されていること、 を特徴とする請求項１に記載のバックグランドレベル検
   出装置。
3. 【請求項３】 前記圧電型センサは、圧電素子を内蔵す
   る形で構成されると共に、内燃機関に装着される点火プ
   ラグの取り付け座に設けられ、該点火プラグの締め付け
   荷重の変化を検出することで内燃機関の筒内圧を検出す
   るためのプラグ座金型圧力センサであること、 を特徴とする請求項２に記載のバックグランドレベル検
   出装置。