JP5943794B2 - Ion current detection circuit - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載された内燃機関の気筒におけるノッキングを検知する目的で、燃料の燃焼の際に点火プラグの電極を流れるイオン電流を検出するための回路に関する。   The present invention relates to a circuit for detecting an ionic current flowing through an electrode of a spark plug during combustion of fuel for the purpose of detecting knocking in a cylinder of an internal combustion engine mounted on a vehicle.

内燃機関の気筒での燃料の燃焼状態を推測する手法の一として、燃焼の際に点火プラグの電極を流れるイオン電流を参照することが知られている。イオン電流を基に気筒におけるノッキングを感知するためには、イオン電流検出用の回路を介して計測されるイオン電流信号を、ノッキングに起因して生じる信号の周波数成分のみを通過させるバンドバスフィルタに入力し、当該フィルタから出力される信号を判断材料とする（例えば、下記特許文献を参照）。   As a technique for estimating the combustion state of fuel in a cylinder of an internal combustion engine, it is known to refer to an ionic current flowing through an electrode of a spark plug during combustion. In order to detect knocking in the cylinder based on the ionic current, the band current filter that passes only the frequency component of the signal generated due to the knocking of the ionic current signal measured through the circuit for detecting the ionic current is used. An input signal and a signal output from the filter are used as judgment materials (for example, refer to the following patent document).

特開平０９−２２８９４１号公報JP 09-228941 A

一般に、自動車等では、内燃機関が出力する駆動力の一部を利用してオルタネータを回転させ、発電した電力をバッテリに充電するとともに、運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）や車体に実装されている照明灯、各種のモータ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム等といった種々の電気負荷（電装系）に供給している。   In general, in an automobile or the like, the alternator is rotated by using a part of the driving force output from the internal combustion engine, and the generated electric power is charged in a battery and mounted on an ECU (Electronic Control Unit) that controls operation and a vehicle body. It is supplied to various electrical loads (electrical systems) such as lighting lamps, various motors, audio equipment, car navigation systems, etc.

オルタネータが発電を行っている間は、イオン電流検出用の回路に周期信号が誘導され、これがノイズとしてイオン電流信号に混入する。このノイズは、ノッキングに起因して発生する信号と同じ周波数帯に成分を持つため、イオン電流信号検出用の回路を介して計測される電流信号にバンドパスフィルタ処理を施しても、十分に除去することはできない。信号にノイズが多く残存していると、気筒においてノッキングが起こっていないにもかかわらず、ノッキングがあったものと誤判定するおそれがある。   While the alternator is generating power, a periodic signal is induced in the circuit for detecting the ionic current, and this is mixed into the ionic current signal as noise. Since this noise has a component in the same frequency band as the signal generated due to knocking, it is sufficiently removed even if the current signal measured via the circuit for detecting the ionic current signal is subjected to bandpass filtering. I can't do it. If a lot of noise remains in the signal, there is a risk of erroneous determination that knocking has occurred even though knocking has not occurred in the cylinder.

本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであって、イオン電流信号を参照したノック判定の精度の一層の向上を図ることを所期の目的としている。   The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problem for the first time, and aims to further improve the accuracy of knock determination with reference to an ion current signal.

本発明では、車両に搭載された内燃機関の気筒におけるノッキングを検知する目的で、燃料の燃焼の際に点火プラグの電極を流れるイオン電流を検出するための回路において、点火コイルの一次側コイルが存在する一次側回路に、ノッキングに起因して発生する信号と同じ周波数帯の成分を減衰させまたは遮断するフィルタを設けていることを特徴とするイオン電流検出用回路を構成した。これにより、オルタネータの作動に起因して点火コイルに誘導され、イオン電流信号に混入する周期的なノイズを低減ないし除去できる。   In the present invention, in a circuit for detecting an ionic current flowing through an electrode of a spark plug during combustion of fuel for the purpose of detecting knocking in a cylinder of an internal combustion engine mounted on a vehicle, the primary side coil of the ignition coil is An ion current detection circuit is characterized in that a filter for attenuating or blocking a component in the same frequency band as a signal generated due to knocking is provided in an existing primary side circuit. Thereby, it is possible to reduce or eliminate periodic noise induced in the ignition coil due to the operation of the alternator and mixed in the ion current signal.

本発明によれば、イオン電流信号を参照したノック判定の精度がより一層向上する。   According to the present invention, the accuracy of knock determination with reference to the ion current signal is further improved.

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the internal combustion engine in one Embodiment of this invention. 本実施形態のイオン電流検出用回路を示す図。The figure which shows the circuit for ion current detection of this embodiment. 内燃機関の気筒におけるイオン電流及び燃焼圧のそれぞれの推移を示す図。The figure which shows each transition of the ionic current and combustion pressure in the cylinder of an internal combustion engine. 内燃機関の気筒においてノッキングを引き起こしたときのイオン電流の推移を示す図。The figure which shows transition of the ion current when knocking is caused in the cylinder of the internal combustion engine. 同実施形態におけるノッキング判定装置の機能ブロック図。The functional block diagram of the knock determination apparatus in the embodiment. イオン電流信号をフィルタ処理して得られる信号を例示する図。The figure which illustrates the signal obtained by filtering an ionic current signal. イオン電流信号をフィルタ処理して得られる信号を例示する図。The figure which illustrates the signal obtained by filtering an ionic current signal. 同実施形態のイオン電流検出用回路の要素であるフィルタ回路の一例を示す図。The figure which shows an example of the filter circuit which is an element of the circuit for ion current detection of the embodiment.

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition gasoline engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided. A spark plug 12 is attached to the ceiling of the combustion chamber of each cylinder 1.

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。   The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an air cleaner 31, an electronic throttle valve 32, a surge tank 33, and an intake manifold 34 are arranged in this order from the upstream.

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。   The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-way catalyst 41 are disposed on the exhaust passage 4.

図２に、各気筒１の火花点火装置の電気回路を示す。なお、この電気回路は、イオン電流を検出するための検出回路を兼ねている。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。   FIG. 2 shows an electric circuit of the spark ignition device of each cylinder 1. This electric circuit also serves as a detection circuit for detecting an ionic current. The spark plug 12 receives spark voltage generated by the ignition coil 14 and causes spark discharge between the center electrode and the ground electrode. The ignition coil 14 is integrally incorporated in a coil case together with an igniter 13 that is a semiconductor switching element.

一次側回路においては、車載のバッテリ１８、点火コイル１４の一次側コイル及びイグナイタ１３が直列に接続している。ＥＣＵ０からの点火信号ｉをイグナイタ１３が受けると、まずイグナイタ１３が点弧して点火コイル１４の一次側に電流が流れ、その直後の点火のタイミングでイグナイタ１３が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。   In the primary circuit, the vehicle-mounted battery 18, the primary coil of the ignition coil 14, and the igniter 13 are connected in series. When the igniter 13 receives the ignition signal i from the ECU 0, the igniter 13 is first ignited and a current flows to the primary side of the ignition coil 14, and the igniter 13 is extinguished at the timing of ignition immediately after that to interrupt the current. Is done. Then, a self-induction action occurs, and a high voltage is generated on the primary side. Since the primary side and the secondary side share the magnetic circuit and the magnetic flux, a higher induced voltage is generated on the secondary side.

二次側回路においては、点火コイル１４の二次側コイル及び点火プラグ１２の中心電極が直接に接続している。点火コイル１４の二次側コイルに発生した高い誘導電圧は点火プラグ１２の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起する。   In the secondary circuit, the secondary coil of the ignition coil 14 and the center electrode of the spark plug 12 are directly connected. The high induced voltage generated in the secondary coil of the ignition coil 14 is applied to the center electrode of the spark plug 12 and causes a spark discharge between the center electrode and the ground electrode.

バッテリ１８が蓄える電力は、オルタネータにより発電される。周知の通り、自動車では、内燃機関が出力する駆動力の一部を利用してオルタネータを回転させ、発電した電力をバッテリ１８に充電するとともに、各種の電気負荷に供給している。   The electric power stored in the battery 18 is generated by an alternator. As is well known, in an automobile, an alternator is rotated using a part of driving force output from an internal combustion engine, and the generated power is charged to the battery 18 and supplied to various electric loads.

オルタネータが発電し出力する電圧の大きさは、レギュレータ（図示せず）を介して制御される。レギュレータは、オルタネータに付帯するＩＣ式の既知のものである。オルタネータの発電電圧、即ちステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイルを流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比、即ちｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータは、ＥＣＵ０からオルタネータの発電電圧を指令する信号ｌを受け付け、その指令された発電電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。   The magnitude of the voltage generated and output by the alternator is controlled via a regulator (not shown). The regulator is a known IC type attached to the alternator. The power generation voltage of the alternator, that is, the voltage induced in the stator coil, increases in proportion to the DUTY ratio of the field current flowing through the field coil, that is, fDUTY. The regulator receives a signal l for instructing the power generation voltage of the alternator from the ECU 0, and performs PWM control for adjusting fDUTY so as to realize the instructed power generation voltage.

本実施形態にあって、ＥＣＵ０は、図２に示しているイオン電流検出用回路を介して、燃料の爆発燃焼の際に気筒１の燃焼室内に発生するイオン電流を検出する。そして、これを参照して、各気筒１におけるノッキングの有無の判定を行う。   In this embodiment, the ECU 0 detects an ionic current generated in the combustion chamber of the cylinder 1 during the explosion combustion of the fuel via the ionic current detection circuit shown in FIG. And with reference to this, the presence or absence of knocking in each cylinder 1 is determined.

本実施形態のイオン電流検出用回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部１５と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部１６と、オルタネータの作動に起因して混入するノイズＰを低減せしめるためのフィルタ１７とを備える。   The ion current detection circuit of the present embodiment includes a bias power supply unit 15 for effectively detecting an ion current, an amplification unit 16 that amplifies and outputs a detection voltage corresponding to the magnitude of the ion current, and an alternator operation. And a filter 17 for reducing the noise P mixed due to the above.

バイアス電源部１５は、二次側回路に直列に接続し、気筒１の燃焼室内で燃料が燃焼してイオンが発生するときに、点火プラグ１３の電極にバイアス電圧を印加する。バイアス電源部１５は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ１５１と、キャパシタ１５１の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード１５２と、電流阻止用のダイオード１５３、１５４と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗１５５とを含む。   The bias power supply unit 15 is connected in series to the secondary circuit, and applies a bias voltage to the electrode of the spark plug 13 when fuel is burned in the combustion chamber of the cylinder 1 to generate ions. The bias power supply unit 15 includes a capacitor 151 that stores a bias voltage, a Zener diode 152 for increasing the voltage of the capacitor 151 to a predetermined voltage, current blocking diodes 153 and 154, and a load that outputs a voltage corresponding to the ion current. A resistor 155.

増幅部１６は、二次側回路を流れるイオン電流信号ｈを必要十分な大きさまで増幅した上でＥＣＵ０に提供する。増幅部１６は、オペアンプに代表される電圧増幅器１６１を含む。   The amplifying unit 16 amplifies the ionic current signal h flowing through the secondary circuit to a necessary and sufficient level and provides the amplified signal to the ECU 0. The amplifying unit 16 includes a voltage amplifier 161 typified by an operational amplifier.

並びに、フィルタ１７は、一次側回路に直列に接続し、一次側回路を流れる所定周波数成分のノイズＰを減衰させまたは遮断する。所定周波数成分とは、ノッキングに起因して発生する振動Ｓが属する周波数帯の成分のことである。フィルタ１７、ノイズＰ及び振動Ｓについては、後述する。   In addition, the filter 17 is connected in series to the primary side circuit, and attenuates or blocks the noise P having a predetermined frequency component flowing through the primary side circuit. The predetermined frequency component is a component in a frequency band to which the vibration S generated due to knocking belongs. The filter 17, noise P, and vibration S will be described later.

点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ１５１が充電され、その後キャパシタ１５１に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗１５５にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗１５５の両端間の電圧は、増幅部１６により増幅されて、イオン電流信号ｈとしてＥＣＵ０に受信される。   The capacitor 151 is charged during arc discharge between the center electrode and the ground electrode of the spark plug 12, and then an ion current flows through the load resistor 155 by the bias voltage charged in the capacitor 151. The voltage between both ends of the resistor 155 generated by the flow of the ionic current is amplified by the amplifying unit 16 and received by the ECU 0 as the ionic current signal h.

図３に、正常燃焼における、イオン電流（図中実線で示す）及び気筒１内の燃焼圧力（筒内圧。図中破線で示す）のそれぞれの推移を例示している。イオン電流は、点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。   FIG. 3 illustrates respective transitions of the ionic current (indicated by a solid line in the figure) and the combustion pressure in the cylinder 1 (in-cylinder pressure; indicated by a broken line in the figure) in normal combustion. The ionic current cannot be detected during the discharge for ignition. In the case of normal combustion, the ionic current decreases by a chemical reaction before the compression top dead center after the end of spark ignition, and then increases again by thermal dissociation. In addition, the ionic current reaches a maximum almost simultaneously with the peak of the combustion pressure.

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。   The ECU 0 that controls operation of the internal combustion engine is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、車載バッテリ１８の充電状態を示すバッテリ電圧、バッテリ電流及びバッテリ温度を検出するセンサから出力されるバッテリ信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力される電流信号ｈ等が入力される。   The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal (N signal) b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed, An accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal or the opening of the throttle valve 32 as an accelerator opening (so-called required load), a battery voltage indicating a charging state of the in-vehicle battery 18, a battery current, and A battery signal d output from a sensor for detecting battery temperature, an intake air temperature / intake pressure signal e output from a temperature / pressure sensor for detecting intake air temperature and intake pressure in the intake passage 3 (particularly, the surge tank 33), Cooling water temperature signal f output from a water temperature sensor for detecting the cooling water temperature of the engine, intake camshaft or exhaust Cam angle signal (G signal) g output from the cam angle sensor at a plurality of camshafts of the shaft, current signal h output from a circuit for detecting ion current generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber, etc. Is entered.

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、レギュレータに対して発電電圧指令信号ｌ等を出力する。   From the output interface, the ignition signal i for the igniter 13 of the spark plug 12, the fuel injection signal j for the injector 11, the opening operation signal k for the throttle valve 32, the generated voltage command signal l for the regulator, etc. Is output.

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射時期（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火時期といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。   The processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in the memory in advance, calculates operation parameters, and controls the operation of the internal combustion engine. The ECU 0 acquires various information a, b, c, d, e, f, g, and h necessary for operation control of the internal combustion engine via the input interface, knows the engine speed, and is filled in the cylinder 1. Estimate the intake volume. Based on the engine speed, the intake air amount, and the like, various operating parameters such as required fuel injection amount, fuel injection timing (including the number of times of fuel injection for one combustion), fuel injection pressure, and ignition timing are determined. As the operation parameter determination method itself, a known method can be adopted. The ECU 0 applies various control signals i, j, k, and l corresponding to the operation parameters via the output interface.

以降、イオン電流信号ｈを参照したノック判定に関して詳述する。   Hereinafter, the knock determination with reference to the ion current signal h will be described in detail.

図４に、気筒１での燃料の燃焼中にノッキングが起こった場合の、イオン電流の推移を例示する。ノッキングが引き起こされるとき、気筒１の燃焼室内では燃焼速度の速い、激しい燃焼が生じている。それ故、図３に示した正常燃焼の場合と比較して、イオン電流が早期にピークを迎える。さらに、イオン電流信号ｈの波形に、ノッキングに起因して発生する振動Ｓが重畳される。   FIG. 4 illustrates the transition of ion current when knocking occurs during combustion of fuel in the cylinder 1. When knocking is caused, intense combustion occurs at a high combustion speed in the combustion chamber of the cylinder 1. Therefore, as compared with the case of normal combustion shown in FIG. Further, the vibration S generated due to knocking is superimposed on the waveform of the ion current signal h.

因みに、図４に示しているイオン電流信号ｈの例では、ノッキングに起因した信号Ｓに加えて、スパイク状のノイズＮが重畳されている。後述するオルタネータの作動に起因したノイズＰとは異なり、このスパイクノイズＮは瞬間的なものである。スパイクノイズＮの発生期間は、ノッキングによる振動Ｓの発生期間と比較しても短い。スパイクノイズＮの原因は、電子スロットルバルブ３２等を駆動するモータの作動、半導体スイッチ素子のスイッチング動作、リレースイッチのＯＮ／ＯＦＦ切換等、様々である。   Incidentally, in the example of the ion current signal h shown in FIG. 4, in addition to the signal S caused by knocking, spike-like noise N is superimposed. Unlike the noise P caused by the operation of the alternator described later, this spike noise N is instantaneous. The generation period of spike noise N is shorter than the generation period of vibration S due to knocking. The causes of spike noise N are various, such as operation of a motor that drives the electronic throttle valve 32 and the like, switching operation of a semiconductor switch element, ON / OFF switching of a relay switch, and the like.

図５は、ノック判定を行うＥＣＵ０の機能ブロック図である。本実施形態では、各部５１、５２、５３、５４の機能を、ＥＣＵ０が解釈し実行するプログラム、つまりはソフトウェアとして実装している。尤も、各部５１、５２、５３、５４の機能の一部または全部を、アナログ回路や論理回路等のハードウェアとして実装することも可能である。   FIG. 5 is a functional block diagram of the ECU 0 that performs knock determination. In the present embodiment, the functions of the units 51, 52, 53, and 54 are implemented as programs that are interpreted and executed by the ECU 0, that is, software. However, part or all of the functions of the units 51, 52, 53, and 54 can be implemented as hardware such as an analog circuit or a logic circuit.

気筒１におけるノッキングの有無を判定するにあたり、ＥＣＵ０は、気筒１の点火プラグ１２の電極を流れるイオン電流信号ｈを、イオン電流検出用の回路を介してサンプリング５１する。サンプリングレートは、例えば５０ｋＨｚとする。量子化ビット数（電圧分解能）は、例えば１２ビットとする。即ち、増幅部１６にて増幅された検出電圧（最大振幅５Ｖ）を、２12段階で数値化する。 In determining whether or not the cylinder 1 is knocked, the ECU 0 samples 51 the ion current signal h flowing through the electrode of the spark plug 12 of the cylinder 1 via the circuit for detecting the ion current. The sampling rate is 50 kHz, for example. The number of quantization bits (voltage resolution) is, for example, 12 bits. That is, the detection voltage (maximum amplitude 5 V) amplified by the amplifying unit 16 is digitized in 2 12 steps.

ＥＣＵ０は、サンプリング５１したイオン電流信号ｈを、ノッキングに起因して発生する信号Ｓが持つ周波数成分を通過させるバンドパスフィルタ５２に入力する。バンドパスフィルタ５２は、ノッキングに起因した信号Ｓ以外の成分を低減させるためのフィルタであって、例えば７ｋＨｚないし１１．５ｋＨｚの周波数成分を通過させる。なお、バンドパスフィルタ５２に入力してフィルタ処理した信号に、なまし処理（移動平均をとる、一次のローパスフィルタに入力する、等）を加えてもよいが、必須ではない。   The ECU 0 inputs the sampled ion current signal h to the band-pass filter 52 that passes the frequency component of the signal S generated due to knocking. The bandpass filter 52 is a filter for reducing components other than the signal S caused by knocking, and passes a frequency component of, for example, 7 kHz to 11.5 kHz. Note that a smoothing process (taking a moving average, inputting to a first-order low-pass filter, etc.) may be added to the signal input to the band-pass filter 52 and filtered, but this is not essential.

ここで、オルタネータの作動に起因して混入するノイズＰ、及びイオン電流検出用回路におけるフィルタ１７の役割について述べる。図６は、本実施形態のイオン電流検出用回路を介して取得５１した電流信号ｈを、バンドパスフィルタ５２に入力して処理した結果得られる信号の例を示している。   Here, the role of the filter 17 in the noise P and the ion current detection circuit mixed due to the operation of the alternator will be described. FIG. 6 shows an example of a signal obtained as a result of processing the current signal h acquired 51 via the ion current detection circuit of the present embodiment by inputting it into the band-pass filter 52.

翻って、図７は、一次側回路にフィルタ１７を設けていない検出用回路を介して取得５１した電流信号ｈを、フィルタ５２に入力して処理した結果得られる信号の例である。図６と異なり、この信号には、ノッキングに起因して発生する信号Ｓの成分の他に、周期信号の如きノイズＰが重畳されている。   In contrast, FIG. 7 shows an example of a signal obtained as a result of processing the current signal h acquired 51 via the detection circuit in which the filter 17 is not provided in the primary circuit by inputting it into the filter 52. Unlike FIG. 6, noise P such as a periodic signal is superimposed on this signal in addition to the component of the signal S generated due to knocking.

オルタネータが発電する交流の電流を直流に変換してバッテリ１８及び電気負荷に供給する都合上、その直流電流にはリップルが含まれている。このリップルは、イオン電流検出用の回路が接続している点火コイル１４の周辺の磁界を変動させ、点火コイル１４に周期的なノイズＰを誘導する。一次側コイルに誘導されたノイズＰは、二次側コイルにおいて増幅されて二次側回路を流れるため、（フィルタ５２処理後の）イオン電流信号ｈの信号対雑音比を顕著に悪化させる。   For the convenience of converting the alternating current generated by the alternator into direct current and supplying it to the battery 18 and the electric load, the direct current includes a ripple. This ripple fluctuates the magnetic field around the ignition coil 14 connected to the circuit for detecting the ionic current, and induces periodic noise P in the ignition coil 14. Since the noise P induced in the primary coil is amplified in the secondary coil and flows through the secondary circuit, the signal-to-noise ratio of the ion current signal h (after the processing of the filter 52) is significantly deteriorated.

オルタネータの作動に起因したノイズＰの波形、振幅及び周波数は、エンジン回転数（即ち、オルタネータの回転数）及びｆＤＵＴＹ（即ち、オルタネータの発電電圧）に応じて変化する。ノイズＰは、ノッキングに起因して発生する信号Ｓと同じ周波数帯に成分を持つこととなるから、電流信号ｈをバンドパスフィルタ５２処理しても十分には除去できない。ノイズＰの強度は、エンジン回転数が高いほど大きくなり、またｆＤＵＴＹが高いほど大きくなる。ｆＤＵＴＹが５０％を超えると、オルタネータから電装系の回路に流れる電流が巨大となり、ノイズＰも甚大となる。   The waveform, amplitude, and frequency of the noise P resulting from the operation of the alternator vary depending on the engine speed (that is, the speed of the alternator) and fDUTY (that is, the generated voltage of the alternator). Since the noise P has a component in the same frequency band as the signal S generated due to knocking, even if the current signal h is processed by the band-pass filter 52, it cannot be sufficiently removed. The intensity of the noise P increases as the engine speed increases, and increases as fDUTY increases. If fDUTY exceeds 50%, the current flowing from the alternator to the electrical circuit becomes enormous, and the noise P becomes enormous.

このようなノイズＰの成分を予め除去し、ＥＣＵ０が受信するイオン電流信号ｈに混入させないようにするため、本実施形態のイオン電流検出用回路では、一次側回路にバンドストップフィルタ１７を設けている。バンドストップフィルタ１７は、一次側回路を流れる電流に含まれる、振動Ｓと同じ周波数帯に属する周波数成分を減衰させまたは遮断する性能を有するものとする。即ち、バンドパスフィルタ５２とは真逆の性質である。フィルタ１７は、例えば、少なくとも７ｋＨｚないし１１．５ｋＨｚの周波数成分を十分に減衰させるフィルタ、特にノッチフィルタとする。   In order to remove such a noise P component in advance and prevent it from being mixed into the ionic current signal h received by the ECU 0, the ionic current detection circuit of this embodiment is provided with a band stop filter 17 in the primary circuit. Yes. The band stop filter 17 is assumed to have a performance of attenuating or blocking a frequency component belonging to the same frequency band as the vibration S included in the current flowing through the primary side circuit. That is, the nature is the opposite of that of the bandpass filter 52. The filter 17 is, for example, a filter, particularly a notch filter, that sufficiently attenuates a frequency component of at least 7 kHz to 11.5 kHz.

図８に、イオン電流検出用回路の一次側回路に接続するフィルタ回路１７の一例を示している。このフィルタ１７は、いわゆるツインＴ型のノッチフィルタであり、完全に遮断される（出力が０となる）ノッチ周波数ｆn＝（２πＣＲ）-1である。このノッチ周波数ｆnが７ｋＨｚないし１１．５ｋＨｚの範囲内の値となるよう、回路素子のパラメータを決定すればよい。 FIG. 8 shows an example of the filter circuit 17 connected to the primary circuit of the ion current detection circuit. This filter 17 is a so-called twin T-type notch filter, and is notched frequency f n = (2πCR) −1 that is completely cut off (output becomes 0). The parameters of the circuit elements may be determined so that the notch frequency f n becomes a value within the range of 7 kHz to 11.5 kHz.

フィルタ１７の存在により、オルタネータの作動に起因して点火コイル１４（の一次側コイル）に誘導されるノイズＰのうち、ノッキングに起因した振動Ｓと同じ周波数帯に属する成分が低減される。従って、イオン電流検出用回路を介してＥＣＵ０が受信するイオン電流信号ｈに当該ノイズＰの成分が含まれなくなり、図６に示しているような、周期的なノイズＰが重畳されていない、ノッキングに起因した振動Ｓのみを抽出した信号を得ることが可能となる。   Due to the presence of the filter 17, a component belonging to the same frequency band as the vibration S caused by knocking is reduced in the noise P induced in the ignition coil 14 (primary coil) due to the operation of the alternator. Therefore, the noise P component is not included in the ion current signal h received by the ECU 0 via the ion current detection circuit, and the periodic noise P as shown in FIG. 6 is not superimposed. It is possible to obtain a signal obtained by extracting only the vibration S caused by the above.

しかして、ＥＣＵ０は、バンドパスフィルタ５２で処理した後の信号を時間積分５３する。換言すれば、サンプリング値の時系列を積算する。時間積分５３によって得た積算値は、イオン電流信号ｈに重畳する、ノッキングに起因して発生する振動Ｓが属する周波数帯の成分の量を示す値となる。   Thus, the ECU 0 performs time integration 53 on the signal after processing by the band pass filter 52. In other words, the time series of sampling values are integrated. The integrated value obtained by the time integration 53 is a value indicating the amount of the component in the frequency band to which the vibration S generated due to knocking is superimposed, which is superimposed on the ion current signal h.

その後、ＥＣＵ０は、上記の積算値をノック判定値と比較５４する。前者が後者を下回ったならば、当該気筒１にてノッキングは起こらなかったものと判定する。逆に、積算値がノック判定値以上であるならば、当該気筒１にてノッキングが起こったものと判定する。   Thereafter, the ECU 0 compares 54 the above integrated value with the knock determination value. If the former falls below the latter, it is determined that knocking has not occurred in the cylinder 1. Conversely, if the integrated value is equal to or greater than the knock determination value, it is determined that knocking has occurred in the cylinder 1.

ＥＣＵ０は、内燃機関の気筒１においてノッキングが起こらなくなるまで点火時期を遅角させる一方、ノッキングが起こらない限りは点火時期を進角させて出力及び燃費の向上を図る。このノック判定及び点火時期の遅角／進角補正は、各気筒１毎に個別に行うことができる。   The ECU 0 retards the ignition timing until knocking does not occur in the cylinder 1 of the internal combustion engine. On the other hand, as long as knocking does not occur, the ECU 0 advances the ignition timing to improve output and fuel consumption. The knock determination and the retard / advance correction of the ignition timing can be performed individually for each cylinder 1.

本実施形態では、車両に搭載された内燃機関の気筒１におけるノッキングを検知する目的で、燃料の燃焼の際に点火プラグ１２の電極を流れるイオン電流を検出するための回路において、点火コイル１４の一次側コイルが存在する一次側回路に、ノッキングに起因して発生する信号Ｓと同じ周波数帯の成分を減衰させまたは遮断するフィルタ１７を設けていることを特徴とするイオン電流検出用回路を構成した。   In the present embodiment, in the circuit for detecting the ionic current flowing through the electrode of the spark plug 12 during the combustion of fuel for the purpose of detecting knocking in the cylinder 1 of the internal combustion engine mounted on the vehicle, An ion current detection circuit comprising a filter 17 for attenuating or blocking a component in the same frequency band as the signal S generated due to knocking is provided in a primary side circuit in which a primary side coil exists did.

本実施形態によれば、オルタネータの作動に起因してイオン電流信号ｈに混入する周期的なノイズＰを低減ないし除去でき、気筒１においてノッキングが起こっていないにもかかわらずノッキングが起こったと誤判定するおそれが低下する。混合気への点火時期を不必要に遅角化せずに済むことから、機関の出力の上昇及び燃費の向上に資する。   According to the present embodiment, the periodic noise P mixed in the ion current signal h due to the operation of the alternator can be reduced or eliminated, and it is erroneously determined that knocking has occurred in the cylinder 1 even though knocking has not occurred. The risk of doing so decreases. Since it is not necessary to retard the ignition timing of the air-fuel mixture unnecessarily, it contributes to an increase in engine output and fuel consumption.

また、本実施形態のノック判定の手法は、小さな容積のエンジンルームを持つスモールカーに好適であると言える。内燃機関の気筒１（及び、イオン電流検出用回路）からオルタネータを遠く引き離せば、イオン電流信号ｈに混入するノイズＰも弱まるが、気筒１とオルタネータとの距離を大きくとればこれらが占有するスペースが巨大となる。本実施形態によれば、気筒１からオルタネータを遠く引き離すことなく、ノック判定の精度、信頼性を向上させることが可能である。   Moreover, it can be said that the knock determination method of the present embodiment is suitable for a small car having a small engine room. If the alternator is moved away from the cylinder 1 (and the ionic current detection circuit) of the internal combustion engine, the noise P mixed in the ionic current signal h will be weakened. However, if the distance between the cylinder 1 and the alternator is increased, they will be occupied. Space becomes huge. According to this embodiment, it is possible to improve the accuracy and reliability of knock determination without separating the alternator from the cylinder 1 far away.

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、フィルタ回路１７は、ノッチフィルタには限定されない。   The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, the filter circuit 17 is not limited to a notch filter.

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   In addition, the specific configuration of each unit, the processing procedure, and the like can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。   The present invention can be applied to control of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.

１…気筒
１２…点火プラグ
１４…点火コイル
１７…フィルタ
ｈ…電流信号
Ｓ…ノッキングに起因して発生する信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 12 ... Spark plug 14 ... Ignition coil 17 ... Filter h ... Current signal S ... Signal generated due to knocking

Claims (1)

車両に搭載された内燃機関の気筒におけるノッキングを検知する目的で、燃料の燃焼の際に点火プラグの電極を流れるイオン電流を検出するための回路において、
点火コイルの一次側コイルが存在する一次側回路に、ノッキングに起因して発生する信号と同じ周波数帯の成分を減衰させまたは遮断するフィルタを設けていることを特徴とするイオン電流検出用回路。 For the purpose of detecting knocking in a cylinder of an internal combustion engine mounted on a vehicle, in a circuit for detecting an ionic current flowing through an electrode of a spark plug during fuel combustion,
An ion current detection circuit comprising a filter for attenuating or blocking a component in the same frequency band as a signal generated due to knocking in a primary side circuit in which a primary side coil of an ignition coil exists.
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