JPH10252633A - 内燃機関用のイオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路の簡略化及び小型化を行ってコストの低
減を図ることができ、リンギングによるノッキング状態
の誤検出のないイオン電流検出装置を得る。 【解決手段】 イオン電流検出装置において、点火プラ
グにイオン電流検出用電圧を印加する検出用電圧発生部
と、イオン電流を電圧に変換するイオン電流−電圧変換
部と、イオン電流−電圧変換部で変換された信号から特
定周波数領域の交流成分を検出するフィルタ部と、イオ
ン電流が所定の閾値を超えると検出信号を出力するイオ
ン電流閾値検出部と、フィルタ部のフィルタ特性を制御
するフィルタ特性制御部とを備え、フィルタ特性制御部
は、検出信号が出力されると、フィルタ部に対して、所
定の時間迄は特定周波数領域の交流成分の検出能力を低
下させ、所定の時間後は特定周波数領域の交流成分の検
出能力を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼に
よって生じる燃焼ガスの電離をイオン電流として検出
し、その燃焼状態を検出するイオン電流検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】点火式内燃機関（以下、単にエンジンと
いう）では、燃焼室（以下、シリンダと呼ぶ）内に導入
する空気と燃料の混合気をピストンで圧縮し、点火プラ
グで点火して燃焼させ動力を取り出している。エンジン
の出力とシリンダ位置に対する点火時期は、密接な関係
を有しており、一般には、点火時期を早くすると高出力
が得られるが、早くしすぎるとノッキングと呼ばれる異
常燃焼状態を発生して、エンジンの破壊を引き起こす可
能性がある。従って、従来から、エンジンに振動を検出
するセンサ（以下、振動センサと呼ぶ）を設け、この振
動センサで検出した信号からノッキングの発生を判定し
て点火時期を遅らせ、ノッキングの発生限界レベルで高
出力が得られるように制御している。

【０００３】しかし、ノッキングはシリンダで発生する
ものであり、複数のシリンダからの振動を振動センサで
検出するには、振動センサの設置位置が振動検出の感度
における重要な要素となる。すべてのシリンダからの振
動が確実に検出でき、かつ吸排気バルブ等、他の振動源
からの振動に影響されない最適な振動センサの設置位置
はエンジン毎に微妙に異なるため、その設置位置設定は
エンジン設計における重要課題となっている。

【０００４】一方、シリンダ内で混合気が燃焼すると、
燃焼ガスが電離（イオン化）するため、これに電圧を印
加すると、イオンの作用で電流が流れる。この電流はイ
オン電流と呼ばれ、シリンダ内の燃焼状態に応じて敏感
に変化するため、イオン電流を検出することにより燃焼
状態を検出するできることが知られている。イオン電流
は、点火直後に急激に増加し短時間でピークに達し、そ
の後緩やかに減少する。ノッキングが発生した場合は、
イオン電流に数キロヘルツの振動成分が重畳する。ノッ
キング検出に必要な信号を抽出するには急激に変動する
イオン電流からノッキングに起因する振動成分のみを抽
出することが不可欠である。

【０００５】イオン電流は、点火による燃焼ガスの電離
作用により発生するものであるため、点火状態やエンジ
ン回転数により変化し、その継続時間は数msec〜十数ms
ecである。また、イオン電流に重畳するノッキング振動
成分は、イオン電流の発生後、数百μsec後から生じ、
特にイオン電流継続期間の前期に大きい。従って、イオ
ン電流に重畳するノッキング振動成分を出する場合は、
イオン電流発生からいかに早く検出できるようにするか
が重要である。また、イオン電流は電流が極めて小さい
状態から急激に増加する性質をもつため、高周波成分を
カットするなどの波形を鈍らせる処置をせずに、オペア
ンプなどを用いてフィルタ特性を鋭くしたバンドパスフ
ィルタに入力すると、電流の立上り直後に通過周波数近
辺の周波数でリンギングが発生する。このリンギングは
バンドパスフィルタの周波数特性が鋭いほど生じやす
く、かつその減衰に要する時間も長くなるので特に注意
が必要である。

【０００６】リンギングが発生している間は、ノッキン
グに起因するイオン電流の振動成分がなくてもバンドパ
スフィルタの出力には見かけ上ノッキング信号が現れる
ため、ノッキングの検出が正確に行えない。このことか
ら、リンギングによる振動がノッキングによる信号の振
幅よりも十分小さくなるまでノッキングの検出はできな
い。この間はノッキングの検出が不可能な期間となる。
このため、リンギングの発生期間をできるだけ短くする
ようなバンドパスフィルタの設定を行うことが考えられ
るが、このようにするとノッキングを検出することがで
きなくなる。

【０００７】本願発明の出願人は、先に特願平７−１６
３８６９号で、点火プラグをイオン電流検出用の電極と
して用いノッキングを検出するシステムを提案してい
る。このノッキング検出装置は、振動センサを用いる場
合に比べて、エンジンごとの機差が少なく、振動検出装
置が不要になる等の特徴をもつ高精度な制御システムを
実現している。図１８は、上記イオン電流検出装置の回
路図である。図１８において、同時着火方式による点火
装置２０１に、イオン電流検出装置２０２が接続されて
いる。イオン電流検出装置２０２は、検出用電圧発生回
路２０３、イオン電流−電圧変換回路２０４、イオン電
流閾値検出回路２０５、タイマ２０６、マスク回路２０
７及び交流成分検出回路２０８から構成されている。

【０００８】検出用電圧発生回路２０３は、点火装置２
０１のトランジスタＴ１によって点火コイルＬの一次巻
線Ｌ１に流れる電流を遮断したとき発生する逆起電力に
よってコンデンサＣ１を充電し、コンデンサＣ１に充電
した電荷により、点火放電後、点火プラグＰＧ１とＰＧ
２に正極性の電圧を印加する。イオン電流−電圧変換回
路２０４は、検出用電圧発生回路２０３によって点火プ
ラグＰＧ１とＰＧ２に正極性の電圧を印加した際に流れ
るイオン電流を電圧に変換し、ほぼ一定電圧の低周波成
分とノッキングに起因する高周波成分とが重畳した信号
を得る。

【０００９】イオン電流閾値検出回路２０５は、検出用
電圧発生回路２０３によって点火プラグＰＧ１及びＰＧ
２に正極性の電圧を印加した際に流れるイオン電流を所
定の閾値と比較し、閾値以上のイオン電流が検出された
か否かを判定し、閾値以上のイオン電流が検出された場
合、イオン電流検出信号を出力する。タイマ２０６は、
イオン電流閾値検出回路２０５から出力されるイオン電
流検出信号を所定時間だけ遅延させて出力し、トランジ
スタＴ２の制御を行う。

【００１０】マスク回路２０７は、イオン電流−電圧変
換回路２０４で得られた電圧信号に対して、演算増幅器
（以下、オペアンプと呼ぶ）回路では回路応答上、除去
できないような高周波成分を除去した後、増幅を行い、
交流成分検出回路２０８で十分な振幅の信号が得られる
ようにする。また、マスク回路２０７は、トランジスタ
Ｔ２の動作に応じて、イオン電流−電圧変換回路２０４
から入力された電圧信号をマスクコントロールする。す
なわち、マスク回路２０７は、イオン電流閾値検出回路
２０５で閾値以上のイオン電流が検出されてから所定時
間後に、高周波成分を除去した信号の増幅を行って出力
する。交流成分検出回路２０８は、バンドパスフィルタ
で形成され、マスク回路２０７で増幅された信号の高周
波成分に含まれるノッキング信号を取り出す。

【００１１】このように、図１８では、所定の閾値を超
えるイオン電流が流れた場合、イオン電流の大きさによ
らず一定の電圧に変換するようにオペアンプを用いた帰
還回路を構成し、帰還回路内にノッキングによる特定周
波数の信号の帰還量が小さくなるようにする。このよう
な帰還回路にノッキングによる電流変動を含むイオン電
流波形を入力するとノッキングの信号周波数成分を強調
できる。強調されたノッキング信号を含むイオン電流の
信号をコンデンサ及び抵抗からなるフィルタに通し、オ
ペアンプ等を用いたバンドパスフィルタを用いてノッキ
ング信号のみを更に抽出して、イオン電流に含まれるノ
ッキング信号を検出する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、フィ
ルタ効果の高いバンドパスフィルタにステップ状信号の
ような急激にレベル変動する信号を入力すると、バンド
パスフィルタの通過周波数近辺における周波数でリンギ
ングが発生する。すなわち、イオン電流の電流波形をそ
のままバンドパスフィルタを用いて処理すると、イオン
電流発生直後にリンギングが発生しやすくなり、ノッキ
ングが発生していなくともイオン電流発生直後にノッキ
ング状態であると誤検出するという問題があった。ま
た、図１８で示したようなイオン電流検出装置では、オ
ペアンプを多数必要とし、回路規模が大きいため製造コ
ストが高く、装置が大きくなるという問題があった。

【００１３】図１８で示したノッキング信号検出機能を
有するイオン電流検出装置では、イオン電流発生時に
は、バンドパスフィルタへの信号入力を遮断し、一定時
間経過後に信号入力の遮断を解除してバンドパスフィル
タへ信号を伝達している。その際に、信号の遮断回路段
であるマスク回路２０７にはコンデンサと抵抗で構成し
たフィルタを設け、バンドパスフィルタへ入力される信
号をなまらせ、遮断回路停止後に急激な信号レベルの変
動がないように構成している。このため回路構成が複雑
になっており、回路が簡略化できリンギングが発生しに
くいバンドパスフィルタの実現が求められていた。

【００１４】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたものであり、回路を簡略化して小型化で
き、低コストであって、かつリンギングによるノッキン
グ状態の誤検出をなくすことができる内燃機関用のイオ
ン電流検出装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本第１の発明に係るイオ
ン電流検出装置は、一次側に印加された電圧により二次
側に高電圧を発生させる点火コイルと、点火コイルに発
生した電圧により点火する点火プラグと、シリンダとか
らなる内燃機関における、燃焼時に発生するイオン電流
を検出する内燃機関用のイオン電流検出装置において、
上記点火プラグにイオン電流検出用の電圧を印加する検
出用電圧発生部と、該検出用電圧発生部から点火プラグ
に印加された電圧に基づいて生じるイオン電流を電圧に
変換するイオン電流−電圧変換部と、該イオン電流−電
圧変換部で変換された信号から特定周波数領域の交流成
分を検出するフィルタ部と、検出用電圧発生部から点火
プラグに印加された電圧に基づいて生じるイオン電流を
検出し、該イオン電流が所定の閾値を超えるとイオン電
流検出信号を出力するイオン電流閾値検出部と、上記フ
ィルタ部のフィルタ特性を制御するフィルタ特性制御部
とを備え、フィルタ特性制御部は、イオン電流閾値検出
部からイオン電流検出信号が出力されると、所定の時間
迄は、上記フィルタ部に対して特定周波数領域の交流成
分の検出能力を低下させ、所定の時間後は、上記フィル
タ部に対して特定周波数領域の交流成分の検出能力を高
めるものである。

【００１６】本第２の発明に係るイオン電流検出装置
は、第１の発明において、上記イオン電流−電圧変換部
は、イオン電流を検出するイオン電流検出部と、ダイオ
ードとで形成され、該ダイオードの順方向電圧の対数特
性を用いてイオン電流検出部で検出されたイオン電流に
含まれる交流成分の比率に比例する電圧を出力する。

【００１７】本第３の発明に係るイオン電流検出装置
は、第２の発明において、上記イオン電流検出部は、カ
レントミラー回路からなる。

【００１８】本第４の発明に係るイオン電流検出装置
は、第１から第３の発明において、上記フィルタ部は、
非反転増幅回路部と、該非反転増幅回路部における負帰
還回路に設けられたノッチフィルタ回路部と、該ノッチ
フィルタ回路部から出力される信号を上記非反転増幅回
路部に帰還させるためのバッファ回路部とからなるバン
ドパスフィルタである。

【００１９】本第５の発明に係るイオン電流検出装置
は、第４の発明において、上記フィルタ特性制御部は、
イオン電流閾値検出部からイオン電流検出信号が出力さ
れると、所定の時間迄は、上記ノッチフィルタ回路部に
おける特定周波数領域の減衰量を小さくし、所定の時間
後は、上記ノッチフィルタ回路部における特定周波数領
域の減衰量を大きくする。

【００２０】本第６の発明に係るイオン電流検出装置
は、第４及び第５の発明において、上記バッファ回路部
は、演算増幅器で形成されたボルテージホロワである。

【００２１】本第７の発明に係るイオン電流検出装置
は、第４及び第５の発明において、上記バッファ回路部
は、トランジスタ回路で形成されたインピーダンス変換
回路である。

【００２２】本第８の発明に係るイオン電流検出装置
は、第４及び第５の発明において、上記インピーダンス
変換回路は、入力がｎｐｎトランジスタで形成される。

【００２３】本第９の発明に係るイオン電流検出装置
は、第７及び第８の発明において、上記インピーダンス
変換回路における入力バイアス電流の補償を行う補償回
路部を更に備えた。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、図面に示す実施の形態に基
づいて、本発明を詳細に説明する。 実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１における
イオン電流検出装置の例を示す回路図である。図１にお
いて、同時着火方式による点火装置１に、イオン電流検
出装置２が端子Ａ１及び端子Ａ２で接続されている。点
火装置１において、点火コイル３は一次巻線４と二次巻
線５からなり、一次巻線４の一端は、バッテリ６の＋側
電極に接続され、バッテリ６の−側電極は接地されてい
る。

【００２５】一次巻線４の他端は、点火コイル３の一次
側電流を制御する点火制御用のｎｐｎトランジスタ７の
コレクタ、ｎｐｎトランジスタ７のコレクタ電圧を制限
するためのツェナーダイオード８のカソード、及び端子
Ａ１にそれぞれ接続され、ｎｐｎトランジスタ７のエミ
ッタは接地されている。ｎｐｎトランジスタ７のベース
は、ツェナーダイオード８のアノードが接続され、点火
制御用コンピュータユニット（図示せず）から点火制御
信号が入力されている。ツェナーダイオード８は、点火
コイル３の一次電流を遮断した際に発生する逆起電力に
よってｎｐｎトランジスタ７のコレクタ電圧の上昇を制
限するためのものであり、コレクタ電圧を約３００Ｖ程
度に制限している。

【００２６】点火コイル３の二次巻線５の一端と接地と
の間には、シリンダ９内に設置した点火プラグ１０が接
続されており、二次巻線５の他端と接地との間には、シ
リンダ１１内に設置された点火プラグ１２が接続されて
いる。二次巻線５の他端には、ダイオード１３のカソー
ドが接続されており、ダイオード１３のアノードは端子
Ａ２に接続されている。ダイオード１３は、点火時に点
火プラグ１２に発生する正の高電圧による電流がイオン
電流検出装置２に流入することを防止するものであり、
数万Ｖ以上の逆方向耐圧を有している。

【００２７】イオン電流検出装置２は、検出用電圧発生
回路２１、イオン電流−電圧変換回路２２、バンドパス
フィルタ２３、イオン電流閾値検出回路２４及びタイマ
２５で形成されている。なお、上記検出用電圧発生回路
２１は検出用電圧発生部をなし、イオン電流−電圧変換
回路２２はイオン電流−電圧変換部を、バンドパスフィ
ルタ２３はフィルタ部を、イオン電流閾値検出回路２４
はイオン電流閾値検出部をなし、タイマ２５はフィルタ
特性制御部をそれぞれなしている。

【００２８】検出用電圧発生回路２１は、抵抗３１、ダ
イオード３２〜３４、ツェナーダイオード３５及びコン
デンサ３６で形成されている。抵抗３１の一端は端子Ａ
１に接続され、抵抗３１の他端はダイオード３２のアノ
ードに接続されている。また、ダイオード３２のカソー
ドはツェナーダイオード３５のカソードとコンデンサ３
６の一端にそれぞれ接続されており、接続部は端子Ａ２
に接続されている。ツェナーダイオード３５のアノー
ド、コンデンサ３６の他端、ダイオード３３のアノード
及びダイオード３４のカソードはそれぞれ接続され、該
接続部をＢとする。接続部Ｂはイオン電流−電圧変換回
路２２とイオン電流閾値検出回路２４にそれぞれ接続さ
れている。

【００２９】検出用電圧発生回路２１は、ｎｐｎトラン
ジスタ７の動作によって、点火コイル３の一次側電流が
急激に遮断された場合に、点火コイル３の一次巻線４に
おける逆起電力による正の高電圧（３００〜４００Ｖ程
度）が端子Ａ１に発生する。このとき、コンデンサ３６
に保持された電荷がゼロであると、バッテリ６→一次巻
線４→抵抗３１→ダイオード３２→コンデンサ３６→ダ
イオード３３→接地の経路で電流が流れ、コンデンサ３
６が充電される。コンデンサ３６が充電されることによ
って、コンデンサ３６の両端電圧が上昇し、ツェナーダ
イオード３５のツェナー電圧に達すると、バッテリ６→
一次巻線４→抵抗３１→ダイオード３２→ツェナーダイ
オード３５→ダイオード３３→接地の経路で電流が流れ
る。

【００３０】一方、点火コイル３の二次巻線５には、一
次巻線４に発生した電圧に対して、一次巻線４と二次巻
線５の巻数比に応じた高電圧が発生する。普通、二次巻
線５の両端には数十ｋＶの電圧が発生するようになって
いる。二次巻線５の両端に高電圧が発生している間は、
ダイオード１３がアノードよりもカソードの方が電圧が
高いため、ダイオード１３を介して電流は流れない。ダ
イオード１３のアノードは、コンデンサ３６の充電電圧
となっており、約１００Ｖの電圧を維持しているため、
二次巻線５の両端電圧が減少するとダイオード１３は順
方向にバイアスされてイオン電流が流れる。

【００３１】イオン電流−電圧変換回路２２は、ｐｎｐ
トランジスタ４１〜４３及びｎｐｎトランジスタ４４で
形成されている。ｐｎｐトランジスタ４１〜４３でカレ
ントミラー回路を形成しており、ｐｎｐトランジスタ４
１及び４２のベースは互いに接続され、該接続部はｐｎ
ｐトランジスタ４３のエミッタに接続されている。ｐｎ
ｐトランジスタ４１及び４２の各エミッタはそれぞれ接
続されて電源端子ＶＲに、ｐｎｐトランジスタ４１のコ
レクタはｐｎｐトランジスタ４３のベースに、該接続部
は検出用電圧発生回路２１の接続部Ｂにそれぞれ接続さ
れている。

【００３２】ｐｎｐトランジスタ４２のコレクタはｎｐ
ｎトランジスタ４４のコレクタに接続され、該接続部に
ｎｐｎトランジスタ４４のベースを接続し、該接続部を
Ｃとする。ｐｎｐトランジスタ４３のコレクタ及びｎｐ
ｎトランジスタ４４のエミッタはそれぞれ接地されてい
る。なお、上記ｐｎｐトランジスタ４１〜４３はイオン
電流検出部をなし、ｎｐｎトランジスタ４４はダイオー
ドとして動作する。

【００３３】イオン電流−電圧変換回路２２は、イオン
電流を検出し、検出したイオン電流を電圧に変換する回
路である。イオン電流−電圧変換回路２２において、電
源端子ＶＲはｐｎｐトランジスタ４１のコレクタとｐｎ
ｐトランジスタ４３のベースとの接続部の電圧が０Ｖに
なるような電圧、例えば１.４Ｖの電源電圧が供給され
ている。このことから、イオン電流は、ｐｎｐトランジ
スタ４１のコレクタ→コンデンサ３６→ダイオード１３
の経路で点火プラグ１０及び１２に向かって流れるた
め、ｐｎｐトランジスタ４１〜４３で形成されたカレン
トミラー回路によって、イオン電流に比例した電流がｎ
ｐｎトランジスタ４４のコレクタに流れる。イオン電流
はｎｐｎトランジスタ４４のベース電圧の変動に変換さ
れる。

【００３４】ｎｐｎトランジスタ４４のベース電圧ＶB4
4は、ｎｐｎトランジスタ４４のコレクタに流れる電流
をＩC44とすると、下記（１）式で表される。 ＶB44＝{ｋ×Ｔ×ｌｎ(ＩC44)}／ｅ …………………（１） 上記（１）式において、ｋはボルツマン係数、ｅは素電
荷量、Ｔは絶対温度である。

【００３５】従って、ノッキングによるイオン電流、す
なわちｎｐｎトランジスタ４４のコレクタ電流の変動量
をΔＩC44とすると、ΔＩC44によるｎｐｎトランジスタ
４４のベースにおける電圧変動幅ΔＶB44は、下記
（２）式から求めることができる。 ΔＶB44＝{ｋ×Ｔ×ｌｎ(ＩC44＋ΔＩC44)}／ｅ−{ｋ×Ｔ×ｌｎ(ＩC44)}／ｅ ＝ｋ×Ｔ×ｌｎ{(ＩC44＋ΔＩC44)／ＩC44}／ｅ ……………（２） 上記（２）式より、イオン電流におけるノッキングによ
る変動幅の比率が一定で、温度が一定であれば、ｎｐｎ
トランジスタ４４のベース電圧に現れる電圧変動は同じ
であることが分かる。

【００３６】バンドパスフィルタ２３は、オペアンプ５
１と２つの抵抗５２，５３で形成された非反転増幅回路
５４と、抵抗５５〜５７及びコンデンサ５８〜６０で形
成されたノッチフィルタ６１と、ボルテージホロワを形
成したオペアンプ６２で形成されている。バンドパスフ
ィルタ２３において、オペアンプ５１の非反転入力はイ
オン電流−電圧変換回路２２の接続部Ｃに接続され、オ
ペアンプ５１における反転入力と出力との間には抵抗５
３が接続され、オペアンプ５１の反転入力は抵抗５２を
介してオペアンプ６２の出力に接続されている。

【００３７】ノッチフィルタ６１において、抵抗５５及
びコンデンサ５９の一端がオペアンプ５１の出力に接続
され、該接続部はバンドパスフィルタ２３の出力端子Ｄ
をなし、抵抗５５の他端は抵抗５６の一端に接続される
と共にコンデンサ５８の一端に接続されている。コンデ
ンサ５９の他端はコンデンサ６０の一端と抵抗５７の一
端に接続され、抵抗５６の他端とコンデンサ６０の他端
は接続され、該接続部はオペアンプ６２の非反転入力に
接続され、バンドパスフィルタ２３の出力端子Ｅをな
す。また、コンデンサ５８の他端と抵抗５７の他端は接
続され、該接続部をＦとし、接続部Ｆはタイマ２５に接
続されている。なお、オペアンプ６２において、反転入
力は出力に接続されている。

【００３８】ここで、ノッチフィルタ６１の入力端子で
ある出力端子Ｄの電圧をＶ1とし、ノッチフィルタ６１
の出力端子である出力端子Ｅの電圧をＶ2とすると、ノ
ッチフィルタ６１における、接続部Ｆを接地した場合の
周波数特性は図２で示すようになる。図２から分かるよ
うに、ノッチフィルタ６１は、特定の周波数の信号を通
過させないため、バンドパスフィルタ２３のように、負
帰還回路の帰還回路に組み込むと、ノッチフィルタの非
通過周波数の信号は負帰還量が極めて小さくなるので、
結果として非通過周波数の信号が帰還回路の負帰還点に
電圧変動して現れる。このようにして、バンドパスフィ
ルタ２３は、ノッチフィルタ６１の特性と反対の特性を
有することとなる。

【００３９】次に、イオン電流閾値検出回路２４は、イ
オン電流の所定の閾値と比較し、閾値以上のイオン電流
が流れたか否かを判定し、該判定結果をタイマ２５に出
力する。図３は、イオン電流閾値検出回路２４の回路例
を示した図である。図３において、イオン電流閾値検出
回路２４は、ｎｐｎトランジスタ７１〜７５と、定電流
源７６〜７９で形成され、ｎｐｎトランジスタ７１及び
７２はカレントミラー回路を形成している。

【００４０】ｎｐｎトランジスタ７１及び７２の各エミ
ッタはそれぞれ接地され、ｎｐｎトランジスタ７１のコ
レクタは定電流源７６を介して電源端子ＶCCに接続され
ている。また、ｎｐｎトランジスタ７１及び７２の各ベ
ースは接続され、該接続部はｎｐｎトランジスタ７１の
コレクタに接続されている。ｎｐｎトランジスタ７２の
コレクタは、検出用電圧発生回路２１の接続部Ｂに接続
されると共に、ｎｐｎトランジスタ７３のベースに接続
されている。ｎｐｎトランジスタ７３のエミッタは接地
され、ｎｐｎトランジスタ７３のコレクタは定電流源７
７を介して電源端子ＶCCに接続されている。ｎｐｎトラ
ンジスタ７３のコレクタと定電流源７７との接続部は、
ｎｐｎトランジスタ７４のベースに接続されている。

【００４１】ｎｐｎトランジスタ７４のエミッタは接地
され、ｎｐｎトランジスタ７４のコレクタは定電流源を
７８を介して電源端子ＶCCに接続されている。ｎｐｎト
ランジスタ７４のコレクタと定電流源７８との接続部
は、ｎｐｎトランジスタ７５のベースに接続されてい
る。ｎｐｎトランジスタ７５のエミッタは接地され、ｎ
ｐｎトランジスタ７５のコレクタは定電流源７９を介し
て電源端子ＶCCに接続されている。ｎｐｎトランジスタ
７５のコレクタと定電流源７９との接続部は、タイマ２
５に接続されている。

【００４２】このような構成において、検出電圧発生回
路２１の接続部Ｂにイオン電流が流れると、該イオン電
流がｎｐｎトランジスタ７３のベースに流れる。このと
き、ｎｐｎトランジスタ７３のベースに流れるイオン電
流が、ｎｐｎトランジスタ７１及び７２で形成されたカ
レントミラー回路に流れる電流よりも大きい場合、ｎｐ
ｎトランジスタ７３がオンする。このことから、ｎｐｎ
トランジスタ７４はオフすると共に、ｎｐｎトランジス
タ７５がオンするため、タイマ２５に「Ｌ」レベルの信
号、すなわちイオン電流検出信号が出力される。次に、
イオン電流がｎｐｎトランジスタ７１及び７２で形成さ
れたカレントミラー回路に流れる電流よりも小さい場
合、ｎｐｎトランジスタ７３はオフし、ｎｐｎトランジ
スタ７４がオンし、ｎｐｎトランジスタ７５がオフする
ことから、タイマ２５に「Ｈ」レベルの信号が出力され
る。

【００４３】タイマ２５は、イオン電流閾値検出回路２
４から入力される、閾値以上のイオン電流が検出された
ことを示すイオン電流検出信号、すなわちイオン電流閾
値検出回路２４から入力される「Ｌ」レベルの信号を、
所定時間だけ遅延させる。図４は、タイマ２５の回路例
を示した図である。図４において、タイマ２５は、ｎｐ
ｎトランジスタ８１〜８６、ｐｎｐトランジスタ８７，
８８、ダイオード８９、コンデンサ９０、定電流源９１
〜９４及び抵抗９５〜９８で形成されている。ｎｐｎト
ランジスタ８２，８３及び抵抗９８は、微少な電流で動
作しないようにするためのリークカット回路を形成し、
ｎｐｎトランジスタ８５及び８６はカレントミラー回路
を形成し、また、上記ｐｎｐトランジスタ８７，８８及
び定電流源９１は、差動増幅回路を形成している。

【００４４】ｐｎｐトランジスタ８７及び８８の各エミ
ッタは接続され、該接続部は定電流源９１を介して電源
端子ＶCCに接続される。ｐｎｐトランジスタ８７のコレ
クタは接地され、ベースはｎｐｎトランジスタ８１のコ
レクタに接続され、該接続部と接地との間にコンデンサ
９０が接続されている。ｎｐｎトランジスタ８１におい
て、エミッタは接地され、コレクタは抵抗９５を介して
電源端子ＶCCに接続され、ベースはイオン電流閾値検出
回路２４におけるｎｐｎトランジスタ７５のコレクタと
定電流源７９との接続部に接続されている。また、抵抗
９６の一端が電源端子ＶCCに接続され、抵抗９７の一端
が接地されるように、電源端子ＶCCと接地との間には抵
抗９６及び９７の直列回路が接続されている。抵抗９６
及び９７の接続部はｐｎｐトランジスタ８８のベースに
接続され、抵抗９６及び９７で差動増幅回路の基準電圧
を生成する。

【００４５】ｎｐｎトランジスタ８２及び８３の各ベー
スはそれぞれ接続され、該接続部はｐｎｐトランジスタ
８８のコレクタに接続されると共に、ｎｐｎトランジス
タ８２のコレクタに接続されている。ｎｐｎトランジス
タ８２のエミッタは抵抗９８を介して接地され、ｎｐｎ
トランジスタ８３のエミッタは接地されている。ｎｐｎ
トランジスタ８３のコレクタは定電流源９２を介して電
源端子ＶCCに接続され、ｎｐｎトランジスタ８３のコレ
クタと定電流源９２との接続部は、ｎｐｎトランジスタ
８４のベースに接続されている。ｎｐｎトランジスタ８
４のエミッタは接地され、ｎｐｎトランジスタ８４のコ
レクタは定電流源９３を介して電源端子ＶCCに接続され
ている。ｎｐｎトランジスタ８４のコレクタと定電流源
９３との接続部は、ダイオード８９のアノードに接続さ
れている。

【００４６】ｎｐｎトランジスタ８５及び８６の各ベー
スは接続され、該接続部はｎｐｎトランジスタ８５のコ
レクタに接続されている。ｎｐｎトランジスタ８５のコ
レクタは、ダイオード８９のカソードに接続されると共
に、定電流源９４を介して電源端子ＶCCに接続されてい
る。ｎｐｎトランジスタ８５及び８６の各エミッタはそ
れぞれ接地され、ｎｐｎトランジスタ８６のコレクタ
は、バンドパスフィルタ２３の接続部Ｆに接続されてい
る。

【００４７】上記のような構成において、イオン電流閾
値検出回路２４からｎｐｎトランジスタ８１のベースに
イオン電流検出信号、すなわち「Ｌ」レベルの信号が入
力されると、ｎｐｎトランジスタ８１はオフし、コンデ
ンサ９０は抵抗９５を介して充電される。コンデンサ９
０の充電にともない、ｐｎｐトランジスタ８７のベース
電圧が上昇し、ｐｎｐトランジスタ８７のベース電圧が
ｐｎｐトランジスタ８８のベース電圧よりも上昇する
と、ｐｎｐトランジスタ８８のコレクタ電流が増加しｎ
ｐｎトランジスタ８３がオンする。ｎｐｎトランジスタ
８３がオンすると、ｎｐｎトランジスタ８４はオフし、
ｎｐｎトランジスタ８６のベースには定電流源９３及び
９４から電流が流れる。

【００４８】すなわち、タイマ２５は、イオン電流閾値
検出回路２４から「Ｌ」レベルの信号が入力されると、
コンデンサ９０が充電されることによってｐｎｐトラン
ジスタ８７のベース電圧が、ｎｐｎトランジスタ８８の
所定のベース電圧よりも上昇する時間だけ遅延された
後、ｎｐｎトランジスタ８６のベースに定電流源９３及
び９４から電流が供給される。なお、タイマ２５におけ
る遅延時間は、コンデンサ９０の容量、抵抗９５の抵抗
値及びｐｎｐトランジスタ８８のベース電圧によって決
定される。

【００４９】一方、イオン電流閾値検出回路２４からタ
イマ２５に「Ｈ」レベルの信号が入力され、ｎｐｎトラ
ンジスタ８１がオンしたときは、コンデンサ９０はｎｐ
ｎトランジスタ８１によって放電され、ｐｎｐトランジ
スタ８７のベース電圧が低下する。ｐｎｐトランジスタ
８７のベース電圧が、ｐｎｐトランジスタ８８のベース
電圧よりも低下すると、ｐｎｐトランジスタ８８のコレ
クタ電流が減少し、ｎｐｎトランジスタ８３がオフす
る。ｎｐｎトランジスタ８３がオフすると、ｎｐｎトラ
ンジスタ８４がオンし、ｎｐｎトランジスタ８６のベー
スには定電流源９４からだけ電流が流れる。このよう
に、タイマ２５は、イオン電流閾値検出回路２４からの
信号レベルに応じて、ｎｐｎトランジスタ８６のベース
電流を変え、ｎｐｎトランジスタ８６の飽和電圧を変え
るように構成している。

【００５０】定電流源９３は、定電流源９４よりも大き
な電流を流すことができるように設定されている。例え
ば、定電流源９３は２００μＡの電流を、定電流源９４
は６μＡの電流をそれぞれ流すことができる。すなわ
ち、タイマ２５は、イオン電流閾値検出回路２４からイ
オン電流検出信号、すなわち「Ｌ」レベルの信号が入力
されると、所定の時間だけ遅延させてｎｐｎトランジス
タ８６のベースに流れる電流を６μＡから２０６μＡに
増加させる。また、タイマ２５は、イオン電流閾値検出
回路２４から「Ｈ」レベルの信号が入力されると、ｎｐ
ｎトランジスタ８６のベースに流れる電流を６μＡにす
る。

【００５１】図５は、タイマ２５の他の例を示した回路
図であり、タイマ２５として図５で示した回路を使用し
てもよい。図４との相違点は、図４のｎｐｎトランジス
タ８５をなくし、ｎｐｎトランジスタ８６のベースを定
電流源９４を介して電源端子ＶCCに接続し、ｎｐｎトラ
ンジスタのベースと定電流源９４との接続部をダイオー
ド８９のカソードに接続したことにある。

【００５２】ここで、ｎｐｎトランジスタ８６のベース
に流れる電流を変えることによって、バンドパスフィル
タ２３のノッチフィルタ６１における周波数特性の変化
について説明する。図６は、ｎｐｎトランジスタ８６の
ベース電流の変化に対するノッチフィルタ６１の周波数
特性の変化を説明するための図である。図６で示すよう
に、ノッチフィルタ６１は、ｎｐｎトランジスタ８６の
ベース電流が小さくなるほど、特定の周波数に対する遮
断性能が低下し、ベース電流が大きくなるほど、特定の
周波数に対する遮断性能が良くなることが分かる。ノッ
チフィルタ６１は、接続部Ｆが接地されたときに、特定
の周波数に対する遮断性能が最もよくなる。

【００５３】図７は、タイマ２５のｎｐｎトランジスタ
８６のベース電流を大きくした場合における、バンドパ
スフィルタ２３の出力端子Ｄ及び出力端子Ｅから出力さ
れる波形の周波数特性を示した図である。また、図８
は、タイマ２５のｎｐｎトランジスタ８６のベース電流
を小さくした場合における、バンドパスフィルタ２３の
出力端子Ｄ及び出力端子Ｅから出力される信号の周波数
特性を示した図である。なお、図７及び図８において、
（Ｄ−Ｅ）で示したグラフは、出力端子Ｄの電圧から出
力端子Ｅの電圧を減算した波形の周波数特性を示した図
である。図７及び図８に示すように、タイマ２５のｎｐ
ｎトランジスタ８６のベース電流を大きくすると、バン
ドパスフィルタ２３の周波数特性が鋭くなる。

【００５４】以上の説明から明らかなように、イオン電
流閾値検出回路２４は、閾値以上のイオン電流を検出す
ると、タイマ２５にイオン電流検出信号を出力し、タイ
マ２５は所定の時間後に、バンドパスフィルタ２３のノ
ッチフィルタ６１における特定の周波数に対する遮断性
能を鋭くするように作用する。

【００５５】すなわち、点火直後イオン電流が急激に変
動している状態では、例えばｎｐｎトランジスタ８６の
ベース電流を６μＡにしてノッチフィルタ６１の非通過
周波数での遮断特性を緩慢にすることによって、バンド
パスフィルタ２３のＱを低くして、リンギングの発生期
間をできるだけ短くしている。そして、所定の時間経過
後に、ｎｐｎトランジスタ８６のベース電流を２０６μ
Ａにしノッチフィルタ６１の特定周波数での遮断性能を
鋭くすることにより、バンドパスフィルタ２３のＱを高
くしてノッキング信号検出に十分な検出感度を持たせる
ようになっている。

【００５６】図９は、イオン電流検出装置２において、
ノッキングが発生していないときの動作を示すタイミン
グチャートであり、図１０は、ノッキングが発生したと
きの動作を示すタイミングチャートである。図９及び図
１０において、（ａ）はイオン電流による接続部Ｃの電
圧変動を、（ｂ）はタイマ２５のｎｐｎトランジスタ８
６におけるベース電流を、（ｃ）はノッチフィルタ６１
の端子Ｄ及びＥの間に得られる検出出力をそれぞれ示
す。なお、（ｄ）はタイマ２５のｎｐｎトランジスタ８
６におけるベース電流を大きくしたままの状態における
ノッチフィルタ６１の端子Ｄ及びＥの間に得られる検出
出力である。

【００５７】図９及び図１０で示すように、イオン電流
が発生した時点、すなわち、イオン電流による接続部Ｃ
の電位が急激に変動した直後、タイマ２５のｎｐｎトラ
ンジスタ８６のベース電流は６μＡと小さく、所定の時
間経過後に、２０６μＡと大きくなっている。これによ
って、リンギングが短時間で消滅しノッキング信号がノ
ッチフィルタ６１の（Ｄ−Ｅ）間に現れている。なお、
ｎｐｎトランジスタ８６のベース電流を常時２０６μＡ
にしていると、（Ｄ−Ｅ）間にリンギングが長く発生
し、リンギングとノッキングの区別ができなくなってい
ることが見てとれる。

【００５８】以上の動作を要約すると、混合気が点火し
イオン電流が発生してから所定期間、例えば約５００μ
secの間はノッキングの検出動作を行わず、その後にバ
ンドパスフィルタ２３の特性を切り換えてノッキングの
検出を行う。なお、フィルタ特性の切り換えにより、若
干のリンギング発生は避けられないため、バンドパスフ
ィルタ２３におけるフィルタ特性の切り換えタイミング
とノッキングの検出を行うタイミングとに、適当な時間
差を設けるようにするほうがより望ましい。例えば、イ
オン電流の発生から３５０μsecの期間は、バンドパス
フィルタ２３のＱを低くしてフィルタ特性を緩慢にした
ままにし、イオン電流の発生から３５０μsec後にバン
ドパスフィルタ２３のＱを高くしてフィルタ特性を鋭く
し、イオン電流の発生から５００μsec後からノッキン
グの検出を行うようにすればよい。

【００５９】上述したイオン電流検出装置２において
は、ｎｐｎトランジスタ８６のベース電流が小さい場合
と大きい場合とで、図１１で示すように、バンドパスフ
ィルタ２３における通過周波数の中心周波数が低周波数
側にシフトすることが避けられない。この周波数シフト
を避けるには図１２に示すような構成にすればよい。

【００６０】図１２において、ノッチフィルタ６１は、
コンデンサ５８の一端が抵抗５５及び５６の接続部に接
続され、コンデンサ５８の他端がタイマ２５のｎｐｎト
ランジスタ８６のコレクタに接続されている。ノッチフ
ィルタ６１の抵抗５７は、一端がコンデンサ５９及び６
０の接続部に接続され、他端が接地されている。このよ
うに構成すれば、バンドパスフィルタ２３の周波数特性
は図１３に示すようになる。図１３から分かるように、
タイマ２５におけるｎｐｎトランジスタ８６のベース電
流を小さくしたときと大きくしたときとで、バンドパス
フィルタ２３における通過周波数の中心周波数が同一に
なる。

【００６１】上記のように、本発明の実施の形態１にお
けるイオン電流検出装置は、イオン電流閾値検出回路２
４が、所定の閾値以上のイオン電流を検出すると、タイ
マ２５にイオン電流検出信号を出力し、タイマ２５が所
定の時間後に、バンドパスフィルタ２３のノッチフィル
タ６１における特定の周波数に対する遮断性能を鋭くな
るようにした。このことから、イオン電流検出装置にお
いて、リンギングによるノッキング状態の誤検出をなく
すことができると共に、回路の簡略化及び小型化を行う
ことができ、コストの低減を図ることができる。更に、
バンドパスフィルタにおけるリンギングの抑制とノッキ
ングの検出感度向上という相反する特性に対して双方の
改善を行うことができ、イオン電流発生から短時間でノ
ッキングの検出を行うことができる。

【００６２】実施の形態２．上記実施の形態１において
は、バンドパスフィルタ２３の出力端子Ｅの電圧をイン
ピーダンス変換する手段としてオペアンプ６２でボルテ
ージホロワを形成してなるバッファ回路を用いたが、該
バッファ回路をトランジスタ回路で形成したインピーダ
ンス変換回路で形成してもよく、このようにしたものを
本発明の実施の形態２とする。

【００６３】図１４は、本発明の実施の形態２における
イオン電流検出装置を示した部分回路図である。なお、
図１４において、図１と同じものは同じ符号で示してお
り、ここではその説明を省略すると共に、図１と異なる
部分のみを示しており、図１との相違点のみ説明する。
図１４における図１との相違点は、図１のバンドパスフ
ィルタ２３におけるオペアンプ６２を、インピーダンス
変換回路１０１に置き換えたことにあり、これに伴って
図１のバンドパスフィルタ２３をバンドパスフィルタ１
０２とし、図１のイオン電流検出装置２をイオン電流検
出装置１０３としたことにある。

【００６４】図１４において、インピーダンス変換回路
１０１は、ｐｎｐトランジスタ１０５、ｎｐｎトランジ
スタ１０６及び２つの定電流源１０７，１０８で形成さ
れている。ｐｎｐトランジスタ１０５のベースは、ノッ
チフィルタ６１における抵抗５６及びコンデンサ６０の
接続部に接続され、ｐｎｐトランジスタ１０５のコレク
タは接地されている。また、ｐｎｐトランジスタ１０５
のエミッタは定電流源１０７を介して電源端子ＶCCに接
続され、ｐｎｐトランジスタ１０５のエミッタと定電流
源１０７との接続部はｎｐｎトランジスタ１０６のベー
スに接続されている。ｎｐｎトランジスタ１０６のコレ
クタは電源端子ＶCCに接続され、エミッタは定電流源１
０８を介して接地されている。ｎｐｎトランジスタ１０
６のエミッタと定電流源１０８との接続部は、抵抗５２
を介してオペアンプ５１の反転入力に接続されている。

【００６５】上記のような構成において、インピーダン
ス変換回路１０１は、図１のオペアンプ６２でボルテー
ジホロワを形成してなるバッファ回路と同様の動作を行
うが、入出力間におけるオフセット電圧は大きくなる。
しかし、本実施の形態２のイオン電流検出装置１０３に
おける用途においては、オフセット電圧が特に問題とな
ることはない。ここで、図１のオペアンプ６２の帯域幅
が狭い場合、オペアンプ５１で構成される電圧増幅段の
ゲインが高い状態で帰還回路の位相が遅れ、高周波で発
振しやすい回路となる。これに対して、インピーダンス
変換回路１０１は、周波数特性を高くすることができる
ため、高周波でも発振し難くすることができる。

【００６６】このように、本発明の実施の形態２におけ
るイオン電流検出装置は、図１のオペアンプ６２で形成
したインピーダンス変換回路をトランジスタ回路で形成
したインピーダンス変換回路にしたことにより、実施の
形態１と同様の効果を得ることができると共に、簡単な
回路構成で発振し難い回路を得ることができる。

【００６７】実施の形態３．実施の形態２におけるイン
ピーダンス変換回路１０１の回路構成を、入力側にｎｐ
ｎトランジスタを使用し、出力側にｐｎｐトランジスタ
を使用するようにしてもよい。このようにしたものを、
本発明の実施の形態３とする。図１５は、本発明の実施
の形態３におけるイオン電流検出装置を示した部分回路
図である。なお、図１５において、図１４と同じものは
同じ符号で示しており、ここではその説明を省略すると
共に、図１４との相違点のみ説明する。

【００６８】図１５における図１４との相違点は、図１
４のインピーダンス変換回路１０１をインピーダンス変
換回路１１１に置き換えたことにあり、これに伴って図
１４のバンドパスフィルタ１０２をバンドパスフィルタ
１１２とし、図１４のイオン電流検出装置１０３をイオ
ン電流検出装置１１３としたことにある。

【００６９】インピーダンス変換回路１１１は、ｎｐｎ
トランジスタ１１２、ｐｎｐトランジスタ１１３及び２
つの定電流源１１４，１１５で形成されている。ｎｐｎ
トランジスタ１１２のベースは、ノッチフィルタ６１に
おける抵抗５６及びコンデンサ６０の接続部に接続さ
れ、ｎｐｎトランジスタ１１２のコレクタは電源端子Ｖ
CCに接続されている。また、ｎｐｎトランジスタ１１２
のエミッタは定電流源１１４を介して接地され、ｎｐｎ
トランジスタ１１２のエミッタと定電流源１１４との接
続部はｐｎｐトランジスタ１１３のベースに接続されて
いる。ｐｎｐトランジスタ１１３のコレクタは接地さ
れ、エミッタは定電流源１１５を介して電源端子ＶCCに
接続されている。ｐｎｐトランジスタ１１３のエミッタ
と定電流源１１５との接続部は、抵抗５２を介してオペ
アンプ５１の反転入力に接続されている。

【００７０】上記のような構成において、インピーダン
ス変換回路１１１は、図１のオペアンプ６２でボルテー
ジホロワを形成してなるバッファ回路と同様の動作を行
うが、入出力間におけるオフセット電圧は大きくなる。
しかし、本実施の形態３のイオン電流検出装置１１３に
おける用途においては、オフセット電圧が特に問題とな
ることはない。ここで、図１のオペアンプ６２の帯域幅
が狭い場合、オペアンプ５１で構成される電圧増幅段の
ゲインが高い状態で帰還回路の位相が遅れ、高周波で発
振しやすい回路となる。これに対して、インピーダンス
変換回路１１１は、周波数特性を高くすることができる
ため、高周波でも発振し難くすることができる。

【００７１】ここで、ノッチフィルタ６１において、使
用するコンデンサの容量を小さくし、部品のコストを削
減しようとした場合、必然的に抵抗５５〜５７の各抵抗
値が大きくなる。抵抗５５及び５６の抵抗値が大きくな
ると、バッファ回路をなすインピーダンス変換回路の入
力に必要とされる入力バイアス電流により、ノッチフィ
ルタ６１における入出力の両端、すなわち出力端子Ｄ及
びＥの両端に電圧が発生する。バンドパスフィルタ１１
１は、ノッチフィルタ６１の入出力の両端電圧を検出し
て所定のフィルタ特性を得るため、ノッチフィルタ６１
両端の電圧降下が大きくなると後段の回路構成が難しく
なる。後段のゲインを高くとるためにノッチフィルタ６
１の入出力両端での電圧降下をできるだけ小さくする必
要がある。

【００７２】ノッチフィルタ６１の入出力両端の電圧降
下を小さくする手段として、インピーダンス変換回路の
入力バイアス電流を小さくする必要がある。このため、
インピーダンス変換回路１１１では、半導体集積回路に
おいて、ｎｐｎトランジスタの方がｐｎｐトランジスタ
よりも電流増幅の面で性能の高いものが得られることか
ら、入力側にｎｐｎトランジスタ１１２を使用すること
により、入力バイアス電流を小さくすることができる。

【００７３】このように、本発明の実施の形態３におけ
るイオン電流検出装置は、図１のオペアンプ６２で形成
したインピーダンス変換回路をトランジスタ回路で形成
したインピーダンス変換回路にすると共に、インピーダ
ンス変換回路の入力側をｎｐｎトランジスタで形成し、
出力側をｐｎｐトランジスタで形成したことにより、実
施の形態２と同様の効果を得ることができると共に、ノ
ッチフィルタの入出力両端の電圧降下を小さくすること
ができることから、ノッチフィルタのコンデンサの容量
を小さくすることができ、コストの削減を図ることがで
きる。

【００７４】実施の形態４．実施の形態３においては、
インピーダンス変換回路からなるバッファ回路の入力バ
イアス電流を低減するために、インピーダンス変換回路
の入力側をｎｐｎトランジスタで形成するようにした
が、回路動作の制約上、インピーダンス変換回路の入力
側にｎｐｎトランジスタを用いることができない場合が
あることから、インピーダンス変換回路の入力側にｐｎ
ｐトランジスタを用いると共に、バンドパスフィルタに
インピーダンス変換回路の入力バイアス電流の低減を行
う回路を付加するようにしてもよく、このようにしたも
のを本発明の実施の形態４とする。

【００７５】図１６は、本発明の実施の形態４における
イオン電流検出装置を示した部分回路図である。なお、
図１６において、図１４と同じものは同じ符号で示して
おり、ここではその説明を省略すると共に、図１４との
相違点のみ説明する。図１６における図１４との相違点
は、図１４のバンドパスフィルタ１０２に、インピーダ
ンス変換回路１０１におけるｐｎｐトランジスタ１０５
のベース電流を補償するためのベース電流補償回路１２
１を設けたことにあり、これに伴って、図１４のバンド
パスフィルタ１０２をバンドパスフィルタ１２２とし、
図１４のイオン電流検出装置１０３をイオン電流検出装
置１２３としたことにある。なお、上記ベース電流補償
回路１２１は補償回路部をなす。

【００７６】図１６において、バンドパスフィルタ１２
２は、非反転増幅回路５４、ノッチフィルタ６１、イン
ピーダンス変換回路１０１及びベース電流補償回路１２
１で形成されている。ベース電流補償回路１２１は、ｎ
ｐｎトランジスタ１２５，１２６、ｐｎｐトランジスタ
１２７及び定電流源１２８で形成されており、ｎｐｎト
ランジスタ１２５及び１２６でカレントミラー回路を形
成している。

【００７７】ベース電流補償回路１２１において、ｎｐ
ｎトランジスタ１２５及び１２６のベースはそれぞれ接
続され、該接続部はｎｐｎトランジスタ１２６のコレク
タに接続されている。ｎｐｎトランジスタ１２５及び１
２６の各エミッタはそれぞれ接地され、ｎｐｎトランジ
スタ１２５のコレクタはインピーダンス変換回路１０１
におけるｐｎｐトランジスタ１０５のベースに接続され
ている。ｎｐｎトランジスタ１２６のコレクタはｐｎｐ
トランジスタ１２７のベースに接続され、ｐｎｐトラン
ジスタ１２７のコレクタは接地されている。また、ｐｎ
ｐトランジスタ１２７のエミッタは定電流源１２８を介
して電源端子ＶCCに接続されている。

【００７８】上記のような構成において、インピーダン
ス変換回路１０１の入力バイアス電流は、ｐｎｐトラン
ジスタ１０５のベースからノッチフィルタ６１の抵抗５
６へ流れるが、該電流と同一の電流をベース電流補償回
路１２１のｎｐｎトランジスタ１２５で接地へ流すよう
にし、インピーダンス変換回路１０１の入力バイアス電
流を補償することができる。

【００７９】このように、本実施の形態４におけるイオ
ン電流検出装置は、インピーダンス変換回路１０１の入
力バイアス電流と同一の電流を、ベース電流補償回路１
２１によって、インピーダンス変換回路１０１の入力か
ら接地へ流すようにしたことから、実施の形態３と同様
の効果を得ることができると共に、インピーダンス変換
回路の入力にｐｎｐトランジスタを使用したことによ
り、インピーダンス変換回路からノッチフィルタに流れ
る電流がノッチフィルタに影響を及ぼすことをなくすこ
とができる。

【００８０】実施の形態５．実施の形態４においては、
インピーダンス変換回路の入力にｐｎｐトランジスタが
使用され、インピーダンス変換回路の出力にｎｐｎトラ
ンジスタが使用された場合、すなわち実施の形態２にお
けるインピーダンス変換回路に対してベース電流補償回
路を設けたが、実施の形態３で示したような、入力にｎ
ｐｎトランジスタを使用し、出力にｐｎｐトランジスタ
を使用したようなインピーダンス変換回路に対して、更
にベース電流補償回路を設けるようにしてもよく、この
ようにしたものを、本発明の実施の形態５とする。

【００８１】図１７は、本発明の実施の形態５のイオン
電流検出装置を示した部分回路図である。なお、図１７
において、図１５と同じものは同じ符号で示しており、
ここではその説明を省略すると共に、図１５との相違点
のみ説明する。図１７における図１５との相違点は、図
１５のバンドパスフィルタ１１２に、インピーダンス変
換回路１１１におけるｎｐｎトランジスタ１１２のベー
ス電流を補償するためのベース電流補償回路１３１を設
けたことにあり、これに伴って、図１５のバンドパスフ
ィルタ１１２をバンドパスフィルタ１３２とし、図１５
のイオン電流検出装置１１３をイオン電流検出装置１３
３としたことにある。なお、上記ベース電流補償回路１
３１は補償回路部をなす。

【００８２】図１７において、バンドパスフィルタ１３
２は、非反転増幅回路５４、ノッチフィルタ６１、イン
ピーダンス変換回路１１１及びベース電流補償回路１３
１で形成されている。ベース電流補償回路１３１は、ｐ
ｎｐトランジスタ１３５，１３６、ｎｐｎトランジスタ
１３７及び定電流源１３８で形成されており、ｐｎｐト
ランジスタ１３５及び１３６でカレントミラー回路を形
成している。

【００８３】ベース電流補償回路１３１において、ｐｎ
ｐトランジスタ１３５及び１３６のベースはそれぞれ接
続され、該接続部はｐｎｐトランジスタ１３６のコレク
タに接続されている。ｐｎｐトランジスタ１３５及び１
３６の各エミッタはそれぞれ電源端子ＶCCに接続され、
ｐｎｐトランジスタ１３５のコレクタはインピーダンス
変換回路１１１におけるｎｐｎトランジスタ１１２のベ
ースに接続されている。ｐｎｐトランジスタ１３６のコ
レクタはｎｐｎトランジスタ１３７のベースに接続さ
れ、ｎｐｎトランジスタ１３７のコレクタは電源端子Ｖ
CCに接続されている。また、ｎｐｎトランジスタ１３７
のエミッタは定電流源１３８を介して接地されている。

【００８４】上記のような構成において、インピーダン
ス変換回路１１１の入力バイアス電流は、ノッチフィル
タ６１からｎｐｎトランジスタ１１２のベースへ流れる
電流と同一の電流をベース電流補償回路１３１のｐｎｐ
トランジスタ１３５からノッチフィルタ６１へ流すよう
にし、インピーダンス変換回路１１１の入力バイアス電
流を更に確実に補償することができる。

【００８５】このように、本実施の形態５におけるイオ
ン電流検出装置は、ノッチフィルタ６１からインピーダ
ンス変換回路１１１へ流れる電流と同一の電流を、ベー
ス電流補償回路１３１によって、ノッチフィルタ６１の
出力、すなわち出力端子Ｅへ流すようにしたことから、
実施の形態３と同様の効果を得ることができると共に、
インピーダンス変換回路の入力にｎｐｎトランジスタを
使用したことによってノッチフィルタからインピーダン
ス変換回路に流れる電流が、ノッチフィルタに影響を及
ぼすことをなくすことができる。

【００８６】

【発明の効果】第１の発明に係るイオン電流検出装置
は、フィルタ特性制御部は、イオン電流閾値検出部から
イオン電流検出信号が出力されると、所定の時間迄は、
上記フィルタ部に対して特定周波数領域の交流成分の検
出能力を低下させ、所定の時間後は、上記フィルタ部に
対して特定周波数領域の交流成分の検出能力を高めるよ
うにした。このことから、イオン電流検出装置におい
て、リンギングによるノッキング状態の誤検出をなくす
ことができると共に、回路の簡略化及び小型化を行うこ
とができ、コストの低減を図ることができる。更に、フ
ィルタ部におけるリンギングの抑制とイオン電流に重畳
した交流成分からなるノッキング信号の検出感度向上と
いう相反する特性に対して双方の改善を行うことがで
き、イオン電流発生から短時間でノッキングの検出を行
うことができる。

【００８７】第２の発明に係るイオン電流検出装置は、
第１の発明において、具体的には、イオン電流−電圧変
換部は、イオン電流を検出するイオン電流検出部と、ダ
イオードとで形成され、該ダイオードの順方向電圧の対
数特性を用いてイオン電流検出部で検出されたイオン電
流に含まれる交流成分の比率に比例する電圧を出力す
る。このことから、イオン電流検出装置において、リン
ギングによるノッキング状態の誤検出をなくすことがで
きると共に、回路の簡略化及び小型化を行うことがで
き、コストの低減を図ることができる。更に、フィルタ
部におけるリンギングの抑制とイオン電流に重畳した交
流成分からなるノッキング信号の検出感度向上という相
反する特性に対して双方の改善を行うことができ、イオ
ン電流発生から短時間でノッキングの検出を行うことが
できる。

【００８８】第３の発明に係るイオン電流検出装置は、
第２の発明において、具体的には、イオン電流検出部
は、カレントミラー回路からなる。このことから、イオ
ン電流検出装置において、リンギングによるノッキング
状態の誤検出をなくすことができると共に、回路の簡略
化及び小型化を行うことができ、コストの低減を図るこ
とができる。更に、フィルタ部におけるリンギングの抑
制とイオン電流に重畳した交流成分からなるノッキング
信号の検出感度向上という相反する特性に対して双方の
改善を行うことができ、イオン電流発生から短時間でノ
ッキングの検出を行うことができる。

【００８９】第４の発明に係るイオン電流検出装置は、
第１から第３の発明において、具体的には、フィルタ部
は、非反転増幅回路部と、該非反転増幅回路部における
負帰還回路に設けられたノッチフィルタ回路部と、該ノ
ッチフィルタ回路部から出力される信号を非反転増幅回
路部に帰還させるためのバッファ回路部とからなるバン
ドパスフィルタである。このことから、イオン電流検出
装置において、リンギングによるノッキング状態の誤検
出をなくすことができると共に、回路の簡略化及び小型
化を行うことができ、コストの低減を図ることができ
る。更に、フィルタ部におけるリンギングの抑制とイオ
ン電流に重畳した交流成分からなるノッキング信号の検
出感度向上という相反する特性に対して双方の改善を行
うことができ、イオン電流発生から短時間でノッキング
の検出を行うことができる。

【００９０】第５の発明に係るイオン電流検出装置は、
第４の発明において、具体的には、フィルタ特性制御部
は、イオン電流閾値検出部からイオン電流検出信号が出
力されると、所定の時間迄は、ノッチフィルタ回路部に
おける特定周波数領域の減衰量を小さくし、所定の時間
後は、ノッチフィルタ回路部における特定周波数領域の
減衰量を大きくする。このことから、イオン電流検出装
置において、リンギングによるノッキング状態の誤検出
をなくすことができると共に、回路の簡略化及び小型化
を行うことができ、コストの低減を図ることができる。
更に、フィルタ部におけるリンギングの抑制とイオン電
流に重畳した交流成分からなるノッキング信号の検出感
度向上という相反する特性に対して双方の改善を行うこ
とができ、イオン電流発生から短時間でノッキングの検
出を行うことができる。

【００９１】第６の発明に係るイオン電流検出装置は、
第４又は第５の発明において、具体的には、バッファ回
路部は、演算増幅器で形成されたボルテージホロワであ
る。このことから、イオン電流検出装置において、リン
ギングによるノッキング状態の誤検出をなくすことがで
きると共に、回路の簡略化及び小型化を行うことがで
き、コストの低減を図ることができる。更に、フィルタ
部におけるリンギングの抑制とイオン電流に重畳した交
流成分からなるノッキング信号の検出感度向上という相
反する特性に対して双方の改善を行うことができ、イオ
ン電流発生から短時間でノッキングの検出を行うことが
できる。

【００９２】第７の発明に係るイオン電流検出装置は、
第４又は第５の発明において、具体的には、バッファ回
路部は、トランジスタ回路で形成されたインピーダンス
変換回路である。このことから、イオン電流検出装置に
おいて、リンギングによるノッキング状態の誤検出をな
くすことができると共に、回路の簡略化及び小型化を行
うことができ、コストの低減を図ることができる。ま
た、フィルタ部におけるリンギングの抑制とイオン電流
に重畳した交流成分からなるノッキング信号の検出感度
向上という相反する特性に対して双方の改善を行うこと
ができ、イオン電流発生から短時間でノッキングの検出
を行うことができる。更に、簡単な回路構成で発振し難
い回路を得ることができる。

【００９３】第８の発明に係るイオン電流検出装置は、
第７の発明において、具体的には、インピーダンス変換
回路は、入力がｎｐｎトランジスタで形成される。この
ことから、イオン電流検出装置において、リンギングに
よるノッキング状態の誤検出をなくすことができると共
に、回路の簡略化及び小型化を行うことができ、コスト
の低減を図ることができる。また、フィルタ部における
リンギングの抑制とイオン電流に重畳した交流成分から
なるノッキング信号の検出感度向上という相反する特性
に対して双方の改善を行うことができ、イオン電流発生
から短時間でノッキングの検出を行うことができる。更
に、簡単な回路構成で発振し難い回路を得ることができ
ると共に、ノッチフィルタ回路部の入出力両端の電圧降
下を小さくすることができることから、ノッチフィルタ
回路部を形成するコンデンサの容量を小さくすることが
でき、コストの削減を図ることができる。

【００９４】第９の発明に係るイオン電流検出装置は、
第７又は第８の発明において、具体的には、インピーダ
ンス変換回路における入力バイアス電流の補償を行う補
償回路部を更に備えた。このことから、イオン電流検出
装置において、リンギングによるノッキング状態の誤検
出をなくすことができると共に、回路の簡略化及び小型
化を行うことができ、コストの低減を図ることができ
る。また、フィルタ部におけるリンギングの抑制とイオ
ン電流に重畳した交流成分からなるノッキング信号の検
出感度向上という相反する特性に対して双方の改善を行
うことができ、イオン電流発生から短時間でノッキング
の検出を行うことができる。更に、簡単な回路構成で発
振し難い回路を得ることができると共に、ノッチフィル
タ回路部の入出力両端の電圧降下を小さくすることがで
きることから、ノッチフィルタ回路部を形成するコンデ
ンサの容量を小さくすることができ、コストの削減を図
ることができる。また、インピーダンス変換回路におけ
る入力バイアス電流がノッチフィルタ回路部に影響を及
ぼすことをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１におけるイオン電流検
出装置の例を示した回路図である。

【図２】 図１のノッチフィルタ６１の周波数特性を示
した図である。

【図３】 図１のイオン電流閾値検出回路２４の回路例
を示した図である。

【図４】 図１のタイマ２５の回路例を示した図であ
る。

【図５】 図１のタイマ２５の他の回路例を示した図で
ある。

【図６】 図４のｎｐｎトランジスタ８６のベース電流
の変化に対するノッチフィルタ６１の周波数特性の変化
を示した図である。

【図７】 図４のｎｐｎトランジスタ８６のベース電流
を大きくした場合における、バンドパスフィルタ２３の
周波数特性を示した図である。

【図８】 図４のｎｐｎトランジスタ８６のベース電流
を小さくした場合における、バンドパスフィルタ２３の
周波数特性を示した図である。

【図９】 図１のイオン電流検出装置２における、ノッ
キングが発生していないときにおける動作を示したタイ
ミングチャートである。

【図１０】 図１のイオン電流検出装置２における、ノ
ッキングが発生したときにおける動作を示したタイミン
グチャートである。

【図１１】 図１のバンドパスフィルタ２３の周波数特
性を示した図である。

【図１２】 本発明の実施の形態１におけるイオン電流
検出装置の他の例を示した部分回路図である。

【図１３】 図１２のバンドパスフィルタの周波数特性
を示した図である。

【図１４】 本発明の実施の形態２におけるイオン電流
検出装置を示した部分回路図である。

【図１５】 本発明の実施の形態３におけるイオン電流
検出装置を示した部分回路図である。

【図１６】 本発明の実施の形態４におけるイオン電流
検出装置を示した部分回路図である。

【図１７】 本発明の実施の形態５のイオン電流検出装
置を示した部分回路図である。

【図１８】 従来のイオン電流検出装置の例を示した回
路図である。

【符号の説明】

２，１０３，１１３，１２３，１３３ イオン電流検出
装置、 ２１ 検出用電圧発生回路、 ２２ イオン電
流−電圧変換回路、 ２３，１０２，１１２，１２２，
１３２ バンドパスフィルタ、 ２４ イオン電流閾値
検出回路、 ２５ タイマ、 ５４ 非反転増幅回路、
６１ ノッチフィルタ、 ６２ オペアンプ、 １０
１，１１１ インピーダンス変換回路、 １２１，１３
１ ベース電流補償回路

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側に印加された電圧により二次側に
   高電圧を発生させる点火コイルと、点火コイルに発生し
   た電圧により点火する点火プラグと、シリンダとからな
   る内燃機関における、燃焼時に発生するイオン電流を検
   出する内燃機関用のイオン電流検出装置において、 上記点火プラグにイオン電流検出用の電圧を印加する検
   出用電圧発生部と、 該検出用電圧発生部から点火プラグに印加された電圧に
   基づいて生じるイオン電流を電圧に変換するイオン電流
   −電圧変換部と、 該イオン電流−電圧変換部で変換された信号から特定周
   波数領域の交流成分を検出するフィルタ部と検出用電圧
   発生部から点火プラグに印加された電圧に基づいて生じ
   るイオン電流を検出し、該イオン電流が所定の閾値を超
   えるとイオン電流検出信号を出力するイオン電流閾値検
   出部と、 上記フィルタ部のフィルタ特性を制御するフィルタ特性
   制御部とを備え、 フィルタ特性制御部は、イオン電流閾値検出部からイオ
   ン電流検出信号が出力されると、所定の時間迄は、上記
   フィルタ部に対して特定周波数領域の交流成分の検出能
   力を低下させ、所定の時間後は、上記フィルタ部に対し
   て特定周波数領域の交流成分の検出能力を高めることを
   特徴とするイオン電流検出装置。
2. 【請求項２】 上記イオン電流−電圧変換部は、イオン
   電流を検出するイオン電流検出部と、ダイオードとで形
   成され、該ダイオードの順方向電圧の対数特性を用いて
   イオン電流検出部で検出されたイオン電流に含まれる交
   流成分の比率に比例する電圧を出力することを特徴とす
   る請求項１に記載のイオン電流検出装置。
3. 【請求項３】 上記イオン電流検出部は、カレントミラ
   ー回路からな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。
4. 【請求項４】 上記フィルタ部は、 非反転増幅回路部と、 該非反転増幅回路部における負帰還回路に設けられたノ
   ッチフィルタ回路部と、 該ノッチフィルタ回路部から出力される信号を上記非反
   転増幅回路部に帰還させるためのバッファ回路部とから
   なるバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項
   １から請求項３のいずれかに記載のイオン電流検出装
   置。
5. 【請求項５】 上記フィルタ特性制御部は、イオン電流
   閾値検出部からイオン電流検出信号が出力されると、所
   定の時間迄は、上記ノッチフィルタ回路部における特定
   周波数領域の減衰量を小さくし、所定の時間後は、上記
   ノッチフィルタ回路部における特定周波数領域の減衰量
   を大きくすることを特徴とする請求項４に記載のイオン
   電流検出装置。
6. 【請求項６】 上記バッファ回路部は、演算増幅器で形
   成されたボルテージホロワであることを特徴とする請求
   項４又は請求項５のいずれかに記載のイオン電流検出装
   置。
7. 【請求項７】 上記バッファ回路部は、トランジスタ回
   路で形成されたインピーダンス変換回路であることを特
   徴とする請求項４又は請求項５のいずれかに記載のイオ
   ン電流検出装置。
8. 【請求項８】 上記インピーダンス変換回路は、入力が
   ｎｐｎトランジスタで形成されることを特徴とする請求
   項７に記載のイオン電流検出装置。
9. 【請求項９】 上記インピーダンス変換回路における入
   力バイアス電流の補償を行う補償回路部を更に備えたこ
   とを特徴とする請求項７又は請求項８のいずれかに記載
   のイオン電流検出装置。