JP2005042733A - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関の気筒に設置された点火プラグ3にイオン電流検出用の電圧を印加するバイアス回路6と、このバイアス回路からの電圧に基づいてイオン電流を検出するカレントミラー回路で構成されたイオン電流信号分配回路20と、電流−電圧変換回路21,22とを備え、イオン電流信号分配回路よりイオン電流と相似となる電流を複数生成する。
【選択図】図1
Description
図6は従来の内燃機関の燃焼状態検出装置の一例を示す構成図である。
図において、点火コイル1の1次巻線1aの一端は電源端子VBに接続され、その他端は、1次電流I1を通電遮断するためのスイッチング素子としてのエミッタ接地のパワートランジスタ2を介してグランドに接続される。
なお、点火コイル1および点火プラグ3は、各気筒毎に並設されているが、ここでは、代表的に一組の点火コイル1および点火プラグ3のみを示している。
抵抗器4は、バイアス回路6から2次巻線1bを介して点火プラグ3に流れる放電電流を抑制し、1次巻線1aへの通電開始時に2次巻線1bの高圧側に発生する電圧を抑制する。
バイアス回路6は、抵抗器4と2次巻線1bを介して、点火極性とは逆極性すなわち正極性のバイアス電圧を点火プラグ3に印加し、燃焼時に発生するイオン量に対応したイオン電流を実質的に検出する。
電圧信号分配回路8は電圧に変換されたイオン電流検出信号(イオン信号)を分配し、それぞれイオン信号よりノック信号を取り出すノック検出信号発生回路9と、イオン信号より燃焼/失火を判定する信号を生成する燃焼/失火信号発生回路10に供給する。
図において、バイアス回路6は、並列接続の抵抗器4およびダイオード5を介して2次巻線1bの低圧側に接続されたコンデンサ6aと、コンデンサ6aとグランドとの間に挿入されたダイオード6bと、コンデンサ6aに並列接続されたバイアス電圧制限用のツェナーダイオード6cとを含む。
電圧信号分配回路8は複数のバッファ8aと8bを含み、バッファ8aの出力側はノック検出信号発生回路9に接続され、バッファ8bの出力側は燃焼/失火信号発生回路10に接続される。
通常、ECU11は、運転条件に応じて点火時期等を演算し、目標制御タイミングでパワートランジスタ2のベースに点火信号V1(図8(a))を印加し、パワートランジスタ2をオンオフ制御する。
コンデンサ6aの充電電圧がツェナーダイオード6cの所定電圧値に達すると、2次電流はコンデンサ6aには流れ込まずにツェナーダイオード6cを流れ、これにより所定のバイアス電圧が保持される。
また、イオン電流検出用電圧発生手段の低電圧側の電圧をゼロボルトに帰還制御する電圧制御回路を備えたので、イオン電流と同等な電流を正確にカレントミラー回路に流すことができ、ノック検出性や燃焼/失火検出性等様々な燃焼状態検出の検出性を更に向上できるとう効果がある。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の一例を示す構成図である。
図において、図6と対応する部分には同一符号を付し、その重複説明を省略する。
図において、イオン電流信号分配回路20はトランジスタ20a〜20dおよび抵抗器20e〜20gを含むカレントミラー回路で構成される。トランジスタ20aおよび20bの各エミッタはそれぞれ抵抗器20eおよび20fを介して電源端子VBに接続され、各ベースは共通接続されてトランジスタ20cのエミッタに接続される。
トランジスタ20bのコレクタは電流−電圧変換回路22の抵抗器22aの一端に接続され、この接続点が燃焼/失火信号発生回路10の入力側に接続され、また、抵抗器22aの他端は接地される。
通常、ECU11は、運転条件に応じて点火時期等を演算し、目標制御タイミングでパワートランジスタ2のベースに点火信号V1(図3(a))を印加し、パワートランジスタ2をオンオフ制御する。
コンデンサ6aの充電電圧がツェナーダイオード6cの所定電圧値に達すると、2次電流はコンデンサ6aには流れ込まずにツェナーダイオード6cを流れ、これにより所定のバイアス電圧が保持される。
そして、抵抗器21aからのイオン信号SI2はノック検出信号発生回路9に供給され、ここでノック信号が生成される。また、抵抗器22aからのイオン信号SI1は燃焼/失火信号発生回路10に供給され、ここで燃焼/失火信号を生成される。
上記実施の形態1において、イオン電流信号分配回路20であるカレントミラー回路のトランジスタ20b,20dに流れる電流は、トランジスタ20aを流れる電流に対し、そのチップサイズに比例して流れる。そこで、それぞれのトランジスタのチップサイズを変えることによりダイナミックレンジを複数設定することができる。また、それぞれの電流に対し、個々に電流一電圧変換を行うため、電流一電圧変換段階でも個々にダイナミックレンジを設定できる。
また、上記実施の形態1において、イオン電流信号分配回路20であるカレントミラー回路で分配したそれぞれ個別のイオン信号を用いて、ノッキング検出や燃焼/失火検出を行うわけであるが、例えば、燃焼/失火を確実に判定するためには、イオン電流の発生が非常に小さい数μAでも検出する必要があるため、イオン電流のレベルが大きくなるようダイナミックレンジを設定する。
そして、この設定には、例えば細かい設定が可能な電流一電圧変換段階でのダイナミックレンジの設定、即ち抵抗器21a、22aの抵抗値を調整して行えばよい。
図4はこの発明の実施の形態4の一例を示す構成図である。
図において、図1と対応する部分には同一符号を付し、その重複説明を省略する。
本実施の形態では、バイアス回路6の低電圧側即ち出力側の電圧をゼロボルトに帰還制御する電圧制御回路23を用いる。その他の構成は図6と同様である。
図において、電圧制御回路23はオペアンプ23aと、その反転入力端子および出力端子に接続されたコンデンサ23bと、その一端がオペアンプ23aの反転入力端子に接続された抵抗器23cとを含み、オペアンプ23aの非反転入力端子は接地され、その出力端子はカレントミラー回路の抵抗器20e〜20gの共通接続点に接続され、そして、抵抗器23cの他端が接続点Pに接続される。
上述と同様に、接続点Pより流出した電流と同等の電流がトランジスタ20aを流れ、これにより、トランジスタ20b,20dにはトランジスタ20aを流れる電流を基準として電流が流れる。このようにして、1つのイオン電流を基準に、それと相似な複数の電流が生成される。
そして、電圧制御回路23はバイアス回路6のコンデンサ6aの低電圧側即ち接続点Pの電圧を常にゼロボルトになるように帰還制御する。その他の動作は実施に形態1と同様であるので、その説明を省略する。
なお、上記の各実施の形態では、この発明をノッキング検出や燃焼/失火検出に適用した場合であるが、同様の信号処理を要するその他の場合例えば燃焼/失火信号発生回路の出力をECUに取り込んで行うEGR制御やA/F制御等に用いてもよい。また、実施の形態2および3の手法は実施の形態4の回路にも同様に適用できるものである。
Claims (3)
- 内燃機関の気筒に設置された点火プラグにイオン電流検出用の電圧を印加するイオン電流検出用電圧発生手段と、
該イオン電流検出用電圧発生手段からの電圧に基づいてイオン電流を検出するイオン電流検出手段と
を備え、前記イオン電流検出手段はイオン電流と相似となる電流を複数生成し、
前記イオン電流検出用電圧発生手段の低電圧側の電圧をゼロボルトに帰還制御する電圧制御回路を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。 - 前記イオン電流検出用電圧発生手段は外部からの電流により充電され、電圧を保持するコンデンサと、該コンデンサの充電電圧を制限する電圧制限素子と、前記コンデンサの低電位側の電極とグランド間に設けられ、前記コンデンサからの電流を流出させる整流素子とを含み、前記イオン電流検出手段はカレントミラー回路で構成されたことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
- 前記イオン電流検出手段で生成されたイオン電流と相似となる複数の電流を用い、ノッキング検出および燃焼/失火検出を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
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