JP2552754B2 - 内燃機関燃焼検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、点火プラグのギャップ間に発生するイオ
ン電流に基づいて内燃機関の燃焼状態を検出する装置に
関し、特にイオン電流のレベルに応じてスレッショルド
レベルを変えることにより信頼性を向上させた内燃機関
燃焼検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等に用いられる内
燃機関は、複数の気筒（例えば、４気筒）により、吸
気、圧縮、爆発及び排気の４サイクルで駆動されてお
り、各気筒毎のイグナイタによる点火時期及びインジェ
クタによる燃料噴射順序等を最適に制御するため、マイ
クロコンピュータにより電子的に演算が行われている。
このため、マイクロコンピュータは、各種運転条件の他
に、内燃機関の回転に同期した気筒毎の基準位置信号及
び特定気筒に対応した気筒識別信号等を取り込み、各気
筒毎の動作位置を識別して最適なタイミングで制御を行
っている。又、基準位置信号及び気筒識別信号を発生す
る手段としては、内燃機関のカム軸又はクランク軸の回
転を検出して同期信号を発生する回転信号発生器が用い
られている。

例えば、各気筒の点火制御においては、ピストンで圧
縮された混合気に点火プラグで火花を飛ばして混合気を
燃焼させる必要がある。しかし、燃料状態や点火プラグ
状態等によっては、点火制御された気筒が燃焼できない
場合があり、このような状態が発生すると、他の気筒に
対して異常な負荷がかかり、エンジンの損傷を招くおそ
れがある。従って、機関の安全を保守するためには、各
気筒について確実に燃焼が行われたか否かを点火サイク
ル毎に検出する必要があり、従来より、点火プラグのギ
ャップ間に発生するイオン電流を検出して燃焼状態を判
別する装置が提案されている。

第２図は従来の内燃機関燃焼検出装置を示す構成図で
ある。

図において、（１）は内燃機関の駆動軸となるクラン
ク軸であり、複数の気筒（図示せず）のピストンに連結
されて回転駆動されるようになっている。（２）はクラ
ンク軸（１）と同期して回転するカム軸、（３）はクラ
ンク軸（１）とカム軸（２）とを連結するタイミングベ
ルトである。

一般的な４サイクルエンジンの場合、クランク軸
（１）の２回転に対して吸入、圧縮、爆発及び排気が行
われるため、クランク軸（１）の２回転に対してカム軸
（２）が１回転し、カム軸（２）は、各気筒の４サイク
ル動作の１周期に同期して１回転するようになってい
る。従って、４気筒エンジンの場合、各気筒の動作位置
は、クランク軸（１）に対しては１回転の1/2周期分（1
80゜）ずつ位相がずれており、カム軸（２）に対して
は、1/4周期ずつ位相がずれている。

（４）はカム軸（２）に連結された回転信号発生器の
回転軸、（５）は回転軸（４）の一端に設けられた基準
位置検出用の回転円板である。（６）は回転円板（５）
に形成されたスリット状の窓であり、各気筒毎の基準位
置（所定回転角度）に対応するように設けられている。
又、回転円板（５）には、特定気筒に対応した気筒識別
用の窓（図示せず）が必要に応じて設けられている。

（８）は回転円板（５）の一部に対向配置された固定
板である。この固定板（８）には、窓（６）に対向する
フォトカプラセンサ（図示せず）が設けられており、各
気筒毎の基準位置信号Ｌを生成するようになっている。
ここでは、（６）の回転方向前方側の一端が各気筒の第
１の基準位置に対応し、回転方向後方側の一端が各気筒
の第２の基準位置に対応しており、基準位置信号Ｌは、
第１の基準位置で立ち上がり、第２の基準位置で立ち下
がるパルス波形となる。

（10）は電子制御装置を構成するマイクロコンピュー
タ（以下、ECUという）であり、基準位置信号Ｌと、図
示しない各種センサからの運転状態信号とに基づいて、
各気筒の燃料制御及び点火制御等を行うようになってい
る。ECU（10）は、判別された気筒順序に従って各気筒
を制御する分配手段を備えている。

（11）はECU（10）により駆動されるエミッタ接地の
パワートランジスタ、（12）は一次コイル側がパワート
ランジスタ（11）に接続された点火コイル、（13）は点
火コイル（12）の二次コイル側に接続された点火プラ
グ、（14）は点火コイル（12）と点火プラグ（13）との
間に挿入された逆流防止用のダイオードであり、これら
（11）〜（14）は点火部を構成している。尚、点火部は
各気筒毎に設けられているが、ここでは、１つの気筒に
対する点火部のみを代表的に示している。

（20）は点火プラグ（13）の一端とECU（10）との間
に挿入されたイオン電流検出器であり、点火プラグ（1
3）の一端に接続された逆流防止用のダイオード（21）
と、ダイオード（21）のカソードに接続された負荷抵抗
器（22）と、負荷抵抗器（22）に直列接続された陽極接
地の直流電源（23）と、負荷抵抗器（22）及び直流電源
（23）からなる直列回路に並列接続された分圧抵抗器
（24）及び（25）と、負荷抵抗器（22）及び分圧抵抗器
（24）の接続点に挿入されたコンデンサ（26）と、分圧
抵抗器（24）及び（25）の接続点が比較入力端子（−）
に接続され且つ出力端子がECU（10）に接続された比較
器（27）と、電源及びグランド間に直列接続されて中間
接続点から比較器（27）の基準入力端子（＋）にスレッ
ショルドTHを入力する分圧抵抗器（28）及び（29）とを
備えている。

又、分圧抵抗器（24）及び（25）は、イオン電流Ｉに
対応した電圧Ｖを生成する電圧生成手段を構成し、分圧
抵抗器（28）及び（29）は、燃焼判定基準となるスレッ
ショルドTHを生成するスレッショルド生成手段を構成し
ている。

以下の構成からなるイオン電流検出器（20）は、必要
に応じて、特定気筒の点火プラグ（13）のみ、又は、各
気筒毎の点火プラグ（13）に設けられている。

次に、第２図に示した従来の内燃機関燃焼検出装置の
動作について説明する。

クランク軸（１）と連動するカム軸（２）により回転
円板（５）が回転すると、固定板（８）上のフォトカプ
ラセンサからは、窓（６）に対応した基準位置信号Ｌが
出力される。この基準位置信号Ｌは、例えば、各気筒の
第１の基準位置B75゜で立ち上がり、第２の基準位置B5
゜で立ち下がる波形となる。第１の基準位置B75゜は、T
DC（上死点）から75゜手前のクランク角位置であり、制
御基準及びイニシャル通電角度に相当する。又、第２の
基準位置B5゜は、TDCから５゜手前の位置であり、クラ
ンキング時のイニシャル点火角度に相当する。又、別の
気筒識別信号（基準位置信号Ｌに含まれ得る）は、特定
気筒（例えば、＃１気筒）に対応する基準位置信号Ｌの
発生時に出力される。こうして得られた基準位置信号Ｌ
は、運転状態信号と共にマイクロコンピュータ（10）に
入力される。運転状態信号としては、例えば、エンジン
（クランク）回転数や、負荷状態（アクセル開度）が入
力される。

マイクロコンピュータ（10）は、基準位置信号Ｌに基
づいて識別された各気筒に対し、点火制御信号を分配
し、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒及び＃２気筒の順に
パワートランジスタ（11）をオンさせる。そして、点火
コイル（12）の一次コイル電流を所要時間だけ通電した
後、パワートランジスタ（11）を遮断し、点火コイル
（12）の二次コイル側を駆動して点火プラグ（13）に火
花を発生させる。このとき、点火コイル（12）に印加さ
れる電源電圧は負の高電圧であるが、点火プラグ（13）
で放電が行われた後は遮断される。

この放電により、点火プラグ（13）の周辺で爆発（燃
焼）が起こると、直後に、点火プラグ（13）のギャップ
間に多量の陽イオンが発生する。この陽イオンは、イオ
ン電流Ｉとなり、点火プラグ（13）のギャップ間から、
直流電源（23）の負電圧に引かれて、ダイオード（21）
及び負荷抵抗器（22）を介して流れる。

このイオン電流Ｉは、負荷抵抗器（22）の両端間の電
圧となり、更に、分圧抵抗器（24）及び（25）により電
圧Ｖに変換され、比較器（27）の比較入力端子（−）に
入力される。この電圧Ｖは、イオン電流Ｉに相当し、も
し、爆発が起これば高い値となり、爆発が起こらなけれ
ば低い値となる。一方、比較器（27）の基準入力端子
（＋）には、分圧抵抗器（28）及び（29）によって予め
適切に設定されたスレッショルドTHが入力されている。

従って、比較器（27）は、電圧ＶがスレッショルドTH
より小さければ出力信号をオフとし、電圧値Ｖがスレッ
ショルドTH以上であれば出力信号をオンとし、イオン電
流Ｉを検出したときのみオン信号を出力端子から生成し
てECU（10）に入力する。

ECU（10）は、基準位置信号Ｌから識別された気筒と
イオン電流Ｉに相当する電圧Ｖとに基づいて、点火制御
された気筒で正常で燃焼が行われたことを確認する。

もし、点火制御された気筒が正常であれば、点火プラ
グ（13）の放電により爆発が起こり、点火プラグ（13）
の間の多くの陽イオンが生成されるが、何らかの支障が
あって爆発が起こらなければ、陽イオンはほとんど生成
されない。これにより、気筒の燃焼状態を判別すること
ができる。

しかしながら、スレッショルドTHのレベルは運転状態
が安定しているときのイオン電流Ｉに対応して設定され
ているのに対し、イオン電流Ｉのレベルは、運転状態に
よって異なる。例えば、エンジン回転数が高い場合、又
は、負荷が大きい場合には、イオン電流Ｉにノイズが重
畳するため、イオン電流Ｉのレベルが上昇してしまう。
従って、電圧Ｖを一定のスレッショルドTHと比較した場
合、ノイズレベルのみで比較器（27）がオン信号を出力
する可能性があり、実際には、燃焼が行われなくても正
常に燃焼が行われたと判定してしまい、前述したよう
に、機関の損傷を招くおそれがある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関燃焼検出装置は以上のように、燃焼状
態判定用のスレッショルドTHのレベルが一定に設定され
ているので、運転状態によってイオン電流Ｉのレベルが
変化した場合、イオン電流Ｉの判定が正確に行われず、
信頼性の高い燃焼検出が困難になるという問題点があっ
た。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、イオン電流のレベルが変化しても信頼性を
損なうことのない内燃機関燃焼検出装置を得ることを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関燃焼検出装置は、スレッショ
ルド生成手段を、内燃機関の運転状態に応じて異なるス
レッショルドを生成するスレッショルドレベル可変回路
で構成し、運転状態が定常状態であれば低レベルのスレ
ッショルドを生成し、運転状態が定常状態よりも高回転
数状態又は高負荷状態であれば高レベルのスレッショル
ドを生成するようにしたものである。

［作用］ この発明による内燃機関燃焼検出装置においては、内
燃機関の運転状態に応じてスレッショルドのレベルを変
化させ、イオン電流のレベル変化によらず正確に燃焼状
態を検出する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例による内燃機関燃焼検出装置
を示す構成図であり、図において、（１）〜（27）は前
述と同様のものである。

（30）はスレッショルド生成手段となるスレッショル
ドレベル可変回路であり、ECU（10）の制御により内燃
機関の運転状態に応じて異なるスレッショルドを生成す
るようになっている。

又、ECU（10）は、プログラムの一部が変更されてお
り、運転状態に応じてスレッショルドレベル可変回路
（30）を制御するようになっている。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につ
いて説明する。

前述と同様に、ECU（10）は、各気筒のクランク角に
対応した基準位置信号Ｌに基づいて、パワートランジス
タ（11）を駆動し、所定のタイミングで点火プラグ（1
3）を放電させる。続いて、イオン電流検出器（20）
は、放電直後に点火プラグ（13）のギャップ間に発生す
るイオン電流Ｉを取り込み、ECU（10）は、比較器（2
7）の出力信号により、イオン電流Ｉのレベルが燃焼レ
ベルであることを判定する。

このとき、ECU（10）は、回転数や負荷状態に応じて
スレッショルドレベル可変回路（30）を制御し、内燃機
関の運転状態が定常状態であれば低レベルのスレッショ
ルドTHを生成させ、回転数が高い状態や負荷の大きい状
態であれば高レベルのスレッショルドTHを生成させる。

これにより、運転状態によってイオン電流Ｉのレベル
が変化しても、燃焼状態を確実に検出することができ
る。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、内燃機関の運転状態
に応じて異なるスレッショルドを生成するスレッショル
ドレベル可変回路を設け、運転状態が定常状態であれば
低レベルのスレッショルドを生成し、運転状態が定常状
態よりも高回転数状態又は高負荷状態であれば高レベル
のスレッショルドを生成するようにしたので、イオン電
流のレベル変化によらず正確に燃焼状態を検出すること
ができ、信頼性の高い内燃機関燃焼検出装置が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は従
来の内燃機関燃焼検出装置を示す構成図である。 （10）……ECU （13）……点火プラグ （20）……イオン電流検出器 （24）、（25）……分圧抵抗器（電圧生成手段） （27）……比較器 （30）……スレッショルドレベル可変回路 Ｉ……イオン電流、Ｖ……電圧 TH……スレッショルド 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の回転に同期して点火制御される
   複数の気筒と、 これら気筒のうちの少なくとも１つの気筒の点火プラグ
   に設けられたイオン電流検出器と、 を備え、 前記イオン電流検出器が、 前記点火プラグから発生するイオン電流のレベルに対応
   した電圧を生成する電圧生成手段と、 燃焼判定基準となるスレッショルドを生成するスレッシ
   ョルド生成手段と、 前記電圧と前記スレッショルドとを比較して燃焼状態を
   表わす出力信号を生成する比較器と、 を含む内燃機関燃焼検出装置において、 前記スレッショルド生成手段は、前記内燃機関の運転状
   態に応じて異なるスレッショルドを生成するスレッショ
   ルドレベル可変回路からなり、前記運転状態が定常状態
   であれば低ルベルのスレッショルドを生成し、前記運転
   状態が前記定常状態よりも高回転数状態又は高負荷状態
   であれば高レベルのスレッショルドを生成することを特
   徴とする内燃機関燃焼検出装置。