JP2641798B2 - イオン電流検出装置 - Google Patents

イオン電流検出装置

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、爆発行程時に燃焼室内に発生するイオン
電流を検出する装置に関し、特に小形化及びコストダウ
ンを実現したイオン電流検出装置に関するものである。
[従来の技術] 一般に、自動車エンジン等に用いられる内燃機関にお
いては、クランク軸と同期駆動される複数の気筒(例え
ば、4気筒)により、ECU(マイクロコンピュータ)の
制御下で、燃料(混合気)の吸入、圧縮、爆発(点火)
及び排気の4サイクルが繰り返し行われている。このと
き、ピストンで圧縮された燃料が点火サイクルにおいて
最適且つ確実に燃焼されないと、他の気筒に対して異常
な負荷がかかり、エンジンが損傷したり、未燃ガス流出
より種々の障害をもたらすおそれがある。従って、内燃
機関の安全を確保するためには、各気筒について確実に
燃焼が行われたか否かを常に検出する必要がある。
このため、従来により、爆発サイクルにおいて点火プ
ラグのギャップ間に発生するイオン電流を検出し、イオ
ン電流レベルに基づいて燃焼状態を判定する装置が提案
されている。
第7図は一般的なイオン電流検出装置を示す回路図で
ある。
図において、(1)はバッテリに接続される電源ライ
ン、(2)は各一端が電源ライン(1)に接続された一
次巻線(2a)及び二次巻線(2b)を有する点火コイル、
(3)は一次巻線(2a)とグランド間に挿入されるパワ
ートランジスタ、(4)は二次巻線(2b)にカソードが
接続された逆流防止用のダイオードである。
(5)はダイオード(4)を介して二次巻線(2b)に
接続された点火プラグであり、ダイオード(4)のアノ
ードに接続された放電用電極(5a)と、放電用電極(5
a)に対向配置されたグランド電極(5b)とを備えてい
る。尚、グランド電極(5b)は、点火プラグ(5)のハ
ウジング即ち燃焼室壁(図示せず)に接続されており、
放電用電極(5a)及びグランド電極(5b)は、各気筒の
燃焼室内に露出されている。
(6)はイオン電流Iを検出するための数100V程度の
電源、(7)はダイオード(4)及び点火プラグ(5)
の接続点と電源(6)との間に挿入された逆流防止用の
ダイオードである。(8)は電源(6)とグランドとの
間に挿入された抵抗器、(9)は電源(6)及び抵抗器
(8)の接続点に設けられたイオン電流検出用の出力端
子である。
次に、第8図の波形図を参照しながら、第7図に示し
たイオン電流検出装置の動作について説明する。
点火サイクルにおいて、ECU(図示せず)からの制御
信号Cによりパワートランジスタ(3)がオンオフ制御
され、一次巻線(2a)に流れる一次電流I1の通電遮断が
行われると、一次電流I1の遮断時に、二次巻線(2b)に
負の高電圧からなる二次電圧V2が誘起される。これによ
り、点火プラグ(5)のグランド電極(5b)から放電用
電極(5a)に向けて放電火花が生じ、燃焼室内の燃料は
爆発する。放電時間は、通常、1m秒〜1.5m秒程度であ
る。
このとき、正常に爆発が行われると、燃焼室内に大量
の陽イオンが発生し、この陽イオンは、イオン電流Iと
なって放電用電極(5a)からダイオード(7)を介して
電源(6)に流れ込み、更に、抵抗器(8)を介してグ
ランドに流れ込む。従って、抵抗器(8)で生じる電圧
降下量を検出すれば、イオン電流Iのレベルを知ること
ができ、正常に燃焼が行われたか否かを判定することが
できる。
イオン電流Iのレベルは出力端子(9)からECUに出
力された、ECUは、点火制御された気筒において正常に
燃焼が行われたか否かを判定する。そして、先火等の異
常が判定された場合には、点火タイミイングをフィード
バック調整したり、危険防止のために休筒させる処理を
行う。
[発明が解決しようとする課題] 従来のイオン電流検出装置は以上のように、イオン電
流Iを検出されるために電源(6)を用いているので、
小形化及びコストダウンを実現することができないとい
う問題点があった。
又、例えば特開平2−104978号公報に参照されるよう
に、点火時にコンデンサを充電してイオン電流用バイア
ス電圧を得るようにした装置も提案されているが、イオ
ン電流用バイアス電圧が負極性であるため大きなイオン
電流を検出することができないという問題点があった。
なぜなら、点火時に各気筒の燃焼室に発生するイオン
のうち、陰イオン(専ら、電子)は火炎全体に分布し、
陽イオンは火炎表面に分布しているが、イオン電流検出
時に点火プラグ中心電極(配電器側)を負極性にする
と、質量の軽い電子が点火プラグ側壁電極及び燃焼室外
壁(グランド側)に引き寄せられ、燃焼火炎表面(燃焼
室内の外壁側)に位置する質量の重い陽イオンが点火プ
ラグ中心電極に引き寄せられることから、効果的にイオ
ン電流を流すことができないからである。
又、上記公報の回路構成では、気筒毎に対応して点火
コイルが複数個の場合を考慮しておらず、コンデンサが
点火コイルの一次電圧により充電されるので、特に複数
個の点火コイルに関連して効果的にイオン電流を検出し
ようとした場合、接続構造が複雑化してしまい、十分な
小形化及びコストダウンを実現することができないとい
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、イオン電流検出用電源を不要とすることに
より、小形化及びコストダウンを実現したイオン電流検
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] この発明に係るイオン電流検出装置は、点火プラグに
負極性の点火用高電圧を印加するための二次巻線を含む
点火コイルと、点火コイルの二次巻線と点火プラグとを
含む点火電流の経路内に直列に挿入されたコンデンサ及
びダイオードと、ダイオードに並列接続されたイオン電
流検出用の抵抗器とを備え、コンデンサ、ダイオード及
び抵抗器は、内燃機関の燃焼状態を検出するための単一
の燃焼検出回路を構成し、点火コイルは、内燃機関の気
筒数に対応して複数個並設され、各点火コイルの出端子
は燃焼検出回路に共通に接続されたものである。
[作用] この発明においては、点火コイルの二次電流即ち点火
電流が、点火プラグ、二次巻線、コンデンサ及びダイオ
ードを介して流れてコンデンサを充電し、イオン電流
が、抵抗器、コンデンサ、二次巻線及び点火プラグを介
して、点火用高電圧と逆方向に効果的に流れてコンデン
サを放電する。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。ま
ず、この発明の実施例に先立って、第1図〜第4図を参
照しながら、点火コイル毎に燃焼検出回路を構成した場
合を例にとって、この発明の関連技術について説明す
る。
第1図はこの発明に関連したイオン電流検出装置を示
す回路図であり、(1)〜(3)、(5)、(8)及び
(9)は前述と同様のものである。
(10)は点火コイル(2)の二次巻線(2b)に接続さ
れたコンデンサであり、二次巻線(2b)及び点火プラグ
(5)を含む二次電流の経路、即ち点火電流I2の経路内
に挿入されている。
抵抗器(8)は、コンデンサ(10)及び点火プラグ
(5)を含むイオン電流Iの経路内に挿入されるように
なっている。
(11)はコンデンサ(10)とグランドとの間に挿入さ
れたダイオードであり、点火電流I2に対して順方向にな
るようにコンデンサ(10)を接続され、且つ、イオン電
流検出用の抵抗器(8)に並列接続されている。
(12)はイオン電流Iに対して逆方向となるように二
次巻線(2b)に接続されたダイオード、(13)はコンデ
ンサ(10)に充電される電圧をクラップするツェナダイ
オード、(14)は抵抗器(8)〜ツェナダイオード(1
3)により構成される燃焼検出回路である。
次に、第2図の波形図を参照しながら、第1図に示し
た装置の動作について説明する。
前述のように、点火コイル(2)の一次巻線(2a)に
おいて電源ライン(1)の通電遮断が行われると、二次
巻線(2b)側に図示した極性で高電圧が発生し、点火プ
ラグ(5)、二次巻線(2b)、コンデンサ(10)及びダ
イオード(11)を介して、実線で示した経路で点火電流
I2が流れる。この点火電流I2により、コンデンサ(10)
には、図示した極性の電圧が充電される。尚、高電圧の
極性は二次巻線(2b)の巻線方向等により任意に設定さ
れ得る。
このように、気筒の爆発行程時において点火プラグ
(5)のグランド電極(5b)と放電用電極(5a)との間
で放電が起こり、正常に爆発が行われると、燃焼室内に
発生した陽イオンは、イオン電流Iとなり、破線で示し
た経路で流れる。即ち、イオン電流Iは、抵抗器
(8)、コンデンサ(10)、二次巻線(2b)及び点火プ
ラグ(5)を介した経路で流れ、コンデンサ(10)の充
電電圧を放電させる。
このとき、抵抗器(8)の両端間に発生する電圧は、
イオン電流Iに応じた電圧値となって出力端子(9)か
ら出力され、ECUに取り込まれて燃焼の判定がなされ
る。
このように、点火電流I2によりコンデンサ(10)を充
電し、この充電電圧をイオン電流Iによって放電するこ
とにより、コンデンサ(10)が電源として作用するの
で、従来回路の電源(6)を省略することができる。
従って、燃焼検出回路(14)の小形化及びコストダウ
ンが実現し、第3図に示すように、容易に点火コイル
(2)及び点火プラグ(5)と一体に構成することがで
きる。又、これにより、小形化及びコストダウンが更に
促進する。
又、内燃機関の燃焼状態を検出するための燃焼検出回
路(14)は、点火コイル(2)の高電圧発生出力端子と
は反対側(即ち、ゲランド側)の出力端子に接続されて
いるので、回路要素を高耐圧構成にする必要がなく、従
って、更に小形化及びコストダウンが実現する。
上記回路構成例では、ツェナダイオード(13)に対し
て直列にダイオード(12)を接続したが、第4図のよう
に、ダイオード(11)により兼用可能な構成とし、ツェ
ナダイオード(13)のアノードにダイオード(11)のア
ノードを接続してもよい。この場合、ダイオード(12)
を省略することができるので、更に小形化及びコストダ
ウンが実現することができる。
以下、この発明の一実施例について説明する。第5図
はこの発明の一実施例を示す回路図であり、1〜3、
5、8〜14、C及びI1は前述の同様のものである。
図1〜図4に示した上記構成例では、燃焼検出回路
(14)を気筒毎に設ける構成としたが、この発明の一実
施例では、第5図のように1つの燃焼検出回路(14)を
複数気筒に対して兼用する構成としている。この場合、
例えば第6図のように、4気筒エンジンの#1〜#4の
各気筒毎の一次電流I1に対して、イオン電流Iは連続的
に検出される。
第5図の構成によれば、単一の燃焼検出回路(14)に
より、複数個の点火コイル(2)に関して各気筒毎のイ
オン電流Iを効果的に検出することができるので、前述
の構成と比べて、更に小形化及びコストダウンが実現す
ることができる。
このとき、コンデンサ(10)に充電されるイオン電流
用のバイアス電圧は、点火プラグ(5)の中心電極に対
して正極性に印加されるので、イオン電流Iの検出性を
損なうことはない。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、点火プラグに負極性
の点火用高電圧を印加するための二次巻線を含む点火コ
イルと、点火コイルの二次巻線と点火プラグとを含む点
火電流の経路内に直列に挿入されたコンデンサ及びダイ
オードと、ダイオードに並列接続されたイオン電流検出
用の抵抗器とを備え、コンデンサ、ダイオード及び抵抗
器は、内燃機関の燃焼状態を検出するための単一の燃焼
検出回路を構成し、点火コイルは、内燃機関の気筒数に
対応して複数個並設され、各点火コイルの出力端子は、
燃焼検出回路に共通に接続され、イオン電流を、抵抗
器、コンデンサ、二次巻線及び点火プラグを介して流す
ようにしたもので、イオン電流の検出性を損なうことな
く、小形化及びコストダウンが実現したイオン電流検出
装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に関連した装置の構成例を示す回路
図、第2図は第1図の動作を説明するための波形図、第
3図はこの発明に関連した装置を一体構成とした場合の
外観を示す斜視図、第4図はこの発明に関連した装置の
別の構成例を示す回路図、第5図はこの発明の一実施例
を示す回路図、第6図は第5図の動作を説明するための
波形示す回路図、第7図は従来のイオン電流検出装置を
示す回路図、第8図は第7図の動作を説明するための波
形図である。 (2)……点火コイル、(2b)……二次巻線 (5)……点火プラグ、(8)……抵抗器 (9)……出力端子、(10)……コンデンサ (11)……ダイオード、(14)……燃焼検出回路 I……イオン電流、I2……点火電流 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】内燃機関の爆発行程時に点火プラグの電極
    間に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置
    において、 前記点火プラグに負極性の点火用高電圧を印加するため
    の二次巻線を含む点火コイルと、 前記点火コイルの二次巻線と前記点火プラグとを含む点
    火電流の経路内に直列に挿入されたコンデンサ及びダイ
    オードと、 前記ダイオードに並列接続されたイオン電流検出用の抵
    抗器と を備え、 前記コンデンサ、前記ダイオード及び前記抵抗器は、前
    記内燃機関の燃焼状態を検出するための単一の燃焼検出
    回路を構成し、 前記点火コイルは、前記内燃機関の気筒数に対応して複
    数個並設され、前記各点火コイルの出力端子は前記燃焼
    検出回路に共通に接続されたことを特徴とするイオン電
    流検出装置。
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