JP2641799B2 - イオン電流検出装置 - Google Patents

イオン電流検出装置

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JP2641799B2
JP2641799B2 JP2330473A JP33047390A JP2641799B2 JP 2641799 B2 JP2641799 B2 JP 2641799B2 JP 2330473 A JP2330473 A JP 2330473A JP 33047390 A JP33047390 A JP 33047390A JP 2641799 B2 JP2641799 B2 JP 2641799B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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)
  • Combined Controls Of 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、未然ガス流出
に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
に燃焼が行なわたか否かを常に検出する必要がある。
このため、従来より、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2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)バッテリに接続された電源、
(2)は各一端が電源(1)に接続された一次巻線(2
a)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たパワートラン
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と、放電用電極に対向配置
され且つ接地されたグランド電極とを備えている。グラ
ンド電極は、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、点火プラグ(5)の
放電用電極及びグランド電極は、各気筒の燃焼室内に露
出されている。
(6)はダイオード(4)のアノードに接続されてイ
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、
(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3図の波形図を参照しながら、第2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)のグランド電極から放電用電極に
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、ECUは、点火制御された気筒において正常に燃
焼が行なれた否かを判定する。そして、失火等の異常が
判定された場合には、点火タイミ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などの処理を
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を検出するために電源(6)を用いているので、特
に複数気筒毎に燃焼検出する場合には複数の電源(6)
が必要となり、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。
なぜならば、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、コンデンサが点火コイ
ルの一次電圧により充電されるうえ、各気筒に対するイ
オン電流用ダイオードが、イオン電流検出器内において
個別に接続されているので、特に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と共
に、複数気筒毎の燃焼検出を1つの燃焼検出回路で行う
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、点火コイルの
二次巻線に接続されて複数の気筒の各点火プラグに対し
て順次負極性の高電圧を分配する配電器と、各点火プラ
グと二次巻線との間に高電圧に対して逆極性にそれぞれ
挿入されたイオン電流用ダイオードと、二次巻線から出
力される点火エネルギにより充電されるコンデンサと、
コンデンサの充電方向に直列接続された充電用ダイオー
ドと、充電用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、イオン電流用ダイオードは、配
電器に内蔵されると共に、各カソード側が各気筒毎の点
火プラグに接続され、各アノード側が一点で共通接続さ
れて二次巻線に接続され、イオン電流は、抵抗器、コン
デンサ、二次巻線、イオン電流用ダイオード及び点火プ
ラグを介して流れるように構成したものである。
[作用] この発明においては、点火コイルの二次巻線から出力
される点火エネルギをコンデンサに蓄え、コンデンサの
放電により、抵抗器、コンデンサ、二次巻線、イオン電
流用ダイオード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イオン電流を流す。
[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
れた充電用ダイオードであり、点火電流I2に対して順方
向となるようにコンデンサ(10)に接続され、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リップするツェナダイ
オードである。
(20)は点火コイル(2)の二次巻線(2b)に接続さ
れた配電器であり、クランク軸に同期して回転する回転
電極(21)と、回転電極(21)と対向する固定電極(2
2)と、回転電極(21)の中心電極(23)を有し、回転
電極(21)と固定電極(22)との間で放電することによ
り、複数気筒(例えば、#1〜#4気筒)の各点火プラ
グ(5)に対して順次高電圧を分配するようになってい
る。
(24)は配電器(20)に内蔵されたイオン電流用ダイ
オードであり、それぞれ、中心電極(23)から各固定電
極(22)に対して順方向となるように挿入され、且つ、
各点火プラグ(5)と二次巻線(2b)との間に印加され
る高電圧に対して逆極性に挿入されている。
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。
前述のように、点火コイル(2)の一次巻線(2a)に
おいて電源(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)、固定電極(22)、回転電極(21)、中心電極
(23)、二次巻線(2b)、コンデンサ(10)及び充電用
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(1
0)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。
このとき、配電器(20)の回転電極(21)により選択
された気筒の点火プラグ(5)のみが放電され、点火電
流I2が流れる。
このように、各気筒の爆発行程時において、各点火プ
ラグ(5)毎にグランド電極と放電用電極との間で放電
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)、中心電極(23)、イオ
ン電流用ダイオード(24)、固定電極(22)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、イオン電流Iは、例えば4気筒エンジンの
#1〜#4の各気筒に対して連続的に検出され、イオン
電流Iに対応して抵抗器(8)の両端間に発生する電圧
は、出力端子(9)からECUに取り込まれる。
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。
又、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、質
量が軽く運動性の高い電子(陰イオン)が点火プラグ
(5)の中心電極に引き寄せられると共に、火炎外側に
位置した質量の重い陽イオンが点火プラグ(5)の周辺
電極及び外壁(グランド)側に引き寄せられるので、大
きなイオン電流Iが流れ、イオン電流Iの検出性を向上
させることができる。
又、バイアス用のコンデンサ(10)は、点火コイル
(2)の二次電圧で充電されるので、効果的に接続構造
を簡略化することができる。
又、各イオン電流用ダイオード(24)は、配電器(2
0)に内蔵され、各アノードが中心電極(23)の一点を
介してコンデンサ(10)側に接続されているので、各気
筒に対するイオン電流経路を共用化して接続構造を簡略
化することができる。このように、配電器(20)を介し
て各気筒毎の点火プラグ(5)に高電圧を分配すると共
に、各気筒毎のイオン電流Iをイオン電流用ダイオード
(24)を介して流すことにより、各イオン電流Iを1つ
の回路で検出することができ、大幅な小形化及びコスト
ダウンが実現する。
尚、上記実施例では、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、充電用ダイオ
ード(11)にダイオード(12)の機能を兼用させ、ツェ
ナダイオード(13)のアノードに充電用ダイオード(1
1)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
コストダウンを実現することができる。
又、二次巻線(2b)に流れる点火電流I2によりコンデ
ンサ(10)を充電するようにしたが、二次巻線(2b)か
ら出力される点火エネルギーの一部を蓄えればよく、例
えば、二次巻線(2b)に発生する点火用の高電圧を印加
することによりコンデンサ(10)を充電してもよい。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、点火コイルの二次巻
線に接続されて複数の気筒の 各点火プラグに対して順
次負極性の高電圧を分配する配電器と、各点火プラグと
二次巻線との間に高電圧に対して逆極性にそれぞれ挿入
されたイオン電流用ダイオードと、二次巻線から出力さ
れる点火エネルギにより充電されるコンデンサと、コン
デンサの充電方向に直列接続された充電用ダイオード
と、充電用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、イオン電流用ダイオードは、配電
器に内蔵されると共に、各カソード側が各気筒毎の点火
プラグに接続され、各アノード側が一点で共通接続され
て二次巻線に接続され、二次巻線から出力される点火エ
ネルギをコンデンサに蓄え、イオン電流を、抵抗器、コ
ンデンサ、二次巻線、イオン電流用ダイオード及び点火
プラグに介して効果的に流すようにしたので、イオン電
流検出用電源が不要となると共に、複数気筒毎の燃焼検
出を1つの燃焼検出回路で行うことができ、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回路図、第2図は従
来のイオン電流検出装置を示す回路図、第3図は第2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)……充電用ダイオード (20)……配電器 (24)……イオン電流用ダイオード 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、 点火コイルの二次巻線に接続されて複数の気筒の各点火
    プラグに対して順次負極性の高電圧を分配する配電器
    と、 前記各点火プラグと前記二次巻線との間に前記高電圧に
    対して逆極性にそれぞれ挿入されたイオン電流用ダイオ
    ードと、 前記二次巻線から出力される点火エネルギにより充電さ
    れるコンデンサと、 このコンデンサの充電方向に直列接続された充電用ダイ
    オードと、 この充電用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、 前記イオン電流用ダイオードは、前記配電器に内蔵され
    ると共に、各カソード側が前記各気筒毎の点火プラグに
    接続され、各アノード側が一点で共通接続され且つ前記
    二次巻線に接続され、 前記イオン電流は、前記抵抗器、前記コンデンサ、前記
    二次巻線、前記イオン電流用ダイオード及び前記点火プ
    ラグを介して流れるように構成したことを特徴とするイ
    オン電流検出装置。
JP2330473A 1990-11-26 1990-11-30 イオン電流検出装置 Expired - Lifetime JP2641799B2 (ja)

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