JP3129403B2 - イオン電流検出装置 - Google Patents
イオン電流検出装置Info
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- JP3129403B2 JP3129403B2 JP09125660A JP12566097A JP3129403B2 JP 3129403 B2 JP3129403 B2 JP 3129403B2 JP 09125660 A JP09125660 A JP 09125660A JP 12566097 A JP12566097 A JP 12566097A JP 3129403 B2 JP3129403 B2 JP 3129403B2
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- Japan
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- diode
- ion current
- voltage
- ignition coil
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼状
態を燃焼室内のイオン電流に基づいて検出するために点
火装置に付随して設けられるイオン電流検出装置に関す
る。
態を燃焼室内のイオン電流に基づいて検出するために点
火装置に付随して設けられるイオン電流検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関では、ノック、プレイグニショ
ン（過早着火）等の異常燃焼や失火を防止するための制
御を行う必要がある。内燃機関の燃焼状態を検出する方
法の一つとして、燃焼室内のイオン電流を測定し、その
イオン電流によって燃焼状態を検出する方法が提案され
ている。
ン（過早着火）等の異常燃焼や失火を防止するための制
御を行う必要がある。内燃機関の燃焼状態を検出する方
法の一つとして、燃焼室内のイオン電流を測定し、その
イオン電流によって燃焼状態を検出する方法が提案され
ている。
【０００３】すなわち、点火プラグによる放電が起き、
燃焼室内の混合気が燃焼すると、その混合気はイオン化
する。混合気がイオン化した状態にあるときに、点火プ
ラグに電圧を印加すると、イオン電流が流れる。このイ
オン電流を検出し、解析処理を行うことによって、ノッ
ク、プレイグニション、失火等の発生を検出することが
できるのである。
燃焼室内の混合気が燃焼すると、その混合気はイオン化
する。混合気がイオン化した状態にあるときに、点火プ
ラグに電圧を印加すると、イオン電流が流れる。このイ
オン電流を検出し、解析処理を行うことによって、ノッ
ク、プレイグニション、失火等の発生を検出することが
できるのである。
【０００４】例えば、特開平8-200195号公報は、かかる
イオン電流検出装置の一例を開示するものである。その
装置においては、点火コイルの一次電流の遮断時に生ず
る二次電流によりイオン電流生成用電源となるコンデン
サを一定電圧に充電し、火花放電後このコンデンサと点
火コイル二次巻線と点火プラグとイオン電流検出抵抗と
からなる閉回路に流れる電流をイオン電流検出抵抗を介
して測定することができるように構成されている。
イオン電流検出装置の一例を開示するものである。その
装置においては、点火コイルの一次電流の遮断時に生ず
る二次電流によりイオン電流生成用電源となるコンデン
サを一定電圧に充電し、火花放電後このコンデンサと点
火コイル二次巻線と点火プラグとイオン電流検出抵抗と
からなる閉回路に流れる電流をイオン電流検出抵抗を介
して測定することができるように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のイオン電流検出
装置において、イオン電流検出抵抗の抵抗値が大きくな
るほど、イオン電流検出電圧も大きくなる。ところで、
イオン電流検出装置の後段に設けられる処理装置は、そ
のイオン電流検出電圧を入力電圧として所定の処理を行
うものであるが、この処理装置の電源電圧としては、車
両に搭載される関係上、バッテリ電圧が利用される。し
たがって、イオン電流検出抵抗の抵抗値を過度に大きく
すると、一定値以上のイオン電流が流れた場合に、入力
電圧すなわちイオン電流検出電圧が電源電圧を上回り、
処理装置では飽和してしまう。このような事態になる
と、イオン電流に含まれる高周波のノック信号を検出す
ることができなくなるばかりか、飽和点にてイオン電流
が不連続となり、フィルタ（濾波器）を通過させた後の
信号には大きなノイズが含まれることとなる。
装置において、イオン電流検出抵抗の抵抗値が大きくな
るほど、イオン電流検出電圧も大きくなる。ところで、
イオン電流検出装置の後段に設けられる処理装置は、そ
のイオン電流検出電圧を入力電圧として所定の処理を行
うものであるが、この処理装置の電源電圧としては、車
両に搭載される関係上、バッテリ電圧が利用される。し
たがって、イオン電流検出抵抗の抵抗値を過度に大きく
すると、一定値以上のイオン電流が流れた場合に、入力
電圧すなわちイオン電流検出電圧が電源電圧を上回り、
処理装置では飽和してしまう。このような事態になる
と、イオン電流に含まれる高周波のノック信号を検出す
ることができなくなるばかりか、飽和点にてイオン電流
が不連続となり、フィルタ（濾波器）を通過させた後の
信号には大きなノイズが含まれることとなる。
【０００６】一方、イオン電流検出抵抗の抵抗値を小さ
くすると、点火コイルに関係するノイズが大きくなり、
ノックの検出性が悪化してしまう。すなわち、点火プラ
グでの放電が終了しても、点火コイルは残留磁気エネル
ギを持っている。点火コイルは、このエネルギを放出し
ようとして、高電圧線路の浮遊容量との間でＬＣ共振を
起こす。このＬＣ共振がノイズとなるのである。さら
に、点火コイルにイオン電流が流れると、これをトリガ
として点火コイルで微小なＬＣ共振が発生し、これもノ
イズとなる。点火コイルに関係するＬＣ共振周波数は、
一般に４〜８ｋＨｚであり、ノック周波数（６〜８ｋＨ
ｚ）に極めて近い。そのため、ＬＣ共振が発生すると、
そのノイズ信号成分とノック信号成分とをノック検出用
フィルタで分離することは困難である。したがって、イ
オン電流検出抵抗の抵抗値を過度に小さくすると、ＬＣ
共振によるノイズを減衰せしめることができず、ノック
等の検出精度が悪化することとなる。
くすると、点火コイルに関係するノイズが大きくなり、
ノックの検出性が悪化してしまう。すなわち、点火プラ
グでの放電が終了しても、点火コイルは残留磁気エネル
ギを持っている。点火コイルは、このエネルギを放出し
ようとして、高電圧線路の浮遊容量との間でＬＣ共振を
起こす。このＬＣ共振がノイズとなるのである。さら
に、点火コイルにイオン電流が流れると、これをトリガ
として点火コイルで微小なＬＣ共振が発生し、これもノ
イズとなる。点火コイルに関係するＬＣ共振周波数は、
一般に４〜８ｋＨｚであり、ノック周波数（６〜８ｋＨ
ｚ）に極めて近い。そのため、ＬＣ共振が発生すると、
そのノイズ信号成分とノック信号成分とをノック検出用
フィルタで分離することは困難である。したがって、イ
オン電流検出抵抗の抵抗値を過度に小さくすると、ＬＣ
共振によるノイズを減衰せしめることができず、ノック
等の検出精度が悪化することとなる。
【０００７】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、後段
の処理装置における処理が可能なようにイオン電流出力
電圧を抑制することと、点火コイルに関係するＬＣ共振
の減衰時間を短縮することとの両立を図ったイオン電流
検出装置を提供することにある。
の処理装置における処理が可能なようにイオン電流出力
電圧を抑制することと、点火コイルに関係するＬＣ共振
の減衰時間を短縮することとの両立を図ったイオン電流
検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、イオン電流を
検出する検出抵抗とＬＣ共振を減衰させる負荷抵抗とを
独立に設け機能を分離するという基本的着想に基づき、
以下に記載されるような技術構成を採用することによ
り、上記目的を達成するものである。
検出する検出抵抗とＬＣ共振を減衰させる負荷抵抗とを
独立に設け機能を分離するという基本的着想に基づき、
以下に記載されるような技術構成を採用することによ
り、上記目的を達成するものである。
【０００９】すなわち、本発明の第１の態様によれば、
点火プラグ及び点火コイル二次巻線に対して直列に接続
され、点火コイル一次電流遮断時に生ずる二次電流の方
向にのみ電流を流すダイオードと、該点火プラグ、該点
火コイル二次巻線及び前記ダイオードに対して直列に接
続され、イオン電流生成用電源となるコンデンサと、前
記コンデンサに並列に接続され、点火コイル二次電流に
より前記コンデンサに充電されるべき電圧を一定値に制
限する定電圧ダイオードと、前記ダイオードに対して並
列に接続され、前記コンデンサ、該点火コイル二次巻線
及び該点火プラグとともにイオン電流経路を構成する、
検出抵抗と負荷抵抗との直列接続と、前記検出抵抗と前
記負荷抵抗との接続点に接続される反転回路と、を具備
するイオン電流検出装置が提供される。
点火プラグ及び点火コイル二次巻線に対して直列に接続
され、点火コイル一次電流遮断時に生ずる二次電流の方
向にのみ電流を流すダイオードと、該点火プラグ、該点
火コイル二次巻線及び前記ダイオードに対して直列に接
続され、イオン電流生成用電源となるコンデンサと、前
記コンデンサに並列に接続され、点火コイル二次電流に
より前記コンデンサに充電されるべき電圧を一定値に制
限する定電圧ダイオードと、前記ダイオードに対して並
列に接続され、前記コンデンサ、該点火コイル二次巻線
及び該点火プラグとともにイオン電流経路を構成する、
検出抵抗と負荷抵抗との直列接続と、前記検出抵抗と前
記負荷抵抗との接続点に接続される反転回路と、を具備
するイオン電流検出装置が提供される。
【００１０】また、本発明の第２の態様によれば、前記
検出抵抗の抵抗値Ｒ１と前記負荷抵抗の抵抗値Ｒ２との
間に“Ｒ１＜Ｒ２”の関係が設定される。
検出抵抗の抵抗値Ｒ１と前記負荷抵抗の抵抗値Ｒ２との
間に“Ｒ１＜Ｒ２”の関係が設定される。
【００１１】また、本発明の第３の態様によれば、前記
検出抵抗の抵抗値Ｒ１と前記負荷抵抗の抵抗値Ｒ２との
間に、 Ｖｚ×｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝＜Ｖｂ ここで、Ｖｚは前記定電圧ダイオードによって制限され
る前記コンデンサの最大電圧、Ｖｂは装置の電源電圧、
の関係が設定される。
検出抵抗の抵抗値Ｒ１と前記負荷抵抗の抵抗値Ｒ２との
間に、 Ｖｚ×｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝＜Ｖｂ ここで、Ｖｚは前記定電圧ダイオードによって制限され
る前記コンデンサの最大電圧、Ｖｂは装置の電源電圧、
の関係が設定される。
【００１２】また、本発明の第４の態様によれば、点火
プラグ及び点火コイル二次巻線に対して直列に接続さ
れ、点火コイル一次電流遮断時に生ずる二次電流の方向
にのみ電流を流すダイオードと、該点火プラグ、該点火
コイル二次巻線及び前記ダイオードに対して直列に接続
され、イオン電流生成用電源となるコンデンサと、前記
コンデンサに並列に接続され、点火コイル二次電流によ
り前記コンデンサに充電されるべき電圧を一定値に制限
する定電圧ダイオードと、前記コンデンサと前記ダイオ
ードとの接続点に接続され、前記コンデンサ、該点火コ
イル二次巻線及び該点火プラグとともにイオン電流経路
を構成するとともに、前記コンデンサと前記ダイオード
との接続点の電圧値を反転増幅する反転増幅回路であっ
て、演算増幅器と、該演算増幅器の反転入力端子に接続
される入力抵抗と、該演算増幅器の出力端子から反転入
力端子への帰還抵抗と、を備えるものと、を具備するイ
オン電流検出装置が提供される。
プラグ及び点火コイル二次巻線に対して直列に接続さ
れ、点火コイル一次電流遮断時に生ずる二次電流の方向
にのみ電流を流すダイオードと、該点火プラグ、該点火
コイル二次巻線及び前記ダイオードに対して直列に接続
され、イオン電流生成用電源となるコンデンサと、前記
コンデンサに並列に接続され、点火コイル二次電流によ
り前記コンデンサに充電されるべき電圧を一定値に制限
する定電圧ダイオードと、前記コンデンサと前記ダイオ
ードとの接続点に接続され、前記コンデンサ、該点火コ
イル二次巻線及び該点火プラグとともにイオン電流経路
を構成するとともに、前記コンデンサと前記ダイオード
との接続点の電圧値を反転増幅する反転増幅回路であっ
て、演算増幅器と、該演算増幅器の反転入力端子に接続
される入力抵抗と、該演算増幅器の出力端子から反転入
力端子への帰還抵抗と、を備えるものと、を具備するイ
オン電流検出装置が提供される。
【００１３】また、本発明の第５の態様によれば、前記
帰還抵抗の抵抗値Ｒｆと前記入力抵抗の抵抗値Ｒａとの
間に“Ｒｆ＜Ｒａ”の関係が設定される。
帰還抵抗の抵抗値Ｒｆと前記入力抵抗の抵抗値Ｒａとの
間に“Ｒｆ＜Ｒａ”の関係が設定される。
【００１４】また、本発明の第６の態様によれば、前記
帰還抵抗の抵抗値Ｒｆと前記入力抵抗の抵抗値Ｒａとの
間に、 Ｖｚ×（Ｒｆ／Ｒａ）＜Ｖｂ ここで、Ｖｚは前記定電圧ダイオードによって制限され
る前記コンデンサの最大電圧、Ｖｂは装置の電源電圧、
の関係が設定される。
帰還抵抗の抵抗値Ｒｆと前記入力抵抗の抵抗値Ｒａとの
間に、 Ｖｚ×（Ｒｆ／Ｒａ）＜Ｖｂ ここで、Ｖｚは前記定電圧ダイオードによって制限され
る前記コンデンサの最大電圧、Ｖｂは装置の電源電圧、
の関係が設定される。
【００１５】本発明の第１又は第４の態様に係るイオン
電流検出装置においては、後段の処理装置における処理
が可能なようにイオン電流出力電圧を抑制することと、
点火コイルに関係するＬＣ共振の減衰時間を短縮するこ
ととの両立が図られ、イオン電流検出精度が向上する。
また、本発明の第２又は第５の態様に係るイオン電流検
出装置においては、イオン電流出力電圧を大幅に抑制す
ることと、ＬＣ共振の減衰時間を大幅に短縮することと
が可能となり、イオン電流信号の識別が容易となる。さ
らに、本発明の第３又は第６の態様に係るイオン電流検
出装置においては、イオン電流出力電圧を電源電圧以下
に確実に抑えることができ、イオン電流信号に基づく燃
焼状態検出が常に確実に行われる。
電流検出装置においては、後段の処理装置における処理
が可能なようにイオン電流出力電圧を抑制することと、
点火コイルに関係するＬＣ共振の減衰時間を短縮するこ
ととの両立が図られ、イオン電流検出精度が向上する。
また、本発明の第２又は第５の態様に係るイオン電流検
出装置においては、イオン電流出力電圧を大幅に抑制す
ることと、ＬＣ共振の減衰時間を大幅に短縮することと
が可能となり、イオン電流信号の識別が容易となる。さ
らに、本発明の第３又は第６の態様に係るイオン電流検
出装置においては、イオン電流出力電圧を電源電圧以下
に確実に抑えることができ、イオン電流信号に基づく燃
焼状態検出が常に確実に行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。
の実施形態について説明する。
【００１７】図１は、点火装置及び本発明の一実施形態
に係るイオン電流検出装置の回路構成を示す図である。
点火コイル１の一次巻線１ａの一端は、バッテリ２の正
電極に接続され、他の一端は、スイッチング用のトラン
ジスタ３のコレクタに接続されている。そのトランジス
タ３のエミッタは接地され、そのベースには点火信号が
印加されるように構成されている。点火コイル１の二次
巻線１ｂの一端は、点火プラグ４の中心電極４ａに接続
されている。点火プラグ４の外側電極４ｂは、接地され
ている。
に係るイオン電流検出装置の回路構成を示す図である。
点火コイル１の一次巻線１ａの一端は、バッテリ２の正
電極に接続され、他の一端は、スイッチング用のトラン
ジスタ３のコレクタに接続されている。そのトランジス
タ３のエミッタは接地され、そのベースには点火信号が
印加されるように構成されている。点火コイル１の二次
巻線１ｂの一端は、点火プラグ４の中心電極４ａに接続
されている。点火プラグ４の外側電極４ｂは、接地され
ている。
【００１８】点火コイル１の二次巻線１ｂの他の一端側
には、イオン電流検出回路１０が設けられている。ま
ず、イオン電流生成用電源となるコンデンサ１１が二次
巻線１ｂに接続されている。このコンデンサ１１には、
点火コイル二次電流によりコンデンサ１１に充電される
電圧を一定値に制限するための定電圧ダイオード（ツェ
ナーダイオード）１２が並列に接続されている。コンデ
ンサ１１の他の一端は、グランド方向へのみ電流を流す
ダイオード１３を介して接地されるとともに、負荷抵抗
１４とイオン電流検出抵抗１５との直列接続を介して接
地されている。
には、イオン電流検出回路１０が設けられている。ま
ず、イオン電流生成用電源となるコンデンサ１１が二次
巻線１ｂに接続されている。このコンデンサ１１には、
点火コイル二次電流によりコンデンサ１１に充電される
電圧を一定値に制限するための定電圧ダイオード（ツェ
ナーダイオード）１２が並列に接続されている。コンデ
ンサ１１の他の一端は、グランド方向へのみ電流を流す
ダイオード１３を介して接地されるとともに、負荷抵抗
１４とイオン電流検出抵抗１５との直列接続を介して接
地されている。
【００１９】そして、負荷抵抗１４とイオン電流検出抵
抗１５との接続点は、反転増幅回路１６に接続されてい
る。この反転増幅回路１６は、非反転入力端子（＋端
子）が接地された演算増幅器（オペアンプ）１７と、演
算増幅器１７の反転入力端子（−端子）に接続される入
力抵抗１８と、演算増幅器１７の出力端子から反転入力
端子（−端子）への帰還抵抗１９とで構成されている。
入力抵抗１８の抵抗値をＲａ、帰還抵抗１９の抵抗値を
Ｒｆとすると、電圧増幅度は、周知のように“−Ｒｆ／
Ｒａ”となる。本実施形態においては、Ｒｆ＝Ｒａに設
定されているため、反転増幅回路１６は、単なる反転回
路となる。そして、反転回路１６の出力は、ノック判定
等のための信号処理を行う処理回路２０へと導かれてい
る。なお、Ｒａ，Ｒｆは、Ｒ１，Ｒ２に対して大きな値
である。
抗１５との接続点は、反転増幅回路１６に接続されてい
る。この反転増幅回路１６は、非反転入力端子（＋端
子）が接地された演算増幅器（オペアンプ）１７と、演
算増幅器１７の反転入力端子（−端子）に接続される入
力抵抗１８と、演算増幅器１７の出力端子から反転入力
端子（−端子）への帰還抵抗１９とで構成されている。
入力抵抗１８の抵抗値をＲａ、帰還抵抗１９の抵抗値を
Ｒｆとすると、電圧増幅度は、周知のように“−Ｒｆ／
Ｒａ”となる。本実施形態においては、Ｒｆ＝Ｒａに設
定されているため、反転増幅回路１６は、単なる反転回
路となる。そして、反転回路１６の出力は、ノック判定
等のための信号処理を行う処理回路２０へと導かれてい
る。なお、Ｒａ，Ｒｆは、Ｒ１，Ｒ２に対して大きな値
である。
【００２０】次に、イオン電流検出回路１０の動作につ
いて説明する。まず、点火信号がアクティブとなり、ト
ランジスタ３がオンすると、点火コイル一次巻線１ａに
電流が流れる。次いで、点火信号がインアクティブとさ
れてトランジスタ３がオフにされることにより一次電流
が遮断されると、点火コイル１の二次巻線１ｂに高電圧
が誘起され、その結果、点火プラグ４にて火花放電が起
こる。すなわち、点火プラグ４の中心電極４ａにマイナ
ス極性の高電圧が印加されることにより、中心電極４ａ
と外側電極（接地電極）４ｂとの間で火花放電が起こ
り、図２に示されるように、点火コイル二次巻線１ｂか
ら、コンデンサ１１及び定電圧ダイオード１２、ダイオ
ード１３、並びに点火プラグ４を介して、二次巻線１ｂ
へと一巡する電流が流れる。この過程において、コンデ
ンサ１１は、定電圧ダイオード１２のツェナー電圧（１
００Ｖ程度）に一致する電圧にまで充電される。
いて説明する。まず、点火信号がアクティブとなり、ト
ランジスタ３がオンすると、点火コイル一次巻線１ａに
電流が流れる。次いで、点火信号がインアクティブとさ
れてトランジスタ３がオフにされることにより一次電流
が遮断されると、点火コイル１の二次巻線１ｂに高電圧
が誘起され、その結果、点火プラグ４にて火花放電が起
こる。すなわち、点火プラグ４の中心電極４ａにマイナ
ス極性の高電圧が印加されることにより、中心電極４ａ
と外側電極（接地電極）４ｂとの間で火花放電が起こ
り、図２に示されるように、点火コイル二次巻線１ｂか
ら、コンデンサ１１及び定電圧ダイオード１２、ダイオ
ード１３、並びに点火プラグ４を介して、二次巻線１ｂ
へと一巡する電流が流れる。この過程において、コンデ
ンサ１１は、定電圧ダイオード１２のツェナー電圧（１
００Ｖ程度）に一致する電圧にまで充電される。
【００２１】点火プラグ４における火花放電により、燃
焼室内の混合気が着火し燃焼すると、その混合気はイオ
ン化する。混合気がイオン化した状態にあるときには、
点火プラグ４の両電極間は導電性を有する。なおかつ、
コンデンサ１１の充電電圧により点火プラグ４の両電極
間には電圧が印加されているため、イオン電流が流れ
る。すなわち、このイオン電流は、図３に示されるよう
に、コンデンサ１１の一端から、点火コイル二次巻線１
ｂ、点火プラグ４、イオン電流検出抵抗１５、及び負荷
抵抗１４を介して、コンデンサ１１の他端へと流れる。
そして、イオン電流検出抵抗１５と負荷抵抗１４との接
続点には“−イオン電流値×検出抵抗値”の電圧が現
れ、その電圧は反転回路１６において反転される。最後
に、反転回路１６の出力がイオン電流出力として処理回
路２０に供給される。
焼室内の混合気が着火し燃焼すると、その混合気はイオ
ン化する。混合気がイオン化した状態にあるときには、
点火プラグ４の両電極間は導電性を有する。なおかつ、
コンデンサ１１の充電電圧により点火プラグ４の両電極
間には電圧が印加されているため、イオン電流が流れ
る。すなわち、このイオン電流は、図３に示されるよう
に、コンデンサ１１の一端から、点火コイル二次巻線１
ｂ、点火プラグ４、イオン電流検出抵抗１５、及び負荷
抵抗１４を介して、コンデンサ１１の他端へと流れる。
そして、イオン電流検出抵抗１５と負荷抵抗１４との接
続点には“−イオン電流値×検出抵抗値”の電圧が現
れ、その電圧は反転回路１６において反転される。最後
に、反転回路１６の出力がイオン電流出力として処理回
路２０に供給される。
【００２２】図４は、イオン電流に基づくノック処理の
方法を説明するための図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）
に示されるように、点火信号がオフとされた直後に点火
プラグ４にて放電が起こり、放電電流が流れる。そし
て、放電終了後、点火コイルは残留磁気エネルギを放出
しようとし、点火コイル二次巻線１ｂのインダクタンス
Ｌと高電圧線路に形成される浮遊容量Ｃｓ（図１参照）
との間でＬＣ共振が起こり、ＬＣ共振電流が流れる。そ
のＬＣ共振電流はイオン電流検出抵抗によって検出され
るため、放電終了後のイオン電流波形には、図４（Ｃ）
に示されるように、急峻な変化が現れるが、これはイオ
ン電流によるものではない。そして、残留磁気エネルギ
によるＬＣ共振電流が流れた後に、図４（Ｃ）に示され
るように、イオン電流が流れる。
方法を説明するための図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）
に示されるように、点火信号がオフとされた直後に点火
プラグ４にて放電が起こり、放電電流が流れる。そし
て、放電終了後、点火コイルは残留磁気エネルギを放出
しようとし、点火コイル二次巻線１ｂのインダクタンス
Ｌと高電圧線路に形成される浮遊容量Ｃｓ（図１参照）
との間でＬＣ共振が起こり、ＬＣ共振電流が流れる。そ
のＬＣ共振電流はイオン電流検出抵抗によって検出され
るため、放電終了後のイオン電流波形には、図４（Ｃ）
に示されるように、急峻な変化が現れるが、これはイオ
ン電流によるものではない。そして、残留磁気エネルギ
によるＬＣ共振電流が流れた後に、図４（Ｃ）に示され
るように、イオン電流が流れる。
【００２３】図１に示される処理回路２０においては、
ノックを検出するための区間が、図４（Ｄ）に示される
ように、残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流を避けて
設定され、この区間のイオン電流出力信号のみをバンド
パスフィルタ（帯域通過濾波器）に通すことにより、ノ
ック特有の周波数成分のみが抽出される。ノックが発生
していない場合、図４（Ｅ）に示されるように、バンド
パスフィルタ後の波形すなわちノック処理波形には、ノ
ック信号が現れない。
ノックを検出するための区間が、図４（Ｄ）に示される
ように、残留磁気エネルギによるＬＣ共振電流を避けて
設定され、この区間のイオン電流出力信号のみをバンド
パスフィルタ（帯域通過濾波器）に通すことにより、ノ
ック特有の周波数成分のみが抽出される。ノックが発生
していない場合、図４（Ｅ）に示されるように、バンド
パスフィルタ後の波形すなわちノック処理波形には、ノ
ック信号が現れない。
【００２４】一方、ノックが発生した場合には、図４
（Ｆ）に示されるように、イオン電流波形にノック特有
の高周波振動成分が現れる。この場合、バンドパスフィ
ルタを通した後のノック処理波形には、図４（Ｇ）に示
されるように、その高周波数成分が現れることとなる。
（Ｆ）に示されるように、イオン電流波形にノック特有
の高周波振動成分が現れる。この場合、バンドパスフィ
ルタを通した後のノック処理波形には、図４（Ｇ）に示
されるように、その高周波数成分が現れることとなる。
【００２５】また、前述のように点火コイルの残留磁気
エネルギによる急峻なＬＣ共振電流が流れた後に、変化
量の大きいイオン電流が点火コイルに流れ、これがトリ
ガとなって微小なＬＣ共振が発生し、図４（Ｈ）に示す
ように、イオン電流信号にこの微小なＬＣ共振電流がノ
イズとして重なってしまうという現象が現れる場合があ
る。このＬＣ共振周波数がノック周波数に近いときに
は、図４（Ｉ）に示されるように、あたかもノックがあ
ったかのような信号がノック処理波形に現れることとな
る。
エネルギによる急峻なＬＣ共振電流が流れた後に、変化
量の大きいイオン電流が点火コイルに流れ、これがトリ
ガとなって微小なＬＣ共振が発生し、図４（Ｈ）に示す
ように、イオン電流信号にこの微小なＬＣ共振電流がノ
イズとして重なってしまうという現象が現れる場合があ
る。このＬＣ共振周波数がノック周波数に近いときに
は、図４（Ｉ）に示されるように、あたかもノックがあ
ったかのような信号がノック処理波形に現れることとな
る。
【００２６】上述のようなノック検出を行うにあたり、
次の２点が必要となる。 条件１：イオン電流出力が電源電圧を超えないこと（ノ
ックによる振動は、イオン電流信号のピーク付近に出る
が、イオン電流出力が電源電圧を超えると、処理回路で
の処理が不可能となり、この振動成分がカットされてし
まう）。 条件２：点火コイルによるノイズ（ＬＣ共振電流）を早
く減衰させ小さくすること。
次の２点が必要となる。 条件１：イオン電流出力が電源電圧を超えないこと（ノ
ックによる振動は、イオン電流信号のピーク付近に出る
が、イオン電流出力が電源電圧を超えると、処理回路で
の処理が不可能となり、この振動成分がカットされてし
まう）。 条件２：点火コイルによるノイズ（ＬＣ共振電流）を早
く減衰させ小さくすること。
【００２７】まず、上記の条件２を満たすためには、イ
オン電流検出抵抗１５と負荷抵抗１４との直列結合の抵
抗値を所定値以上に大きくする必要がある。すなわち、
イオン電流検出抵抗１５の抵抗値をＲ１、負荷抵抗１４
の抵抗値をＲ２としたときに、“Ｒ１＋Ｒ２”を所定値
以上に大きくする必要がある。図５は、“Ｒ１＋Ｒ２”
とノック信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）との関係を実験
的に求めた結果を例示するものである。このＳ／Ｎは、
ノック制御を可能とするためには例えば１．５以上にす
る必要があり、その場合、図５から明らかなように、 Ｒ１＋Ｒ２＞１００ｋΩ …(1) とする必要がある。
オン電流検出抵抗１５と負荷抵抗１４との直列結合の抵
抗値を所定値以上に大きくする必要がある。すなわち、
イオン電流検出抵抗１５の抵抗値をＲ１、負荷抵抗１４
の抵抗値をＲ２としたときに、“Ｒ１＋Ｒ２”を所定値
以上に大きくする必要がある。図５は、“Ｒ１＋Ｒ２”
とノック信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）との関係を実験
的に求めた結果を例示するものである。このＳ／Ｎは、
ノック制御を可能とするためには例えば１．５以上にす
る必要があり、その場合、図５から明らかなように、 Ｒ１＋Ｒ２＞１００ｋΩ …(1) とする必要がある。
【００２８】また、上記の条件１を満たすためには、コ
ンデンサ１１の充電電圧すなわち定電圧ダイオード１２
のツェナー電圧をＶｚ、処理回路２０の電源となるバッ
テリの電圧をＶｂとすると、 Ｖｚ×｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝＜Ｖｂ …(2) とする必要がある。なお、左辺の“Ｖｚ×｛Ｒ１／（Ｒ
１＋Ｒ２）｝”は、点火プラグ４の電極間の抵抗値を０
としたときにイオン電流検出抵抗１５にかかる電圧であ
る。すなわち、イオン電流出力電圧は、この値を超える
ことがないため、この値がバッテリ電圧Ｖｂより小さく
なるように設定しておけば、条件１は満足される。
ンデンサ１１の充電電圧すなわち定電圧ダイオード１２
のツェナー電圧をＶｚ、処理回路２０の電源となるバッ
テリの電圧をＶｂとすると、 Ｖｚ×｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝＜Ｖｂ …(2) とする必要がある。なお、左辺の“Ｖｚ×｛Ｒ１／（Ｒ
１＋Ｒ２）｝”は、点火プラグ４の電極間の抵抗値を０
としたときにイオン電流検出抵抗１５にかかる電圧であ
る。すなわち、イオン電流出力電圧は、この値を超える
ことがないため、この値がバッテリ電圧Ｖｂより小さく
なるように設定しておけば、条件１は満足される。
【００２９】図６は、イオン電流検出抵抗１５の抵抗値
Ｒ１及び負荷抵抗１４の抵抗値Ｒ２が満たすべき条件を
示す図である。上記の式(1) を満たす領域は直線Ｌ１よ
り上側の領域であり、上記の式(2) を満たす領域は直線
Ｌ２より下側の領域である。従って、両式を同時に満た
す領域は、図の斜線部分の領域となる。例えば、Ｖｂ＝
１２[v] 及びＶｚ＝１００[v] である場合において、式
(1) よりＲ１＋Ｒ２＝１[MΩ] としたときには、式(2)
よりＲ１＜１２０[kΩ] にする必要があり、また、Ｒ１
＋Ｒ２＝５００[kΩ] としたときには、Ｒ１＜６０[k
Ω] にする必要がある。
Ｒ１及び負荷抵抗１４の抵抗値Ｒ２が満たすべき条件を
示す図である。上記の式(1) を満たす領域は直線Ｌ１よ
り上側の領域であり、上記の式(2) を満たす領域は直線
Ｌ２より下側の領域である。従って、両式を同時に満た
す領域は、図の斜線部分の領域となる。例えば、Ｖｂ＝
１２[v] 及びＶｚ＝１００[v] である場合において、式
(1) よりＲ１＋Ｒ２＝１[MΩ] としたときには、式(2)
よりＲ１＜１２０[kΩ] にする必要があり、また、Ｒ１
＋Ｒ２＝５００[kΩ] としたときには、Ｒ１＜６０[k
Ω] にする必要がある。
【００３０】このように、イオン電流を検出する検出抵
抗とＬＣ共振を減衰させる負荷抵抗とを独立に設け、上
述の条件１及び２を満たすべく両抵抗の抵抗値を選択す
るように構成したことによって、負荷抵抗を持たない従
来技術に比して、イオン電流検出精度を飛躍的に向上さ
せることが可能となる。従来技術では、条件１及び２を
同時に満たすことは極めて困難である。
抗とＬＣ共振を減衰させる負荷抵抗とを独立に設け、上
述の条件１及び２を満たすべく両抵抗の抵抗値を選択す
るように構成したことによって、負荷抵抗を持たない従
来技術に比して、イオン電流検出精度を飛躍的に向上さ
せることが可能となる。従来技術では、条件１及び２を
同時に満たすことは極めて困難である。
【００３１】図７は、前記した図１の実施形態を改良し
た第２の実施形態を示す図である。図１の回路における
反転増幅回路１６では、入力抵抗１８の抵抗値Ｒａ及び
帰還抵抗１９の抵抗値Ｒｆを“Ｒｆ＝Ｒａ”となるよう
に設定していたが、このＲａとＲｆとの比を適切に設定
することにより、イオン電流検出抵抗１５及び負荷抵抗
１４の作用を包含させることが可能となる。すなわち、
図７の回路では、図１におけるイオン電流検出抵抗１５
及び負荷抵抗１４が省略され、コンデンサ１１の一端が
直接、反転増幅回路１６の入力抵抗１８に接続されてい
る。
た第２の実施形態を示す図である。図１の回路における
反転増幅回路１６では、入力抵抗１８の抵抗値Ｒａ及び
帰還抵抗１９の抵抗値Ｒｆを“Ｒｆ＝Ｒａ”となるよう
に設定していたが、このＲａとＲｆとの比を適切に設定
することにより、イオン電流検出抵抗１５及び負荷抵抗
１４の作用を包含させることが可能となる。すなわち、
図７の回路では、図１におけるイオン電流検出抵抗１５
及び負荷抵抗１４が省略され、コンデンサ１１の一端が
直接、反転増幅回路１６の入力抵抗１８に接続されてい
る。
【００３２】一般に、オペアンプの差動入力端子間に
は、電流が流れず、電位差も生ぜず、出力電圧は負荷の
値にかかわらず一定である、とみなすことができる。す
なわち、図７の回路において、オペアンプ１７の反転入
力端子は、仮想グランドとみなすことができるため、図
１における“Ｒ１＋Ｒ２”は、図７のＲａに置き変わる
とみることができる。また、図１における“Ｒ１／（Ｒ
１＋Ｒ２）”なる分圧及び反転は、図７の反転増幅回路
における電圧増幅“−Ｒｆ／Ｒａ”によって同時に実現
することができる。したがって、上記の式(1) 及び(2)
は、以下のように置き変わる。 Ｒａ＞１００ｋΩ Ｖｚ×（Ｒｆ／Ｒａ）＜Ｖｂ 図７の回路によれば、抵抗の数を減らすことができ、コ
ストの低減及び装置の小型化が図られる。
は、電流が流れず、電位差も生ぜず、出力電圧は負荷の
値にかかわらず一定である、とみなすことができる。す
なわち、図７の回路において、オペアンプ１７の反転入
力端子は、仮想グランドとみなすことができるため、図
１における“Ｒ１＋Ｒ２”は、図７のＲａに置き変わる
とみることができる。また、図１における“Ｒ１／（Ｒ
１＋Ｒ２）”なる分圧及び反転は、図７の反転増幅回路
における電圧増幅“−Ｒｆ／Ｒａ”によって同時に実現
することができる。したがって、上記の式(1) 及び(2)
は、以下のように置き変わる。 Ｒａ＞１００ｋΩ Ｖｚ×（Ｒｆ／Ｒａ）＜Ｖｂ 図７の回路によれば、抵抗の数を減らすことができ、コ
ストの低減及び装置の小型化が図られる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
後段の処理装置における処理が可能なようにイオン電流
出力電圧を抑制することと、点火コイルに関係するＬＣ
共振の減衰時間を短縮することとの両立を図ったイオン
電流検出装置が提供され、イオン電流検出精度が向上せ
しめられる。ひいては、本発明は、内燃機関の燃焼状態
を反映するイオン電流に基づくノック、プレイグニショ
ン、失火等の検出処理における検出精度向上に大きく寄
与するものである。
後段の処理装置における処理が可能なようにイオン電流
出力電圧を抑制することと、点火コイルに関係するＬＣ
共振の減衰時間を短縮することとの両立を図ったイオン
電流検出装置が提供され、イオン電流検出精度が向上せ
しめられる。ひいては、本発明は、内燃機関の燃焼状態
を反映するイオン電流に基づくノック、プレイグニショ
ン、失火等の検出処理における検出精度向上に大きく寄
与するものである。
【図１】点火装置及び本発明の第１実施形態に係るイオ
ン電流検出装置の回路構成を示す図である。
ン電流検出装置の回路構成を示す図である。
【図２】点火プラグにおいて火花放電が発生したときの
放電電流の流れを説明するための図である。
放電電流の流れを説明するための図である。
【図３】火花放電後のイオン電流の流れを説明するため
の図である。
の図である。
【図４】イオン電流に基づくノック処理の方法を説明す
るための図である。
るための図である。
【図５】検出抵抗及び負荷抵抗の直列結合の抵抗値“Ｒ
１＋Ｒ２”とノック信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）との
関係を実験的に求めた結果を例示する特性図である。
１＋Ｒ２”とノック信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）との
関係を実験的に求めた結果を例示する特性図である。
【図６】イオン電流検出抵抗の抵抗値Ｒ１及び負荷抵抗
の抵抗値Ｒ２が満たすべき条件をＲ１とＲ２との関係で
示す図である。
の抵抗値Ｒ２が満たすべき条件をＲ１とＲ２との関係で
示す図である。
【図７】点火装置及び本発明の第２実施形態に係るイオ
ン電流検出装置の回路構成を示す図である。
ン電流検出装置の回路構成を示す図である。
１…点火コイル １ａ…一次巻線 １ｂ…二次巻線 ２…バッテリ ３…トランジスタ ４…点火プラグ ４ａ…中心電極 ４ｂ…外側電極 １０…イオン電流検出回路 １１…コンデンサ １２…定電圧ダイオード（ツェナーダイオード） １３…ダイオード １４…負荷抵抗 １５…イオン電流検出抵抗 １６…反転増幅回路 １７…演算増幅器（オペアンプ） １８…入力抵抗 １９…帰還抵抗 ２０…処理回路
フロントページの続き (72)発明者 紅林 洋一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (56)参考文献 特開 平４−265474（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−217519（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02P 17/12 G01M 15/00
Claims (2)
- 【請求項１】 点火プラグ及び点火コイル二次巻線に対
して直列に接続され、点火コイル一次電流遮断時に生ず
る二次電流の方向にのみ電流を流すダイオードと、 該点火プラグ、該点火コイル二次巻線及び前記ダイオー
ドに対して直列に接続され、イオン電流生成用電源とな
るコンデンサと、 前記コンデンサに並列に接続され、点火コイル二次電流
により前記コンデンサに充電されるべき電圧を一定値に
制限する定電圧ダイオードと、 前記ダイオードに対して並列に接続され、前記コンデン
サ、該点火コイル二次巻線及び該点火プラグとともにイ
オン電流経路を構成する、検出抵抗と負荷抵抗との直列
接続と、 前記検出抵抗と前記負荷抵抗との接続点に接続される反
転回路と、 を具備し、 前記検出抵抗の抵抗値Ｒ１と前記負荷抵抗の抵抗値Ｒ２
との間に、 Ｖｚ×｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝＜Ｖｂ ここで、Ｖｚは前記定電圧ダイオードによって制限され
る前記コンデンサの最大電圧、 Ｖｂは装置の電源電圧、 の関係があるイオン電流検出装置。 - 【請求項２】 点火プラグ及び点火コイル二次巻線に対
して直列に接続され、点火コイル一次電流遮断時に生ず
る二次電流の方向にのみ電流を流すダイオードと、 該点火プラグ、該点火コイル二次巻線及び前記ダイオー
ドに対して直列に接続され、イオン電流生成用電源とな
るコンデンサと、 前記コンデンサに並列に接続され、点火コイル二次電流
により前記コンデンサに充電されるべき電圧を一定値に
制限する定電圧ダイオードと、 前記コンデンサと前記ダイオードとの接続点に接続さ
れ、前記コンデンサ、該点火コイル二次巻線及び該点火
プラグとともにイオン電流経路を構成するとともに、前
記コンデンサと前記ダイオードとの接続点の電圧値を反
転増幅する反転増幅回路であって、演算増幅器と、該演
算増幅器の反転入力端子に接続される入力抵抗と、該演
算増幅器の出力端子から反転入力端子への帰還抵抗と、
を備えるものと、 を具備し、 前記帰還抵抗の抵抗値Ｒｆと前記入力抵抗の抵抗値Ｒａ
との間に、 Ｖｚ×（Ｒｆ／Ｒａ）＜Ｖｂ ここで、Ｖｚは前記定電圧ダイオードによって制限され
る前記コンデンサの最大電圧、 Ｖｂは装置の電源電圧、 の関係があるイオン電流検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09125660A JP3129403B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | イオン電流検出装置 |
| US09/078,530 US6118276A (en) | 1997-05-15 | 1998-05-13 | Ion current detection device |
| DE19821722A DE19821722C2 (de) | 1997-05-15 | 1998-05-14 | Ionenstromerfassungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09125660A JP3129403B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | イオン電流検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10318114A JPH10318114A (ja) | 1998-12-02 |
| JP3129403B2 true JP3129403B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=14915509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09125660A Expired - Lifetime JP3129403B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | イオン電流検出装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6118276A (ja) |
| JP (1) | JP3129403B2 (ja) |
| DE (1) | DE19821722C2 (ja) |
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| US6498490B2 (en) | 2000-06-28 | 2002-12-24 | Delphi Technologies, Inc. | Ion sense ignition bias circuit |
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| DE60119879T8 (de) * | 2000-12-20 | 2007-05-24 | Honda Giken Kogyo K.K. | Vorrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern bei einer Brennkraftmaschine |
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