JP3186327B2 - イオン電流検出装置 - Google Patents

イオン電流検出装置

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JP3186327B2 JP10845293A JP10845293A JP3186327B2 JP 3186327 B2 JP3186327 B2 JP 3186327B2 JP 10845293 A JP10845293 A JP 10845293A JP 10845293 A JP10845293 A JP 10845293A JP 3186327 B2 JP3186327 B2 JP 3186327B2
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイオン電流検出装置に係
り、特に内燃機関の燃焼状態の検出に用いられるイオン
電流検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】内燃機関のシリンダ内で圧縮された燃料
(混合気)は、外部より点火するための火花を供給して
爆発・燃焼させる必要があるが、この爆発・燃焼が最適
かつ確実に行なわれないと、内燃機関の各気筒に異常な
負荷がかかったり、また未燃ガスが流出したりしてしま
い、この結果エンジンの損傷等の弊害が生じる虞があ
る。
【0003】このため、従来より内燃機関の爆発工程時
にシリンダ内に発生するイオンの量を電流によって検出
し、このイオン電流の検出値に基づいて燃料の燃焼状態
を判定するイオン電流検出装置が提案されている。
【0004】そして、従来のイオン電流検出装置として
は、例えば特開平4−179862号公報に開示された
ものがある。この従来装置では、点火コイルの二次巻線
より発生する高電圧を配電器や高圧コードを介して点火
プラグへ給電し、この点火プラグでの放電によって混合
気を着火させると共に、上記高圧コードに接続したイオ
ン電流検出用電源より点火プラグへ正極性のバイアス電
圧を印加し、このバイアス電圧による陽イオンの移動に
よって流れるイオン電流に対応した電圧(イオン電流電
圧)を検出することにより混合気の燃焼状態例えば失火
等を検出するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記イオン
電流電圧のレベルはイオン電流検出用電源より印加され
るバイアス電圧の大きさによって異なるが、例えば数1
00ボルト程度の印加電圧の範囲では数ボルト程度とな
る。
【0006】一方、上記点火プラグや高圧コードには、
これらの静電容量の効果によって、点火プラグの両極間
での放電終了後も数10ボルト〜数100ボルト程度の
電圧が残存してしまう。即ち、例えばプラグ側高圧コー
ドの電圧は、図5(a)に実線Aで示すようにクランク
角度t0 における放電開始後所定時間経過時にピーク値
に達し、放電終了後は経時的に減衰していくが、完全に
減衰するまでにはかなり長い時間がかかるので、この間
プラグ側高圧コードには電圧が残存してしまう。また、
この減衰パターンはサイクル毎に変動し、あるサイクル
においては上記実線Aで示す減衰パターンとなるが、他
のサイクルにおいては図5(b)に破線Bで示すような
減衰パターンとなる。
【0007】また、図5(b)に示すようにクランク角
度t0 における放電による点火後所定時間経過時、即ち
点火プラグに火炎が到達した時のクランク角度t1 に、
イオン電流に対応したイオン電流電圧に基づいた検出信
号が発生する。尚、図5(a)及び(b)の横軸は共に
クランク角度を表わしているが、これら横軸上にTDC
で表わした点はシリンダが上死点にある時のクランク角
度である。
【0008】しかしながら、このクランク角度t1 にお
いて、プラグ側高圧コードには図5(a)に示すように
n1あるいはVn2等の高い電圧が残存しており、このた
め上記イオン電流検出用電源よりの印加電圧は、本来印
加すべき電圧より小さくなってしまう。そして、この印
加電圧の減少に伴なって、検出されるイオン電流電圧の
変動も図5(b)に実線Aあるいは破線Bで示すよう
に、燃焼状態に対応して本来検出されるべき変動分より
も小さいVp1あるいはVp2となってしまうので、イオン
電流電圧の検出結果から燃焼状態を正確に検出できない
ばかりでなく、上記残存電圧Vn1あるいはVn2がイオン
電流検出用電源からの印加電圧より高い場合には、イオ
ン電流を検出することができなくなり、従ってイオン電
流電圧も検出できなくなってしまう。
【0009】このため、イオン電流電圧を残存電圧と分
離して取り出すことも考えられるが、残存電圧は上記の
とおりサイクル毎に変動するため、この分離は極めて困
難である。
【0010】従って、上述の従来装置によるイオン電流
電圧の検出結果に基づいて、例えば空燃比等を検出する
ことは殆ど困難であった。
【0011】本発明は以上の点に鑑みなされたものであ
り、燃焼状態に対応したイオン電流に対応した電圧のみ
を検出することにより、燃焼状態を正確に検出すること
ができるイオン電流検出装置を提供することを目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理構
成図である。
【0013】同図に示すように、本発明は、高圧コード
10を通して高電圧を内燃機関の点火プラグ20へ給電
し、該点火プラグ20での放電によって混合気を着火さ
せると共に、該高圧コード10に接続したイオン電流検
出用電源30より点火ラグ20に所定電圧を印加して
イオン電流を検出するイオン電流検出装置において、
端が放電経路を介してまたは直接接地され、一端が点火
プラグ側の高圧コードに接続された高抵抗抵抗器からな
り、前記点火プラグ20での放電後、該点火プラグ20
及び前記高圧コード10に帯電した電荷を除去して残存
電圧を0にする電荷除去手段を備えている。
【0014】
【作用】高圧コード10を通して点火用の高電圧を点火
プラグ20へ給電することによって、点火プラグ20に
放電が生じて混合気が着火・燃焼する。この場合点火プ
ラグ20及び高圧コード10には、これらの静電容量に
よって放電終了後も電荷が帯電するが、この電荷はイオ
ン電流が発生する前までに電荷除去手段40によって除
去される。
【0015】従って、イオン電流検出時にはイオン電流
を発生させるためのイオン電流検出用電源40より印加
される電圧が本来印加されるべき電圧に保持されるの
で、燃焼状態に対応したイオン電流に基づいたイオン電
流電圧のみが検出されるため、この検出結果に基づいて
燃焼状態を精度良く正確に検出することができる。
【0016】
【実施例】図2は、本発明の実施例に係る一例のイオン
電流検出装置の構成図である。
【0017】図2中、1はイグニッションコイルであ
り、このイグニッションコイル1は一次巻線1a及び二
次巻線1bを有している。前記一次巻線1aは、一次電
流を通電・遮断するトランジスタ2に接続されており、
また前記二次巻線1bの正極側は、コイル側高圧コード
3を介してディストリビュータ4の中心ロータの端子4
aに接続されている。
【0018】前記ディストリビュータ4は、前記中心ロ
ータの端子4aの回転に伴ない順次空隙を介して対向す
る複数の端子4bを有しており、これら端子4bは夫々
前記した高圧コード0に相当するプラグ側高圧コード5
を介して点火プラグ6に接続されている。尚、前記点火
プラグ6はイオン電流を検出するセンサとしても機能す
るものである。
【0019】前記プラグ側高圧コード5には、本発明に
係るイオン電流検出装置の要部である前記した電荷除去
手段40に相当する例えば1MΩ程度の充分大きな抵抗
値を有する抵抗器7の一端側が接続されていると共に、
この抵抗器7の他端側は前記コイル側高圧コード3に接
続されている。
【0020】また、図2中8は、所定の点火プラグ6に
例えば100ボルト〜300ボルト程度の正極性のバイ
アス電圧を印加してイオン電流を発生させるための前記
したイオン電流検出用電源30に相当するイオン電流検
出用電源である。このイオン電流検出用電源8の正極側
は、イオン電流を電圧(イオン電流電圧)に変換する抵
抗器9及び逆方向電流を阻止するためのダイオード11
をこの順に直列に介して前記プラグ側高圧コード5に接
続されていると共に、負極側は接地されている。
【0021】更に、前記抵抗器9とダイオード11との
接続点には抵抗器9に発生するイオン電流電圧を検出す
るための検出端子12が設けられている。そして、この
検出端子12は図示しない電子制御装置例えばマイクロ
コンピュータに接続されている。
【0022】次に上述実施例の動作について説明する。
内燃機関の点火時期にトランジスタ2がオフ状態とな
り、イグニッションコイル1の一次巻線1aの一次電流
が遮断されると、イグニッションコイル1の二次巻線1
bに点火用の高電圧が発生するが、この高電圧はコイル
側高圧コード3を通してディストリビュータ4の中心ロ
ータの端子4aに印加される。
【0023】そして、前記中心ロータの端子4aに印加
された点火用の高電圧は、空隙を介して対向する端子4
bに伝播され、更にプラグ側高圧コード5を通して点火
プラグ6に印加される。この結果、点火プラグ6の両電
極間に放電が生じて混合気が着火・燃焼する。
【0024】この場合、前記プラグ側高圧コード5及び
点火プラグ6には、これらの静電容量の効果によって電
荷が生じるが、この電荷は点火後にトランジスタ2がオ
ン状態となるので、前記抵抗器7、コイル側高圧コード
3、イグニッションコイル1及びトランジスタ2をこの
順に通して速やかにアースに放電されて除去される。従
って、例えばプラグ側高圧コード5の電圧は、図3
(a)に実線Aで示すように点火プラグ6での放電終了
後短時間で速やかに完全に減衰して0ボルトとなる。
尚、プラグ側高圧コード5の電圧の減衰パターンは既述
のとおりサイクル毎に変動するが、例えば図3(a)に
破線Bで示すように実線Aとは異なるサイクルにおいて
も、プラグ側高圧コード5の電圧は点火プラグ6での放
電終了後短時間で速やかに減衰して0ボルトとなる。
尚、この場合、抵抗器7は1MΩ程度の充分大きな抵抗
値を有するので、点火のための放電に対しては殆ど影響
を及ぼすことはない。
【0025】一方、図3(b)に示すように放電開始時
のクランク角度t0 から所定時間経過時、即ち点火プラ
グ6での放電が終了して点火プラグ6に火炎が到達した
時のクランク角度t1 に、イオン電流に対応したイオン
電流電圧に基づいた検出信号が発生するが、上述のとお
り点火コイル6及びプラグ側高圧コード5の電荷は、抵
抗器7、コイル側高圧コード3、イグニッションコイル
1及びトランジスタ2をこの順に通して点火プラグ6で
の放電終了後、短時間で速やかにアースに放電されて除
去され、クランク角度t1 には完全に0となっているの
で、燃焼状態に対応したイオン電流電圧が検出される。
【0026】尚、図3(a)及び(b)の横軸は、図5
(a)及び(b)の横軸と同様にクランク角度を表わし
ており、また横軸上のTDCで表わした点はシリンダが
上死点にある時のクランク角度である。また、図3
(a)及び(b)の横軸と、図5(a)及び(b)の横
軸とは同一スケールで表してある。
【0027】そして、このイオン電流電圧に基づいた検
出信号が図示しないマイクロコンピュータに取り込まれ
て燃焼状態が判定される。
【0028】以上のような実施例によれば、イオン電流
が発生する前に点火プラグ6及びプラグ側高圧コード5
の電荷が抵抗器7等を通して除去されるので、燃焼状態
に対応したイオン電流に基づいたイオン電流電圧のみを
検出することができる。従って、このイオン電流電圧の
検出信号に基づいて失火の判定のみならず、例えば空燃
比等の燃焼状態を正確に検出することができる。
【0029】また、上述実施例において電荷除去手段4
0としては、一端側がプラグ側高圧コード5に接続され
ると共に、他端側がコイル側高圧コード3に接続される
抵抗器7に限られるものではなく、例えば図4に示すよ
うに、一端側がプラグ側高圧コード5に接続されると共
に、他端側がアースに接続されている抵抗器13であっ
ても良い。この場合、抵抗器13は上述実施例の抵抗器
7と同様に例えば1MΩ程度の充分大きな抵抗値を有す
るのである。このように抵抗器13の他端側をアースに
接続することによって、放電終了後に点火プラグ6及び
プラグ側高圧コード5に帯電している電荷は、イオン電
流発生前に抵抗器13を通して短時間で速やかにアース
に放電されて除去される。そして、この場合、抵抗器1
3の他端側がアースに接続されているので、電荷除去効
果は上述実施例と比較して大きくなる。また、この抵抗
器13を通して点火プラグ6への点火エネルギはアース
に若干放電されるので、点火エネルギは上述実施例と比
較して若干小さくなるが、点火プラグ6での点火に必要
なエネルギは十分確保される。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、イオン電流が発生する
前までに点火プラグ及び高圧コードに帯電していた電荷
を除去することができるので、燃焼状態に対応したイオ
ン電流によるイオン電流電圧を検出することができるの
で、この検出結果に基づいて燃焼状態を正確に検出する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の実施例に係る一例のイオン電流検出装
置の構成図である。
【図3】本発明の作用を説明するための作用説明図であ
る。
【図4】本発明の他の実施例に係る一例のイオン電流検
出装置の構成図である。
【図5】従来の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1 イグニッションコイル 2 トランジスタ 3 コイル側高圧コード 4 ディストリビュータ 5 プラグ側高圧コード 6,20 点火プラグ 7,9,13 抵抗器 8,30 イオン電流検出用電源 10 高圧コード 11 ダイオード 12 検出端子 40 電荷除去手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−194367(JP,A) 特開 平4−203475(JP,A) 特開 平4−334768(JP,A) 特開 平5−26094(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 45/00 368 F02P 7/00 F02P 17/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高圧コードを通して高電圧を内燃機関の
    点火プラグへ給電し、該点火プラグでの放電によって混
    合気を着火させると共に、該高圧コードに接続したイオ
    ン電流検出用電源より点火プラグに所定電圧を印加して
    イオン電流を検出するイオン電流検出装置において、他端が放電経路を介してまたは直接接地され、一端が点
    火プラグ側の高圧コードに接続された高抵抗抵抗器から
    なり、 前記点火プラグでの放電後、該点火プラグ及び前
    記高圧コードに帯電した電荷を除去して残存電圧を0に
    する電荷除去手段を備えていることを特徴とするイオン
    電流検出装置。
JP10845293A 1993-05-10 1993-05-10 イオン電流検出装置 Expired - Fee Related JP3186327B2 (ja)

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