JPH04137269U - 内燃機関燃焼状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 点火コイルを用いて点火される内燃機関の燃
焼状態検出装置において、点火プラグギャップが放電し
ているか、また実際に燃料に着火しているかということ
を、前記ギャップに流れるイオン電流を積分的にとらえ
ることにより検出する。 【構成】 電源装置2と１次コイル12、点火信号入力端
子6、駆動素子4からなる１次側と、２次コイル34と点火
プラグギャップ20と22、前記２次コイル34の中点36に接
続される電流制限用ダイオード38、これに接続される燃
焼状態検出端子50、これに接続されるイオン電流積分回
路100があり、これは直接イオン電流積分出力端子80
へ、また直列接続の基準電圧入力端子42と電源電圧安定
回路40を通って電源装置2へ、リセット信号出力端子60
と１次フライバック電圧比較回路200を介して駆動素子4
のコレクタへ、さらに１次フライバック電圧入力端子70
を介して前記コレクタへ、それぞれ接続されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、点火コイルを用いて点火される内燃機関の燃焼状態を検出する装 置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の、内燃機関の点火に使用される点火制御回路を示す図５において、１次 コイル12と２次コイル14で構成される点火コイル10がある。

【０００３】 そこで、点火コイル10の１次側では、電源装置2が１次コイル12の一端に接続 され、またトランジスタ等で構成される駆動素子4のコレクタが１次コイル12の 他端へ接続されて１次回路が構成され、エミッタがアースへ、ベースが点火信号 入力端子6へ接続されている。

【０００４】 上記点火コイル10の２次側では、２次コイル14の両端に点火プラグギャップ（ 以下「ギャップ」と呼ぶ）20と22が接続され、さらにこれらがアースへ接続され る。

【０００５】 前記点火コイル10の１次側駆動素子4のコレクタとエミッタ間は、前記点火信 号入力端子6に点火信号のない間は開放状態で、逆に前記点火信号が入力されて いる間導通し、前記１次コイル12に電流が流れる（以下この電流を「１次電流」 と呼ぶ）。

【０００６】 周知の如く、前記１次電流が流れることにより、２次コイル14には高電圧が発 生し、これがギャップ20と22の絶縁破壊電圧を超えると、このギャップ20と22に おいて、飛火が始まる。この飛火によって点火に必要かつ充分なエネルギーが供 給されれば、所望の点火が完了する。同様に１次電流遮断時に、２次側に高電圧 エネルギーを供給する方式では、１次電流が流れ、必要な電流に達し、その電流 が遮断された時飛火、点火が行なわれる。（図６の（ａ）と（ｂ）は１次電流の 遮断と２次電圧による飛火が示されている。）

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上述したような内燃機関の点火制御回路では、点火信号入力端子6に点火信号 が入力された時、ギャップ20と22で放電が起こったかどうか、すなわちギャップ 20と22の絶縁破壊電圧を超えることのできるような２次電圧（以下、１次電流が ある電流値で遮断された時、２次コイルに発生する高電圧のことを、「２次電圧 」と呼ぶ）が２次コイル14に発生しているのか、またギャップ20と22において放 電が起こったとしても、実際に燃料に着火しているのかどうか分からない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために、本考案では２次コイルの中点に接続される電 流制限用のダイオードと燃焼状態検出端子を通じてイオン電流積分回路が設けら れる。さらに、１次コイルのフライバック電圧（１次電流の遮断時に１次コイル に発生する電圧をいう）を監視する１次フライバック電圧比較回路と、ギャップ に放電が起こっている間リセット信号を出力するリセット信号出力端子が設けら れる。

【０００９】 また、イオン電流積分回路への基準電圧入力手段と、この電圧の電源電圧安定 回路が設けられる。

【００１０】 上述の構成により、イオン電流（２次電圧によりギャップが放電し燃料に着火 した後、燃焼室内の燃料がイオン化され、この時ギャップに電圧を加えると流れ る電流）を瞬時値ではなく、流れた電流を積分的にとらえることにより、点火信 号入力端子に点火信号が入力された時、ギャップに放電が起こったかどうか、す なわちギャップの絶縁破壊電圧を超えることのできるような２次電圧が２次コイ ルに発生しているのか、またギャップにおいて放電が起こったとしても、実際に 燃料に着火しているかどうかを検出することを可能にする。

【００１１】

【実施例】

本考案の実施例を示す図１において、「従来の技術」で述べたものと同一、ま たは相当部分については同一符号で示してあり、説明は省略する。

【００１２】 図１のプラグギャップ点火制御装置1は、点火コイル30内の２次コイル34の両 端にギャップ20と22が設けられ、その中点36に電流制限用ダイオード38のカソー ドが接続されており、そのアノードは燃焼状態検出端子50へ接続されている。

【００１３】 なお上記では、ギャップが２つある場合を述べたが、図２に示すようにこれを １つにすることもできる。この場合には、２次コイル34の両端のうち、ギャップ 22に接続されてない側の端に電流制限用ダイオード38のカソードが接続され、そ のアノードは燃焼状態検出端子50へ、電流漏洩防止ダイオード39のカソードが２ 次コイルの一方へ、そのアノードは１次コイル12の一方へそれぞれ接続される。

【００１４】 また、ここでは電流制限用としてダイオード38を使用しているが、これは抵抗 に変えてもよい。

【００１５】 さらに図１に示す内燃機関燃焼状態検出装置は、前記燃焼状態検出端子50に接 続されるイオン電流積分回路100があり、これは直接イオン電流積分出力端子80 へ、また直列接続の基準電圧入力端子42と電源電圧安定回路40を通って電源装置 2へ、直列接続のリセット信号出力端子60と１次フライバック電圧比較回路200を 介して駆動素子4のコレクタへ、さらに１次フライバック電圧入力端子70を介し て前記コレクタへ、それぞれ接続されている。

【００１６】 図３に示す前記イオン電流積分回路100において、燃焼状態検出端子50とアー スとの間に直列接続のコンデンサ124とダイオード126、ツェナーダイオード128 が設けられ、ダイオード126のカソードはツェナーダイオード128のカソードへ、 ダイオード126のアノードはコンデンサ124へ、ツェナーダイオード128のアノー ドはアースへそれぞれ接続される。

【００１７】 １次フライバック電圧入力端子70は、ダイオード130のアノードへ接続され、 そのカソードが前記燃焼状態検出端子50とコンデンサ124の接続点を介して、直 列接続の抵抗116とツェナーダイオード118、抵抗120、ダイオード122を通ってア ースに接続される。ここでツェナーダイオード118のカソードは抵抗116へ、その アノードは抵抗120へ、ダイオード122のカソードは抵抗120へ、そのアノードは アースへそれぞれ接続される。

【００１８】 前記コンデンサ124とダイオード126の接続点は、前記ツェナーダイオード118 と抵抗120の接続点に接続され、さらにダイオード114のカソードへ接続され、こ のダイオード114のアノードはオペアンプ112の非反転入力部（＋）へ接続される 。また、このオペアンプ112の出力部は、前記イオン電流積分出力端子80へ接続 されている。なおオペアンプ112の反転入力部（−）については後述する。

【００１９】 基準電圧入力端子42とアースの間には、抵抗104と106、コンデンサ108が直列 接続されており、抵抗104と106の接続点はツェナーダイオード110のカソードへ 、そのアノードは前記オペアンプ112の出力部とイオン電流積分出力端子80の接 続点を通ってオペアンプ112の反転入力部（−）へ接続される。前記オペアンプ1 12の非反転入力部（＋）は、前記抵抗106とコンデンサ108にも接続され、この接 続点がトランジスタ102のコレクタへ接続され、このトランジスタ102のエミッタ はアースへ、ベースはリセット信号出力端子60へそれぞれ接続されている。

【００２０】 図４に示す前記１次フライバック電圧比較回路200において、基準電圧入力端 子42とアースの間に直列接続の抵抗210と212が設けられる。前記抵抗210と212と の接続点は、抵抗214を介してオペアンプ216の反転入力部（−）へ、また抵抗22 0を介して前記オペアンプ216の出力部へそれぞれ接続されている。前記オペアン プ216の出力部は、抵抗218を通ってリセット信号出力端子60へ接続される。さら に、１次コイル12と駆動素子4との接続点が、直列接続の抵抗202と208を通って 前記オペアンプ216の非反転入力部（＋）へ接続され、前記抵抗202と208の接続 点が並列接続の抵抗204とコンデンサ206を通って接地されている。

【００２１】

【作用】

次に上述した構成の作用について述べる。なお、「従来の技術」で述べたもの と同一または相当の作用については、説明を省略する。

【００２２】 図１のプラグギャップ点火制御装置1において、１次コイル12へ電源装置2によ り電圧を加えると、それに応じた電圧が２次コイル34へ供給され、ギャップ20と 22において、２次コイル34に発生した高電圧による放電が終わった（すなわち、 ギャップ20と22に与えられる高電圧の放電により、ギャップ20と22の絶縁破壊状 態が終わった）直後から、燃焼状態検出端子50に、ある電圧（＋）を加えること で、電流制限用ダイオード38を通り、さらに２次コイル34の一部を通って、ギャ ップ20と22のコイル側電極にそれぞれ（＋）電圧が現われる。

【００２３】 上記において、ギャップ20と22が設置された内燃機関のいずれかの気筒内が燃 焼状態である場合を考える。周知の如く、燃料が燃焼すると燃焼室内の燃料がイ オン化される。そこで、このギャップ20と22に電圧を加えておくとイオン電流が 流れる。したがって、このイオン電流を監視することにより燃焼状態を推測する 方法がある。つまり、燃焼状態検出端子50に加えられた電圧により、前記燃焼状 態に応じた電流が、燃焼状態検出端子50から電流制限用ダイオード38、２次コイ ル34、ギャップ20と22の一方の電極、イオン化された燃料、ギャップ20と22の他 方の電極を経てアースへ流れる。この時の様子を示すのが図６の（ａ）から（ｄ ）である。

【００２４】 また、図６の（ａ）と（ｂ）は電流遮断方式の場合を示す。すなわち、１次コ イル12に１次電流が流れ、ある電流値になったところで遮断されると、２次コイ ル34に２次電圧が発生する。この２次電圧がギャップ20と22の絶縁破壊電圧に至 ったとき、ギャップ20と22とにおいて放電が始まり、この放電の持続に必要なエ ネルギーの供給が行なわれなくなったところで放電は終わる。この放電が終了し た時点で、燃焼状態検出端子50に電圧が印加されていれば、前述のように燃料の イオン化に応じてイオン電流が流れる。

【００２５】 しかし前記イオン電流は、図６（ｃ）に示されるように変動し、一定しない。 したがって、イオン電流を計測し、判断基準としてあらかじめ記憶装置などに記 憶されているイオン電流の上限値、下限値、もしくは両方と比較する場合には、 正確な燃焼状態の判断が困難である。

【００２６】 次に、図１の１次フライバック電圧比較回路200とイオン電流積分回路100の作 用について述べる。

【００２７】 図４に示す１次フライバック電圧比較回路200は、１次コイル12において、１ 次電流遮断時に発生するフライバック電圧を分圧する。その分電圧はオペアンプ 216とその周辺回路からなるヒステリシスコンパレータに入力され、しきい値電 圧と比較され、分電圧がしきい値よりも大きいとき、リセット信号出力端子60を 経由しイオン電流積分回路100にリセット信号を送り、イオン電流積分回路100の 積分値を初期化する。

【００２８】 イオン電流積分回路100を示す図３において、コンデンサ108は、基準電圧入力 端子42から抵抗104、106を経て充電され、その電圧はオペアンプ112の非反転入 力部（＋）へ入力されており、オペアンプ112が反転入力部（−）のその出力部 へ接続されたボルテージフォロワとなっているため、結果としてコンデンサ108 の充電電圧とオペアンプ112の出力電圧が等しくなる。

【００２９】 ここで、抵抗104と106の接続点とオペアンプ112の出力部との間に、ツェナー ダイオード110が挿入されており、抵抗106を挟む両端の電圧は一定に保たれる。 したがって、抵抗106を流れる電流、すなわちコンデンサ108の充電電流は一定と なり、オペアンプ112の入力電源とトランジスタ102の漏れ電流、ダイオード114 へ流れ込む電流がない場合には、コンデンサ108の充電電圧をほぼ直線的に増加 させることが可能となる。すなわち、コンデンサ108の充電電圧、オペアンプ112 の出力は、図６（ｅ）と（ｆ）に示すようなランプ（ramp）波形となる。

【００３０】 ここでイオン電流を考えると、１次フライバック電圧入力端子70より電圧が印 加されてコンデンサ124が充電されるとき、電流は１次フライバック電圧入力端 子70とダイオード130、コンデンサ124、ダイオード126、ツェナーダイオード128 を経てアースへ流れる。ツェナーダイオード128のツェナー電圧は、基準電圧入 力端子42の基準電圧よりわずかに高く設定されてあり、コンデンサ108に充電さ れた電荷が、ダイオード114と126を経てアースへ流れるのを防止する。また前記 ツェナー電圧は、１次フライバック電圧入力端子70に印加される充電電圧よりは 低く、コンデンサ124の充電を大きく妨げることの無いように設定されている。

【００３１】 燃焼状態検出端子50からイオン電流が流れ出す時に、コンデンサ124とダイオ ード126との接続側の電流はイオン電流と等しく、アースとダイオード122、抵抗 120を経てコンデンサ124へ流れる電流と、アースとコンデンサ108、ダイオード1 14を経てコンデンサ124へ流れる電流との和になる。この２つの電流の後者は、 抵抗106を経てコンデンサ108に充電される電荷を減少させることとなり、コンデ ンサ108の充電電圧を下げようとする方向へ働く。

【００３２】 ここで抵抗120の抵抗値を適当に選ぶことによって、上述の二つの電流の比率 を変えることが可能である。これにより、イオン電流がコンデンサ108の充電電 圧を下げようとする割合が調節可能となる。したがってイオン電流の大きさによ って、コンデンサ108の充電電圧が変化し、イオン電流が小さい時は、オペアン プ112の出力は単位時間に高い電圧まで上昇し、イオン電流が大きいときは、単 位時間に低い電圧までしか上がらないので、オペアンプ112の出力部からの出力 をイオン電流積分出力端子80へ出力し、その値をあらかじめ設定された上限値、 もしくはその両方と比較することで、燃焼の状態を判断することが可能である。

【００３３】

【考案の効果】

「実施例」の図１で説明した装置を用いることにより、点火信号入力端子に点 火信号が入力されたとき、ギャップで放電が起こったかどうか、またギャップに 放電が起こったとしても、実際に燃料に着火しているかどうかを、イオン電流を 測定し、この電流を瞬時値ではなく、流れた電流を積分的にとらえることにより 確実に検出できる効果がある。

【提出日】平成４年７月７日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正方法】変更

【補正内容】 【書類名】 【考案の詳細な説明】

【０００３】 そこで、点火コイル10の１次側では、電源装置2が１次コイル12の１端に接続 され、またトランジスタ等で構成される駆動素子4のコレクタが１次コイル12の 他端へ接続されて１次回路が構成され、エミッタがアースへ、ベースが点火信号 入力部6へ接続されている。

【０００４】 上記点火コイル10の２次側では、２次コイル14の両端に点火プラグギャップ（ 以下「ギャップ」と呼ぶ）20と22が接続され、さらにこれらがアースへ接続され る。

【０００５】 前記点火コイル10の１次側駆動素子4のコレクタとエミッタ間は、前記点火信 号入力部6に点火信号のない間は開放状態で、逆に前記点火信号が入力されてい る間導通し、前記１次コイル12に電流が流れる（以下この電流を「１次電流」と 呼ぶ）。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上述したような内燃機関の点火制御回路では、点火信号入力部6に点火信号が 入力された時、ギャップ20と22で放電が起こったかどうか、すなわちギャップ20 と22の絶縁破壊電圧を超えることのできるような２次電圧（以下、１次電流があ る電流値で遮断された時、２次コイルに発生する高電圧のことを、「２次電圧」 と呼ぶ）が２次コイル14に発生しているのか、またギャップ20と22において放電 が起こったとしても、実際に燃料に着火しているのかどうか分からない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために、本考案では２次コイルの中点に接続される電 流制限用のダイオードと燃焼状態検出部を通じてイオン電流演算回路が設けられ る。さらに、１次コイルのフライバック電圧（１次電流の遮断時に１次コイルに 発生する電圧をいう）を監視する１次フライバック電圧比較回路と、ギャップに 放電が起こっている間リセット信号を出力するリセット信号出力部が設けられる 。

【０００９】 また、イオン電流演算回路への基準電圧入力手段と、この電圧の電源電圧安定 回路が設けられる。

【００１０】 上述の構成により、イオン電流（２次電圧によりギャップが放電し燃料に着火 した後、燃焼室内の燃料がイオン化され、この時ギャップに電圧を加えると流れ る電流）を瞬時値ではなく、流れた電流の演算結果（例えば積分的）をとらえる ことにより、点火信号入力部に点火信号が入力された時、ギャップに放電が起こ ったかどうか、すなわちギャップの絶縁破壊電圧を超えることのできるような２ 次電圧が２次コイルに発生しているのか、またギャップにおいて放電が起こった としても、実際に燃料に着火しているかどうかを検出することを可能にする。

【００１２】 図１のプラグギャップ点火制御装置1は、点火コイル30内の２次コイル34の両 端にギャップ20と22が設けられ、その中点36に電流制限用ダイオード38のカソー ドが接続されており、そのアノードは燃焼状態検出部50へ接続されている。

【００１３】 なお上記では、ギャップが２つある場合を述べたが、図２に示すようにこれを １つにすることもできる。この場合には、２次コイル34の両端のうち、ギャップ 22に接続されてない側の端に電流制限用ダイオード38のカソードが接続され、そ のアノードは燃焼状態検出部50へ、電流漏洩防止ダイオード39のカソードが２次 コイルの一方へ、そのアノードは１次コイル12の一方へそれぞれ接続される。

【００１５】 さらに図１に示す内燃機関燃焼状態検出装置は、前記燃焼状態検出部50に接続 されるイオン電流積分回路100があり、これは直接イオン電流演算出力部80へ、 また直列接続の基準電圧入力部42と電源電圧安定回路40を通って電源装置2へ、 直列接続のリセット信号出力部60と１次フライバック電圧比較回路200を介して 駆動素子4のコレクタへ、さらに１次フライバック電圧入力部70を介して前記コ レクタへ、それぞれ接続されている。

【００１６】 図３に示す前記イオン電流積分回路100において、燃焼状態検出部50とアース との間に直列接続のコンデンサ124とダイオード126、ツェナーダイオード128が 設けられ、ダイオード126のカソードはツェナーダイオード128のカソードへ、ダ イオード126のアノードはコンデンサ124へ、ツェナーダイオード128のアノード はアースへそれぞれ接続される。

【００１７】 １次フライバック電圧入力部70は、ダイオード130のアノードへ接続され、そ のカソードが前記燃焼状態検出部50とコンデンサ124の接続点を介して、直列接 続の抵抗116とツェナーダイオード118、抵抗120、ダイオード122を通ってアース に接続される。ここでツェナーダイオード118のカソードは抵抗116へ、そのアノ ードは抵抗120へ、ダイオード122のカソードは抵抗120へ、そのアノードはアー スへそれぞれ接続される。

【００１８】 前記コンデンサ124とダイオード126の接続点は、前記ツェナーダイオード118 と抵抗120の接続点に接続され、さらにダイオード114のカソードへ接続され、こ のダイオード114のアノードはオペアンプ112の非反転入力部（＋）へ接続される 。また、このオペアンプ112の出力部は、前記イオン電流演算出力部80へ接続さ れている。なおオペアンプ112の反転入力部（−）については後述する。

【００１９】 基準電圧入力部42とアースの間には、抵抗104と106、コンデンサ108が直列接 続されており、抵抗104と106の接続点はツェナーダイオード110のカソードへ、 そのアノードは前記オペアンプ112の出力部とイオン電流積分出力部80の接続点 を通ってオペアンプ112の反転入力部（−）へ接続される。前記オペアンプ112の 非反転入力部（＋）は、前記抵抗106とコンデンサ108にも接続され、この接続点 がトランジスタ102のコレクタへ接続され、このトランジスタ102のエミッタはア ースへ、ベースはリセット信号出力部60へそれぞれ接続されている。

【００２０】 図４に示す前記１次フライバック電圧比較回路200において、基準電圧入力部4 2とアースの間に直列接続の抵抗210と212が設けられる。前記抵抗210と212との 接続点は、抵抗214を介してオペアンプ216の非反転入力部（−）へ、また抵抗22 0を介して前記オペアンプ216の出力部へそれぞれ接続されている。前記オペアン プ216の出力部は、抵抗218を通ってリセット信号出力部60へ接続される。さらに 、１次コイル12と駆動素子4との接続点が、直列接続の抵抗202と208を通って前 記オペアンプ216の非反転入力部（＋）へ接続され、前記抵抗202と208の接続点 が並列接続の抵抗204とコンデンサ206を通って接地されている。

【００２２】 図１のプラグギャップ点火制御装置1において、１次コイル12へ電源装置2によ り電圧を加えると、それに応じた電圧が２次コイル34へ供給され、ギャップ20と 22において、２次コイル34に発生した高電圧による放電が終わった（すなわち、 ギャップ20と22に与えられる高電圧の放電により、ギャップ20と22の絶縁破壊状 態が終わった）直後から、燃焼状態検出部50にある電圧（＋）を加えることで、 電流制限用ダイオード38を通り、さらに２次コイル34の一部を通って、ギャップ 20と22のコイル側電極にそれぞれ（＋）電圧が現われる。

【００２３】 上記において、ギャップ20と22が設置された内燃機関のいずれかの気筒内が燃 焼状態である場合を考える。周知の如く、燃料が燃焼すると燃焼室内の燃料がイ オン化される。そこで、このギャップ20と22に電圧を加えておくとイオン電流が 流れる。したがって、このイオン電流を監視することにより燃焼状態を推測する 方法がある。つまり、燃焼状態検出部50に加えられた電圧により、前記燃焼状態 に応じた電流が、燃焼状態検出部50から電流制限用ダイオード38、２次コイル34 、ギャップ20と22の一方の電極、イオン化された燃料、ギャップ20と22の他方の 電極を経てアースへ流れる。この時の様子を示すのが図６の（ａ）から（ｄ）で ある。

【００２４】 また、図６の（ａ）と（ｂ）は電流遮断方式の場合を示す。すなわち、１次コ イル12に１次電流が流れ、ある電流値になったところで遮断されると、２次コイ ル34に２次電圧が発生する。この２次電圧がギャップ20と22の絶縁破壊電圧に至 ったとき、ギャップ20と22とにおいて放電が始まり、この放電の持続に必要なエ ネルギーの供給が行なわれなくなったところで放電は終わる。この放電が終了し た時点で、燃焼状態検出部50に電圧が印加されていれば、前述のように燃料のイ オン化に応じてイオン電流が流れる。

【００２６】 次に、図１の１次フライバック電圧比較回路200とイオン電流演算回路100の作 用について述べる。

【００２７】 図４に示す１次フライバック電圧比較回路200は、１次コイル12において、１ 次電流遮断時に発生するフライバック電圧を分圧する。その分電圧はオペアンプ 216とその周辺回路からなるヒステリシスコンパレータに入力され、しきい値電 圧と比較され、分電圧がしきい値よりも大きいとき、リセット信号出力部60を経 由しイオン電流演算回路100にリセット信号を送り、イオン電流演算回路100の積 分値を初期化する。

【００２８】 イオン電流演算回路100を示す図３において、コンデンサ108は、基準電圧入力 部 42から抵抗104、106を経て充電され、その電圧はオペアンプ112の非反転入力 部（＋）へ入力されており、オペアンプ112が反転入力部（−）のその出力部へ 接続されたボルテージフォロワとなっているため、結果としてコンデンサ108の 充電電圧とオペアンプ112の出力電圧が等しくなる。

【００３０】 ここでイオン電流を考えると、１次フライバック電圧入力部70より電圧が印加 されてコンデンサ124が充電されるとき、電流は１次フライバック電圧入力部70 とダイオード130、コンデンサ124、ダイオード126、ツェナーダイオード128を経 てアースへ流れる。ツェナーダイオード128のツェナー電圧は、基準電圧入力部4 2の基準電圧よりわずかに高く設定されてあり、コンデンサ108に充電された電荷 が、ダイオード114と126を経てアースへ流れるのを防止する。また前記ツェナー 電圧は、１次フライバック電圧入力部70に印加される充電電圧よりは低く、コン デンサ124の充電を大きく妨げることの無いように設定されている。

【００３１】 燃焼状態検出部50からイオン電流が流れ出す時に、コンデンサ124とダイオー ド126との接続側の電流はイオン電流と等しく、アースとダイオード122、抵抗12 0を経てコンデンサ124へ流れる電流と、アースとコンデンサ108、ダイオード114 を経てコンデンサ124へ流れる電流との和になる。この２つの電流の後者は、抵 抗106を経てコンデンサ108に充電される電荷を減少させることとなり、コンデン サ108の充電電圧を下げようとする方向へ働く。

【００３２】 ここで抵抗120の抵抗値を適当に選ぶことによって、上述の二つの電流の比率 を変えることが可能である。これにより、イオン電流がコンデンサ108の充電電 圧を下げようとする割合が調節可能となる。したがってイオン電流の大きさによ って、コンデンサ108の充電電圧が変化し、イオン電流が小さい時は、オペアン プ112の出力は単位時間に高い電圧まで上昇し、イオン電流が大きいときは、単 位時間に低い電圧までしか上がらないので、オペアンプ112の出力部からの出力 をイオン電流演算出力部80へ出力し、その値をあらかじめ設定された上限値、も しくはその両方と比較することで、燃焼の状態を判断することが可能である。

【００３３】

【考案の効果】

「実施例」の図１で説明した装置を用いることにより、点火信号入力部に点火 信号が入力されたとき、ギャップで放電が起こったかどうか、またギャップに放 電が起こったとしても、実際に燃料に着火しているかどうかを、イオン電流を測 定し、この電流を瞬時値ではなく、流れた電流の演算結果（例えば積分的）をと らえることにより確実に検出できる効果がある。

【提出日】平成４年９月３日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】 そこで、点火コイル10の１次側では、電源装置2が１次コイル12の１端に接続 され、またトランジスタ等で構成される駆動素子4のコレクタが１次コイル12の 他端へ接続されて１次回路が構成され、エミッタがアースへ、ベースが点火信号 入力部6へ接続されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】 上記点火コイル10の２次側では、２次コイル14の両端に点火プラグギャップ（ 以下「ギャップ」と呼ぶ）20と22が接続され、さらにこれらがアースへ接続され る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】 前記点火コイル10の１次側駆動素子4のコレクタとエミッタ間は、前記点火信 号入力部6に点火信号のない間は開放状態で、逆に前記点火信号が入力されてい る間導通し、前記１次コイル12に電流が流れる（以下この電流を「１次電流」と 呼ぶ）。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上述したような内燃機関の点火制御回路では、点火信号入力部6に点火信号が 入力された時、ギャップ20と22で放電が起こったかどうか、すなわちギャップ20 と22の絶縁破壊電圧を超えることのできるような２次電圧（以下、１次電流があ る電流値で遮断された時、２次コイルに発生する高電圧のことを、「２次電圧」 と呼ぶ）が２次コイル14に発生しているのか、またギャップ20と22において放電 が起こったとしても、実際に燃料に着火しているのかどうか分からない。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために、本考案では２次コイルの中点に接続される電 流制限用のダイオードと燃焼状態検出部を通じてイオン電流演算回路が設けられ る。さらに、１次コイルのフライバック電圧（１次電流の遮断時に１次コイルに 発生する電圧をいう）を監視する１次フライバック電圧比較回路と、ギャップに 放電が起こっている間リセット信号を出力するリセット信号出力部が設けられる 。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】 また、イオン電流演算回路への基準電圧入力手段と、この電圧の電源電圧安定 回路が設けられる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】 上述の構成により、イオン電流（２次電圧によりギャップが放電し燃料に着火 した後、燃焼室内の燃料がイオン化され、この時ギャップに電圧を加えると流れ る電流）を瞬時値ではなく、流れた電流の演算結果（例えば積分的）をとらえる ことにより、点火信号入力部に点火信号が入力された時、ギャップに放電が起こ ったかどうか、すなわちギャップの絶縁破壊電圧を超えることのできるような２ 次電圧が２次コイルに発生しているのか、またギャップにおいて放電が起こった としても、実際に燃料に着火しているかどうかを検出することを可能にする。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】 図１のプラグギャップ点火制御装置1は、点火コイル30内の２次コイル34の両 端にギャップ20と22が設けられ、その中点36に電流制限用ダイオード38のカソー ドが接続されており、そのアノードは燃焼状態検出部50へ接続されている。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】 なお上記では、ギャップが２つある場合を述べたが、図２に示すようにこれを １つにすることもできる。この場合には、２次コイル34の両端のうち、ギャップ 22に接続されてない側の端に電流制限用ダイオード38のカソードが接続され、そ のアノードは燃焼状態検出部50へ、電流漏洩防止ダイオード39のカソードが２次 コイルの一方へ、そのアノードは１次コイル12の一方へそれぞれ接続される。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】 さらに図１に示す内燃機関燃焼状態検出装置は、前記燃焼状態検出部50に接続 されるイオン電流積分回路100があり、これは直接イオン電流演算出力部80へ、 また直列接続の基準電圧入力部42と電源電圧安定回路40を通って電源装置2へ、 直列接続のリセット信号出力部60と１次フライバック電圧比較回路200を介して 駆動素子4のコレクタへ、さらに１次フライバック電圧入力部70を介して前記コ レクタへ、それぞれ接続されている。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】 図３に示す前記イオン電流積分回路100において、燃焼状態検出部50とアース との間に直列接続のコンデンサ124とダイオード126、ツェナーダイオード128が 設けられ、ダイオード126のカソードはツェナーダイオード128のカソードへ、ダ イオード126のアノードはコンデンサ124へ、ツェナーダイオード128のアノード はアースへそれぞれ接続される。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】 １次フライバック電圧入力部70は、ダイオード130のアノードへ接続され、そ のカソードが前記燃焼状態検出部50とコンデンサ124の接続点を介して、直列接 続の抵抗116とツェナーダイオード118、抵抗120、ダイオード122を通ってアース に接続される。ここでツェナーダイオード118のカソードは抵抗116へ、そのアノ ードは抵抗120へ、ダイオード122のカソードは抵抗120へ、そのアノードはアー スへそれぞれ接続される。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】 前記コンデンサ124とダイオード126の接続点は、前記ツェナーダイオード118 と抵抗120の接続点に接続され、さらにダイオード114のカソードへ接続され、こ のダイオード114のアノードはオペアンプ112の非反転入力部（＋）へ接続される 。また、このオペアンプ112の出力部は、前記イオン電流演算出力部80へ接続さ れている。なおオペアンプ112の反転入力部（−）については後述する。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】 基準電圧入力部42とアースの間には、抵抗104と106、コンデンサ108が直列接 続されており、抵抗104と106の接続点はツェナーダイオード110のカソードへ、 そのアノードは前記オペアンプ112の出力部とイオン電流積分出力部80の接続点 を通ってオペアンプ112の反転入力部（−）へ接続される。前記オペアンプ112の 非反転入力部（＋）は、前記抵抗106とコンデンサ108にも接続され、この接続点 がトランジスタ102のコレクタへ接続され、このトランジスタ102のエミッタはア ースへ、ベースはリセット信号出力部60へそれぞれ接続されている。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】 図４に示す前記１次フライバック電圧比較回路200において、基準電圧入力部4 2とアースの間に直列接続の抵抗210と212が設けられる。前記抵抗210と212との 接続点は、抵抗214を介してオペアンプ216の非反転入力部（−）へ、また抵抗22 0を介して前記オペアンプ216の出力部へそれぞれ接続されている。前記オペアン プ216の出力部は、抵抗218を通ってリセット信号出力部60へ接続される。さらに 、１次コイル12と駆動素子4との接続点が、直列接続の抵抗202と208を通って前 記オペアンプ216の非反転入力部（＋）へ接続され、前記抵抗202と208の接続点 が並列接続の抵抗204とコンデンサ206を通って接地されている。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】 図１のプラグギャップ点火制御装置1において、１次コイル12へ電源装置2によ り電圧を加えると、それに応じた電圧が２次コイル34へ供給され、ギャップ20と 22において、２次コイル34に発生した高電圧による放電が終わった（すなわち、 ギャップ20と22に与えられる高電圧の放電により、ギャップ20と22の絶縁破壊状 態が終わった）直後から、燃焼状態検出部50にある電圧（＋）を加えることで、 電流制限用ダイオード38を通り、さらに２次コイル34の一部を通って、ギャップ 20と22のコイル側電極にそれぞれ（＋）電圧が現われる。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】 上記において、ギャップ20と22が設置された内燃機関のいずれかの気筒内が燃 焼状態である場合を考える。周知の如く、燃料が燃焼すると燃焼室内の燃料がイ オン化される。そこで、このギャップ20と22に電圧を加えておくとイオン電流が 流れる。したがって、このイオン電流を監視することにより燃焼状態を推測する 方法がある。つまり、燃焼状態検出部50に加えられた電圧により、前記燃焼状態 に応じた電流が、燃焼状態検出部50から電流制限用ダイオード38、２次コイル34 、ギャップ20と22の一方の電極、イオン化された燃料、ギャップ20と22の他方の 電極を経てアースへ流れる。この時の様子を示すのが図６の（ａ）から（ｄ）で ある。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】 また、図６の（ａ）と（ｂ）は電流遮断方式の場合を示す。すなわち、１次コ イル12に１次電流が流れ、ある電流値になったところで遮断されると、２次コイ ル34に２次電圧が発生する。この２次電圧がギャップ20と22の絶縁破壊電圧に至 ったとき、ギャップ20と22とにおいて放電が始まり、この放電の持続に必要なエ ネルギーの供給が行なわれなくなったところで放電は終わる。この放電が終了し た時点で、燃焼状態検出部50に電圧が印加されていれば、前述のように燃料のイ オン化に応じてイオン電流が流れる。

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】 次に、図１の１次フライバック電圧比較回路200とイオン電流演算回路100の作 用について述べる。

【手続補正２１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】 図４に示す１次フライバック電圧比較回路200は、１次コイル12において、１ 次電流遮断時に発生するフライバック電圧を分圧する。その分電圧はオペアンプ 216とその周辺回路からなるヒステリシスコンパレータに入力され、しきい値電 圧と比較され、分電圧がしきい値よりも大きいとき、リセット信号出力部60を経 由しイオン電流演算回路100にリセット信号を送り、イオン電流演算回路100の積 分値を初期化する。

【手続補正２２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】 イオン電流演算回路100を示す図３において、コンデンサ108は、基準電圧入力 部 42から抵抗104、106を経て充電され、その電圧はオペアンプ112の非反転入力 部（＋）へ入力されており、オペアンプ112が反転入力部（−）のその出力部へ 接続されたボルテージフォロワとなっているため、結果としてコンデンサ108の 充電電圧とオペアンプ112の出力電圧が等しくなる。

【手続補正２３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】 ここでイオン電流を考えると、１次フライバック電圧入力部70より電圧が印加 されてコンデンサ124が充電されるとき、電流は１次フライバック電圧入力部70 とダイオード130、コンデンサ124、ダイオード126、ツェナーダイオード128を経 てアースへ流れる。ツェナーダイオード128のツェナー電圧は、基準電圧入力部4 2の基準電圧よりわずかに高く設定されてあり、コンデンサ108に充電された電荷 が、ダイオード114と126を経てアースへ流れるのを防止する。また前記ツェナー 電圧は、１次フライバック電圧入力部70に印加される充電電圧よりは低く、コン デンサ124の充電を大きく妨げることの無いように設定されている。

【手続補正２４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】 燃焼状態検出部50からイオン電流が流れ出す時に、コンデンサ124とダイオー ド126との接続側の電流はイオン電流と等しく、アースとダイオード122、抵抗12 0を経てコンデンサ124へ流れる電流と、アースとコンデンサ108、ダイオード114 を経てコンデンサ124へ流れる電流との和になる。この２つの電流の後者は、抵 抗106を経てコンデンサ108に充電される電荷を減少させることとなり、コンデン サ108の充電電圧を下げようとする方向へ働く。

【手続補正２５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】 ここで抵抗120の抵抗値を適当に選ぶことによって、上述の二つの電流の比率 を変えることが可能である。これにより、イオン電流がコンデンサ108の充電電 圧を下げようとする割合が調節可能となる。したがってイオン電流の大きさによ って、コンデンサ108の充電電圧が変化し、イオン電流が小さい時は、オペアン プ112の出力は単位時間に高い電圧まで上昇し、イオン電流が大きいときは、単 位時間に低い電圧までしか上がらないので、オペアンプ112の出力部からの出力 をイオン電流演算出力部80へ出力し、その値をあらかじめ設定された上限値、も しくはその両方と比較することで、燃焼の状態を判断することが可能である。

【手続補正２６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】

【考案の効果】

「実施例」の図１で説明した装置を用いることにより、点火信号入力部に点火 信号が入力されたとき、ギャップで放電が起こったかどうか、またギャップに放 電が起こったとしても、実際に燃料に着火しているかどうかを、イオン電流を測 定し、この電流を瞬時値ではなく、流れた電流の演算結果（例えば積分的）をと らえることにより確実に検出できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の実施例とする内燃機関燃焼状態検出
装置を、１部はブロックにより示す図である。。

【図２】 点火プラグギャップが１つの場合の点火コイ
ルの回路図である。

【図３】 イオン電流積分回路の１例を示す回路図であ
る。

【図４】 １次フライバック電圧比較回路の１例を示す
回路図である。

【図５】 従来の内燃機関点火制御装置の回路図であ
る。

【図６】 点火コイルにおける１次電流と２次電圧、イ
オン電流の関係を示す図である。

【符号の説明】

図において同一符号は同一、または相当部分を示す。 ２ 電源装置 ４ 駆動素子 ６ 点火信号入力端子 １２ １次コイル ２０、２２ 点火プラグギャップ ３０ 点火コイル ３４ ２次コイル ３６ ２次コイル中点 ３８ 電流制限用ダイオード ４０ 電源電圧安定回路 ４２ 基準電圧入力端子 ５０ 燃焼状態検出端子 ６０ リセット信号出力端子 ７０ １次フライバック電圧入力端子 ８０ イオン電流積分出力端子 １００ イオン電流積分回路 ２００ １次フライバック電圧比較回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年７月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図３】 イオン電流演算回路の１例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】 ６ 点火信号入力部 ４２ 基準電圧入力部 ５０ 燃焼状態検出部 ６０ リセット信号出力部 ７０ １次フライバック電圧入力部 ８０ イオン電流演算出力部 １００ イオン電流演算回路

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】イオン電流演算回路の１例を示す回路図であ
る。

【手続補正２８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】 ６ 点火信号入力部 ４２ 基準電圧入力部 ５０ 燃焼状態検出部 ６０ リセット信号出力部 ７０ １次フライバック電圧入力部 ８０ イオン電流演算出力部 １００ イオン電流演算回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 点火コイルの１次側に直流電源装置と、
   １次電流の制御を行なう駆動素子、前記駆動素子に点火
   信号を入力する点火信号入力端子を備え、前記点火コイ
   ルの２次側には、２次コイルの一端、あるいは両端に点
   火プラグギャップが接続され、前記２次コイルの他端
   に、あるいは両端に点火プラグギャップの接続されるも
   のにあってはそのコイルの中点に、電流制限用素子を介
   して接続されるイオン電流積分回路を備え、前記イオン
   電流積分回路に接続される基準電圧入力端子、前記イオ
   ン電流積分回路における積分値を出力する端子、さらに
   前記１次コイルと前記駆動素子の接続点と、前記イオン
   電流積分回路との間に１次フライバック電圧比較回路を
   有する、内燃機関燃焼状態検出装置。