JPH06299941A - イオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノイズを確実に除去することにより、所望の
イオン電流を制御良く検出することができるイオン電流
検出装置を提供する。 【構成】 点火コイル２の一次コイル２ａにはトランジ
スタ３及び電流検出用抵抗４が直列に接続され、二次コ
イル２ｂには逆流防止用ダイオード５が逆方向に配置さ
れ、さらに、同ダイオード５には点火プラグ６が接続さ
れている。点火信号ＩＧｔを入力する立ち上がり遅延回
路７にはトランジスタ３のベース端子が接続されてい
る。点火プラグ６にはバイアス電源１１を有するイオン
電流検出回路８が接続されている。信号無効化回路２２
には、コイル通電時のノイズを無効化するための単安定
回路１４と、放電開始時と同終了時のノイズを無効化す
るための単安定回路１５とが設けられている。ノイズ部
分を無効化したイオン電流電圧信号は、出力端子２１に
て検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関用点火装置
に設け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】従来から、この種のイオン電流検出装置
では、点火プラグに抵抗を介してバイアス電圧を印加し
ておき、前記抵抗の両端の電圧を検出することで混合気
の燃焼時に発生するイオン電流を検出するようにしてい
た。そのため、点火コイルの放電開始時及び放電終了時
には、二次放電電圧波形が前記抵抗の両端に現れてノイ
ズとなり、そのノイズによる信号がイオン電流信号とと
もに検出されることで、イオン電流信号の検出精度が悪
化するという問題があった。

【０００３】一方、特開昭５７−６１９３０号公報に開
示されたイオン電流検出装置では、点火プラグに接続さ
れたバイアス電源にスイッチを接続し、点火放電時には
そのスイッチを開作動させる構成としていた。そして、
スイッチの開動作により、点火放電に伴い発生する二次
側回路のノイズ信号を除去していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
イオン電流検出装置では、点火放電が開始されるタイミ
ングでスイッチが開作動されるため、スイッチング動作
の遅れ時間を考えると実際に回路が開状態となるのは点
火放電開始よりも遅れたタイミングとなる。その結果、
点火放電開始時のノイズが残ってしまい、やはりイオン
電流の検出精度が悪化するという問題を招いていた。

【０００５】この発明は、上記問題に着目してなされた
ものであって、その目的とするところは、ノイズを確実
に除去することにより、所望のイオン電流を制御良く検
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
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、点火コイルと、前記点火コイルの一次
側に接続され、一次電流の通電及び遮断を切り換えるス
イッチング手段と、前記点火コイルの二次側に接続さ
れ、前記スイッチング手段による一次電流の遮断に伴い
発生する二次側高電圧により、混合気を着火する点火プ
ラグと、前記点火プラグにバイアス電圧を印加してお
き、混合気の燃焼時に発生するイオン電流を検出するイ
オン電流検出手段とを備えたイオン電流検出装置におい
て、前記点火コイルの一次電流遮断以前のタイミングで
前記イオン電流検出手段からの出力信号の無効化を開始
するとともに、前記点火コイルの放電終了後の所定のタ
イミングで同無効化を終了する信号無効化手段を設けた
ことを要旨とするものである。

【０００７】又、前記信号無効化手段は、前記点火コイ
ルの一次電流を検知するとともに、その一次電流が遮断
電流到達前の所定の電流値になると、前記イオン電流検
出手段からの出力信号の無効化を開始するようにしても
よい。

【０００８】さらに、前記信号無効化手段は、前記点火
コイルの一次側通電開始以前のタイミングで、前記イオ
ン電流検出手段からの出力信号の無効化を開始するよう
にしてもよい。

【０００９】

【作用】スイッチング手段により点火コイルの一次電流
が遮断されると、点火コイルに二次側高電圧が発生する
とともに、同二次側高電圧により点火プラグが混合気を
着火燃焼する。このとき、電離作用により混合気がイオ
ン化し、点火プラグに印加されたバイアス電圧によって
イオン電流が流れる。そして、このイオン電流はイオン
電流検出手段にて検出される。又、信号無効化手段は、
点火コイルの一次電流遮断以前のタイミングでイオン電
流検出手段からの出力信号の無効化を開始するととも
に、点火コイルの放電終了後の所定のタイミングで同無
効化を終了する。

【００１０】要するに、点火コイルの一次電流遮断によ
り二次側放電が生じ、その放電開始時及び同終了時にお
いてノイズが現れイオン電流検出手段にて検出される。
これに対し、本発明の構成によれば、放電開始時及び同
終了時におけるイオン電流検出手段からの出力信号が無
効化されるため、イオン電流検出手段にてノイズが検出
されてもそのノイズが無効化される。その結果、イオン
電流検出手段からの出力信号のうち、ノイズだけが無効
化され所望のイオン電流が検出される。

【００１１】一方、イオン電流検出手段からの出力信号
の無効化を、一次電流に応じて開始するようにした場合
には、常に一次電流の遮断前に、即ち、放電開始前に無
効化が開始され、放電開始時に発生するノイズが確実に
無効化されることになる。

【００１２】さらに、イオン電流検出手段からの出力信
号の無効化を、点火コイルの一次側通電開始以前に開始
するようにした場合には、点火コイルの通電開始時に発
生するノイズが確実に無効化されることになる。

【００１３】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を具体化した第１実施例
のイオン電流検出装置について、図１及び図２に基づき
説明する。

【００１４】図１は、独立点火式点火装置に具体化した
イオン電流検出装置の概要を示す回路図である。同図に
示すように、直流電源１に接続された点火コイル２の一
次コイル２ａには、トランジスタ３及び電流検出用抵抗
４が直列に接続されている。又、点火コイル２の二次コ
イル２ｂには逆流防止用ダイオード５が逆方向に配置さ
れ、さらに、同ダイオード５には点火プラグ６が接続さ
れている。

【００１５】点火信号ＩＧｔは、同信号ＩＧｔの立ち上
がりエッジのみを遅延させる立ち上がり遅延回路７に入
力されるようになっている。又、同遅延回路７にはスイ
ッチング手段としてのトランジスタ３のベース端子が接
続されている。つまり、トランジスタ３は立ち上がり遅
延回路７の出力信号により制御され、点火信号ＩＧｔの
立ち上がり時刻よりも遅れた時刻にて導通されるととも
に、点火信号ＩＧｔの立ち下がり時刻にて遮断される。
そして、トランジスタ３の導通に伴い点火コイル２の一
次コイル２ａに一次電流が流れ、同トランジスタ３の遮
断に伴い二次コイル２ｂに点火用高電圧が発生して点火
コイル６が燃焼室（図示略）内の混合気を着火燃焼す
る。

【００１６】なお、点火信号ＩＧｔの立ち上がり遅延に
より、点火コイル２の通電時間が短縮されるが、点火信
号ＩＧｔにはこの遅延分が予め見込まれており、点火信
号ＩＧｔの遅延により点火コイル２の通電に支障を来す
ことはない。

【００１７】一方、イオン電流検出手段としてのイオン
電流検出回路８において、点火プラグ６に接続された逆
流防止用ダイオード９には、電流検出用抵抗１０及びバ
イアス電源１１が直列に接続されている。詳しくは、点
火プラグ６にはバイアス電源１１により負極性のバイア
ス電圧が印加されている。そして、点火プラグ６により
混合気が着火燃焼し電離作用により混合気がイオン化す
ると、バイアス電源１１のバイアス電圧によってイオン
電流が図１に破線で示す経路で流れ、そのイオン電流電
圧が点Ｐ1 （逆流防止用ダイオード９と抵抗１０との接
続点）にて検出される。

【００１８】又、信号無効化手段としての信号無効化回
路２２において、コンパレータ１２の非反転入力端子に
は、トランジスタ３のエミッタ端子と電流検出用抵抗４
との接続点である点Ｐ2 が接続され、反転入力端子には
基準電源１３が接続されている。点Ｐ2 では電流検出用
抵抗４によって一次電流が電圧値として検出される。さ
らに、コンパレータ１２の出力端子には単安定回路１４
が接続されている。従って、コンパレータ１２は、点火
コイル２の一次電流と所定のスレッシュレベルとの比較
結果に応じてパルス信号を出力する。又、単安定回路１
４は、コンパレータ１２からのパルス信号の立ち上がり
エッジに対応して所定時間（例えば、１ｍｓ程度）のパ
ルス信号を出力する。

【００１９】単安定回路１５には点火信号ＩＧｔが入力
され、同単安定回路１５は、点火信号ＩＧｔの立ち上が
りエッジに対応して所定時間（例えば、１ｍｓ程度）の
パルス信号を出力する。さらに、単安定回路１４及び単
安定回路１５の出力側にはオアゲート１６の入力端子が
接続され、同オアゲート１６の出力端子には抵抗１７を
介してトランジスタ１８のベース端子が接続されてい
る。

【００２０】又、前述したイオン電流検出回路８の点Ｐ
1 には、同点Ｐ1 の電圧信号のうちの直流成分をカット
するためのコンデンサ１９が接続され、同コンデンサ１
９にはトランジスタ１８のコレクタ端子が接続されてい
る。トランジスタ１８はエミッタ接地されている。さら
に、コンデンサ１９の一端（トランジスタ１８のコレク
タ端子）には抵抗２０が接続されるとともに、出力端子
２１が接続されている。

【００２１】従って、トランジスタ１８が導通状態であ
れば、出力端子２１の出力信号がアース電圧に固定さ
れ、点Ｐ1 によるイオン電流電圧信号は無効化される。
又、トランジスタ１８が遮断状態であれば、出力端子２
１から点Ｐ1 のイオン電流電圧が検出されることにな
る。

【００２２】次いで、本実施例のイオン電流検出装置の
作用について、図２のタイムチャートに基づき説明す
る。なお、図２において、ｔ１のタイミングは点火信号
ＩＧｔの立ち上がり時刻、ｔ２〜ｔ３のタイミングは点
火コイル２の通電時間、ｔ３〜ｔ４のタイミングは点火
プラグ６の放電時間を示している。

【００２３】同図に示すように、ｔ１のタイミングで点
火信号ＩＧｔが立ち上げられ、ｔ２のタイミングで立ち
上がり遅延回路７の出力信号が立ち上げられる。立ち上
がり遅延回路７の出力信号が立ち上げられると、トラン
ジスタ３が導通状態となり点火コイル２に一次電流が流
れ始める。このとき、一次電圧の変化によって二次側回
路にノイズが発生し、そのノイズが図１に破線で示す経
路で伝わるとともに、点Ｐ1 の電圧にノイズ信号（第１
のノイズ信号Ｎ1 とする）が現れる。

【００２４】その後、一次側通電に伴い一次電流が上昇
し、一次電流が所定の遮断電流（例えば、６．５Ａ）に
達すると、図示しない定電流回路によって電流の上昇が
規制される。

【００２５】点火時期（ｔ３のタイミング）になると、
立ち上がり遅延回路７の出力信号の立ち下がりエッジに
よりトランジスタ３が遮断される。そして、トランス作
用によって二次コイル２ｂに点火用高電圧が発生すると
ともに、点火プラグ６の電極間に火花が発生する。この
とき、二次側回路にノイズが生じ、再び点Ｐ1 の電圧に
ノイズ信号（第２のノイズ信号Ｎ2 とする）が現れる。

【００２６】ｔ３のタイミングにて発生した火花は所定
の放電時間で継続し、ｔ４のタイミングで放電が終了す
る。なお、この放電終了時にも、二次側回路にノイズが
生じ、再び点Ｐ1 の電圧にノイズ信号（第３のノイズ信
号Ｎ3 とする）が現れる。そして、放電終了から所定時
間経過後に点火プラグ６に吸引されたイオンによりイオ
ン電流が流れ、イオン電流電圧信号が点Ｐ1 で検出され
る。

【００２７】以上のように、本実施例のイオン電流検出
回路８では、イオン電流電圧信号が放電終了後に検出さ
れるとともに、ノイズ信号が通電開始時、通電遮断時
（放電開始時）、さらに放電終了時に検出されることに
なる。

【００２８】一方、信号無効化回路２２では、点火信号
ＩＧｔが入力されるｔ１のタイミングで、単安定回路１
５が動作し所定時間のパルス信号が出力される。なお、
この単安定回路１５のパルス信号のパルス長さは、通電
開始時のノイズ持続時間に相応して設定される。

【００２９】そして、このパルス信号によってｔ１〜ｔ
a のタイミングでトランジスタ１８が導通され、出力端
子２１の出力がアース電圧に固定される。つまり、この
ｔ１〜ｔa のタイミングは信号無効化期間となり、一次
コイル２ａの通電開始時に発生する第１のノイズ信号Ｎ
1 はこの期間（ｔ１〜ｔa のタイミング）において、単
安定回路１５のパルス信号によって無効化されることに
なる。

【００３０】又、点火コイル２の一次電流（点Ｐ2 の電
圧）がスレッシュレベルに達するｔb のタイミングで
は、コンパレータ１２の出力信号の立ち上がりエッジに
より単安定回路１４から所定時間のパルス信号が出力さ
れる。なお、この単安定回路１４のパルス信号のパルス
長さは、放電開始時及び同終了時のノイズ持続時間に相
応して設定される。

【００３１】そして、このパルス信号によってｔb 〜ｔ
c のタイミングにて再びトランジスタ１８が導通され、
出力端子２１の出力がアース電圧に固定される。つま
り、このｔb 〜ｔc のタイミングは信号無効化期間とな
り、点火プラグ６の放電開始及び終了時に発生する第２
及び第３のノイズ信号Ｎ2 ，Ｎ3 はこの期間（ｔb 〜ｔ
c のタイミング）において、単安定回路１４のパルス信
号によって無効化されることになる。

【００３２】以上詳述したように、本実施例のイオン電
流検出装置では、点火信号ＩＧｔを立ち上がり遅延回路
７にて立ち上がり遅延させるとともに、その遅延回路７
の出力信号にて点火コイル２の通電を開始させるように
した。そして、点火信号ＩＧｔの立ち上がりから通電開
始時のノイズの持続時間を含む期間（図２のｔ１〜ｔa
のタイミング）において、出力端子２１の出力をアース
電圧に固定し通電開始時のノイズを無効化するようにし
た。

【００３３】又、点火コイル２の一次電流を検知し、そ
の一次電流が遮断電流到達前の所定の電流値になると、
放電終了時のノイズの持続時間を含む期間（ｔb 〜ｔc
のタイミング）において、再び出力端子２１の出力をア
ース電圧に固定し放電開始時及び同終了時のノイズを無
効化するようにした。

【００３４】その結果、従来のイオン電流検出装置とは
異なり、放電開始前にノイズ信号の無効化が開始され、
放電開始時及び同終了時のノイズ信号を確実に除去する
ことができる。さらに、本実施例では、通電開始時前に
もノイズ信号の無効化期間を設定したため、通電開始時
のノイズ信号をも確実に除去できる。そして、これらの
ノイズ信号の除去により、イオン電流の検出精度を大幅
に高めることができる。

【００３５】又、本実施例の構成によれば、従来の点火
装置に若干の構成部品を追加するだけで上記イオン電流
検出装置を実現することができるとともに、イオン電流
検出回路８及び信号無効化回路２２を点火装置に内蔵す
ることで小型で且つ安価なイオン電流検出装置を提供す
ることができる。

【００３６】以下には、前記第１実施例を変更した第２
〜第４実施例について、第１実施例との相違点を主に説
明する。 （第２実施例）前記第１実施例では、点火プラグ６に負
極性のバイアス電圧を印加していたが、本第２実施例で
は点火プラグ６に正極性のバイアス電圧を印加する構成
とする。

【００３７】つまり、図３に示すように、点火プラグ６
には逆流防止用ダイオード９を逆方向に介して電流検出
用抵抗１０及びバイアス電源１１が直列に接続されてい
る。又、イオン電流検出回路８の点Ｐ1 に接続されたコ
ンデンサ１９には、反転増幅器３１が接続されている。

【００３８】従って、燃焼時において混合気がイオン化
すると、図３に破線で示す経路（図１とは逆の経路）で
イオン電流が流れる。そして、点Ｐ1 にて検出されるイ
オン電流電圧は反転増幅器３１にて反転・増幅されると
ともに、前記第１実施例と同様にトランジスタ１８の動
作に応じてノイズのみが無効化され、出力端子２１にて
検出される。 （第３実施例）図４は、点火装置を同時点火方式とする
とともに、点火コイル２の二次側をダブルコイル方式に
変更した第３実施例を示す図である。

【００３９】つまり、図４に示すように、点火コイル２
ｂの正負両極には各々点火プラグ６が接続されている。
又、二次コイル２ｂの一方の電極に接続された点火プラ
グ６には、前記第１実施例と同一構成のイオン電流検出
回路８が接続されている。 （第４実施例）次いで、ディストリビュータ配電方式の
特定気筒からイオン電流電圧を検出するようにした第４
実施例について、図５及び図６を用いて説明する。

【００４０】図５に示すように、点火コイル２の二次コ
イル２ｂにはディストリビュータ３２が接続されてお
り、各気筒の点火プラグ６にはディストリビュータ３２
内の配電ロータ３２ａの回転に応じて点火用高電圧が分
配されるようになっている。又、本実施例では前記第１
〜第３実施例とは異なり、立ち上がり遅延回路７、単安
定回路１５及び論理和ゲート１６が廃止されている。従
って、トランジスタ３は点火信号ＩＧｔに応じて動作
し、トランジスタ１８は単安定回路１４からのパルス信
号に応じて動作することになる。

【００４１】この第４実施例のイオン電流検出装置の作
用について、図６のタイムチャートに基づいて説明す
る。なお、図６において、ｔ11〜ｔ12のタイミングは点
火コイル２の通電時間、ｔ12〜ｔ13のタイミングは点火
プラグ６の放電時間を示している。

【００４２】先ず、ｔ11のタイミングでは点火信号ＩＧ
ｔの立ち上げに伴い点火コイル２の通電が開始される。
又、点火コイル２の一次電流が所定のスレッシュレベル
に達するｔa1のタイミングでは、コンパレータ１２の出
力信号に立ち上がりエッジに伴い、単安定回路１４から
所定時間（ｔa1〜ｔb1のタイミング）のパルス信号が出
力される。

【００４３】一方、ｔ12のタイミングの放電開始時、及
びｔ13のタイミングの放電終了時には点Ｐ1 にてノイズ
波形が検出される。即ち、前記第１〜第３実施例の構成
では、放電開始時及び放電終了時の他に通電開始時にも
ノイズが発生していたが、本第４実施例のようにディス
トリビュータ配電とした場合、通電開始時には配電ロー
タ３２ａがまだ正規配電位置に達しておらず、ノイズが
発生しない。

【００４４】そして、単安定回路１４からのパルス信号
によってｔa1〜ｔb1のタイミングにてトランジスタ１８
が導通され、出力端子２１の出力がアース電圧に固定さ
れる。つまり、このｔa1〜ｔb1のタイミングは信号無効
化期間となり、点火プラグ６の放電開始及び終了時に発
生するノイズがこの期間にて無効化されて出力端子２１
から検出されない。

【００４５】以上のように、本第４実施例では、ディス
トリビュータ配電方式の点火装置において、コイル通電
開始時におけるノイズ信号を無効化するための構成を省
略し、放電開始時及び放電終了時のノイズ信号のみを無
効化する構成とした。その結果、前記実施例と同様に、
ノイズを除去してイオン電流の検出精度を向上させるこ
とができるとともに、立ち上がり遅延回路７等の構成部
品を省略することで構成の簡略化を図ることができる。

【００４６】なお、本発明は、前記各実施例に限定され
るものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲内にお
いて任意に変更してもよい。

【００４７】

【発明の効果】この発明によれば、ノイズを確実に除去
することにより、所望のイオン電流を制御良く検出する
ことができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した第１実施例のイオン電流検
出装置を示す回路図である。

【図２】図１を説明するためのタイムチャートである。

【図３】第２実施例のイオン電流検出装置を示す回路図
である。

【図４】第３実施例のイオン電流検出装置を示す回路図
である。

【図５】第４実施例のイオン電流検出装置を示す回路図
である。

【図６】図５を説明するためのタイムチャートである。

【符号の説明】

２…点火コイル、３…スイッチング手段としてのトラン
ジスタ、６…点火プラグ、８…イオン電流検出手段とし
てのイオン電流検出回路、２２…信号無効化手段として
の信号無効化回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点火コイルと、 前記点火コイルの一次側に接続され、一次電流の通電及
   び遮断を切り換えるスイッチング手段と、 前記点火コイルの二次側に接続され、前記スイッチング
   手段による一次電流の遮断に伴い発生する二次側高電圧
   により、混合気を着火する点火プラグと、 前記点火プラグにバイアス電圧を印加しておき、混合気
   の燃焼時に発生するイオン電流を検出するイオン電流検
   出手段とを備えたイオン電流検出装置において、 前記点火コイルの一次電流遮断以前のタイミングで前記
   イオン電流検出手段からの出力信号の無効化を開始する
   とともに、前記点火コイルの放電終了後の所定のタイミ
   ングで同無効化を終了する信号無効化手段を設けたこと
   を特徴とするイオン電流検出装置。
2. 【請求項２】 前記信号無効化手段は、前記点火コイル
   の一次電流を検知するとともに、その一次電流が遮断電
   流到達前の所定の電流値になると、前記イオン電流検出
   手段からの出力信号の無効化を開始する請求項１に記載
   のイオン電流検出装置。
3. 【請求項３】 前記信号無効化手段は、前記点火コイル
   の一次側通電開始以前のタイミングで、前記イオン電流
   検出手段からの出力信号の無効化を開始する請求項１に
   記載のイオン電流検出装置。