JPH10238446A - イオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】イオン電流の的確な検出に併せ、一次電流の通
電に起因するオン着火の発生をも防止するイオン電流検
出装置を提供する。 【解決手段】点火コイル３２の二次巻線３２ｂ側にコン
デンサ４０と抵抗器３８とを直列に配置することによ
り、点火プラグ５の放電時に蓄えられたコンデンサ４０
の電荷でイオン電流を検出するイオン電流検出装置にあ
っては、一次電流通電時に、二次巻線３２ｂの誘導起電
力により、接地→抵抗器３８→ツェナーダイオード３６
→二次巻線３２ｂ→点火プラグ５→接地の経路で点火プ
ラグ５間に電流が流れてオン着火することがある。その
ためここでは、抵抗器３８とツェナーダイオード３６間
にスイッチング素子３７を接続し、一次電流通電時には
スイッチング素子３７を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の膨張
（燃焼）行程において燃焼室内に生じるイオンをイオン
電流として検出す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】一般に自動車エンジン等に使用される内
燃機関は、吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の４行程
により、ピストンの２回の往復動をクランクシャフトの
２回転に変換して出力を得るようになっている。そして
近年、内燃機関のこのような行程は電子制御装置により
厳密に制御され、管理されている。

【０００３】ところで、こうした内燃機関にあっては、
その各気筒の圧縮行程において圧縮された燃料（混合
気）が次の膨張（燃焼）行程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、
内燃機関が損傷したり、未燃ガス流出による種々の障害
をもたらすことがある。したがって、内燃機関の安定し
た運転を確保するためには、各気筒において確実に燃焼
が行われたか否かを常に管理する必要がある。そして従
来、このような燃焼状態を検出する手段として、内燃機
関の膨張（燃焼）行程においてその燃焼室内に生じるイ
オンをイオン電流として検出する装置が提案されてお
り、例えば特開平４−１９４３６７号公報に記載された
イオン電流検出装置などが知られている。図６に、同公
報記載の装置も含め、従来一般に採用されているイオン
電流検出装置を示す。

【０００４】同図６に示すように、この装置は、バッテ
リ８１、一次巻線８２ａ及び二次巻線８２ｂを有する点
火コイル８２、及び一次巻線８２ａと接地間に接続され
たパワートランジスタ８３によって点火回路が構成され
ている。ここで、一次巻線８２ａの一端はバッテリ８１
に接続されており、同他端はパワートランジスタ８３に
接続されている。また、二次巻線８２ｂの一端は点火プ
ラグ５に接続されている。この点火プラグ５は、二次巻
線８２ｂの上記一端に接続された放電用電極５ａ、及び
放電用電極５ａに対向配置され、接地されているグラン
ド電極５ｂによって構成されている。この点火プラグ５
は各気筒の燃焼室内（図示せず）に露出して設けられて
おり、そのグランド電極５ｂは燃焼室壁に接続されてい
る。

【０００５】一方、二次巻線８２ｂの他端は、コンデン
サ９０及び点火電流の逆流防止用ダイオード８５を介し
て接地されており、これらコンデンサ９０及びダイオー
ド８５にはそれぞれ、ツェナーダイオード８６及びイオ
ン電流検出用の抵抗器８８が並列接続されている。コン
デンサ９０、ツェナーダイオード８６、及び抵抗器８８
は、同装置のイオン電流検出回路８４を構成するもので
あり、コンデンサ９０及びツェナーダイオード８６から
なる並列回路と抵抗器８８との接続点が同検出回路８４
の出力端子８９となっている。

【０００６】次に、この動作を説明する。内燃機関の膨
張（燃焼）行程において、電子制御装置からの制御信号
Ｃによりパワートランジスタ８３がオン・オフ制御さ
れ、一次巻線８２ａ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８２
ｂ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５ｂから放電用
電極５ａに向けて放電火花が生じ、燃焼室内の燃料（混
合気）が燃焼される。また、このとき同図６に示される
態様で流れる二次電流Ｉ2 によってコンデンサ９０が充
電される。なお、この充電電圧は、同コンデンサ９０に
並列接続されたツェナーダイオード８６によって一定の
電圧に保たれる。

【０００７】一方この膨張（燃焼）行程において、正常
に燃焼が行われると、燃焼室内には大量の陽イオンが発
生する。そして、この発生した陽イオンはイオン電流Ｉ
となって同図６に示した経路を流れる。すなわち、イオ
ン電流Ｉは、抵抗器８８、コンデンサ９０、二次巻線８
２ｂ及び点火プラグ５を介した経路で流れ、コンデンサ
９０の充電電荷を放電する。

【０００８】そして、このイオン電流Ｉによって抵抗器
８８の両端間に発生する電圧は、上記陽イオンの発生量
に応じた電圧値として出力端子８９から出力される。こ
の出力電圧は電子制御装置に取り込まれて正常に燃焼が
行われたか否かの判定に供される。この判定において、
失火等の異常が認められた場合、電子制御装置は点火タ
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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】こうした装置にあって
はそもそも、上記点火電流（二次電流Ｉ2 ）の逆流防止
用ダイオード８５を設けることで、一次電流通電時に上
記点火回路に誘導される電流の流路を遮断し、いわゆる
オン着火を防止するようにしていた。

【００１０】ところが、このような点火回路に上記コン
デンサ９０、ツェナーダイオード８６及び抵抗器８８か
らなるイオン電流検出回路８４を併設したことで、図７
に示す接地→抵抗器８８→ツェナーダイオード８６→二
次巻線８２ｂ→点火プラグ５→接地といった誘導電流Ｉ
2'の流路が新たに形成され、一次電流通電時に、同誘導
電流Ｉ2'によるオン着火が発生することがある。

【００１１】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、イオン電流の的確な検出に
併せ、上記オン着火の発生をも好適に防止することので
きるイオン電流検出装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、請求項１記載の発明は、点火コイル二次巻線の点火
プラグに接続された他方端をコンデンサとツェナーダイ
オードとの並列回路及び同並列回路に直列接続された抵
抗器を介して接地し、前記抵抗器の両端に生じる電圧に
基づいて前記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、少なくとも一
次電流通電時に遮断されるスイッチング素子を前記抵抗
器に直列に挿入したことをその要旨とするものである。

【００１３】すなわち、請求項１記載の発明では、一次
電流通電時に接地→抵抗器→ツェナーダイオード→点火
コイル二次巻線→点火プラグといった経路で流れようと
する点火コイル二次巻線への誘導電流の流路は、上記ス
イッチング素子によって確実に遮断される。このため、
一次電流通電時に上記誘導電流が流れることはなく、し
たがって前述したオン着火の発生も確実に防止される。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載のイ
オン電流検出装置において、前記スイッチング素子は、
前記点火プラグ電極間へのイオン電流発生時にのみオン
制御されることをその要旨とするものである。

【００１５】請求項２記載の発明では、イオン電流波形
への重畳が懸念される不要なノイズ成分の除去が併せ図
られ、より高い精度でイオン電流の検出が行われるよう
になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を内燃機関としての
車両用ガソリンエンジンに設けられたイオン電流検出装
置に具体化した実施の形態を図１〜図４に従って説明す
る。

【００１７】図１は本実施の形態におけるエンジン１の
概略構成を示す。エンジン１は複数のシリンダ２（図１
には一つのみ図示）を備える。各シリンダ２にそれぞれ
上下動可能に設けられたピストン３は、出力軸としての
クランクシャフト１ａに連結されている。各シリンダ２
においてピストン３の上側は燃焼室４を形成する。各燃
焼室４に対応して設けられた点火プラグ５は燃焼室４に
導入された混合気に点火する。各燃焼室４に対応して設
けられた吸気ポート６ａ及び排気ポート７ａの各々は吸
気通路６及び排気通路７の一部を構成する。各燃焼室４
に対応して設けられた吸気バルブ８及び排気バルブ９は
各ポート６ａ，７ａをそれぞれ開閉する。各バルブ８，
９は互いに異なるカムシャフト１０，１１の回転に基づ
き作動する。各カムシャフト１０，１１の先端に各々設
けられたタイミングプーリ１２，１３はタイミングベル
ト１４を介してクランクシャフト１ａに連結されてい
る。

【００１８】すなわち、エンジン１の運転時に、クラン
クシャフト１ａの回転力はタイミングベルト１４及び各
タイミングプーリ１２，１３を介して各カムシャフト１
０，１１に伝達される。各カムシャフト１０，１１が回
転することにより、各バルブ８，９が作動する。各バル
ブ８，９はクランクシャフト１ａの回転に同期して、す
なわち各ピストン３の上下動に対応した吸気行程、圧縮
行程、膨張（燃焼）行程及び排気行程に同期して、所定
のタイミングで開閉駆動される。

【００１９】吸気通路６の入口に設けられたエアクリー
ナ１５は同通路６に取り込まれる外気を清浄化する。各
吸気ポート６ａの近傍に各々設けられたインジェクタ１
６は吸気ポート６ａへ向かって燃料を噴射する。エアク
リーナ１５を介して吸気通路６に取り込まれた外気は、
各インジェクタ１６から噴射された燃料と混合され混合
気となる。この混合気は、吸入行程において吸気バルブ
８が吸気ポート６ａを開くときに燃焼室４に吸入され
る。燃焼室４に吸入された混合気は、点火プラグ５によ
り点火され燃焼する。その結果、ピストン３が作動し、
クランクシャフト１ａが回転してエンジン１の出力が得
られる。燃焼後の排気ガスは、排気行程において排気バ
ルブ９が排気ポート７ａを開くときに、燃焼室４から排
気通路７を通って外部へ排出される。

【００２０】吸気通路６に設けられたスロットルバルブ
１７はアクセルペダル１９の操作に応じて作動する。こ
のバルブ１７の開度が調節されることにより、燃焼室４
に導入される空気の量、すなわち、吸入空気量が調節さ
れる。スロットルバルブ１７の下流側に設けられたサー
ジタンク１８は吸入空気の脈動を減少させる。

【００２１】電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）２
０は、エンジン１に設けられた各種センサの検出結果に
基づき、エンジン１の運転状態を判定し、その結果から
エンジン１の運転制御を併せ実施するものである。また
このＥＣＵ２０は、各点火プラグ５を駆動（点火）させ
るための制御信号Ｃをその駆動装置であり且つ各気筒に
おいて確実に燃焼が行われたか否かを検出するイオン電
流検出装置３０に所定のタイミングで出力する。イオン
電流検出装置３０による検出結果もＥＣＵ２０に取り込
まれる。ＥＣＵ２０は、この検出結果に基づき、正常に
燃焼が行われたか否かの判定とともに、後述する所定の
処理を実行する。

【００２２】次に、本実施の形態におけるイオン電流検
出装置３０について説明する。図２は、本実施の形態に
おけるイオン電流検出装置３０の回路図である。図２に
示すように、イグナイタ２１が、バッテリ３１、及び該
バッテリ３１からの高電圧が印加される点火コイル３２
の一次巻線３２ａと接地間に接続されたパワートランジ
スタ３３を有して構成されている。また、点火コイル３
２の二次巻線３２ｂの一端は点火プラグ５に接続されて
いる。この点火プラグ５は、二次巻線３２ｂの上記一端
に接続された放電用電極５ａ、及びこの放電用電極５ａ
に対向配置され、接地されているグランド電極５ｂによ
って構成されている。この点火プラグ５は各気筒の燃焼
室内（同図２では図示せず）に露出して設けられてお
り、そのグランド電極５ｂは燃焼室壁に接続されてい
る。

【００２３】一方、二次巻線３２ｂの他端は、コンデン
サ４０及び点火電流の逆流防止用ダイオード３５を介し
て接地されており、これらコンデンサ４０及びダイオー
ド３５にはそれぞれ、ツェナーダイオード３６及びスイ
ッチング素子３７とイオン電流検出用の抵抗器３８との
直列回路が並列接続されている。コンデンサ４０、ツェ
ナーダイオード３６、スイッチング素子３７、及び抵抗
器３８は、同実施形態の装置のイオン電流検出回路３４
を構成するものであり、スイッチング素子３７と抵抗器
３８との接続点が同検出回路３４の出力端子３９となっ
ている。

【００２４】またＥＣＵ２０は、イグナイタ２１を構成
する上記パワートランジスタ３３に対して制御信号Ｃを
印加するとともに、同制御信号Ｃに基づき点火プラグ５
が放電した後に該プラグ５に生じるイオン電流Ｉを上記
出力端子３９を介して検出する。更にこのＥＣＵ２０
は、上記スイッチング素子３７の導通・遮断を制御する
スイッチ信号Ｓを出力する。同スイッチング素子３７
は、このスイッチ信号Ｓに基づきその導通・遮断が制御
されるようになっている。

【００２５】次に、図３を参照して本イオン電流検出装
置の動作について説明する。なお、同図３において、図
３（ａ）はＥＣＵ２０からの制御信号Ｃに基づく点火コ
イル３２の二次放電時の動作を示し、図３（ｂ）は点火
後のイオン電流検出時の動作を示す。

【００２６】図３（ａ）に示すように、エンジン１の膨
張（燃焼）行程において、ＥＣＵ２０からの制御信号Ｃ
によりパワートランジスタ３３がオン・オフ制御され、
一次巻線３２ａ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３２ｂ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５ｂから放電用電極５
ａに向けて放電火花が生じ、燃焼室内の燃料（混合気）
が燃焼される。またこのとき、同図３（ａ）に示される
態様で流れる二次電流（点火電流）Ｉ2 によりコンデン
サ４０が充電される。なおこの充電電圧は、同コンデン
サ４０に並列接続されたツェナーダイオード３６によっ
て一定の電圧に保たれる。

【００２７】一方既述のように、正常に燃焼が行われる
と図３（ｂ）に示すように、イオン電流Ｉが流れる。す
なわち、イオン電流Ｉは、抵抗器３８、スイッチング素
子３７、コンデンサ４０、二次巻線３２ｂ及び点火プラ
グ５を介した経路で流れ、コンデンサ４０の充電電荷を
放電させる。

【００２８】そして、このイオン電流Ｉによって抵抗器
３８の両端間に発生する電圧は、点火プラグ５部分での
陽イオンの発生量に応じた電圧値となって出力端子３９
から出力され、ＥＣＵ２０における上記正常に燃焼が行
われたか否かの判定に供される。そして、失火等の異常
が判定された場合、ＥＣＵ２０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。

【００２９】ここで、本実施の形態においては、制御信
号Ｃのオン時に点火プラグ５の電極間に電流が流れてい
わゆるオン着火するのを防止するために、スイッチング
素子３７を設けている。このスイッチング素子３７とし
ては例えばサイリスタなどを使用する。この場合、スイ
ッチング素子３７のゲートＧにスイッチ信号Ｓとして零
又はマイナスの電圧が印加されているとき、スイッチン
グ素子３７は遮断される。一方、同ゲートＧにスイッチ
信号Ｓとしてプラスの電圧が印加されると、スイッチン
グ素子３７は導通する。すなわちここで、ＥＣＵ２０は
図４に示すように、制御信号Ｃがオンとなるタイミング
（図４（ａ））ではスイッチ信号Ｓを零（又はマイナ
ス）としてオフ（遮断）し、制御信号Ｃがオフとなるタ
イミング（図４（ａ））ではスイッチ信号Ｓをプラスと
してオン（導通）する（図４（ｂ））。

【００３０】このような制御が行われることにより、制
御信号Ｃのオン時に二次巻線３２ｂに誘導される起電力
により、接地→抵抗器３８→ツェナーダイオード３６→
二次巻線３２ｂ→点火プラグ５→接地の経路で電流が流
れようとしても、上記スイッチング素子３７によって同
経路は遮断される。すなわち、一次電流の通電に伴う前
述したオン着火の発生は的確に防止される。

【００３１】以上詳述したように、本実施の形態によれ
ば、以下に示す効果が得られるようになる。 ・一次電流通電時に二次巻線３２ｂに誘導される起電力
により、接地→抵抗器３８→ツェナーダイオード３６→
二次巻線３２ｂ→点火プラグ５→接地の経路で電流が流
れようとするとき、スイッチング素子３７によって同経
路は遮断されている。したがって、一次電流の通電に伴
うオン着火の発生は的確に防止される。

【００３２】なお、本実施の形態は次のように変更する
こともできる。 ・上記実施の形態においては、制御信号Ｃのオン時のみ
スイッチング素子３７を遮断することとした。これに対
し図５に示すように、制御信号Ｃがオンとなるタイミン
グ（図５（ａ））ではスイッチング素子３７をオフに維
持するとともに、エンジン１の点火時期に合わせて、燃
料（混合気）の燃焼に伴うイオン発生後の所定の期間の
みスイッチング素子３７をオンするようスイッチ信号Ｓ
を設定してもよい（図５（ｄ））。因みに、イオン電流
波形は燃焼によって点火プラグ５の両電極５ａ，５ｂ間
に発生するイオンに電圧を印加することにより流れる電
流であり、燃焼中、すなわち二次電圧Ｖ2 の放電終了後
に検出されるものである（図５（ｂ）及び図５
（ｃ））。ところが、点火コイル３２の誘導起電力を利
用する点火方式においては、点火プラグ５の放電終了後
の残留磁気ノイズによりＬＣ共振が発生し、これがイオ
ン電流波形に重畳し大きな弊害となることがあった（図
５（ｃ））。この点、同図５（ｄ）に示す態様でスイッ
チング素子３７をオン・オフさせることとすれば、こう
した不要なノイズを除去することができるようにもな
る。

【００３３】・上記実施の形態においては、スイッチン
グ素子３７をツェナーダイオード３６と抵抗器３８との
間に挿入した。しかし同スイッチング素子３７は、ツェ
ナーダイオード３６と抵抗器３８とによって構成される
直列回路上のどの位置に挿入してもよい。

【００３４】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、一次電流通電
時に接地→抵抗器→ツェナーダイオード→点火コイル二
次巻線→点火プラグといった経路で流れようとする点火
コイル二次巻線への誘導電流の流路は、上記スイッチン
グ素子によって確実に遮断される。このため、一次電流
通電時に上記誘導電流が流れることはなく、したがって
前述したオン着火の発生も確実に防止される。

【００３５】請求項２記載の発明では、イオン電流波形
への重畳が懸念される不要なノイズ成分の除去が併せ図
られ、より高い精度でイオン電流の検出が行われるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン電流検出装置が適用されるエン
ジン及びその周辺装置の概要を示すブロック図。

【図２】イオン電流検出装置の一実施形態を示す回路
図。

【図３】同実施形態のイオン電流検出装置の動作例を示
す回路図。

【図４】スイッチング素子の制御例を示すタイムチャー
ト。

【図５】スイッチング素子の他の制御例を示すタイムチ
ャート。

【図６】従来のイオン電流検出装置を示す回路図。

【図７】同装置のイグニションスイッチオン時の動作を
示す回路図。

【符号の説明】

５…点火プラグ、２０…ＥＣＵ、２１…イグナイタ、３
１…バッテリ、３２…点火コイル、３４…イオン電流検
出回路、３５…ダイオード、３６…ツェナーダイオー
ド、３７…スイッチング素子、３８…抵抗器、３９…出
力端子、４０…コンデンサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点火コイル二次巻線の点火プラグに接続
   された他方端をコンデンサとツェナーダイオードとの並
   列回路及び同並列回路に直列接続された抵抗器を介して
   接地し、前記抵抗器の両端に生じる電圧に基づいて前記
   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、 少なくとも一次電流通電時に遮断されるスイッチング素
   子を前記抵抗器に直列に挿入したことを特徴とするイオ
   ン電流検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のイオン電流検出装置にお
   いて、 前記スイッチング素子は、前記点火プラグ電極間へのイ
   オン電流発生時にのみオン制御されることを特徴とする
   イオン電流検出装置。