(57)【要約】【課題】イオン電流信号の低周波成分と高周波成分とを、各々適切なレベルで取得することができるイオン電流検出回路を有する内燃機関の点火装置を提供する。【解決手段】一次コイルＬ１と二次コイルＬ２が電磁結合された点火コイルＣＬと、二次コイルＬ２の誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグＰＧと、二次コイルＬ２及び点火プラグＰＧに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路ＩＯＮとを有して構成される。イオン電流検出回路ＩＯＮは、イオン電流に比例した電圧を出力する電圧検出部２と、電圧検出部２の出力電圧を受け、第２周波数ｆ２より高い周波数成分を通過させる一方、第１周波数ｆ１より低い周波数成分を所定レベルに減衰させるフィルタ回路３と、フィルタ回路３の出力電圧を増幅する増幅回路４と、を有して構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルと二次コイルが電磁結合された点火コイルと、前記二次コイルの誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグと、前記二次コイル及び前記点火プラグに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路とを有し、
前記イオン電流検出回路は、
前記イオン電流に比例した電圧を出力する電圧検出部と、
前記電圧検出部の出力電圧を受け、第２周波数より高い周波数成分を通過させる一方、第１周波数より低い周波数成分を所定レベルに減衰させるフィルタ回路と、
を有して構成されている内燃機関の点火装置。
【請求項２】
前記イオン電流検出回路は、
前記フィルタ回路の出力電圧を増幅する増幅回路を更に有して構成されている請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記フィルタ回路は、受動素子のみで構成されている請求項１又は２に記載の点火装置。
【請求項４】
第２周波数と第１周波数との周波数比は、１．５〜２．５に設定されている請求項１〜３の何れかに記載の点火装置。
【請求項５】
第1周波数の信号成分は、第２周波数の信号成分に比較して、−８ｄＢ〜−４ｄＢ減衰するよう構成されている請求項1〜４の何れかに記載の点火装置。
【請求項６】
前記フィルタ回路は、入力抵抗と出力抵抗が直列接続されてなる分圧回路と、前記入力抵抗に並列接続されるコンデンサとで構成され、
前記出力抵抗の両端電圧が、前記増幅回路に供給される請求項１〜５の何れかに記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火装置に関し、特に、高精度にイオン電流を検出できるイオン電流検出回路を内蔵した点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン電流検出回路は、一般に、点火プラグの放電時に充電されるコンデンサと、コンデンサの放電電流に比例する電圧を検出するＯＰアンプ回路とを有して構成される。そして、コンデンサの放電電流がイオン電流に比例することから、ＯＰアンプ回路の出力に基づいて、ノッキングなどの異常状態を検出している。ノッキングは、微細レベルのイオン電流に重畳する、数ｋＨｚ程度の更に微細なノック周波数成分によって判定される。
【０００３】
このように、ノック周波数成分は、そのレベルが微細であるところ、イオン電流は点火コイルの二次側の回路を通って内燃機関の燃焼室に流れ込むので、この直列回路の回路定数（ＬＣＲ）によって、ノック周波数成分が少なからず減衰してしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、点火コイルの２次回路のインピーダンスを、適宜に設定する対策も考えられる（特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特開平１０−１４１１９８号公報
【特許文献２】特開２００７−００９７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、点火コイルに要求される性能上、回路定数を自由に設定できるわけではなく、有効な対策が困難な場合もある。ここで、高周波成分だけを抽出するのであれば、ＨＰＦ（high pass filter）回路を設けるか、コンピュータによるＨＰＦ処理を設ければ良いが、それでは、低周波成分であるイオン電流信号が消滅してしまうおそれがあり、適切な燃焼判定ができない。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、イオン電流信号の低周波成分と高周波成分とを、各々適切なレベルで取得することができるイオン電流検出回路を有する内燃機関の点火装置を提供することが課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、一次コイルと二次コイルが電磁結合された点火コイルと、前記二次コイルの誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグと、前記二次コイル及び前記点火プラグに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路とを有し、前記イオン電流検出回路は、前記イオン電流に比例した電圧を出力する電圧検出部と、前記電圧検出部の出力電圧を受け、第２周波数より高い周波数成分を通過させる一方、第１周波数より低い周波数成分を所定レベルに減衰させるフィルタ回路と、を有して構成されている。
【０００８】
本発明では、第２周波数より高い周波数成分を通過させる一方、第１周波数より低い周波数成分を所定レベルに減衰させるフィルタ回路を備えている。そのため、第１周波数と第２周波数とを適宜に設定することで、イオン電流信号の低周波成分と高周波成分とを、各々適切なレベルで取得することができる。
【０００９】
本発明のイオン電流検出回路は、好ましくは、フィルタ回路の出力電圧を増幅する増幅回路を更に有して構成されている。このような構成を採ると、電圧検出部での増幅率を、極端に高める必要がない点で優れている。本発明では、点火コイルの２次回路のインピーダンスを特別な値には設定しないので、ノック信号成分は、減衰傾向となる。そのため、このような初期状態の信号を、いきなり大利得で増幅するより、適当なフィルタ処理後に増幅した方が有利である。
【００１０】
この請求項２の発明では、フィルタ回路によって適宜に処理された信号成分は、その後、増幅回路によって必要なレベルまで増幅される。この場合、増幅回路の出力信号のダイナミックレンジは、例えば、ＡＤコンバータに供給可能な最大振幅に対応して決定される。したがって、例えば、ＥＣＵでは、必要な信号成分を、精密なデジタル信号として取得することができる。
【００１１】
なお、本発明では、コンピュータ処理によるデジタルフィルタではなく、フィルタ回路を使用するので、リアルタイム処理が可能であり、しかも、ＥＣＵなどに余分のソフトウェア負担をかけることもない。
【００１２】
本発明のフィルタ回路は、増幅素子を使用したアクティブフィルタでも良いが、好ましくは、受動素子のみで構成されている。この場合、抵抗とコンデンサのみでフィルタ回路を構成するのが最適である。
【００１３】
第２周波数ｆ２は、ノック信号の周波数帯域によって適宜に設定されるが、第１周波数ｆ１は、第２周波数ｆ２に対応して決定されるのが好適である。すなわち、好ましくは、第２周波数と第１周波数との周波数比ｆ２／ｆ１が、１．５〜２．５に設定される。
【００１４】
また、第1周波数の信号成分は、第２周波数の信号成分に比較して、−８ｄＢ〜−４ｄＢ減衰するよう構成するのが好ましい。減衰比が−４ｄＢの場合には、周波数ｆ２以上のノック周波数成分が、周波数ｆ１以下のイオン電流信号の１．６倍程度に強調される。一方、減衰比が−８ｄＢの場合には、周波数ｆ２以上のノック周波数成分が、周波数ｆ１以下のイオン電流信号の２．５倍程度に強調されることになる。
【００１５】
特に好ましくは、フィルタ回路は、入力抵抗Ｒ２と出力抵抗Ｒ３が直列接続されてなる分圧回路と、前記入力抵抗に並列接続されるコンデンサＣ２とで構成され、前記出力抵抗の両端電圧が、前記増幅回路に供給されるべきである。
【００１６】
このような構成を採ると、第２周波数と第１周波数との周波数比ｆ２／ｆ１や、第1周波数の信号成分の相対的な減衰比を、入力抵抗Ｒ２と出力抵抗Ｒ３の比率によって決定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上記した本発明によれば、イオン電流信号の低周波成分と高周波成分とを、各々適切なレベルで取得することができるイオン電流検出回路を有する点火装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、実施例に係る点火装置ＩＧＮを示す回路図である。
【００１９】
図示の通り、この点火装置ＩＧＮは、内燃機関の電子制御ユニットたるＥＣＵ(Engine Control Unit)と、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とからなる点火コイルＣＬと、ＥＣＵから受ける点火パルスＳＧに基づく遷移動作によって一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子Ｑと、二次コイルＬ２の誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグＰＧと、イオン電流検出回路ＩＯＮとを中心に構成されている。
【００２０】
スイッチング素子Ｑは、ここではＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用されている。そして、スイッチング素子Ｑのコレクタ端子は、一次コイルＬ１を経由してバッテリ電圧ＶＢを受けており、エミッタ端子は、グランドに接続されている。
【００２１】
イオン電流検出回路ＩＯＮは、バイアス回路１と、電流電圧変換回路２と、フィルタ回路３と、増幅回路４とで構成されている。そして、この実施例では、増幅回路４の出力電圧Ｖ３は、サンプルアンドホールド回路５を経由してＡＤコンバータ６に供給され、ＡＤコンバータ６のデジタル出力がＥＣＵに供給されている。なお、サンプルアンドホールド回路５やＡＤコンバータ６を、ＥＣＵの内部に設けても良いのは勿論である。
【００２２】
バイアス回路１は、コンデンサＣ１と、ツェナーダイオードＺＤと、ダイオードＤ１，Ｄ２とを有して構成されている。そして、コンデンサＣ１とツェナーダイオードＺＤの並列回路によって、イオン電流検出時のバイアス電圧が生成されるようになっている。
【００２３】
図示の通り、コンデンサＣ１とツェナーダイオードＺＤの並列回路は、二次コイルＬ２の低圧端子と、ダイオードＤ１のアノード端子との間に接続されている。なお、ツェナーダイオードＺＤのカソード端子が、二次コイルＬ２の低圧端子に接続されている。そして、二次コイルＬ２の高圧端子は、点火プラグＰＧに接続され、ダイオードＤ１のカソード端子はグランドに接続されている。また、ダイオードＤ１には、ダイオードＤ１とは逆方向に、ダイオードＤ２が並列接続されている。したがって、点火プラグＰＧの放電時に、図示の充電電流が流れ、コンデンサＣ１が充電されることでバイアス電圧が生成される。コンデンサＣ１が充電時、ツェナーダイオードＺＤが降伏することで、バイアス電圧が所定値に維持される。
【００２４】
電流電圧変換回路２は、ＯＰアンプＡ１と、帰還抵抗Ｒ１とを有して構成されている。図示の通り、帰還抵抗Ｒ１は、ＯＰアンプＡ１の反転入力端子（−）と出力端子の間に接続されている。また、ＯＰアンプＡ１の反転入力端子（−）は、ダイオードＤ１のアノード端子に接続され、ＯＰアンプの非反転入力端子（＋）は、グランドに接続されている。
【００２５】
したがって、点火プラグＰＧの放電後、帰還抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧの経路でイオン電流Ｉが流れることになる。ここで、ＯＰアンプＡ１の２つの入力端子は、イマジナリショート状態であるので、ＯＰアンプＡ１の出力電圧Ｖ１は、Ｖ１＝Ｒ１＊Ｉであって、イオン電流Ｉに比例した値となる。
【００２６】
フィルタ回路３は、入力抵抗Ｒ２及び出力抵抗Ｒ３が直列接続された分圧回路と、入力抵抗Ｒ２に並列接続されたコンデンサＣ２とで構成されている。そして、ＯＰアンプＡ１の出力電圧Ｖ１が、入力抵抗Ｒ２及び出力抵抗Ｒ３に供給され、出力抵抗Ｒ３の両端電圧Ｖ２がフィルタ出力となる。
【００２７】
このフィルタ回路３の伝達関数Ｇ（ｓ）＝Ｖ２（ｓ）／Ｖ１（ｓ）は、Ｇ（ｓ）＝Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＊（ｓＣ２＊Ｒ２＋１）／（ｓＣ２＊Ｒ０＋１）となる。なお、Ｒ０は、Ｒ０＝Ｒ２＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）であって、Ｒ２とＲ３の並列合成抵抗である。
【００２８】
この伝達関数の周波数特性は、図２に示す通りであり、低域遮断周波数ｆ１以下の周波数帯域では、コンデンサＣ２のインピーダンスが、抵抗Ｒ２に比べて十分大きいので（Ｒ２＜＜１／（２＊π＊ｆ＊Ｃ２））、ゲインＧがほぼ一定値Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ３）であると考えることができる。なお、低域遮断周波数ｆ１は、ｆ１＝１／（２＊π＊Ｃ２＊Ｒ２）である。
【００２９】
また、高域遮断周波数ｆ２以上の周波数帯域では、コンデンサＣ２のインピーダンスが、抵抗Ｒ２に比べて十分に小さいので（Ｒ２＞＞１／（２＊π＊ｆ＊Ｃ２））、ゲインＧが、ほぼ１であると考えることができる。なお、高域遮断周波数ｆ２は、ｆ２＝１／（２＊π＊Ｃ２＊Ｒ０）である。
【００３０】
前記の通り、低域の周波数帯域では、ゲインＧ＝Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ３）であるので、分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３の抵抗比Ｒ２／Ｒ３によって、低域周波数領域のゲインＧを適宜に設定することができる。そして、低域周波数領域でのゲインＧに拘らず、低域遮断周波数ｆ１と高域遮断周波数ｆ２との周波数区間は、６ｄＢ／ｏｃｔの割合でゲインＧが増加する。
【００３１】
例えば、Ｒ２／Ｒ３＝１であれば、［高域遮断周波数ｆ２］＝２＊［低域遮断周波数ｆ１］であり、低域周波数領域でのゲインＧが１／２（＝−６ｄＢ）であり、抵抗比Ｒ２／Ｒ３が１より小さいほど、上下の遮断周波数の間隔が狭くなり、抵抗比Ｒ２／Ｒ３が１より大きいほど、上下の遮断周波数の間隔が広くなる。
【００３２】
そして、高域の遮断周波数ｆ２は、ｆ２＝１／（２＊π＊Ｃ２＊Ｒ０）であるので、抵抗比Ｒ２／Ｒ３とコンデンサＣ２の値によって、高域遮断周波数ｆ２を一意に決定することができる。ノック周波数は、気筒の構造により相違するが、例えば、５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度の範囲内で実験的に特定することが可能である。したがって、ノック信号を減衰させることなく、低周波領域のイオン電流信号を適度に減衰させるフィルタ回路３を最適に設計することができる。
【００３３】
特に限定されるものではないが、本実施例では、Ｒ２＝Ｒ３＝５ｋΩ、Ｃ２＝１００００ｐＦに設定されており、高域遮断周波数ｆ２が６．４ｋＨｚ、低域の遮断周波数ｆ１が３．２ｋＨｚとなる。また、３．２ｋＨｚ以下のイオン電流信号は、約１／２倍に減衰される。
【００３４】
本実施例では、このようなフィルタ回路３を有しているので、例えば、ＯＰアンプＡ１の出力電圧Ｖ１が図３（ａ）のような波形である場合、フィルタ回路３の出力電圧Ｖ２は、図３（ｂ）のような波形となり、低周波成分は１／２倍に減衰（−６ｄＢ）するものの、高周波成分たるノック成分は、減衰されることなく有意なレベルを維持することができる。
【００３５】
このようにフィルタ処理されたイオン電流信号Ｖ２は、増幅回路４において最適なレベルまで増幅される。そして、増幅回路４の出力電圧Ｖ３は、サンプルアンドホールド回路５を経由してＡＤコンバータ６に供給される。増幅回路の出力電圧Ｖ３のダイナミックレンジは、ＡＤコンバータ６に供給可能な最大振幅に対応して決定される。
【００３６】
したがって、ＥＣＵは、本来のイオン電流波形を損なうことなく、異常燃焼時には有意レベルのノック信号を取得することができる。したがって、点火コイルの２次回路のインピーダンスについて、特別な値に設定することなく適切な燃焼判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例に係る点火装置を示す回路図である。
【図２】フィルタ回路の伝達関数の周波数特性を示す図面である。
【図３】フィルタ回路の入出力特性を示す波形図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ｌ１      一次コイル
Ｌ２      二次コイル
ＣＬ      点火コイル
ＩＯＮ    イオン電流検出回路
ＰＧ      点火プラグ
２        電圧検出部
３        フィルタ回路
４        増幅回路
【図１】
2010059938.tif 000003
【図２】
2010059938.tif 000004
【図３】
2010059938.tif 000005