(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の点火コイルの二次コイルで発生する二次電圧により燃焼室内に配設された点火プラグに放電を発生させ該燃焼室内の混合気を燃焼させ、上記点火コイルの一次コイルで発生する一次電圧によりコンデンサを充電してバイアス電圧を生成し、該バイアス電圧を整流素子を介して上記点火プラグに印加させ、内燃機関の燃焼時に上記燃焼室内に発生するイオンにより上記コンデンサから上記点火プラグに流れる電流をイオン電流として検出する内燃機関用燃焼状態検知装置において、
上記整流素子は、上記二次コイル側に所定値以上の電圧が印加すると降伏する整流素子であり、さらに該整流素子が降伏した時に上記二次コイルからグランドに電流を流す電流経路が設けられており、
上記整流素子の降伏電圧は、内燃機関の要求電圧よりも高い電圧であることを特徴とする内燃機関用燃焼状態検知装置。
【請求項２】
上記整流素子の降伏電圧は、内燃機関の最高要求電圧より高い電圧である３０ｋＶから４０ｋＶの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載する内燃機関用燃焼状態検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼室内で混合気が燃焼することにより発生するイオンをイオン電流として検出することにより、内燃機関の燃焼状態を検知する燃焼状態検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。また、図５は図４の回路において点火動作が良好な場合の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。一方、図６は図４の回路において点火動作が不良な場合の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。
【０００３】
図４において、点火コイル２の一次コイル２ａは、一端がバッテリ１に接続され、他端は一次コイル２ａの電流を通電／遮断するスイッチング素子６に接続されている。クランク角センサ３は、内燃機関のクランク角を検出しその信号を出力する。
【０００４】
ＥＣＵ５は、クランク角センサの信号およびその他各種センサ４の信号より点火時期を演算し、スイッチング素子６を駆動する信号を出力する。ＥＣＵ５の駆動信号に基づいて、スイッチング素子６が駆動され、点火コイル２の一次コイル２ａの電流が通電／遮断される。
【０００５】
一次コイル２ａの電流が遮断された時、一次コイル２ａのスイッチング素子６に接続された端子側に、数百ボルトの電圧が発生する。この電圧は、点火コイル２の二次コイル２ｂに数十キロボルトの高電圧を発生し、二次コイル２ｂに接続された点火プラグ１４ａ，１４ｂに放電を発生させ、内燃機関の燃焼室の混合気を燃焼させる。
【０００６】
また、一次コイル２ａで発生した数百ボルトの電圧は、整流素子７→電流制限素子８→コンデンサ１３→整流素子１２の経路で電流を流しコンデンサ１３を充電する。電圧制限素子１１は、コンデンサ１３の充電電圧を制限する。
【０００７】
コンデンサ１３に充電された電圧は、電流制限素子１０と整流素子９を介し、点火プラグ１４ｂに、また、さらに二次コイル２ｂを介し点火プラグ１４ａに印加され、イオン電流を流す。
【０００８】
整流素子９は、点火時に発生する数十ｋＶの高電圧が整流素子のアノード側に印加されるのを防止する為、点火コイルの発生電圧より高いせん頭逆電圧を有する整流素子が使用されている。
【０００９】
上述のイオン電流は、電流−電圧変換回路１５で電圧値に変換され、更にイオン電流信号処理回路１６で燃焼状態を示す燃焼状態信号に変換され、ＥＣＵ５にその燃焼状態信号を出力する。ＥＣＵ５は、その燃焼状態信号に基づき燃焼状態を判定し、点火時期制御や燃料噴射制御に反映する。
【００１０】
尚、図４において、整流素子９は、１個のように記載されているが、実際には同じ性質の複数の整流素子がシリーズに接続されて所定の耐圧となるようにされている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の従来の内燃機関用燃焼状態検知装置は、一般に点火コイル２の二次コイル２ｂには、たとえばエンジン始動時の大きな電圧が印加される場合で点火時に３０ｋＶ程度の電圧が印加される（図５のＶ２）。印加される場所は、二次コイル２ｂと整流素子９の接続部分である。さらに、点火動作が不良であるすなわち失火した場合には、二次コイル２ｂが出力する最大の電圧がかかり、それは４０〜５０ｋＶにも達する（図６のＶ２）。
【００１２】
整流素子９は、これらの高電圧を阻止する目的で、せん頭逆電圧の非常に高い素子を使用する必要があった。そして、せん頭逆電圧の非常に高い素子は、高価で、素子のサイズは大きなものであった。そのため、小型化が容易でなく、またコストが高くなる要因となっていた。さらには、整流素子９がシリーズに接続されて構成されている場合、多くの数を接続する必要があり、回路のレイアウトがさらに容易ではなかった。
【００１３】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、整流素子の小型化とコストの低減を図ることができる内燃機関用燃焼状態検知装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関用燃焼状態検知装置においては、内燃機関の点火コイルの二次コイルで発生する二次電圧により燃焼室内に配設された点火プラグに放電を発生させ燃焼室内の混合気を燃焼させ、点火コイルの一次コイルで発生する一次電圧によりコンデンサを充電してバイアス電圧を生成し、バイアス電圧を整流素子を介して点火プラグに印加させ、内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオンによりコンデンサから点火プラグに流れる電流をイオン電流として検出する内燃機関用燃焼状態検知装置において、整流素子は、二次コイル側に所定値以上の電圧が印加すると降伏する整流素子であり、さらに整流素子が降伏した時に二次コイルからグランドに電流を流す電流経路が設けられており、整流素子の降伏電圧は、内燃機関の要求電圧よりも高い電圧である。
【００１５】
さらに、整流素子の降伏電圧は、内燃機関の最高要求電圧より高い電圧である３０ｋＶから４０ｋＶの範囲内にある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。また、図２は図１の回路において点火動作が良好な場合の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。一方、図３は図１の回路において点火動作が不良な場合の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。図１中の符号１〜８、及び１０〜１６は、図４に示す従来装置と同じである。
【００１７】
すなわち、点火コイル２の一次コイル２ａは、一端がバッテリ１に接続され、他端は一次コイル２ａの電流を通電／遮断するスイッチング素子６に接続されている。クランク角センサ３は、内燃機関のクランク角を検出しその信号を出力する。
【００１８】
ＥＣＵ５は、クランク角センサの信号およびその他各種センサ４の信号より点火時期を演算し、スイッチング素子６を駆動する信号を出力する。ＥＣＵ５の駆動信号に基づいて、スイッチング素子６が駆動され、点火コイル２の一次コイル２ａの電流が通電／遮断される。
【００１９】
一次コイル２ａの電流が遮断された時、一次コイル２ａのスイッチング素子６に接続された端子側に、数百ボルトの電圧が発生する。この電圧は、点火コイル２の二次コイル２ｂに数十キロボルトの高電圧を発生し、二次コイル２ｂに接続された点火プラグ１４ａ，１４ｂに放電を発生させ、内燃機関の燃焼室の混合気を燃焼させる。
【００２０】
そして、一次コイル２ａで発生した数百ボルトの電圧は、整流素子７→電流制限素子８→コンデンサ１３→整流素子１２の経路で電流を流しコンデンサ１３を充電する。電圧制限素子１１は、コンデンサ１３の充電電圧を制限する。
【００２１】
コンデンサ１３に充電された電圧は、電流制限素子１０と整流素子１９を介し、点火プラグ１４ｂに、またさらに二次コイル２ｂを介し点火プラグ１４ａに印加され、イオン電流を流す。
【００２２】
上述のイオン電流は、電流−電圧変換回路１５で電圧値に変換され、更にイオン電流信号処理回路１６で燃焼状態を示す燃焼状態信号に変換され、ＥＣＵ５にその燃焼状態信号を出力する。ＥＣＵ５は、その燃焼状態信号に基づき燃焼状態を判定し、点火時期制御や燃料噴射制御に反映する。
【００２３】
本実施の形態においては、整流素子１９は、所定値以上の電圧が印加されると降伏するアバランシェダイオードを使用している。この時の所定電圧値は、内燃機関の最高要求電圧を超える電圧値である。内燃機関に正常に点火されている時、整流素子１９に印加される電圧は、降伏電圧より低い為、整流素子１９を介してそのアノード側に電流が流れることはない。
【００２４】
そして、異常状態で点火コイルの発生電圧が内燃機関の最高要求電圧より高くなり、整流素子１９の降伏電圧を上回った時、整流素子１９は、アバランシェ効果により降伏し、図１に矢印Ｉａで示したように、電流制限素子１０→電圧制限素子１１→整流素子１２を介してグランドに流れる。この経路は、整流素子１９が降伏した時に電流を逃がす電流経路を構成している。この電流Ｉａの大きさは、図３に示したようになる。このとき、整流素子１９は、アバランシェ効果により破壊することがない。
【００２５】
このように、整流素子１９の降伏電圧を上回った時、電流Ｉａがグランドに流れるので、二次コイル２ｂと整流素子１９の接続部分の電圧は、以上に大きくなることがない（図３のＶ２）。
【００２６】
一般に、本実施の形態において用いたような所定値以上の電圧が印加されると降伏する例えばアバランシェダイオードは、従来用いられていた高いせん頭逆電圧を有する整流素子に比べて小型で安価である。そして、従来用いられていた高いせん頭逆電圧を有する整流素子が、降伏電圧を上回る電圧が印加すると破壊することに対して、本実施の形態の整流素子１９は破壊することがない。
【００２７】
また、図１において、整流素子１９は、１個のように記載されているが、実際には同じ性質の複数の整流素子がシリーズに接続されて所定の耐圧となるようにされている。しかし、所定の耐圧は、従来に比べて小さなもので良い為、シリーズに接続する素子を少なくすることができ、回路のレイアウトを小さなものとすることができる。
【００２８】
このような構成の内燃機関用燃焼状態検知装置においては、上述のように、高電圧を阻止する整流素子を所定値以上（内燃機関の最高要求電圧より高い値）の電圧が印加されると降伏する整流素子１９を使用し、また、その時に流れる電流経路を構成している。このような構成とすることにより、内燃機関の最高要求電圧より高い電圧では整流素子が降伏しても良い為、降伏電圧を低く設定でき、整流素子１９を小型で安価なものとすることができ、整流素子の小型化とコストの低減を図ることができる。
【００２９】
尚、本実施の形態においては、整流素子１９にアバランシェダイオードを使用しているが、ツェナーダイオードでも同様の効果を得ることができる。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態１の構成の回路において、点火プラグ１４ａ，１４ｂで火花放電する内燃機関の要求電圧の最大値は、３０ｋＶから４０ｋＶの範囲にある。このとき、整流素子１９の降伏電圧を内燃機関の最高要求電圧より高い電圧にすることで、内燃機関が正常な時、その動作を保証することができる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関用燃焼状態検知装置においては、内燃機関の点火コイルの二次コイルで発生する二次電圧により燃焼室内に配設された点火プラグに放電を発生させ燃焼室内の混合気を燃焼させ、点火コイルの一次コイルで発生する一次電圧によりコンデンサを充電してバイアス電圧を生成し、バイアス電圧を整流素子を介して点火プラグに印加させ、内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオンによりコンデンサから点火プラグに流れる電流をイオン電流として検出する内燃機関用燃焼状態検知装置において、整流素子は、二次コイル側に所定値以上の電圧が印加すると降伏する整流素子であり、さらに整流素子が降伏した時に二次コイルからグランドに電流を流す電流経路が設けられており、整流素子の降伏電圧は、内燃機関の要求電圧よりも高い電圧である。そのため、降伏電圧を低く設定でき、整流素子の小型化とコストの低減を図ることができる。
【００３２】
さらに、整流素子の降伏電圧は、内燃機関の最高要求電圧より高い電圧である３０ｋＶから４０ｋＶの範囲内にある。そのため、整流素子の小型化とコストの低減を図ると共に、内燃機関が正常な時、その動作を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。
【図２】図１の回路において点火動作が良好な場合の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図３】図１の回路において点火動作が不良な場合の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図４】従来の内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。
【図５】図４の回路において点火動作が良好な場合の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図６】図４の回路において点火動作が不良な場合の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２  点火コイル、２ａ  一次コイル、１３  コンデンサ、１４ａ，１４ｂ  点火プラグ、１９  整流素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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