(57)【要約】【課題】イオン電流波形にオルタネータから発生するノイズが重畳すると、イオン波形のピーク値前後におけるノック判定において、オルタノイズ信号をノック信号と誤判定することがあると共に、イオン波形の減少後の失火判定においても、オルタノイズ信号により燃焼が継続されていると誤判定する問題が生じる。【解決手段】点火プラグと第１のダイオードの接続部と２次コイルとの間に第２のダイオードを配置すると共に、第１のツェナーダイオードとコンデンサの接続部と２次コイルとの間に第３のダイオードを配置し、第２のダイオードは、アノード端子が２次コイルに接続され、第３のダイオードは、カソード端子が２次コイルに接続される。また、第３のダイオードは、容量成分が１０ｐＦ以下のダイオードとしている。【選択図】図１
2014070503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次コイル10と２次コイル12が電磁結合されてなる点火コイル16と、当該１次コイル10に点火信号を供給するイグナイタ20と、前記２次コイル12からの高電圧を放電する点火プラグ40と、第１のツェナーダイオード50a及びコンデンサ54からなるバイアス回路58と、オペアンプ60からなるイオン電流検出回路64と、から構成され、
前記２次コイル12の低圧側は、前記第１のツェナーダイオード50aに接続され、前記２次コイル12の高圧側は、前記点火プラグ40に接続され、前記コンデンサ54は、前記第１のツェナーダイオード50aと並列に接続され、前記コンデンサ54と前記第１のツェナーダイオード50aの接続部と前記点火プラグ40との間に第１のダイオード52aを接続したイオン電流検出装置70において、
前記点火プラグ40と前記第１のダイオード52aの接続部と前記２次コイル12との間に第２のダイオード52bを配置すると共に、前記第１のツェナーダイオード50aと前記コンデンサ54の接続部と前記２次コイル12との間に第３のダイオード52cを配置し、
前記第２のダイオード52bは、アノード端子が前記２次コイル12に接続され、
前記第３のダイオード52cは、カソード端子が前記２次コイル12に接続されていることを特徴とするイオン電流検出装置70。
【請求項２】
前記第３のダイオード52cは、容量成分が１０ｐＦ以下のダイオードからなることを特徴とする請求項１記載のイオン電流検出装置70。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼により発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流を点火プラグから検出するイオン電流検出装置があり、検出したイオン電流から内燃機関に発生するノックの有無や内燃機関の失火を判定している。このようなイオン電流検出装置では、イオン電流経路に２次コイルを含まず、且つ、プラス放電にすることで、微小なノック信号を検出することを可能とし、例えば特開２０１０−１１６８２４号公報（以下「特許文献１」）が知られている。
【０００３】
上記特許文献１とするイオン電流検出装置の回路図を図６に示す。図６において特許文献１では、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２が電磁結合されてなる点火コイル１と、前記一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子２と、前記スイッチング素子２のＯＦＦ動作時に前記二次コイルＬ２に誘起される高電圧に基づいてグランドに向けて放電する点火プラグＰＧと、コンデンサＣ１及び第一ツェナーダイオードＺＤ１を有し、前記点火プラグＰＧの放電時に、前記高電圧に基づいて前記第一ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧のレベルまで前記コンデンサＣ１が充電されるバイアス回路３と、前記コンデンサＣ１の放電電流を検出する電流検出回路４と、を有して構成され、前記二次コイルＬ２と前記第一ツェナーダイオードＺＤ１との間に、前記第一ツェナーダイオードＺＤ１とは逆向きに第二ツェナーダイオードＺＤ２を配置したことを特徴とするイオン電流検出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１６８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のイオン電流検出装置では次のような問題が生じている。即ち、特許文献１では、二次コイルと第一ツェナーダイオードとの間に、第一ツェナーダイオードとは逆向きに第二ツェナーダイオードを配置することで、スイッチング素子のＯＮ遷移時に点火プラグＰＧが放電せず、素早いタイミングでイオン電流を検出し、微小なノック信号を検出することが可能となるが、自動車のバッテリや電装部品に電力を供給するオルタネータから生じるオルタネータノイズ（以下「オルタノイズ」）が重畳すると、オルタノイズとノック信号とを誤判定する恐れが生じる。
【０００６】
図５は燃焼によってシリンダ内に発生するイオン波形のタイムチャートであり、図５（ａ）はオルタノイズが重畳した時のイオン波形のタイムチャート、図５（ｂ）は正常時（オルタノイズが重畳していない）のイオン波形のタイムチャートである。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、Ｘ軸は時間を、Ｙ軸はイオン波形の大きさを示す。また、シリンダ内で発生するイオン波形を実線で示す。図５（ａ）の実線のようにイオン波形はピーク値まで上昇し、その後減少していくが、オルタネータの駆動時は、オルタノイズがイオン波形に重畳していることが示されており、このようなノック信号及びオルタノイズ信号は似ているため、ノック信号とオルタノイズ信号を正確に見極めることが困難である。さらに、イオン波形の減少後に重畳するオルタノイズは内燃機関に失火が発生しても、オルタノイズ信号により燃焼が継続されていると誤判定する場合もある。このようなオルタノイズはオルタネータ本体から発すると共に、オルタネータからバッテリや電装部品を結ぶハーネスを伝って発するものであり、特に点火コイルの２次コイルに対して磁束の乱れを発生する。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流を検出する際に、２次コイルに対して磁束の乱れを発生させるオルタノイズが重畳することを防ぐことができるイオン電流検出装置を提供することを目標とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は次のような構成とする。即ち、請求項１の発明においては、１次コイルと２次コイルが電磁結合されてなる点火コイルと、当該１次コイルに点火信号を供給するイグナイタと、前記２次コイルからの高電圧を放電する点火プラグと、第１のツェナーダイオード及びコンデンサからなるバイアス回路と、オペアンプからなるイオン電流検出回路と、から構成され、前記２次コイルの低圧側は、前記第１のツェナーダイオードに接続され、前記２次コイルの高圧側は、前記点火プラグに接続され、前記コンデンサは、前記第１のツェナーダイオードと並列に接続され、前記コンデンサと前記第１のツェナーダイオードの接続部と前記点火プラグとの間に第１のダイオードを接続したイオン電流検出装置において、前記点火プラグと前記第１のダイオードの接続部と前記２次コイルとの間に第２のダイオードを配置すると共に、前記第１のツェナーダイオードと前記コンデンサの接続部と前記２次コイルとの間に第３のダイオードを配置し、前記第２のダイオードは、アノード端子が前記２次コイルに接続され、前記第３のダイオードは、カソード端子が前記２次コイルに接続されていることを特徴とするイオン電流検出装置とする。
【０００９】
上記構成においては、前記第３のダイオードは、容量成分が１０ｐＦ以下のダイオードとしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
上記の通り、１次コイルと２次コイルが電磁結合されてなる点火コイルと、１次コイルに点火信号を供給するイグナイタと、２次コイルからの高電圧を放電する点火プラグと、第１のツェナーダイオード及びコンデンサからなるバイアス回路と、オペアンプからなるイオン電流検出回路と、から構成され、２次コイルの低圧側は、第１のツェナーダイオードに接続され、２次コイルの高圧側は、点火プラグに接続され、コンデンサは、第１のツェナーダイオードと並列に接続され、コンデンサと第１のツェナーダイオードの接続部と点火プラグとの間に第１のダイオードを接続したイオン電流検出装置において、点火プラグと第１のダイオードの接続部と２次コイルとの間に第２のダイオードを配置すると共に、第１のツェナーダイオードとコンデンサの接続部と２次コイルとの間に第３のダイオードを配置し、第２のダイオードは、アノード端子が２次コイルに接続され、第３のダイオードは、カソード端子が２次コイルに接続されていることで、内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流を検出する際に、２次コイルに対して磁束の乱れを発生させるオルタノイズが重畳することを防ぐことができるイオン電流検出装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例とするイオン電流検出装置の回路図を示す図である。
【図２】イオン電流検出装置の放電時の動作を示す図である。
【図３】イオン電流検出装置のイオン電流検出時の動作を示す図である。
【図４】イオン波形に重畳するノイズ成分とダイオードの容量成分の関係を示すタイムチャートである。
【図５】（ａ）はオルタノイズが重畳した時のイオン波形のタイムチャート、（ｂ）は正常時のイオン波形のタイムチャートである。
【図６】特許文献１とするイオン電流検出装置の回路図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図４に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例とするイオン電流検出装置の回路図を示す図を図１に、イオン電流検出装置の放電時の動作を示す図を図２に、イオン電流検出装置のイオン電流検出時の動作を示す図を図３に、イオン波形に重畳するノイズ成分とダイオードの容量成分の関係を示すタイムチャートを図４にそれぞれ示す。
【００１４】
図１において、イオン電流検出装置70は、点火コイル16、イグナイタ20、バイアス回路58、及び、イオン電流検出回路64から構成されている。当該点火コイル16は１次巻線を巻き回した１次コイル10と、２次巻線を巻き回した２次コイル12と、珪素鋼板からなる鉄芯14と、からなる。また、当該イグナイタ20はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなる。さらに、当該バイアス回路58は、第１のツェナーダイオード50a、第２のツェナーダイオード50ｂ、第３のツェナーダイオード50c、及び、コンデンサ54からなる。
【００１５】
また、前記イオン電流検出回路64は、オペアンプ60、第１の抵抗62a、及び、第２の抵抗62bからなる。さらに、前記１次コイル10の低圧側は、自動車のバッテリからなる電源30のプラス側と接続され、高圧側は、前記イグナイタ20のコレクタ端子と接続されている。
【００１６】
また、前記イグナイタ20のゲート端子は、自動車のＥＣＵと接続され、エミッタ端子は、グランドと接続されている。さらに、前記イグナイタ20は、当該ＥＣＵから点火信号を供給されている。
【００１７】
また、前記２次コイル12の高圧側は、第２のダイオード52bのアノード端子と接続され、低圧側は、第３のダイオード52cのカソード端子と接続されている。さらに、当該第２のダイオード52bのカソード端子は、点火プラグ40の中心電極と第１のダイオード52aとの接続部に接続されている。
【００１８】
また、前記点火プラグ40の側方電極はグランドと接続されている。さらに、前記第３のダイオード52cのアノード端子は、前記第１のツェナーダイオード50aのアノード端子と接続されている。
【００１９】
また、前記第１のツェナーダイオード50aのカソード端子は、前記第２のツェナーダイオード50bのカソード端子と接続されている。さらに、前記第２のツェナーダイオード50bのアノード端子は、グランドと接続されている。
【００２０】
また、前記コンデンサ54は、前記第１のツェナーダイオード50aと並列に接続される。さらに、前記コンデンサ54のプラス端子は、前記第１のツェナーダイオード50aと前記第２のツェナーダイオード50bの接続部及び前記第１のダイオード52aのアノード端子と接続され、当該第１のダイオード52aのカソード端子は、前記第２のダイオード52bと前記点火プラグ40との接続部に接続される。
【００２１】
また、前記第１の抵抗62aは、前記第３のダイオード52cと前記第１のツェナーダイオード50aの接続部及び前記コンデンサ54のマイナス端子と接続され、前記第１の抵抗62aの前記コンデンサ54と接続される反対側は、前記オペアンプ60の反転入力端子と接続されている。さらに、前記オペアンプ60の反転入力端子と前記第１の抵抗62aの接続部は、前記第３のツェナーダイオード50cのカソード端子と接続され、前記第３のツェナーダイオード50cのアノード端子は、グランドと接続されている。
【００２２】
また、前記第２の抵抗62bは、前記オペアンプ60の反転入力端子と出力端子と並列に接続される。さらに、前記オペアンプ60の非反転入力端子及び負電源端子は、グランドと接続される。
【００２３】
また、前記第１のツェナーダイオード50aは、ブレークダウン電圧が２７０Ｖのツェナーダイオードからなっており、前記第１のツェナーダイオード50aのブレークダウン電圧の値によって前記コンデンサ54に充電される電圧が２７０Vに制限されている。
【００２４】
次に、図２からイオン電流検出装置の放電時の動作説明をする。
【００２５】
図２において、前記イグナイタ20に対して点火信号が入力されると、前記電源30から前記１次コイル10に電力が供給される。そして、前記イグナイタ20に対する点火信号が遮断されると、電磁誘導により前記２次コイル12に高電圧が発生する。その結果、図２の破線矢印に示すように、前記第２のツェナーダイオード50b→前記第１のツェナーダイオード50a及び前記コンデンサ54→前記第３のダイオード52c→前記２次コイル12→前記第２のダイオード52b→前記点火プラグ40の経路で放電電流Ｉ１が流れる。
【００２６】
また、前記コンデンサ54は、前記第１のツェナーダイオード50aのブレークダウン電圧と対応して充電される。さらに、前記第１のダイオード52aは、前記２次コイル12の出力である３０ｋＶ以上の耐圧を有したダイオードであるため、前記点火プラグ40の放電時は前記第１のダイオード52aに電流は流れない。よって、前記コンデンサ54の充電電荷が前記第１のダイオード52aを経由して放電されることはない。
【００２７】
次に、図３からイオン電流検出装置のイオン電流検出時の動作説明をする。
【００２８】
図３において、前記点火プラグ40からの放電が終息していくと、前記第１のダイオード52aにイオン電流Ｉ２が流れる。その結果、図３の破線矢印に示すように、前記第２の抵抗62b→前記第１の抵抗62a→前記コンデンサ54→前記第１のダイオード52a→前記点火プラグ40の経由でイオン電流Ｉ２が流れ、前記オペアンプ60の出力端子から検出信号が出力される。また、前記点火プラグ40の電位は、前記第１のツェナーダイオード50aのブレークダウン電圧の値に対応して、２７０V程度である。
【００２９】
次に、図４からイオン波形に重畳するノイズ成分と前記第３のダイオード52cの容量成分の関係を説明する。
【００３０】
図４において、X軸は前記第３のダイオード52cの容量成分を、Y軸はイオン波形に重畳するノイズ成分の大きさを示す。図４に示すように、前記第３のダイオード52cの容量成分が上昇する程、イオン波形に重畳するノイズ成分も上昇することが示されている。これにより、前記第３のダイオード52cの容量成分が小さいものを用いることでイオン波形に重畳するノイズを低減することができる。図１に戻って、前記第３のダイオード52cは容量成分が１０ｐＦのダイオードを用いる。
【００３１】
また、上記で説明した図５（ａ）の実線のようにイオン波形はピーク値まで上昇し、その後減少していくが、オルタネータの駆動時は、オルタノイズがイオン波形に重畳していることが示されており、このようなノック信号及びオルタノイズ信号は似ているため、ノック信号とオルタノイズ信号を正確に見極めることが困難である。さらに、オルタノイズはオルタネータ本体から発すると共に、オルタネータからバッテリや電装部品を結ぶハーネスを伝って発するものであり、特に点火コイルの２次コイルに対して磁束の乱れを発生することとなる。
【００３２】
また、図１に戻って、前記１次コイル10と前記２次コイル12は電磁誘導を発生させる構成としているので、前記１次コイル10に影響したオルタノイズから発生する電源変動が前記２次コイル12に誘導することになる。
【００３３】
上記構成により、前記２次コイル12の一方は、前記第２のダイオード52bのアノード端子と接続され、他方は、前記第３のダイオード52cのカソード端子と接続されている。また、前記第２のダイオード52bのカソード端子は、前記点火プラグ40の中心電極と接続している。さらに、前記第３のダイオード52cのアノード端子は、前記第１のツェナーダイオード50aのアノード端子と接続されている。これにより、前記点火プラグ40から前記２次コイル12への方向への電流の流れは前記第２のダイオード52bで阻止されるため、前記イオン電流Ｉ２が前記２次コイル12に流れ込みオルタノイズの影響を受けることを防ぐことができると共に、前記２次コイル12から前記第１のツェナーダイオード50aへの方向の電流の流れは前記第３のダイオード52cで阻止されるため、前記２次コイル12に対する前記１次コイル10からの電源変動が前記バイアス回路58に流れ込むことを防ぐことができ、上記図５（ｂ）に示すような正常時（オルタノイズが重畳していない）のイオン波形を検出することができる。
【００３４】
このような、オルタノイズが重畳していないイオン波形から前記内燃機関の燃焼状態を判定することで、イオン波形のピーク値前後におけるノック判定において、オルタノイズ信号をノック信号と誤判定することを防ぐと共に、イオン波形の減少後の失火判定においても、オルタノイズ信号により燃焼が継続されていると誤判定することを防ぐことができる。
【００３５】
なお、上記実施例１の変形例として、前記バイアス回路58及びイオン電流検出回路64の回路構成は、設計事情によって任意の構成に変更してもよい。また、前記第１のダイオード52aは、前記２次コイル12からの出力に対する耐電圧を有してしればいいため、前記第１のダイオード52aを複数個からなるダイオード群で耐電圧を有する構成としてもよい。さらに、前記第１のツェナーダイオード50aのブレークダウン電圧は、設計事情によって任意の容量のものを用いてよい。
【００３６】
また、前記第３のダイオード52cの容量成分は１０ｐＦとしたが、上記図４に示した通り、前記第３のダイオード52cの容量成分が小さい程、イオン波形に重畳するノイズが低減することから、容量成分が１０ｐＦより小さいダイオードを用いて構成してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
10：１次コイル
12：２次コイル
14：鉄芯
16：点火コイル
20：イグナイタ
30：電源
40：点火プラグ
50a：第１のツェナーダイオード
50b：第２のツェナーダイオード
50c：第３のツェナーダイオード
52a：第１のダイオード
52b：第２のダイオード
52c：第３のダイオード
54：コンデンサ
56：第３の抵抗
58：バイアス回路
60：オペアンプ
62a：第１の抵抗
62b：第２の抵抗
64：イオン電流検出回路
70：イオン電流検出装置
【図１】
2014070503.tif 000003
【図２】
2014070503.tif 000004
【図３】
2014070503.tif 000005
【図４】
2014070503.tif 000006
【図５】
2014070503.tif 000007
【図６】
2014070503.tif 000008