(57)【要約】【課題】オルタネータ等から生じるノイズが１次コイルに供給される電力に重畳してしまうと、１次コイルにノイズ振幅を有した電源電圧が２次コイルに誘導し、イオン電流にノイズが重畳してしまう問題が生じる。イオン電流にノイズが重畳すると、イオン電流の波形から内燃機関の燃焼状態を判定する際に、ノイズをノックと誤判定してしまう。【解決手段】１次コイルの低圧側と１次コイルへ電力を供給する電源との間には、スイッチング素子が備えられ、スイッチング素子は、イグナイタに点火信号が供給されると同時にＯＮされると共に、イグナイタに供給されている点火信号が遮断されると同時にＯＦＦされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次コイル10と２次コイル20が電磁結合されてなるコイル部と、当該１次コイル10への通電のＯＮ・ＯＦＦを切り替えるイグナイタ60と、前記２次コイル20からの高電圧を放電する点火プラグ50と、前記イグナイタ60に点火信号を供給するＥＣＵ80と、イオン電流を検出するイオン電流検出回路90と、を備えた内燃機関の点火装置100において、
前記１次コイル10の低圧側と前記１次コイル10へ電力を供給する電源40との間には、スイッチング素子70が備えられ、
前記スイッチング素子70は、少なくとも前記２次コイル20にイオン電流が流れる期間はＯＦＦされることを特徴とする内燃機関用の点火装置100。
【請求項２】
前記スイッチング素子70は、前記イグナイタ60に点火信号が供給されると同時にＯＮされると共に、前記イグナイタ60に供給されている点火信号が遮断されると同時にＯＦＦされることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用の点火装置100。
【請求項３】
前記スイッチング素子70は、前記ＥＣＵ80からの信号によりＯＮ・ＯＦＦを切り替えられることを特徴とする請求項１又は２の内燃機関用の点火装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子70は、トランジスタ、サイリスタ又はリレーからなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関用の点火装置100。
【請求項５】
前記ＥＣＵ80は、前記イオン電流検出回路90が検出したイオン電流から内燃機関の燃焼状態を判定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関用の点火装置100。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の内燃機関用の点火装置に関し、特に、内燃機関の燃焼により発生するイオン電流を検出する点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、１次コイルと２次コイルが電磁結合されてなる内燃機関用の点火装置において、内燃機関のシリンダ内に供給した空気及び燃料の混合気を、点火プラグの放電により燃焼させ、燃焼時のシリンダ内のイオン化した分子を点火プラグに高電圧を印加することでイオン電流を検出するイオン電流検出回路を備えたものがあり、検出したイオン電流から当該内燃機関の燃焼状態を判定している。このような点火装置の回路構成としては、例えば特開２００８−０７０８９６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とする内燃機関用の点火装置の回路図を図６に示す。図６において特許文献１では、昇圧トランスから構成される点火コイル201の１次側には、１次電流を断続するイグナイタ202が接続され、前記点火コイル201の２次側にイオン電流検出部204が接続され、前記点火コイル201の２次側には点火プラグ203が接続される。また、前記イオン電流検出部204はイオン電流検出用電圧を形成する、ツェナダイード242とコンデンサ243と、前記イオン電流検出用の電圧を充電するための電流を流す第１のダイオード244と、イオン電流を流す第２のダイード245と抵抗246と、イオン電流を増幅するアンプ247と、増幅ゲインを設定するゲイン抵抗241からなる。さらに、前記イオン電流検出部204の出力は比較部205に接続され、前記比較部205は燃焼判定基準レベル電圧251と、コンパレータ252で構成されている。また、前記比較部205の出力は、エンジン制御部に接続されている点火コイルが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０７０８９６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、上記従来の内燃機関用の点火装置では次のような問題が発生している。即ち、特許文献１では、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２次コイルを介して検出する構成としているが、オルタネータ等から生じるノイズが１次コイルに供給される電力に重畳してしまうと、１次コイルにノイズ振幅を有した電源電圧が２次コイルに誘導し、イオン電流にノイズが重畳してしまう問題が生じる。具体的には、１次コイルと２次コイルは電磁誘導を発生させる構成としており、１次コイルはイグナイタへの点火信号の有無に関係なく、１次コイルに電源電圧が印加している。その結果、イオン電流が２次コイルを通過時に１次コイルの電源変動が２次コイルに誘導してしまい、２次コイルを経路とするイオン電流にノイズが重畳する。
【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る。図５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。これより、イオン電流にノイズが重畳すると、イオン電流の波形から内燃機関の燃焼状態を判定する際に、ノイズをノックと誤判定してしまう。本来はノックと判定されると、イグナイタへの点火信号又はインジェクターへの燃料噴射信号の調整を行い、内燃機関に発生するノックを抑制するが、正常な燃焼を行っている内燃機関に対してこのような制御を行うと、内燃機関の燃焼効率や燃費の悪化が起こる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、オルタネータ等から生じるノイズが１次コイルに供給される電力に重畳し、イオン電流波形に悪影響を及ぼすことを防ぎ、イオン電流の波形から内燃機関の燃焼状態を判定する際に、ノイズ成分をノックと誤判定することのない内燃機関用の点火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コイル部と、当該１次コイルへの通電のＯＮ・ＯＦＦを切り替えるイグナイタと、前記２次コイルからの高電圧を放電する点火プラグと、前記イグナイタに点火信号を供給するＥＣＵと、イオン電流を検出するイオン電流検出回路と、を備えた内燃機関の点火装置において、前記１次コイルの低圧側と前記１次コイルへ電力を供給する電源との間には、スイッチング素子が備えられ、前記スイッチング素子は、少なくとも前記２次コイルにイオン電流が流れる期間はＯＦＦされることを特徴とする内燃機関用の点火装置とする。
【０００９】
上記構成においては、前記スイッチング素子は、前記イグナイタに点火信号が供給されると同時にＯＮされると共に、前記イグナイタに供給されている点火信号が遮断されると同時にＯＦＦされる構成としてもよい。また、前記スイッチング素子は、前記ＥＣＵからの信号によりＯＮ・ＯＦＦを切り替えられる構成としてもよいし、前記スイッチング素子は、トランジスタ、サイリスタ又はリレーから構成してもよい。さらに、前記ＥＣＵは、前記イオン電流検出回路が検出したイオン電流から内燃機関の燃焼状態を判定してもよい。
【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コイル部と、１次コイルへの通電のＯＮ・ＯＦＦを切り替えるイグナイタと、２次コイルからの高電圧を放電する点火プラグと、イグナイタに点火信号を供給するＥＣＵと、点火プラグに発生するイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、を備えた内燃機関の点火装置において、１次コイルの低圧側と１次コイルへ電力を供給する電源との間には、スイッチング素子が備えられ、スイッチング素子は、イグナイタに点火信号が供給されると同時にＯＮされると共に、イグナイタに供給されている点火信号が遮断されると同時にＯＦＦされることで、イグナイタへの点火信号が遮断されている間、１次コイルへの電源電圧も遮断され、イオン電流が２次コイルを通過時に１次コイルの電源変動が発生せず、２次コイルに誘導してしまうことで生じるイオン電流へのノイズの重畳を防ぐことができ、内燃機関の燃焼状態を判定する際に、ノイズ成分をノックと誤判定することのない内燃機関用の点火装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例とする内燃機関用の点火装置の回路図を示す図である。
【図２】点火装置の１次コイルへの充電時の動作を示す図である。
【図３】点火装置の２次コイルからの放電時の動作を示す図である。
【図４】点火装置のイオン電流検出時の動作を示す図である。
【図５】内燃機関の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る。
【図６】特許文献１とする内燃機関用の点火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内燃機関用の点火装置の回路図を示す図を図１に、点火装置の１次コイルへの充電時の動作を示す図を図２に、点火装置の２次コイルからの放電時の動作を示す図を図３に、点火装置のイオン電流検出時の動作を示す図を図４にそれぞれ示す。
【００１４】
図１において、内燃機関用の点火装置100は、コイル部、イグナイタ60、及び、イオン電流検出回路90から構成されている。当火コイル部は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20と、珪素鋼板からなる鉄芯30と、を電磁結合して構成されている。また、当該イグナイタ60はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）から構成されている。さらに、当該イオン電流検出回路90は、ツェナーダイオード92a、２つのダイオード92b，92c、コンデンサ94、オペアンプ96、及び、２つの抵抗98a，98bと、から構成されている。
【００１５】
また、前記２次コイル20の高圧側は、内燃機関のシリンダ内に放電を行うと共に、内燃機関の燃焼によって電極間に発生するイオン電流を検出する点火プラグ50の中心電極と接続し、当該点火プラグ50の側方電極は、車体側に配備されるグランドに接続されている。さらに、前記２次コイル20の低圧側は、前記イオン電流検出回路90と接続され、前記ツェナーダイオード92aのカソード端子と接続されている。
【００１６】
また、前記ツェナーダイオード92aのアノード端子は、前記ダイオード92bのアノード端子と接続されている。さらに、前記ダイオード92bのカソード端子はグランドと接続されている。
【００１７】
また、前記コンデンサ94は、前記ツェナーダイオード92aと並列に接続される。さらに、前記コンデンサ94のプラス端子は、前記ツェナーダイオード92bのカソード端子と接続され、マイナス端子は、前記ツェナーダイオード92aのアノード端子と接続される。
【００１８】
また、前記抵抗98aは、前記コンデンサ94のマイナス端子と接続され、前記抵抗98aの前記コンデンサ94と接続される反対側は、前記オペアンプ96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96の反転入力端子と前記抵抗98aとの接続部は、前記ダイオード92cのカソード端子と接続され、前記ダイオード92cのアノード端子は、グランドと接続されている。
【００１９】
また、前記抵抗98bは、前記オペアンプ96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96の正電源端子は、電源と接続されることで電力の供給を受け、前記オペアンプ96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。
【００２０】
また、前記ツェナーダイオード92aは、ブレークダウン電圧が２７０Ｖのツェナーダイオードとなっており、前記ツェナーダイオード92aのブレークダウン電圧の値によって前記コンデンサ94に充電される電圧が２７０Ｖに制限されている。
【００２１】
また、前記１次コイル10と自動車のバッテリからなる電源40との間にトランジスタからなるスイッチング素子70が備えられる。前記電源40のプラス側は、当該スイッチング素子70のコレクタ端子と接続され、当該スイッチング素子70のエミッタ端子は、前記１次コイル10の低圧側と接続されている。さらに、前記１次コイルの高圧側は、前記イグナイタ60のコレクタ端子と接続されている。
【００２２】
また、前記イグナイタ60のエミッタ端子は、グランドと接続されている。さらに、前記イグナイタ60のゲート端子及び前記スイッチング素子70のベース端子は、自動車のエンジンＥＣＵ80と接続され、当該エンジンＥＣＵ80は、前記イグナイタ60のゲート端子へ点火信号を供給すると共に、前記スイッチング素子70のベース端子へ通電信号を供給している。
【００２３】
次に、図２から、点火装置の１次コイルへの充電時の動作説明をする。
【００２４】
図２において、前記エンジンＥＣＵ80から前記イグナイタ60のゲート端子に対して点火信号が入力されると共に、前記スイッチング素子70のベース端子に対して通電信号が入力されると、前記イグナイタ60のゲート・エミッタ間に一点鎖線矢印に示すようにゲート電流が流れる。すると、前記イグナイタ60のコレクタ・エミッタ間及び前記スイッチング素子70のコレクタ・エミッタ間が通電される。
【００２５】
その結果、図２の一点鎖線矢印に示すように、前記電源40→前記スイッチング素子70→前記１次コイル10→前記イグナイタ60の経路で１次電流Ｉ１が流れる。また、前記エンジンＥＣＵ80から前記イグナイタ60及び前記スイッチング素子70に対する信号のＯＮ・ＯＦＦは同時に行われ、前記イグナイタ60に対してＯＮの時は、前記スイッチング素子70に対してもＯＮとなり、前記イグナイタ60に対してＯＦＦの時は、前記スイッチング素子70に対してもＯＦＦとなる。
【００２６】
次に、図３から点火装置の２次コイルからの放電時の動作説明をする。
【００２７】
図３において、前記ＥＣＵ80から前記イグナイタ60のゲート端子に対する点火信号が遮断されると共に、前記スイッチング素子70のベース端子に対する通電信号が遮断されると、前記１次コイル10に流れていた１次電流Ｉ１が電磁誘導によって前記２次コイル20に逆起電力を発生させる。その結果、図３の一点鎖線矢印に示すように、前記点火プラグ50→前記２次コイル20→前記ツェナーダイオード92a→前記ダイオード92bの経路で２次電流Ｉ２が流れる。また、前記コンデンサ94は、前記ツェナーダイオード92aのブレークダウン電圧と対応して充電される。
【００２８】
次に、図４から点火装置のイオン電流検出時の動作説明をする。
【００２９】
図４において、前記点火プラグ50からの放電が終息していくと、上記図３の２次コイルからの放電時に充電された前記コンデンサ94の両端電圧をバイアス電源として、図４の一転鎖線矢印に示すように、前記抵抗98b→前記抵抗98a→前記コンデンサ94→前記２次コイル20→前記点火プラグ50の経路でイオン電流Ｉｉｏｎが流れる。その結果、前記オペアンプ96からイオン電流Ｉｉｏｎに対応する検出信号が出力される。また、前記エンジンＥＣＵ80は、前記オペアンプ96から出力された検出信号を基に、前記内燃機関の燃焼状態の判定を行っている。
【００３０】
上記構成により、前記１次コイル10と前記電源40との間に前記スイッチング素子70が備えられる。前記スイッチング素子70のコレクタ端子は、前記電源40のプラス側と接続され、前記スイッチング素子70のエミッタ端子は、前記１次コイル10の低圧側と接続されている。また、前記スイッチング素子70のベース端子は、前記エンジンＥＣＵ80と接続され、前記スイッチング素子70に通電信号を供給している。さらに、前記エンジンＥＣＵ80から前記イグナイタ60及び前記スイッチング素子70に対する信号のＯＮ・ＯＦＦは同時に行われ、前記イグナイタ60に対してＯＮの時は、前記スイッチング素子70に対してもＯＮとし、前記イグナイタ60に対してＯＦＦの時は、前記スイッチング素子70に対してもＯＦＦとしている。これにより、前記イグナイタ60への点火信号が遮断されている間、前記１次コイル10への電源電圧も遮断され、イオン電流Ｉｉｏｎが前記２次コイル20を通過時に前記１次コイル10の電源変動が発生せず、前記２次コイル20に誘導してしまうことで生じるイオン電流Ｉｉｏｎへのノイズの重畳を防ぐことができる。
【００３１】
また、イオン電流Ｉｉｏｎへのノイズの重畳がなくなることで、前記エンジンＥＣＵ80がイオン電流Ｉｉｏｎからの検出信号を基に、前記内燃機関の燃焼状態を判定する際に、ノイズをノックと誤判定してしまうことが防止されるため、ノック発生と誤って判定して前記イグナイタ60への点火信号又はインジェクターへの燃料噴射信号の調整を行い、前記内燃機関に発生するノックを抑制し、前記内燃機関の燃焼効率や燃費が悪化することを防ぐことができる。
【００３２】
なお、上記実施例１の変形例として、前記イオン電流検出回路90は、前記ツェナーダイオード92a、前記２つのダイオード92b，92c、前記コンデンサ94、前記オペアンプ96、及び、前記２つの抵抗98a，98bと、から構成したが、イオン電流Ｉｉｏｎを検出できる回路構成であれば、設計事情によって任意の回路構成に変更してもよい。また、前記１次コイル10と前記電源40との間に前記スイッチング素子70が備え、前記スイッチング素子70は、トランジスタとしたが電気的スイッチであれば、例えばサイリスタ、リレー等他のスイッチング素子を用いてもよい。さらに、前記スイッチング素子70は、前記エンジンＥＣＵ80から通電信号を供給される構成としたが、他のＣＰＵからの信号によってスイッチが開閉される構成としてもよい。
【００３３】
また、前記スイッチング素子70は、イオン電流Ｉｉｏｎが検出される期間、即ち、少なくとも前記２次コイル20にイオン電流Ｉｉｏｎが流れる期間、前記エンジンＥＣＵ80からの通電信号がＯＦＦにされる構成であれば、他の期間に対する通電信号の供給は設計事情によって任意に変更してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
10：１次コイル
20：２次コイル
30：鉄芯
40：電源
50：点火プラグ
60：イグナイタ（ＩＧＢＴ）
70：スイッチング素子（トランジスタ）
80：エンジンＥＣＵ
90：イオン電流検出回路
92a：ツェナーダイオード
92b，92c：ダイオード
94：コンデンサ
96：オペアンプ
98a，98b：抵抗
100：点火装置
【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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