(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所要長さのパルスである放電着火時用通電信号に基づいてスイッチング素子が一次コイルに流れる一次電流を遮断したときに二次コイルに発生する高電圧を燃焼室の点火プラグに供給して、点火プラグの放電ギャップに放電電流を流す点火コイルの二次コイル側に接続され、
前記点火プラグでの放電電流により充電され電荷を保持するイオン電流検出電源用コンデンサと、該イオン電流検出電源用コンデンサへの印加電圧を制限する充電電圧制御用ツェナーダイオードと、から成る放電着火時用イオン電流検知回路を備え、
前記点火プラグの放電電流により充電されたイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧を放電後の点火プラグに印加することで、内燃機関の燃焼時に点火プラグの電極と燃焼室の間に発生するイオン電流を検出し、内燃機関の燃焼状態を検出する内燃機関用イオン電流検出装置において、
前記充電電圧制御用ツェナーダイオードと前記イオン電流検出電源用コンデンサより成る放電着火時用イオン電流検知回路と直列に接続する充電電圧制御用ツェナーダイオードとイオン電流検出電源用コンデンサより成る無放電着火時追加用イオン電流検知回路を、点火コイル側に設け、
前記放電着火時用通電信号よりも短い通電信号を繰り返す無放電着火時用通電信号を前記点火コイルのスイッチング素子に印加する事で点火コイルを昇圧トランスとして機能させることで点火コイルの二次側に発生する高周波二次電圧の周波数を通過させるが、放電着火時用通電信号に基づく着火サイクルの周波数は通過させないハイパスフィルタを、前記無放電着火時追加用イオン電流検知回路の充電電圧制御用ツェナーダイオードからイオン電流検出電源用コンデンサへの充電経路に設け、
前記点火プラグによる放電着火での燃焼時には、前記点火コイルへ放電着火時用通電信号を供給して二次側に発生させた高電圧がハイパスフィルタを通過できず、無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサが充電されないことにより、放電着火時用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧のみによって、放電着火による内燃機関の燃焼時に点火プラグの電極と燃焼室の間に発生するイオン電流を検出し、
前記点火プラグによる放電着火を必要としない燃焼時には、前記点火コイルへ無放電着火時用通電信号を供給し、点火コイルの二次側に発生させた高周波二次電圧が前記ハイパスフィルタを通して無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサを充電することにより、放電着火時用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧に、無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧が追加されたイオン電流検出用電源電圧によって、放電着火を伴わない内燃機関の燃焼時に点火プラグの電極と燃焼室の間に発生するイオン電流を検出するようにしたことを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車両に搭載される内燃機関のイオン電流検出装置、特にＨＣＣＩ（予混合圧縮着火）による燃焼と通常の火花点火によるＳＩ燃焼のような異なる２種類の燃焼方式に対応可能な内燃機関用イオン電流検出装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から内燃機関の点火装置においては、燃焼時に発生するイオン電流を検出することで燃焼状態を判別し、内燃機関の燃焼や運転状態を把握する事により、失火やノッキングを検知して、各種燃焼制御を適切に行う技術が自動車両の内燃機関に適用されている。このような内燃機関用イオン電流検出装置として、点火プラグをイオンプローブとして用い、イオン電流検出のために別途電源を用意せずに、点火プラグの放電電流により充電されるコンデンサを設けておき、このコンデンサをイオン電流検出用の電源として用いるイオン電流検出装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
従来のイオン電流検出装置を図２に示す。これは、ガソリンエンジンの燃焼制御機構に適用したものであり、燃焼工程を統括的に制御するエンジン制御装置ＥＣＵから通電信号（パルス信号）が入力される点火コイル１は、点火用スイッチング素子１ｃが通電信号により開閉することで、点火用電源電ＶＢ＋が印加された一次コイル１ａの一次電流遮断時に、二次コイル１ｂに高電圧を発生させ、これによって点火プラグの放電ギャップｇを介して放電電流が流れる。この放電電流の流路中に設けたイオン電流検出装置２にはイオン電流検出電源用コンデンサ２ｂが設けられ、放電電流によりイオン電流検出に必要十分な電荷が貯められる。
【０００４】
また、イオン電流検出装置２には、イオン電流検出電源用コンデンサ２ｂの充電電圧を制御するための充電電圧制御用ツェナーダイオード２ａ、イオン電流による電圧降下を生じさせるイオン電流検出用抵抗２ｃ、イオン電流検出用抵抗２ｃによる電圧降下をイオン信号として検知すると共に増幅し、イオン電流検出信号を出力するイオン信号増幅回路２１を設けてあるので、燃焼サイクル毎に、点火プラグの放電によって内燃機関内の燃料が適正に燃焼し、イオン電流検出電源用コンデンサ２ｂが適正に充電され、燃焼によって生じたイオンにより点火プラグの放電ギャップｇ間にイオン電流が流れ、イオン信号増幅回路２１からイオン電流検出信号が出力されることとなる。このイオン電流検出信号に基づいて、内燃機関の適正制御を行うことができるのである。
【０００５】
また、近年は、燃焼効率が良く、窒素酸化物などの排出が少ない内燃機関として、ＨＣＣＩ（予混合圧縮着火）燃焼が注目されている。このＨＣＣＩ燃焼は、気筒の燃焼室内の混合気を圧縮して高温にし、それにより混合気の自己着火を発生させて混合気を燃焼させるものである。ＨＣＣＩ燃焼は、火花による着火を行う通常のＳＩ燃焼と違い着火のタイミング等の燃焼制御が難しいことから、通常のＳＩ燃焼と同様に、イオン電流検出による燃焼状態の把握を行う事は重要である。また、ＨＣＣＩガソリンエンジンの場合、ＨＣＣＩ燃焼で動作可能なスイートスポットが限られており、他の領域でもエンジンを動作させるためには、放電による点火を行う通常のＳＩ燃焼領域を混在させることが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−１９４３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、燃焼室内における燃焼ガスの特性によって、ＨＣＣＩ燃焼時のイオン電流値はＳＩ燃焼時に比べて極めて小さくなるため、特許文献１に記載されている発明のように、ＳＩ燃焼時の測定に最適な値に設定した充電電圧制御用ツェナーダイオードとイオン電流検出電源用コンデンサにより生成されるイオン電流検出用電源を用いた場合、ＳＩ燃焼時のイオン電流検出を良好に行えるものの、ＨＣＣＩ燃焼時に検出される値が小さ過ぎて、測定不能もしくは精度が低くなってしまう。よって、従来のＳＩ燃焼用のイオン電流検出回路では、ＨＣＣＩ燃焼時のイオン電流を検出して燃焼状態を把握し、ＨＣＣＩ燃焼を制御する事は、非常に困難である。
【０００８】
なお、イオン電流検出回路の回路定数を、ＨＣＣＩ燃焼時の測定に最適な値に設定すれば、ＨＣＣＩ燃焼時のイオン電流検出が可能になるものの、同回路にてＳＩ燃焼時のイオン電流検出を行うと、検出される値が大きくなり過ぎて測定不能になり、ＳＩ燃焼時のエンジン制御が困難になる。
【０００９】
ＨＣＣＩ燃焼領域とＳＩ燃焼領域とを混在させる制御方式を実現するために、例えば、ＨＣＣＩ燃焼時に用いるイオン電流検出用電源とＳＩ燃焼時に用いるイオン電流検出用電源として、充電電圧制御用ツェナーダイオードとイオン電流検出電源用コンデンサの組み合わせを２系統用意しておき、ＳＩ燃焼時とＨＣＣＩ燃焼時とで、夫々に適したイオン電流検出用電源の電圧を切り換える手法が考えられる。
【００１０】
しかし、ＨＣＣＩ燃焼時用のイオン電流検出用電源とＳＩ燃焼時用のイオン電流検出用電源を予め搭載したイオン電流検出装置を構成する場合、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼への移行時およびＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への移行時には、各燃焼モードに対応したイオン電流検出用電源へ自動で切り替える必要があるため、燃焼モードの判定回路や判定結果に応じたイオン電流検出用電源への切替を指示する回路などが必要となる。これらの機能をイオン電流検出装置内へ設けようとすると、コスト増になる上、装置が大型化して設置スペースの確保が問題となるし、これらの機能をイオン電流検出装置の外部に設ける場合には、モード判定回路や切替指示回路等を設けた制御装置の配置スペースを確保する必要が生ずることに加えて、制御装置から指示信号をイオン電流検出装置へ導く配線や端子も必要となる。
【００１１】
そこで、本発明は、放電着火を伴うＳＩ燃焼と放電着火を必要としないＨＣＣＩ燃焼が可能な内燃機関の燃焼時に発生するイオン電流を適切に検出できると共に、装置自体の大型化やコスト増を抑制できる内燃機関用イオン電流検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、所要長さのパルスである放電着火時用通電信号に基づいてスイッチング素子が一次コイルに流れる一次電流を遮断したときに二次コイルに発生する高電圧を燃焼室の点火プラグに供給して、点火プラグの放電ギャップに放電電流を流す点火コイルの二次コイル側に接続され、前記点火プラグでの放電電流により充電され電荷を保持するイオン電流検出電源用コンデンサと、該イオン電流検出電源用コンデンサへの印加電圧を制限する充電電圧制御用ツェナーダイオードと、から成る放電着火時用イオン電流検知回路を備え、前記点火プラグの放電電流により充電されたイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧を放電後の点火プラグに印加することで、内燃機関の燃焼時に点火プラグの電極と燃焼室の間に発生するイオン電流を検出し、内燃機関の燃焼状態を検出する内燃機関用イオン電流検出装置において、前記充電電圧制御用ツェナーダイオードと前記イオン電流検出電源用コンデンサより成る放電着火時用イオン電流検知回路と直列に接続する充電電圧制御用ツェナーダイオードとイオン電流検出電源用コンデンサより成る無放電着火時追加用イオン電流検知回路を、点火コイル側に設け、前記放電着火時用通電信号よりも短い通電信号を繰り返す無放電着火時用通電信号を前記点火コイルのスイッチング素子に印加する事で点火コイルを昇圧トランスとして機能させることで点火コイルの二次側に発生する高周波二次電圧の周波数を通過させるが、放電着火時用通電信号に基づく着火サイクルの周波数は通過させないハイパスフィルタを、前記無放電着火時追加用イオン電流検知回路の充電電圧制御用ツェナーダイオードからイオン電流検出電源用コンデンサへの充電経路に設け、前記点火プラグによる放電着火での燃焼時には、前記点火コイルへ放電着火時用通電信号を供給して二次側に発生させた高電圧がハイパスフィルタを通過できず、無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサが充電されないことにより、放電着火時用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧のみによって、放電着火による内燃機関の燃焼時に点火プラグの電極と燃焼室の間に発生するイオン電流を検出し、前記点火プラグによる放電着火を必要としない燃焼時には、前記点火コイルへ無放電着火時用通電信号を供給し、点火コイルの二次側に発生させた高周波二次電圧が前記ハイパスフィルタを通して無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサを充電することにより、放電着火時用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧に、無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧が追加されたイオン電流検出用電源電圧によって、放電着火を伴わない内燃機関の燃焼時に点火プラグの電極と燃焼室の間に発生するイオン電流を検出するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る内燃機関用イオン電流検出装置によれば、前記充電電圧制御用ツェナーダイオードと前記イオン電流検出電源用コンデンサより成る放電着火時用イオン電流検知回路と直列に接続する充電電圧制御用ツェナーダイオードとイオン電流検出電源用コンデンサより成る無放電着火時追加用イオン電流検知回路を、点火コイル側に設け、前記放電着火時用通電信号よりも短い通電信号を繰り返す無放電着火時用通電信号を前記点火コイルのスイッチング素子に印加する事で点火コイルを昇圧トランスとして機能させることで点火コイルの二次側に発生する高周波二次電圧の周波数を通過させるが、放電着火時用通電信号に基づく着火サイクルの周波数は通過させないハイパスフィルタを、前記無放電着火時追加用イオン電流検知回路の充電電圧制御用ツェナーダイオードからイオン電流検出電源用コンデンサへの充電経路に設け、前記点火プラグによる放電着火での燃焼時には、前記点火コイルへ放電着火時用通電信号を供給して二次側に発生させた高電圧がハイパスフィルタを通過できず、無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサが充電されないことにより、放電着火時用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧のみによって、放電着火による内燃機関の燃焼時に点火プラグの電極と燃焼室の間に発生するイオン電流を検出し、前記点火プラグによる放電着火を必要としない燃焼時には、前記点火コイルへ無放電着火時用通電信号を供給し、点火コイルの二次側に発生させた高周波二次電圧が前記ハイパスフィルタを通して無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサを充電することにより、放電着火時用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧に、無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサの充電電圧が追加されたイオン電流検出用電源電圧によって、放電着火を伴わない内燃機関の燃焼時に点火プラグの電極と燃焼室の間に発生するイオン電流を検出するようにしたので、放電着火時のイオン電流検出と無放電着火時のイオン電流検知とを適正な値の電源電圧で行うことができる。しかも、放電着火時のイオン電流検出機能と無放電着火時のイオン電流検出機能を別々に設けておく必要がないと共に、点火コイルへの通電信号によって放電着火時のイオン電流検出機能と無放電着火時のイオン電流検出機能を自動で切り換えることができるので、装置自体の大型化やコスト増を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るイオン電流検出装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】従来のイオン電流検出装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明に係るイオン電流検出装置の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に示すのは、本発明をガソリンエンジンに適用した実施形態に係るイオン電流検出装置の概略構成を示すもので、前述した従来のイオン電流検出装置の構成（図２を参照）と同様に、エンジン制御装置ＥＣＵ等から点火信号（放電着火時用通電信号）が入力される点火コイル１と、点火用スイッチング素子１ｃが点火信号により開閉することで、点火用電源電ＶＢ＋が印加された一次コイル１ａの一次電流遮断時に、二次コイル１ｂに発生した高電圧を印加する点火プラグと、これによって点火プラグの放電ギャップｇを介して流れる放電電流の流路中に設けたイオン電流検出回路２を備える。
【００１７】
イオン電流検出回路２には、従来装置と同様に、イオン電流検出電源用コンデンサ２ｂと、その充電電圧を制御するための充電電圧制御用ツェナーダイオード２ａと、イオン電流による電圧降下を生じさせるイオン電流検出用抵抗２ｃと、イオン電流検出用抵抗２ｃによる電圧降下をイオン信号として検知すると共に増幅して出力するイオン信号増幅回路２１が設けてあり、点火プラグの放電によりイオン電流検出電源用コンデンサ２ｂが適正に充電されていれば、ＳＩ燃焼によって生じたイオンにより点火プラグの放電ギャップｇ間にイオン電流が流れ、イオン信号増幅回路２１からイオン電流検出信号が出力される。
【００１８】
更に、イオン電流検出回路２には、充電電圧制御用ツェナーダイオード２ａとイオン電流検出電源用コンデンサ２ｂより成る放電着火時用イオン電流検知回路と直列に接続する無放電着火時追加用イオン電流検知回路として、充電電圧制御用ツェナーダイオード２ｄとイオン電流検出電源用コンデンサ２ｅを点火コイル１側に設けてある。加えて、充電電圧制御用ツェナーダイオード２ｄからイオン電流検出電源用コンデンサ２ｅへの充電経路には、ハイパスフィルタ回路２２を設けてある。なお、ハイパスフィルタ回路２２のしきい値は、少なくともＳＩ燃焼時の通電信号の周期（最大でも数百Ｈｚ程度）よりも高く設定しておくもので、例えば、数ｋＨｚ程度で良い。
【００１９】
上記のように、放電着火時用イオン電流検知回路と無放電着火時追加用イオン電流検知回路とを直列に接続したイオン電流検出回路２において、点火プラグによる放電を伴うＳＩ燃焼時には、放電中のみ充電電圧制御用ツェナーダイオード２ａの電圧と充電電圧制御用ツェナーダイオード２ｄの電圧（Ｖｌ＋Ｖ２）が発生するが、ハイパスフィルタ回路２２により阻止されるため、無放電着火時追加用イオン電流検知回路におけるイオン電流検出電源用コンデンサ２ｅが充電されることはなく、充電用整流ダイオード２ｉを通してイオン検出電源用コンデンサ２ｂのみが充電される。これにより、放電終了後にはＳＩ燃焼時のイオン電流検知に適正な電圧である充電電圧制御用ツェナーダイオード２ａにより制御された電圧（Ｖｌ）が、第１イオン電流検出用抵抗２ｆ、第２イオン電流検出用抵抗２ｇおよびイオン電流検出用ダイオード２ｈを介して点火プラグに印加され、イオン電流の検出が行われる。
【００２０】
一方、ＨＣＣＩ等の放電着火を伴わない燃焼時には、点火コイル１へ放電着火時用通電信号を供給して点火コイルに放電火花を発生させる制御が必要ないので、点火コイル１をＤＣ−ＡＣ昇圧回路として機能させる。斯くするためには、ＥＣＵや専用の発振回路から点火コイル１のスイッチング素子１ｃに短い通電信号を繰り返し印加すれば良い。
【００２１】
すなわち、放電着火時用通電信号よりも短い通電信号を繰り返す無放電着火時用通電信号をＤＣ−ＡＣ駆動信号として点火コイル１のスイッチング素子１ｃへ供給すれば、点火コイルを昇圧トランスとして機能させることができ、点火コイル１の二次コイル１ｂには高周波二次電圧が発生する。
【００２２】
上記のようにして二次コイル１ｂに発生させた数百Ｖの高周波二次電圧は、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの高周波であり、ハイパスフィルタ回路２２の通過条件を満たすものであるため、ハイパスフィルタ回路２２を通過して、充電用整流ダイオード２ｋを通してイオン検出電源用コンデンサ２ｅが充電される。同時に、充電用整流ダイオード２ｉを通してイオン検出電源用コンデンサ２ｂも充電される。なお、イオン電流検出電源用コンデンサ２ｂが電圧Ｖ１まで充電され、且つイオン検出電源用コンデンサ２ｅが電圧Ｖ２ｅ（ハイパスフィルタ２２や充電用整流ダイオード２ｋによる電圧降下分だけ電圧Ｖ２よりも低い電圧）まで充電された後は、点火コイル１からの励磁電流が励磁電流リセット用ダイオード２ｊを通して二次コイル１ｂ側へ回生され、励磁エネルギーがリセットされる。
【００２３】
よって、無放電着火用通電信号の供給が停止されて点火コイル１の二次電圧の発生が停止した時点で、充電電圧制御用ツェナーダイオード２ａにより電圧制限されたイオン検出電源用コンデンサ２ｂは電圧Ｖ１に充電され、充電電圧制御用ツェナーダイオード２ｄにより電圧制限されたイオン検出電源用コンデンサ２ｅは電圧Ｖ２ｅに充電されていることから、２つの電源用コンデンサの電圧が加算された電圧（Ｖｌ＋Ｖ２ｅ）によりイオン電流検出を行うことができる。
【００２４】
このように、本実施形態のイオン電流検出装置によれば、充電電圧制御用ツェナーダイオード２ａとイオン電流検出電源用コンデンサ２ｂより成る放電着火時用イオン電流検知回路と、充電電圧制御用ツェナーダイオード２ｄとイオン電流検出電源用コンデンサ２ｅより成る無放電着火時追加用イオン電流検知回路を直列に接続したイオン電流検出回路２を用いることで、放電着火時のイオン電流検出と無放電着火時のイオン電流検出とを適正な値の電源電圧で行うことができる。
【００２５】
しかも、放電着火時のイオン電流検出機能と無放電着火時のイオン電流検出機能を別々に設けるのではなく、無放電着火時追加用イオン電流検知回路のイオン電流検出電源用コンデンサ２ｅが充電される条件をハイパスフィルタ回路２２によって制御することで、ＳＩ燃焼時とＨＣＣＩ燃焼時に適したイオン電流検出用電源電圧を得ることができ、狭小なスペースに収納できる装置の小型化に貢献できる。
【００２６】
加えて、点火コイル１への通電信号（放電着火時用通電信号または無放電着火時用通電信号）によって放電着火時のイオン電流検出機能と無放電着火時のイオン電流検出機能を自動で切り換えることができるので、別々に設けたイオン電流検出機能を切り替えるスイッチ回路等をイオン電流検出回路２内に設ける必要がないし、イオン電流検出機能の切り替えタイミングに応じてスイッチ回路を制御する必要もない。
【００２７】
以上、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。
【符号の説明】
【００２８】
１    点火コイル
１ａ  一次コイル
１ｂ  二次コイル
１ｃ  スイッチング素子
２    イオン電流検出回路
２ａ  充電電圧制御用ツェナーダイオード
２ｂ  イオン検出電源用コンデンサ
２ｃ  イオン電流検出用抵抗
２ｄ  充電電圧制御用ツェナーダイオード（ＨＣＣＩ用）
２ｅ  イオン検出電源用コンデンサ（ＨＣＣＩ用）
２ｆ  第１イオン電流検出用抵抗
２ｇ  第２イオン電流検出用抵抗
２ｈ  イオン電流検出用ダイオード
２ｉ  充電用整流ダイオード
２ｊ  励磁電流リセット用ダイオード
２ｋ  充電用整流ダイオード（ＨＣＣＩ用）
２１  イオン信号増幅回路
２２  ハイパスフィルタ回路
ｇ    点火プラグの放電間隙間
【図１】
0005854380.tif 000002
【図２】
0005854380.tif 000003