(57)【要約】  本発明は、自動車の点火システムに装備される共鳴構造式スパークプラグのイオン電流を測定する装置に関し、本装置では、前記スパークプラグ（ＢＲ）が、制御コンデンサを有する発電機（ＧＥＮ）に連結される。前記発電機は、発電機（ＧＥＮ）とスパークプラグ（ＢＲ）の間に接続される、前記スパークプラグ（ＢＲ）を分極化する分極手段（ＭＰＯＬ）と、制御コンデンサ（Ｃｂ）と地面の間に接続される、前記スパークプラグ（ＢＲ）のイオン電流を測定する手段（ＭＭＥＳ）とを更に備える。
2009532626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の点火システムに用いられる共鳴構造式スパークプラグのイオン電流を測定する方法であって、
点火段階において、以前に荷電された制御コンデンサ（Ｃｂ）を用いて生成された電圧により、前記スパークプラグ（ＢＲ）に給電するもので、
前記イオン電流（Ｉｉ）を、前記スパークプラグ（ＢＲ）を分極した後、前記制御コンデンサ（Ｃｂ）と地面の間で、二つの点火段階の間に周期的に測定することを特徴とする方法。
【請求項２】
点火段階の際に短絡される前記制御コンデンサ（Ｃｂ）と地面の間に接続される測定手段を用いて、前記イオン電流を測定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
スパークプラグを通過する電流が徐々に減少する減衰段階の完了時に前記イオン電流を測定する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
自動車の点火システムに用いられる共鳴構造式スパークプラグのイオン電流を測定する装置であって、
前記スパークプラグ（ＢＲ）は制御コンデンサを有する発電機（ＧＥＮ）につながれており、
前記発電機（ＧＥＮ）が、発電機（ＧＥＮ）と前記スパークプラグ（ＢＲ）の間に接続されて前記スパークプラグ（ＢＲ）を分極することができる分極手段（ＭＰＯＬ）と、制御コンデンサ（Ｃｂ）と地面の間に接続されて前記スパークプラグ（ＢＲ）のイオン電流を測定する手段（ＭＭＥＳ）とを更に備えることを特徴とする装置。
【請求項５】
測定手段（ＭＭＥＳ）を短絡することができる、制御可能な短絡手段（ＭＣＣ）を更に備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記測定手段（ＭＭＥＳ）が測定抵抗（Ｒｍ）を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
短絡手段（ＭＣＣ）が、制御コンデンサ（Ｃｂ）と地面の間に接続されて、短絡電圧発生器（ＧＣＣ）によって制御される短絡トランジスタ（Ｍ２）と、測定抵抗（Ｒｍ）と地面の間に接続されて、前記短絡トランジスタを分極することができる分極電源（Ａｐｏｌ）とを備える、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
分極電源が、直列接続された電源抵抗（Ｒａｌ）及び局所的電源（Ａｌｏｃ）と、測定抵抗（Ｒｍ）と地面の間において、電源抵抗（Ｒａｌ）及び局所的電源（Ａｌｏｃ）に並列接続された電源コンデンサ（Ｃａｌ）とを有する請求項７の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してスパークプラグのイオン電流の測定に関し、特に自動車の点火システムに用いる共鳴構造式のスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、マルチスパーク型共鳴構造のスパークプラグないしＢＭＥを有するいわゆる「無線周波数」点火システムに特に適している。
【０００３】
交流電流を用いるこれらの点火システムは、例えば、本出願人によるフランス国特許出願第２８５９８３０号、同第２５８９８６９号及び２８５９８３１号に記載されている。
【０００４】
圧縮サイクルの終わりに、スパークプラグは、エンジンの燃焼チャンバに含まれるガス状混合物の点火プロセスを開始させるのに十分なエネルギーの電気アークを形成する役割を有する。
【０００５】
この電気アークは、スパークプラグの電極の間、即ち正の中央電極と外側電極の間に位置するガス状混合物のイオン化に対応する。
【０００６】
しかし、この混合物が燃焼する際、スパークプラグによって火花が発生した後、炎の端が広がる場合がある。その爆発によって、混合物の一部分がシリンダーの壁及びピストンの頂部を押し返すことがある。
【０００７】
圧力及び温度の上昇が非常に大きいために、燃料が、壁に対して押し付けられることにより移動できずに自己点火点に達し、複数の箇所において点火する場合がある。
【０００８】
この結果、微小爆発により、音響領域（約５〜１０ｋＨｚ）に振動が生じる。このような振動は非常に強く、更に問題を深刻にするホットスポットを急速に作ることになりうる。微小爆発が蓄積することにより、ピストンの頂部及び／又はシリンダーの壁の少量の金属が破壊されるか又は溶解し、これは、時間の経過に伴ってピストンやシリンダーの壁の損壊をもたらしうる。
【０００９】
イオン電流、即ちスパークプラグを通過する電流を測定することにより、これらのノック現象を検出することができる。実際、電極の端子に一時的に抵抗が配置されたかのように（第一の近似に従って）、スパークプラグにイオン電流が現れる。
【００１０】
このため、測定手段又はセンサーは、非常に狭い帯域幅、例えば７ｋＨｚの幅で動作できなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の一つの目的は、共鳴構造式のスパークプラグの場合に、分極電流を測定する手段を提案することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、所望の狭い周波数帯域幅で動作できるのに十分な精度を有する測定手段を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このため、本発明は、自動車の点火システムに用いられる共鳴構造式スパークプラグのイオン電流を測定する方法を提案するものであり、本方法では、点火段階において、以前に荷電された制御コンデンサを用いて生成された電圧によって前記スパークプラグに給電する。
【００１４】
本発明のこの態様の一般的な特徴によれば、前記イオン電流は、スパークプラグを分極した後で、電気制御コンデンサと地面の間で、二つの点火段階の間に定期的に測定される。
【００１５】
即ち、問題を解決するのに必要なスパークプラグのイオン電流を測定する代わりに、このイオン電流を、放電によってスパークプラグに給電する制御コンデンサ上で直接測定する。
【００１６】
この結果、測定の不正確さを最小化することができる。
【００１７】
一実施形態では、前記イオン電流は、点火段階に短絡される、前記制御コンデンサと地面の間に接続される測定手段を用いて測定される。
【００１８】
即ち、測定手段は二つの点火段階の間にだけ接続される。
【００１９】
別の実施形態では、イオン電流は、スパークプラグを通る電流が次第に減少する減衰段階の完了時に測定される。
【００２０】
本発明の別の態様では、自動車の点火システムに用いられる共鳴構造式のスパークプラグのイオン電流を測定する装置が提案され、前記スパークプラグは制御コンデンサを有する発電機につながれる。
【００２１】
本発明のこの別の態様の一般的な特徴によれば、前記発電機は、発電機と前記スパークプラグの間に接続されて、スパークプラグを分極化することができる分極手段と、制御コンデンサと地面の間に接続されて前記スパークプラグのイオン電流を測定する手段とを更に備える。
【００２２】
このように、測定手段がスパークプラグの端子に直接接続されるのではなく、制御コンデンサと地面の間に接続されるので、通常１ｍＡよりも小さいイオン電流の強度に適し、且つ特定の周波数帯域、例えば、ノック現象が観察される周波数帯域に適した、低い値のスパークプラグ用分極抵抗を選択することができる。
【００２３】
好ましくは、本装置は、測定手段を短絡できる制御可能な短絡手段を更に有する。
【００２４】
例えば、測定手段は測定抵抗を有することができる。
【００２５】
一実施形態では、短絡手段は、制御コンデンサと地面の間に接続され、短絡電圧発生器によって制御される短絡トランジスタと、測定抵抗と地面の間に接続されて、前記短絡トランジスタを分極化することができる分極電源とを備えることができる。
【００２６】
一実施形態では、分極電源は、直列接続された電源抵抗及び局所的電源と、測定抵抗と地面の間で、電源抵抗及び局所的電源に並列接続された電源コンデンサとを備えることができる。
【００２７】
本発明の他の特徴及び利点は、いかなる意味の制限も意図することなく図面に示す、本発明の一実施形態の詳細な説明により明らかとなる。
【実施例】
【００２８】
図１において、符号ＳＹＳは、当業者に周知の、例えば本出願人によるフランス国特許出願第２８５９８３０号、同第２５８９８６９号及び２８５９８３１号に記載の共鳴構造式スパークプラグＢＲを有する自動車の点火システムを表す。
【００２９】
イオン電流Ｉｉが、スパークプラグＢＲを通過して循環している。
【００３０】
具体的には、図１に示すように、スパークプラグＢＲは、誘導コイルＬ１及びコンデンサＣ１から構成される共鳴アセンブリＲＳ１（スパークプラグコイルと呼ばれる）を備えており、本実施例のコンデンサＣ１は、シェル１−セラミック２−中央電極３のアセンブリを含んでいる。
【００３１】
スパークプラグＢＲは、「中間電圧」と呼ばれる高電圧を生成することができる発電機ＧＥＮにつながれている。この高電圧は、コンデンサＣ１の中央電極３によって導かれる。中央電極３と外側電極４の間に電流が通るときに電気アークが生成され、スパーク５が発生する。
【００３２】
スパークプラグＢＲは、分離手段ＭＤＥＣに直列に接続された「高電圧パイロット」と呼ばれるＤＨＴステージを介して発電機ＧＥＮにつながれている。スパークプラグＭＰＯＬの分極手段は、高電圧パイロットＤＨＴ及び分離手段ＭＤＥＣに並列に接続されている。
【００３３】
発電機ＧＥＮは、スパークプラグＢＲを通って流れるイオン電流Ｉｉを測定することができる測定手段ＭＭＥＳを有する。
【００３４】
図２は、本発明によるシステムＳＹＳのブロックの一実施形態を更に詳細に示す。
【００３５】
発電機ＧＥＮは、当業者が用いる表現によれば「ブースト」式の、電圧増大アセンブリを用いて作ることができる。
【００３６】
発電機ＧＥＮは、本実施例では１２ボルトの電源である電源Ｖｂａｔを備え、この電源は、第１の端子ｂ１によって当該電源Ｖｂａｔに接続される、いわゆる「貯蔵」コイルＢＲＥＳを荷電することができる。コイルＢＲＥＳの荷電は、コイルＢＲＥＳの別の端子ｂ２と地面の間に接続されたトランジスタＭ１によって制御される。トランジスタＭ１は、電圧発生器ＧＭ１によって制御される。
【００３７】
貯蔵コイルＢＲＥＳは、電源Ｖｂａｔによって送達される１２ボルトの電圧を超える電圧で、整流ダイオードＤＲを介してその端子ｂ２に接続された回路の一部に放電される。この比較的高い電圧は「中間電圧」Ｖｉｎｔと呼ばれる。これは約１００ボルトである。この中間電圧Ｖｉｎｔを有る程度一定に保つため、発電機ＧＥＮは、整流ダイオードＤＲの出力に接続されたいわゆる「バラスト」コンデンサＣｂを有する。
【００３８】
発電機ＧＥＮは、中間電圧Ｖｉｎｔによって給電され、且つ制御手段ＭＣＯＭによる制御信号Ｓｃｏｍによって制御される高電圧パイロットＤＨＴに連結されている。
【００３９】
制御信号Ｓｃｏｍは、スパークプラグＢＲによるスパークの発生及び生成を直接開始させる。
【００４０】
図３には、高電圧パイロットＤＨＴの例示的な一実施形態を示す。
【００４１】
これは、並列接続されたコイルＬ２とコンデンサＣ２によって形成され、中間電圧Ｖｉｎｔを入力として受けるシステムを備える。
【００４２】
アセンブリＬ２−Ｃ２の出力は、制御トランジスタＭ５に連結されており、このトランジスタＭ５はその制御電極で制御信号Ｓｃｏｍを受ける。
【００４３】
制御信号Ｓｃｏｍは、周期的に生成される一のパルストレインに対応する。
【００４４】
よって、パルストレイン毎に、トランジスタＭ５はコイルＬ２を荷電する。これがコンデンサＣ２及び共鳴アセンブリＲＳ１と共鳴し、よってスパークプラグＢＲの自然周波数で高電圧パルスが生成される。
【００４５】
共鳴アセンブリＲＳ１がその自然周波数で励起され、その品質指数が高い（例えば４０よりも大きい）場合、コンデンサＣ１の端子における電圧は非常に高くなる。スパークプラグＢＲの中央電極は、コンデンサＣ１の端子の一つであり、次に、スパークを発生することができる非常に高い電圧に引き上げられる。
【００４６】
再度図２について説明する。
【００４７】
高電圧パイロットＤＨＴによって行われた励起は、分離手段ＭＤＥＣ、この場合分離コンデンサＣｄを介してスパークプラグＢＲの共鳴構造ＲＳ１に送られる。
【００４８】
分離コンデンサＣｄは、中間電圧Ｖｉｎｔとスパークプラグ３の中央電極との間の連続的な連結を防ぐ。このような連結切断によって、電気ショック又は感電死を防ぐことができる。
【００４９】
また、「電気アーク」式の放電が開始されたとした場合、電極、特に中央電極３が急激に破壊されることになる。実際に、中央電極と地面の間に十分に強い導電性を有するスパークが生成された場合、それによる電圧降下は中間電圧Ｖｉｎｔ下回る場合がある。すると、コンデンサＣｄに蓄積された電荷のすべてはスパークによって形成されたリンクに移る。このような電荷の移動は、中央電極３に損傷を与えうる高電流で行われる。
【００５０】
分離コンデンサＣｄの機能は、この種の電荷移動を防ぐことである。
【００５１】
変形例として、発電機は、直流電流の移動を防ぐステップアップ式の変圧器とすることができる。この場合、分離コンデンサの使用は不要である。
【００５２】
イオン電流の測定を可能にするために、スパークの生成後は好ましくは陽極に維持されるように、スパークプラグＢＲの中央電極３上に分極手段ＭＰＯＬが用いられる。
【００５３】
従来、分極手段ＭＰＯＬは、中間電圧Ｖｉｎｔを送達する整流ダイオードＤＲの出力と、この場合コンデンサＣｄである分離手段ＭＤＥＣの出力の間に接続された抵抗Ｒｐｏｌによって形成することができる。
【００５４】
ここでイオン電流を測定する単純な解決法は、分極抵抗Ｒｐｏｌの端子に、電圧の値を分割し、そのようにして分割された電圧の値を電流に変換し、そしてそれを測定することができるアセンブリを接続することである。
【００５５】
当業者に周知のこれら従来のアセンブリは、個別のトランジスタを用いた差分増幅器、又はオペアンプを使用するか、又は場合によっては電流ミラーを用いたアセンブリを使用して作製することができる。しかし、電圧分割器を含むこれらのアセンブリは、非常に弱いイオン電流の測定にとって必要な精度を低下させてしまう。
【００５６】
上記の解決法とは違い、本発明は、低い値の分極抵抗を用いることにより、イオン電流の測定において最大限の精度を維持し、測定手段を、分極抵抗Ｒｐｏｌの端子ではなく、発電機ＧＥＮ内部で、コンデンサＣｂと地面の間に接続する。
【００５７】
この測定手段ＭＭＥＳは、イオン電流の測定場所に、測定端子Ｂｍ及び測定抵抗Ｒｍを有する。
【００５８】
更に、この測定手段ＭＭＥＳは、測定抵抗Ｒｍに並列接続され、且つ短絡発電機ＧＣＣによって制御されるスイッチＩＮＴを有する短絡手段ＭＣＣに結合されている。
【００５９】
スイッチは、好ましくは急速で、非常に低いインピーダンスを有する。
【００６０】
図４は、期間Ｔの間の、本発明の動作のモードの様々なステップを示す。
【００６１】
時点ｔ０において、トランジスタＭ１はパス状態となり、コンデンサＣｂの荷電を可能にする。
【００６２】
時点ｔ１において、制御信号Ｓｃｏｍが、パルス制御信号（パルスの周波数は、例えば５ＭＨｚ）を用いてトランジスタＭ５を制御し、点火段階及びスパークプラグＢＲによるスパークの発生を適切に開始させる。時点ｔ２において、制御信号は再び休止状態となる。
【００６３】
減衰段階の間（ｔ２とｔ３の間）に、擬似抵抗の存在によって、点火電流（高い振幅を有する）はスパークプラグＢＲ内で自然に段々と減衰する。
【００６４】
時点ｔ０とｔ３の間、短絡手段が動作中であり、測定抵抗を短絡する。その結果、コンデンサＣｂが整流ダイオードＤＲと地面の間に接続される。
【００６５】
時点ｔ３において、トランジスタＭ２は短絡手段を休止状態にし、次にコンデンサＣｂが測定抵抗Ｒｍにより放電される。コンデンサＣｂの放電電流は、抵抗Ｒｐｏｌを通り、スパークプラグＢＲ内、次いで燃焼混合物内を循環するイオン電流に対応する。
【００６６】
次に、イオン電流の値が測定端子Ｂｍで測定される。
【００６７】
時点ｔ４で測定段階が終了し、時点ｔ５で、新たな荷電、点火及び測定周期が繰り返される。
【００６８】
図５は、スイッチＩＮＴの一実施形態を表す。この実施例では、制御可能なスイッチはトランジスタＭ２によって実行され、このトランジスタはこの場合ＭＯＳタイプであり、その制御電極は発電機ＧＣＣにつながれている。ＭＯＳトランジスタＭ２の構造ダイオードの影響に対抗するため、測定抵抗Ｒｍと地面の間に接続された分極電源Ａｐｏｌを用いて分極が導入される。
【００６９】
図６は、この分極電源Ａｐｏｌの一実施形態を示す。
【００７０】
この実施例では、分極電源Ａｐｏｌは、電源抵抗Ｒａｌを介して局所的電源Ａｌｏｃに連結されたコンデンサＣａｌを備える。局所的電源Ａｌｏｃは、例えば、バッテリー電圧又は５ボルトの電源とすることができる。
【００７１】
当業者には、コンデンサＣａｌの端子における電圧Ｖａｌを求めるための、使用される要素の構成方法が既知であろう。この電圧の値Ｖａｌに基づき、以下の数式により、イオン電流Ｉｉを導くことができる。
Ｉｉ  ＝  （電圧＿Ａｐｏｌ  −  電圧＿Ｂｍ）／Ｒｍ
【００７２】
このように、本発明は、非常に正確に、且つ明確に画定された周波数範囲内でイオン電流を測定することができ、例えばノック現象の検出に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態を示す。
【図２】本発明の一実施形態を更に正確に示す。
【図３】本発明の一実施形態のモジュールを更に詳細に示す。
【図４】本発明の一実施形態の様々なステップのタイミングを表わすグラフである。
【図５】本発明の別のブロックの実施形態を示す。
【図６】本発明のまた別のブロックの実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
2009532626.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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