(57)【要約】【目的】微少なイオン電流であっても後段の制御部に対して精度のよいイオン電流検出結果を提供するイオン電流検出装置を提供する。【構成】内燃機関の燃焼行程時にイオン電流を検出し、外部からの電流により充電され電荷を保持するコンデンサと、当該コンデンサの電圧を制限しイオン電流検出用電圧を形成するツェナダイオードとを備え、前記イオン電流を増幅ゲインに対応して電圧を生成するイオン電流検出部と、前記イオン電流検出部から得られる電圧から燃焼判定信号を形成して燃焼判定基準となる燃焼判定基準レベルと比較して燃焼状態を検出する機関用イオン電流検出装置において、前記燃焼判定基準レベルを、電子回路上安定して得られる最も小さい電圧に設定した内燃機関用イオン電流検出装置とする。【選択図】  図１
2006070896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼行程時に点火プラグの中心電極と燃焼室間に発生するイオン電流を検出し、点火コイルなどの外部からの電流により充電され電荷を保持するコンデンサと、当該コンデンサの電圧を制限しイオン電流検出用電圧を形成するツェナダイオードとを備え、前記イオン電流を増幅ゲインに対応して電圧を生成するイオン電流検出部と、前記イオン電流検出部から得られる電圧から燃焼判定信号を形成して燃焼判定基準となる燃焼判定基準レベルと比較して燃焼状態を検出する機関用イオン電流検出装置において、前記燃焼判定基準レベルを、電子回路上安定して得られる最も小さい電圧に設定した内燃機関用イオン電流検出装置。
【請求項２】
電子回路上安定して得られる最も小さい電圧が０．２乃至０．４Ｖとしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用イオン電流検出装置。
【請求項３】
イオン電流検出装置の増幅ゲイン、及び、イオン電流検出用電圧を、イオン電流検出装置の検出下限において燃焼によって得られるイオン電流の発生が最も小さい運転領域で得られる比較部からの出力の最小時間Tcmb_lと、イオン電流検出装置の検出上限において全運転域でノイズによって得られる運転領域で得られる比較部からの出力の最大時間Tniz_hの関係がTcmb_l＞Tniz_hで成り立つ範囲に設定したことを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
【請求項４】
イオン電流検出装置の増幅ゲイン、及び、イオン電流検出用電圧を、イオン電流検出装置の検出下限において燃焼によって得られるイオン電流の発生が最も小さい運転領域で得られる出力の面積INTcmb_lと、イオン電流検出装置の検出上限において全運転域でノイズによって得られる運転領域で得られる出力の最大面積ＩＮＴniz_hの関係が、ＩＮＴcmb_l＞燃焼判別基準レベル＞ＩＮＴniz_hで成り立つ範囲に設定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】
本発明は内燃機関用イオン電流検出装置に関し、特に燃焼室に発生する微少なイオン電流を精度よく検出するイオン電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より内燃機関の点火装置においては、燃焼室内での燃焼後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、当該燃焼状態により内燃機関の運転状態を把握したり、或いは当該把握した燃焼状態によりノックや希薄燃焼、失火検知等の各種制御を行う技術が提案されている。具体的には、燃焼室に配置される点火プラグギャップと、当該点火プラグに燃焼エネルギーを供給する点火コイルと、当該点火コイルの点火時期を制御するＥＣＵにより点火装置が構成されている。上記点火コイルは、主には１次電圧１２Ｖを１次、２次コイルと鉄心、スイッチング動作を行うパワートランジスタ等で構成されるイグナイタによって昇圧し、燃焼室内での着火に必要なエネルギ電圧に変換している。
【０００３】
そして、燃焼室内では、上記燃焼後に発生するイオン電流を検出することで内燃機関の各種制御を行う。すなわち、燃焼室に発生するイオン電流は、点火プラグから点火コイルを介してＥＣＵへ流れ、当該イオン電流を解析することでノックや希薄燃焼、失火検知等の各種制御を行うものとなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構成におけるイオン電流検出手段において、内燃機関の燃焼により得られるイオン電流は数μＡレベルといった微少な電流値であり、一般的には当該微少なイオン電流を増幅して燃焼状態を検出している。この具体例として、例えば特開平4-194367号公報では、イオン電流を検出行うため、増幅ゲイン及びイオン検出用電圧の設定方法が不明確であり、具体的な方法が示されていない。
【０００５】
また、特許公報2552754号では、イオン電流と燃焼判定基準レベルとを比較し、燃焼状態を表す出力信号を生成しているが、当該公報にも、イオン電流を検出する為のゲイン設定や燃焼判定基準レベルの具体的な設定方法が示されていない。本発明はこのような課題に鑑み、微少なイオン電流であっても後段の制御部に対して精度のよいイオン電流検出結果を提供するイオン電流検出装置を提供することを目的とする。
【特許文献１】特開平０４−１９４３６７号公報
【特許文献２】特許公報２５５２７５４号公報
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明では、内燃機関の燃焼行程時に点火プラグの中心電極と燃焼室間に発生するイオン電流を検出し、点火コイルなどの外部からの電流により充電され電荷を保持するコンデンサと、当該コンデンサの電圧を制限しイオン電流検出用電圧を形成するツェナダイオードとを備え、前記イオン電流を増幅ゲインに対応して電圧を生成するイオン電流検出部と、前記イオン電流検出部から得られる電圧から燃焼判定信号を形成して燃焼判定基準となる燃焼判定基準レベルと比較して燃焼状態を検出する機関用イオン電流検出装置において、前記燃焼判定基準レベルを、電子回路上安定して得られる最も小さい電圧０．２乃至０．４Ｖに設定する。
【０００７】
また、前記イオン電流検出装置の増幅ゲイン、及び、イオン電流検出用電圧をイオン電流検出装置の検出下限において燃焼によって得られるイオン電流の発生が最も小さい運転領域で得られる比較部からの出力の最小時間Tcmb_lと、イオン電流検出装置の検出上限において全運転域でノイズによって得られる運転領域で得られる比較部からの出力の最大時間Tniz_hの関係をTcmb_l＞Tniz_hの範囲に設定する。
【０００８】
また、イオン電流検出装置の増幅ゲイン、及び、イオン電流検出用電圧を、イオン電流検出装置の検出下限において燃焼によって得られるイオン電流の発生が最も小さい運転領域で得られる出力の面積INTcmb_lと、イオン電流検出装置の検出上限において全運転域でノイズによって得られる運転領域で得られる出力の最大面積ＩＮＴniz_hの関係が、ＩＮＴcmb_l＞燃焼判別基準レベル＞ＩＮＴniz_hで成り立つ範囲に設定する。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成の内燃機関用イオン電流検出装置によれば、適切な燃焼判定基準レベル、増幅ゲイン、及び、イオン電流検出電圧の設定が可能となり、微少なイオン電流であっても精度のよいイオン電流検出が実現する。
【実施例】
【００１０】
図１には本発明の一実施例を示す回路図を示す。図１において、昇圧トランスから構成される点火コイル１の１次側には、１次電流を断続するイグナイタ２が接続され、前記点火コイル１の２次側にイオン電流検出部４が接続され、前記点火コイル１の２次側には点火プラグ３が接続される。
【００１１】
前記イオン電流検出部４はイオン電流検出用電圧を形成する、ツェナダイード４２とコンデンサ４３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４４と、イオン電流を流す第２のダイード４５と抵抗４６と、イオン電流を増幅するアンプ４７と、増幅ゲインを設定するゲイン抵抗４１からなる。
【００１２】
前記イオン電流検出部４の出力は比較部５に接続され、前記比較部５は燃焼判定基準レベル電圧５１と、コンパレータ５２で構成されている。また、前記比較部５の出力は、エンジン制御部６に接続されている。
【００１３】
次に上述した内燃機関用イオン電流検出装置のゲイン抵抗４１と燃焼判定基準レベル電圧５１の設定方法について説明する。先ず、燃焼判定基準レベル電圧５１は、電子回路上安定して得られる最も小さい電圧、例えば０．２乃至０．４Ｖに設定する。前記、燃焼判定基準レベル電圧５１において、イオン電流の発生が最も小さい運転領域において、燃焼判定レベルを確実に超えるように前記イオン電流検出部の増幅ゲインを設定する。
【００１４】
更に具体的に説明すると、最もイオン電流が小さい運転領域はアイドリング時が実験上確かめられており、本運転領域にて、前記内燃機関の検出装置において、検出回路上バラツキ上、最も検出が小さくなる組み合わせ、たとえば、点火プラグの中心電極が劣化し、最も小さくなった点火プラグ３、イオン電流検出部４のイオン検出用の電圧を形成する、ツェナダイード４２とコンデンサ４３のバラツキ下限等の組み合わせにおいて、増幅ゲイン抵抗４１を調整する。
【００１５】
さらに、前記比較部から出力される燃焼を表す信号発生時間が、外来ノイズによって発生するノイズ幅より大きく増幅ゲインを設定する。これを具体的に説明すると、前記内燃機関の検出装置において、検出回路上バラツキ上、最も検出が大きくなる組み合わせ、たとえば、点火プラグ３の中心電極が最も大きい新品の点火プラグ、イオン電流検出部４のイオン検出用の電圧を形成する、ツェナダイード４２とコンデンサ４３のバラツキ上限等の組み合わせにおいて、各運転条件における外来ノイズの発生幅を計測する。
【００１６】
上記を実験的に計測した結果の一例をを図２、図３にて説明する。図２は、上記内燃機関の検出装置のイオン電流検出部４の出力と比較部５の燃焼判定基準レベル電圧を図示したものである。この燃焼判定基準レベル電圧は、電子回路上安定して得られる最も小さい電圧（０．２から０．４Ｖ）に設定されており、前記燃焼判定基準レベル電圧を越えれば、比較部よりLow信号が出力される。検出回路上バラツキ上、最も検出が大きくなる組み合わせで計測したイオン電流検出部からの出力をＶhi、燃焼によって得られた部分のピーク値をVhi_cmbp、ノイズによって得られたピーク値をVhi_nizp。また、このＶhiから、比較部５によって、燃焼によって得られるLow時間の最大時間をTcmb_h、ノイズによって得られる時間の最大時間をTniz_hで示す。又、検出回路上バラツキ上、最も検出が小さくなる組み合わせで計測したイオン電流検出部からの出力をＶlow、燃焼によって得られた部分のピーク値をVlow_cmbp、ノイズによって得られたピーク値をVlow_nizp。また、このＶlowから、比較部５によって、燃焼によって得られるLow時間の最小時間をTcmb_l、ノイズによって得られる時間の最小時間をTniz_lで示す。
【００１７】
次に、このように得られたイオン電流検出部の電圧Vlow_cmbpとVhi_nizp、および、比較部５から得られたLow時間Tcmb_l、Tniz_hのゲイン抵抗４１との関係を図３に従って説明する。各燃焼によって得られる電圧Vlow_cmbp とLow時間Tcmb_lの関係に対し、ノイズによって得られる電圧ＶVhi_nizpは俊敏で、Low時間Tniz_hはなだらかな関係を示している。ノイズ成分は高周波であり、ピークは大きく、幅が短いからである。この関係より、ゲイン抵抗の適正値として、Tcmb_l＞Tniz_h  が成り立つ範囲に設定する。なお、前記最大、最小時間は統計的に処理し決定してもよい。
【００１８】
又、図１のイオン電流出力部の燃焼によって得られる電圧Ｖ_cmbは、Ｖ_cmb＝（Ｖｚ×ゲイン抵抗４１）／Ｒcmbで表される。又、ノイズによて得られる電圧Ｖ_noizは、Ｖ_noiz＝Iｎｏｉｚ×ゲイン抵抗４１で表される。なお、Ｖｚはツェナダイード４２の電圧すなわちイオン電流検出電圧、Ｒcmbとは、燃焼によって発生した抵抗成分、Iｎｏｉｚは外来ノイズによって流れる電流である。上記式に示すように、イオン電流検出部の電圧はＶＺによっても調整できる。従って、ゲイン抵抗と同様にツェナダイード４２の電圧すなわちイオン電流検出電圧の適正値として、Tcmb_l＞Tniz_h  が成り立つ範囲に設定してもよい。
【００１９】
次に、イオン電流検出部の出力電圧の面積によって、燃焼を判定する方法において、増幅ゲイン及びイオン電流検出電圧の設定方法を説明する。上記を実験的に計測した結果の一例をを図４、図５にて説明する。図４は、上記内燃機関の検出装置のイオン電流検出部４の出力電圧の面積を示したものである。検出回路上バラツキ上、最も検出が小さくなる組み合わせ、かつ、イオン電流が小さい運転領域で計測した、燃焼によって得られるイオン電流検出部からの出力の面積をINTcmb_l、検出回路上バラツキ上、最も検出が大きくなる組み合わせで計測したノイズによって得られたイオン電流検出部からの出力の面積をINTnoiz_hで示す。
【００２０】
次に、このように得られたイオン電流検出装部の出力電圧の面積INTcmb_lとノイズによって得られたイオン電流検出部からの出力の面積をINTnoiz_hのゲイン抵抗４１との関係を図５に従って説明する。ゲイン抵抗を大きくすると、燃焼によって得られたイオン電流検出装部の出力電圧の面積INTcmb_lは上昇する。同様にノイズによって得られたイオン電流検出部からの出力の面積INTnoiz_hも上昇する。燃焼判別基準レベルに対し、上記燃焼によって得られたイオン電流検出装部の出力電圧の面積INTcmb_lとノイズによって得られたイオン電流検出部からの出力の面積INTnoiz_hの関係を、ＩＮＴcmb_l＞燃焼判別基準レベル＞ＩＮＴniz_hで成り立つ範囲に設定する。
【００２１】
又、図１のイオン電流出力部の燃焼によって得られる電圧Ｖ_cmbは、Ｖ_cmb＝（Ｖｚ×ゲイン抵抗４１）／Ｒcmbで、又、ノイズによって得られる電圧Ｖ_noizは、Ｖ_noiz＝Iｎｏｉｚ×ゲイン抵抗４１で表される。なお、Ｖｚはツェナダイード４２の電圧、Ｒcmbとは、燃焼によって発生した抵抗成分、Iｎｏｉｚは外来ノイズによって流れる電流である。又、これら２つの式に時間成分を乗算したものがイオン電流検出装部の出力電圧の面積となり、それぞれＩＮＴcmb_lとＩＮＴniz_hとなっている。
【００２２】
上記式に示すように、イオン電流検出部の燃焼によって得られる面積はＶＺすなわちイオン電流検出用電圧によっても調整できる。従って、ゲイン抵抗と同様にツェナダイード４２の電圧すなわちイオン電流検出用電圧の適正値として、ＩＮＴcmb_l＞燃焼判別基準レベル＞ＩＮＴniz_hが成り立つ範囲に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のイオン電流検出装置の回路図を示す
【図２】本発明のイオン電流検出部の出力と比較部の燃焼判定基準レベル電圧波形を示す
【図３】本発明のイオン電流検出部と比較部とから出力されるゲイン抵抗と信号レベルの関係を示す
【図４】本発明のイオン電流検出部の出力電圧の面積を説明した図を示す
【図５】本発明のイオン電流検出部の出力電圧の面積とゲイン抵抗との関係を表した図を示す
【符号の説明】
【００２４】
１  点火コイル
２  イグナイタ
３  点火プラグ
４  イオン電流検出部
５  比較部
６  エンジン制御部
【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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