(57)【要約】【目的】  内燃機関用イオン電流検出装置において、機関点火に必要な電圧を確保可能な設定範囲を明らかにし、点火に必要な電圧を確保すると共にイオン電流の検出を行える装置を提供する。【解決手段】  点火コイルの2次電流からの電流により充電され当該電流を保持するコンデンサと当該コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードとを備え、当該制限された電圧でイオン電流を流すことで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、前記コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードのツェナ電圧Ｖｚと点火コイルの２次電圧Ｖ２ｐとエンジンによって要求される電圧Ｖ２ｅとがＶｚ＞Ｖ２ｐ―Ｖ２ｅの関係になるように設定する。【選択図】図１
2006077763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火コイルの2次電流からの電流により充電され当該電流を保持するコンデンサと当該コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードとを備え、当該制限された電圧でイオン電流を流すことで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、前記コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードのツェナ電圧Ｖｚと点火コイルの２次電圧Ｖ２ｐとエンジンによって要求される電圧Ｖ２ｅとがＶｚ＞Ｖ２ｐ―Ｖ２ｅの関係になるように設定することを特徴とした内燃機関用イオン電流検出装置。
【請求項２】
点火コイルの2次電流からの電流により充電され当該電流を保持するコンデンサと当該コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードとを備え、当該制限された電圧でイオン電流を流すことで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、前記コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードのツェナ電圧Ｖｚと点火コイルの２次電圧Ｖ２ｐとエンジンによって要求される電圧Ｖ２ｅと、ノイズ成分を判別可能な前記コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードのツェナ電圧Ｖｚ_noizとが、Ｖｚ_noiz＜Ｖｚ＞Ｖ２ｐ―Ｖ２ｅの関係になるように設定することを特徴とした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、点火コイル二次電流の一部を利用してイオン電流を検出する装置において、点火コイルの２次電流により充電され、電流を保持するコンデンサと、このコンデンサの電圧を制限するツェナダイオードで形成し、この電圧によってイオン電流を検出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、イオン電流の検出をすべく印加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、特開平11-037031号では、吸気行程における点火プラグでの不必要な放電を防止すべく、ツェナー電圧ＶZＶ≦１０００〔Ｖ〕 に上限を設けること記載されているが、本来の点火に必要な電圧を確保可能な設定方法が具体的に示されていない。本発明はこのような課題に鑑み、内燃機関用イオン電流検出装置において、機関点火に必要な電圧を確保可能な設定範囲を明らかにし、点火に必要な電圧を確保すると共にイオン電流の検出を行える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】特開平１１−０３７０３１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、点火コイルの2次電流からの電流により充電され当該電流を保持するコンデンサと当該コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードとを備え、当該制限された電圧でイオン電流を流すことで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、前記コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードのツェナ電圧Ｖｚと点火コイルの２次電圧Ｖ２ｐとエンジンによって要求される電圧Ｖ２ｅとがＶｚ＞Ｖ２ｐ―Ｖ２ｅの関係になるように設定することを特徴とした内燃機関用イオン電流検出装置とする。また、請求項２においては、点火コイルの2次電流からの電流により充電され当該電流を保持するコンデンサと当該コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードとを備え、当該制限された電圧でイオン電流を流すことで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、前記コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードのツェナ電圧Ｖｚと点火コイルの２次電圧Ｖ２ｐとエンジンによって要求される電圧Ｖ２ｅと、ノイズ成分を判別可能な前記コンデンサの電圧を制限するツェナダイオードのツェナ電圧Ｖｚ_noizとが、Ｖｚ_noiz＜Ｖｚ＞Ｖ２ｐ―Ｖ２ｅの関係になるように設定することを特徴とした内燃機関用イオン電流検出装置とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、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、２次の放電電圧を確保でる内燃機関用イオン電流検出装置を構成することができる。
【実施例】
【０００８】
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装置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。
【０００９】
前記イオン電流装置は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と、前記イオン電流検出用の電圧を充電する電流の流す第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、イオン電流は増幅するアンプ４７と増幅ゲインを設定するゲイン抵抗４１からなる。
【００１０】
次に上述した内燃機関用イオン電流検出装置の点火コイルからの電流により充電され、電流を保持するコンデンサ43の電圧を制限するツェナダイオード42のツェナ電圧の設定方法について説明する。
【００１１】
点火コイル１が有する２次電圧の最高値をＶ２ｐ、巻数比をＮｒ、１次電圧の最高値をＶ１ｐとすると、Ｖ２ｐ＝Ｎｒ×Ｖ１ｐなる式で求められる。前記２次電圧Ｖ２ｐはエンジンによって要求される電圧Ｖ２e以上となる様に設定する。
【００１２】
ここで、点火コイル二次電流の一部を利用してイオン電流を検出する装置においては図２に示すように、前記コンデンサ43の電圧を制限するツェナダイオード42のツェナ電圧Ｖｚとすると、Ｖ２ｐ＝（Ｎｒ×Ｖ１ｐ）−Ｖｚとなる。したがって、前記エンジンによって要求される電圧Ｖ２eを満足すべくＶｚの設定は、ツェナ電圧Ｖｚ＞点火コイルの2次電圧Ｖ２ｐ―エンジンによって要求される電圧Ｖ２ｅが成り立つように設定すればよい。
【００１３】
ここで、点火コイルの2次電圧Ｖ２ｐは、実際には搭載環境やレイアウトの問題で、点火コイルの発熱や点火コイルの外形に制約があり限界がある。したがって、搭載環境やレイアウの制約を加味した最大の電圧をもって、点火コイルの2次電圧Ｖ２ｐは設定し、エンジンによって要求される電圧Ｖ２ｅの範囲に前記ツェナ電圧を設定することになる。
【００１４】
また、前記ツェナ電圧の下限値は、燃焼によるイオン電流を検出可能なものとする必要がある。ここでは、点火プラグや燃焼室の形態によってことなるので、実験的に求める事となるのは言うまでも無い。しかし、イオン電流を適切に検出するためには、外来ノイズの影響を排除することが必要である。ここで、前記イオン電流検出装置の出力電圧Ｖ_ionは、Ｖ_ion＝（Ｖｚ×ゲイン抵抗４１）／Ｒcmbより求められる。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である。
【００１５】
また、外来ノイズ、たとえば、点火プラグに帯電した電荷によって発生するノイズ成分は、Ｖ_noiz＝Ｉ_noiz×ゲイン抵抗４１により求められる。なお、Ｉ_noizとは外来ノイズによって発生した電流成分である。したがって、この外来ノイズ影響を排除するためには、前記ツェナ電圧が大きく、ゲイン抵抗４１を小さく設定することが望ましい。したがって、前記ツェナ電圧の下限値は、イオン電流を検出する装置の出力電圧のピーク、積分値、発生期間により、燃焼状態を判定する場合、この外来ノイズの影響を排除できる電圧設定Ｖｚ_noizとすると、Ｖｚ_noiz＜Ｖｚ＞Ｖ２ｐ―Ｖ２ｅの関係となるように設定する必要がある。
【００１６】
上記を実験的に計測した結果の一例を図３、図４にて説明する。図３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。検出回路バラツキで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、検出回路バラツキで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。
【００１７】
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のツェナ電圧Ｖｚとの関係を図４に従って説明する。ツェナ電圧Ｖｚ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Ｖｚ_noizとして設定する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のイオン電流検出装置の回路図を示す
【図２】点火信号と点火コイル出力及びイオン電流の関係を示す
【図３】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４】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】
【００１９】
１  点火コイル
２  イグナイタ
３  点火プラグ
４  イオン電流検出装置
【図１】
2006077763.tif 000003
【図２】
2006077763.tif 000004
【図３】
2006077763.tif 000005
【図４】
2006077763.tif 000006