(57)【要約】【課題】燃焼状態だけでなく、点火トランスやその他の回路の異常を、素早く検出できる内燃機関の異常判定装置を提供する。【解決手段】点火トランス１と、スイッチング素子２と、第１ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧に対応するレベルまで第１コンデンサＣ１が充電されるよう構成されたバイアス回路３と、第１コンデンサＣ１の放電電流を検出する電流検出回路４と、を有して構成される。電流検出回路４の検出電圧Ｖｏｕｔを、所定レベルの閾値ＴＨと比較することで、燃焼状態の適否と、装置各部の異常を判定可能にした。【選択図】図１
2011080425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイル（Ｌ１）と二次コイル（Ｌ２）が電磁結合されてなる点火トランス（１）と、一次コイル（Ｌ１）の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子（２）と、スイッチング素子（２）のＯＦＦ動作時に二次コイル（Ｌ２）に誘起される高電圧に基づいてグランドに向けて放電する点火プラグ（ＰＧ）と、第１コンデンサ（Ｃ１）及び第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）を有し、点火プラグ（ＰＧ）の放電時に、二次コイル（Ｌ２）に誘起される高電圧に基づいて第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）の降伏電圧に対応するレベルまで第１コンデンサ（Ｃ１）が充電されるよう構成されたバイアス回路（３）と、第１コンデンサ（Ｃ１）の放電電流を検出する電流検出回路（４）と、を有して構成され、
第１コンデンサ（Ｃ１）に、第１ダイオード（Ｄ１）と第２ダイオード（Ｄ２）とを直列接続すると共に、これらの直列回路を、第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）に並列接続し、第１コンデンサ（Ｃ１）と第１ダイオード（Ｄ１）の接続点と、点火プラグ（ＰＧ）との間に第４ダイオード（Ｄ４）を配置し、
前記電流検出回路の検出電圧（Ｖｏｕｔ）を、所定レベルの閾値（ＴＨ）と比較することで、燃焼状態の適否と、装置各部の異常を判定可能に構成したことを特徴とする内燃機関の異常判定装置。
【請求項２】
第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）と二次コイル（Ｌ２）の間に、第３ダイオード（Ｄ３）を配置すると共に、第１コンデンサ（Ｃ１）と第１ダイオード（Ｄ１）の接続点と、二次コイル（Ｌ２）との間に、第５ダイオード（Ｄ５）と抵抗素子（Ｒ１）の直列回路を配置し、
点火放電を終えた点火プラグから、第５ダイオード（Ｄ５）と抵抗素子（Ｒ１）とを経由して、第１コンデンサ（Ｃ１）に電流が流れ込むよう構成された請求項１に記載の異常判定装置。
【請求項３】
第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）には、第２コンデンサ（Ｃ２）が並列接続されている請求項１又は２に記載の異常判定装置。
【請求項４】
スイッチング素子がＯＮ遷移してから所定時間経過するまでに、電流検出回路の検出電圧が所定レベルを上回らない場合には、点火トランス、又はその一次側又は二次側の回路が異常であると判定される請求項１〜３の何れかに記載の異常判定装置。
【請求項５】
スイッチング素子がＯＦＦ遷移しても、電流検出回路の検出電圧が所定レベルを上回らない場合には、点火トランス又は点火プラグが異常であると判定される請求項１〜４の何れかに記載の異常判定装置。
【請求項６】
スイッチング素子がＯＦＦ遷移してから、所定時間経過までに、電流検出回路の検出電圧が所定レベルを上下して振動した場合であって、
前記振動が収まった後に、減少する前記検出電圧が、所定レベルを下回るまでの時間に基づいて燃焼状態の適否を判定する請求項１〜５の何れかに記載の異常判定装置。
【請求項７】
前記電流検出回路は、反転入力端子と出力端子間に帰還抵抗（Ｒ３）を配置したＯＰアンプで構成され、非反転入力端子がグランドに接続されると共に、第１コンデンサ（Ｃ１）の放電電流が、前記帰還抵抗に流れるよう構成されている請求項１〜６の何れかに記載の異常判定装置。
【請求項８】
一次コイル（Ｌ１）と二次コイル（Ｌ２）は、コイル巻線が互いに逆相に巻かれている請求項１〜７の何れかに記載の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼により発生するイオン電流に基づいて燃焼状態を特定できると共に、装置各部の動作異常も特定できる内燃機関の異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンなどの内燃機関では、燃焼室に導入した空気及び燃料の混合気を、点火プラグの点火放電により燃焼させることでエネルギーを発生させている。このような内燃機関では、燃焼時、燃焼室内の分子がイオン化するので、適当なタイミングで点火プラグにバイアス電圧を加えると、イオン電流を取得することが可能となる。
【０００３】
そこで、取得したイオン電流に基づいて、燃焼状態の良否を把握する各種の発明が知られている。また、単に失火状態を検出するだけでなく、故障判定を可能にする発明（特許文献１）や、点火プラグの放電不良を合せて判定できる発明（特許文献２）も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０２４５９４号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４４２４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、特許文献１に記載の発明では、点火トランスの一次コイル電流を看視する必要があり、この意味において、簡易性に欠けるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載の発明は、ＬＣＲ共振回路の磁気ノイズの発生タイミングに基づき、点火放電の不良を判定するだけであり、一次コイルその他の回路異常までは検出できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、燃焼状態だけでなく、点火トランスやその他の回路の異常を、素早く検出できる内燃機関の異常判定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る内燃機関の異常判定装置は、一次コイル（Ｌ１）と二次コイル（Ｌ２）が電磁結合されてなる点火トランス（１）と、一次コイル（Ｌ１）の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子（２）と、スイッチング素子（２）のＯＦＦ動作時に二次コイル（Ｌ２）に誘起される高電圧に基づいてグランドに向けて放電する点火プラグ（ＰＧ）と、第１コンデンサ（Ｃ１）及び第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）を有し、点火プラグ（ＰＧ）の放電時に、二次コイル（Ｌ２）に誘起される高電圧に基づいて第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）の降伏電圧に対応するレベルまで第１コンデンサ（Ｃ１）が充電されるよう構成されたバイアス回路（３）と、第１コンデンサ（Ｃ１）の放電電流を検出する電流検出回路（４）と、を有して構成され、第１コンデンサ（Ｃ１）に、第１ダイオード（Ｄ１）と第２ダイオード（Ｄ２）とを直列接続すると共に、これらの直列回路を、第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）に並列接続し、第１コンデンサ（Ｃ１）と第１ダイオード（Ｄ１）の接続点と、点火プラグ（ＰＧ）との間に第４ダイオード（Ｄ４）を配置し、前記電流検出回路の検出電圧（Ｖｏｕｔ）を、所定レベルの閾値（ＴＨ）と比較することで、燃焼状態の適否と、装置各部の異常を判定可能に構成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明において、ツェナーダイオード、コンデンサ、ダイオードなどの名称は、同等の機能を発揮する電子素子の総称として使用しており、現実に流通している具体的な電子素子そのものを意味しない。したがって、カソード（cathode）端子は、一般的に、電流の流出端子を意味し、アノード（Anode）端子についても、一般的に電流の流入端子を意味するに過ぎない。
【００１０】
本発明は、好ましくは、第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）と二次コイル（Ｌ２）の間に、第３ダイオード（Ｄ３）を配置すると共に、第１コンデンサ（Ｃ１）と第１ダイオード（Ｄ１）の接続点と、二次コイル（Ｌ２）との間に、第５ダイオード（Ｄ５）と抵抗素子（Ｒ１）の直列回路を配置し、点火放電を終えた点火プラグから、第５ダイオード（Ｄ５）と抵抗素子（Ｒ１）とを経由して、第１コンデンサ（Ｃ１）に電流が流れ込むよう構成される。また、第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）には、第２コンデンサ（Ｃ２）が並列接続されているのが好ましい。
【００１１】
本発明では、スイッチング素子がＯＮ遷移してから所定時間経過するまでに、電流検出回路の検出電圧が所定レベルを上回らない場合には、点火トランス、又はその一次側又は二次側の回路が異常であると判定されるのが好適である。また、スイッチング素子がＯＦＦ遷移しても、電流検出回路の検出電圧が所定レベルを上回らない場合には、点火トランス又は点火プラグが異常であると判定されるのが好適である。
【００１２】
また、スイッチング素子がＯＦＦ遷移してから、所定時間経過までに、電流検出回路の検出電圧が所定レベルを上下して振動した場合であって、前記振動が収まった後に、減少する前記検出電圧が、所定レベルを下回るまでの時間に基づいて燃焼状態の適否を判定するのが典型的である。
【００１３】
前記電流検出回路は、好ましくは、反転入力端子と出力端子間に帰還抵抗（Ｒ３）を配置したＯＰアンプで構成され、非反転入力端子がグランドに接続されると共に、第１コンデンサ（Ｃ１）の放電電流が、前記帰還抵抗に流れるよう構成されている。また、好ましくは、一次コイル（Ｌ１）と二次コイル（Ｌ２）は、コイル巻線が互いに逆相に巻かれている。
【発明の効果】
【００１４】
上記した本発明の異常判定装置によれば、燃焼状態だけでなく、点火トランスやその他の回路の異常を、素早く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例を構成するイオン電流検出装置を示す回路図である。
【図２】正常時のイオン電流検出装置の各部の波形を示すタイムチャートである。
【図３】異常時のイオン電流検出装置の各部の波形を示すタイムチャートである。
【図４】図１のイオン電流検出装置の動作内容を説明する図面である。
【図５】図１のイオン電流検出装置の動作内容を説明する図面である。
【図６】第２実施例を構成するイオン電流検出装置を示す回路図である。
【図７】図６のイオン電流検出装置の動作内容を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施例に係る内燃機関の異常判定装置について説明する。図１は、イオン電流検出装置を示しており、実施例に係る異常判定装置は、図１のイオン電流検出装置と、不図示の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）とで構成される。そして、電子制御ユニットでは、イオン電流検出装置からの検出電圧Ｖｏｕｔ（イオン電流検出信号）を、適当レベルの閾値ＴＨと対比することで、異常事態の発生を判定している。
【００１７】
以下、イオン電流検出装置を中心に説明する。図１に示す通り、このイオン電流検出装置は、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２が電磁結合された点火トランス１と、一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子２と、コンデンサＣ１及びツェナーダイオードＺＤ１を中心とするバイアス回路３と、バイアス回路３及び二次コイルＬ２に直列接続された点火プラグＰＧと、ＯＰアンプＡＭＰによる電流検出回路４とを中心に構成されている。
【００１８】
スイッチング素子２は、具体的にはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタInsulated Gate Bipolar Transistor）で構成されている。そして、ＩＧＢＴのゲート端子Ｇには、点火パルスＳＧが供給され、コレクタ端子Ｃは一次コイルＬ１を経由してバッテリ電源ＶＢに接続され、エミッタ端子Ｅはグランドに接続されている。なお、ＩＧＢＴのコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅには、ツェナーダイオードＺＤのカソード端子とアノード端子が各々接続されているが、便宜上、図示を省略している。
【００１９】
図示の通り、点火トランス１と、バイアス回路３と、点火プラグＰＧとで閉回路を構成している。そして、点火トランス１を構成する一次コイルＬ１と二次コイルＬ２は、コイル巻線が互いに逆相に巻かれている。そのため、スイッチング素子２がＯＦＦ遷移して一次コイルＬ１の電流が遮断されると、その時に二次コイルＬ２に発生する高電圧に基づいて、点火プラグＰＧの中心電極から接地電極に向けて点火放電するプラス放電が実現される。
【００２０】
バイアス回路３は、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、及びダイオードＤ２による直列回路と、この直列回路に並列接続されるツェナーダイオードＺＤ１と、ダイオードＤ２及びツェナーダイオードＺＤ１に直列接続されるダイオードＤ３と、ダイオードＤ５及び電流制限抵抗Ｒ１の直列回路とを中心に構成されている。
【００２１】
そして、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１の接続点は、ダイオードＤ４を経由して点火プラグＰＧに接続されている。ここで、ダイオードＤ４のアノード端子は、ダイオードＤ１のカソード端子に接続され、ダイオードＤ４のカソード端子は、点火プラグＰＧの中心電極に接続されている。
【００２２】
一方、ダイオードＤ１は、そのアノード端子はグランドに接続され、カソード端子は、コンデンサＣ１を経由して、ダイオードＤ２のアノード端子に接続されている。そして、ダイオードＤ２のカソード端子に、ツェナーダイオードＺＤ１のアノード端子が接続され、ダイオードＤ１のアノード端子に、ツェナーダイオードＺＤ１のカソード端子が接続されている。
【００２３】
また、ダイオードＤ２とツェナーダイオードＺＤ１の接続点に、ダイオードＤ３のアノード端子が接続されている。ダイオードＤ３のカソード端子は、二次コイルＬ２に接続されると共に、ダイオードＤ５のアノード端子が接続されている。そして、ダイオードＤ５のカソード端子は、電流制限抵抗Ｒ１を経由して、コンデンサＣ１とダイオードＤ１の接続点に接続されている。
【００２４】
このバイアス回路３において、ツェナーダイオードＺＤ１は、コンデンサＣ１に充電されるバイアス電圧値を決定する素子であり、その降伏電圧Ｖｚ１としては、例えば、２５０〜３５０Ｖ程度が選択される。一方、ダイオードＤ５は、電流制限抵抗Ｒ１と共に、点火放電時に点火プラグＰＧに帯電した電荷を素早く放電させるための放電回路を構成している。
【００２５】
電流制限抵抗Ｒ１は、その抵抗値が大きいほど電力損を抑制する上で有利であるが、余り大きいと点火プラグＰＧの帯電電荷を放電させる時間が長くなるので、両者のバランスを考慮して、２００ＫΩ〜１ＭΩ程度の値が選択される。
【００２６】
電流検出回路４は、ＯＰアンプＡＭＰと、入力抵抗Ｒ２と、検出抵抗Ｒ３とを有して構成されている。ＯＰアンプＡＭＰは、単一電源で動作しており、非反転入力端子がグランドに接続されている。入力抵抗Ｒ２は、コンデンサＣ１とダイオードＤ２の接続点と、ＯＰアンプＡＭＰの反転入力端子との間に接続されている。この入力抵抗Ｒ２は、検出抵抗Ｒ３→入力抵抗Ｒ２の経路で流れる電流値ｉを適宜なレベルに制限している。また、ＯＰアンプＡＭＰの反転入力端子と出力端子の間に検出抵抗Ｒ３が接続されているので、ＯＰアンプＡＭＰからは、Ｒ３＊ｉのイオン検出電圧（イオン検出信号）Ｖｏｕｔが出力される。
【００２７】
図２及び図３は、スイッチング素子２に供給される点火パルスＳＧ（図２（ａ）、図３（ａ））と、電流検出回路４から得られるイオン検出電圧Ｖｏｕｔ（図２（ｃ）、図３（ｃ））と、を示すタイムチャートである。また、イオン検出電圧Ｖｏｕｔと閾値ＴＨとを対比した二値検出信号ＤＥＴ（図２（ｂ）、図３（ｂ））も示されている。なお、この実施例では、閾値ＴＨが０．３Ｖ程度であり、二値検出信号ＤＥＴは、ＥＣＵにおけるソフトウェア処理によって生成されている。
【００２８】
図示の通り、点火パルスＳＧがＨレベルを示すタイミングＴ１〜Ｔ３が、点火トランス１の通電区間であり、図２は、正常な燃焼時の波形を示し、図３は、失火時の波形を示している。
【００２９】
［正常燃焼時］
以下、正常な燃焼時の電流検出装置の動作について、図２と、図４〜図５とを参照しつつ説明する。
【００３０】
＜スイッチング素子のＯＮ遷移時（Ｔ１）以降＞
スイッチング素子２がＯＮ遷移するタイミングＴ１では、一次コイルＬ１に電流が流れ始めるのに対応して、二次コイルＬ２には、図４（ａ）に示す向きに誘起電圧が発生し、二次コイルＬ２→ダイオードＤ５→電流制限抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→ダイオードＤ２→ツェナーダイオードＺＤ１→点火プラグＰＧの経路で、コンデンサＣ１と点火プラグＰＧの漂遊容量が充電される（図４（ａ））。なお、点火プラグＰＧの漂遊容量は、１５ｐＦ程度であってコンデンサＣ１の静電容量に比べて格段に小さいので、コンデンサＣ１は、素早く、ほぼ二次コイルＬ２の誘起電圧（１ｋＶ〜２ｋＶ）のレベルまで充電される。
【００３１】
また、スイッチング素子２のＯＮ遷移時には、入力抵抗Ｒ２→検出抵抗Ｒ３の経路でも電流が流れるが、ＯＰアンプＡＭＰは、その非反転入力端子がグランドレベルであり、また、正の単一電源で動作しているので、電流検出回路４の検出電圧Ｖｏｕｔは、ゼロボルトである（図２（ｃ）のＴ１〜Ｔ２参照）。
【００３２】
＜点火トランスの通電時Ｔ２〜Ｔ３＞
その後、コンデンサＣ１の充電が完了したタイミングＴ２（図２（ｂ）参照）以降は、図４（ｂ）に示す通り、二次コイルＬ２→ダイオードＤ５→電流制限抵抗Ｒ１→ダイオードＤ４→二次コイルＬ２の電流閉回路が形成される。但し、この閉回路に流れる電流は、適度な高抵抗値に設定された電流制限抵抗Ｒ１によって適宜レベルに制限される。
【００３３】
また、タイミングＴ２以降は、検出抵抗Ｒ３→入力抵抗Ｒ２→コンデンサＣ１→ダイオードＤ４→点火プラグＰＧ（その他グランド間の漂遊容量など）の経路で、コンデンサＣ１の電荷が放電して、点火プラグＰＧなどが充電される。なお、この充電電流は微弱であり、電流検出回路４から出力される検出電圧Ｖｏｕｔは、例えば１Ｖ程度である。また、コンデンサＣ１が大容量であるため、検出電圧Ｖｏｕｔは、ほぼ一定値を維持する（図２（ｃ）のＴ２〜Ｔ３参照）。
【００３４】
＜スイッチング素子のＯＦＦ遷移時（Ｔ３）以降＞
点火トランス１の通電動作後、タイミングＴ３で、スイッチング素子２がＯＦＦ遷移すると、二次コイルＬ２には、図５（ａ）に示す向きの高電圧が誘起する。すると、ダイオードＤ１，Ｄ２及びコンデンサＣ１で構成された直列回路からダイオードＤ３を経由する第１経路と、降伏状態のツェナーダイオードＺＤ１からダイオードＤ３を経由する第２経路とを通過した後、二次コイルＬ２→点火プラグＰＧの経路で点火放電電流が流れる。そのため、コンデンサＣ１は、素早くツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧のレベルまで充電される。
【００３５】
また、この点火放電の動作に対応して、検出抵抗Ｒ３→入力抵抗Ｒ２の経路でも電流が流れるので、電流検出回路４の検出電圧Ｖｏｕｔは、正の飽和電圧となる（図２（ｃ）のＴ３〜Ｔ４参照）。
【００３６】
＜タイミングＴ４＞
その後、タイミングＴ４の付近で点火放電動作が終了すると、点火プラグＰＧと、二次コイルＬ２と、ダイオードＤ５と、電流制限抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１などで形成されるＬＣ回路に振動電流が流れ、点火プラグＰＧの両端電圧が急激に低下する。
【００３７】
なお、コンデンサＣ１に流れ込んだ電流は、ダイオードＤ２→ツェナーダイオードＺＤ１の経路だけでなく、入力抵抗Ｒ２→検出抵抗Ｒ３→ＯＰアンプ出力端子の経路でも流れるので、電流検出回路４の検出電圧Ｖｏｕｔも降下し、その後、ＬＣ回路の振動電流に対応して、検出電圧Ｖｏｕｔも振動する（図２（ｃ）や図３（ｃ）のタイミングＴ４参照）。そのため、二値検出信号ＤＥＴもＨレベルとＬレベルとを繰り返す（振動区間）。
【００３８】
＜タイミングＴ４〜Ｔ５＞
そして、その後は、図５（ｂ）に示すように、検出抵抗Ｒ３→入力抵抗Ｒ２→コンデンサＣ１→ダイオードＤ４→点火プラグＰＧの経路でイオン電流ｉが流れ、ＯＰアンプＡＭＰからは、イオン電流ｉに対応して検出電圧Ｖｏｕｔ≒ｉ＊Ｒ３が得られる。
【００３９】
［失火時の動作］
以上、正常燃焼時の動作を説明したので、次に、図３を参照しつつ失火時の動作を説明する。タイミングＴ１〜Ｔ３の動作は、図２の場合と同様であり、タイミングＴ２〜Ｔ３では電流検出回路４の検出電圧Ｖｏｕｔは、１Ｖ程度を維持する（図３のＴ２〜Ｔ３参照）。
【００４０】
また、タイミングＴ３の点火放電時には、図５（ａ）の経路でコンデンサＣ１が充電されると共に、検出抵抗Ｒ３→入力抵抗Ｒ２の経路でも電流が流れ、ＯＰアンプＡＭＰからは正の飽和電圧が得られる（図３のＴ３〜Ｔ４参照）。次に、タイミングＴ４において点火放電動作が終了すると、イオン検出電圧Ｖｏｕｔが振動することも、正常燃焼時の動作とほぼ同じである。
【００４１】
しかし、点火プラグＰＧの点火放電によっても燃焼が開始しない場合には、図３に示すように、ＯＰアンプＡＭＰからは、振動区間の後にイオン電流信号は検出されない。
【００４２】
以上説明した、図２と図３の波形を対比すれば明らか通り、イオン検出電圧Ｖｏｕｔと閾値ＴＨとを対比した二値検出信号ＤＥＴを監視するだけで、燃焼状態の有無だけでなく、装置各部の異常を推定することができる。二値検出信号ＤＥＴの判定区間は、特に限定されるものではないが、好ましくは、点火パルスのＨレベル区間（判定区間（１））と、点火パルスの立下りからの所定時間（判定区間（２））と、振動区間終了後の所定時間（判定区間（３））とされる（図２（ａ）参照）。なお、判定区間（２）の終期と、判定区間（３）の始期及び終期は、各々、予め実験的に最適値が選択される。
【００４３】
以下、具体的に確認すると、先ず、判定区間（１）において二値検出信号ＤＥＴが立ち下がるタイミングＴ２が検出されない場合には、図４（ａ）の矢印で示す、何れかの経路が正常に動作していない通電不良を意味する。したがって、タイミングＴ２が検出できない場合には、点火トランス１の異常か、或いは、点火トランス１の一次側回路や二次側回路に異常があると推定することができる。なお、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの経過時間が長過ぎる場合も、同様である。
【００４４】
次に、判定区間（２）において、二値検出信号ＤＥＴがＬレベルを維持するか否かが判定される。そして、万一、二値検出信号ＤＥＴがＨレベルであれば、点火プラグＰＧか、点火トランス１に致命的な異常があると推定することができる。
【００４５】
また、判定区間（３）において、二値検出信号ＤＥＴがＨレベルを維持する場合（図３（ｂ）参照）や、二値検出信号ＤＥＴが繰り返し振動するなど、Ｌレベル区間が異常に短い場合には、燃焼反応がないと考えられ、燃料噴射異常や、その他ＥＣＵ側のアクチュエータの異常が推定される。
【００４６】
以上の通り、図１に示すイオン電流検出装置によれば、イオン検出信号Ｖｏｕｔのレベルを閾値ＴＨと比較するだけで燃焼異常と共に、装置各部の異常を特定することができる。
【００４７】
以上、本発明の第１実施例について詳細に説明したが、イオン電流検出装置の具体的な回路構成は、何ら本発明を限定するものではない。例えば、図１の回路構成において、ツェナーダイオードＺＤ１に並列に、コンデンサＣ２を配置するのも好適である（図６参照）。ここで、コンデンサＣ２は、点火プラグＰＧのキャパシタンス値より適宜に大きい５０ｐＦ〜１０００ｐＦ程度のキャパシタンス値のものが使用されるが、このような構成を採ることで、イオン電流検出の検出性能を改善することができる。
【００４８】
すなわち、第１実施例において、点火プラグＰＧの中心電極の電位Ｖｂが低下して、ダイオードＤ１のカソード端子の電位Ｖａに一致した後は（Ｖａ＝Ｖｂ）、点火プラグＰＧの帯電電荷が放電することがなく、点火プラグＰＧの帯電電荷の自然放電によって、Ｖａ＝Ｖｂ−ＶＦの条件が成立するまではイオン電流を検出できないが、図６の回路構成では、この点が改善される。なお、ＶＦは、ダイオードＤ４の順方向電圧降下であり、ダイオードＤ４として、逆方向の耐圧が数１０ＫＶ程度の高圧ダイオードを使用するため、ＶＦ≒３０Ｖであり、Ｖａ＝ＶｂからＶａ＝Ｖｂ−ＶＦとなるまでの遅れ時間は必ずしも無視できない。
【００４９】
以下、図６に示す第２実施例について、その動作内容を説明する。なお、以下の説明では、点火プラグＰＧの中心電極の電位をＶｂ’とし、ダイオードＤ１のカソード端子の電位をＶａ’とする。また、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２実施例において、ツェナーダイオードＺＤ１のアノード端子の電位をＶｃとする。
【００５０】
図６に示す通り、点火パルスＳＧがＬレベルに変化してスイッチング素子２がＯＦＦ遷移すると、図５（ａ）の場合と同様に、二次コイルＬ２→点火プラグＰＧの経路で点火放電電流が流れる。そして、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２は、素早くツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚ１に対応するレベルまで充電される。
【００５１】
ダイオードＤ１，Ｄ２の順方向電圧降下をＶｆとすると、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖ２は、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚ１に一致するのに対して（Ｖ２＝Ｖｚ１）、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ１は、点火放電時には、Ｖ１＝Ｖｚ１−２＊Ｖｆとなる。つまり、図６に示す点火放電動作時には、Ｖ２＝Ｖ１＋２＊Ｖｆの関係が成立し、Ｖ２＞Ｖ１となる。
【００５２】
その後、点火放電動作が終了すると、図７（ａ）に示すように、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→ダイオードＤ５→電流制限抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１の経路で電流が流れるので、点火プラグＰＧの中心電極の電位Ｖｂ’が急激に低下する一方で、ダイオードＤ１のカソード端子の電位Ｖａ’は増加する。
【００５３】
ここで、点火プラグＰＧの帯電電荷の放電動作について、その開始タイミングを検討する。ダイオードＤ１のカソード端子の電位Ｖａ’は、点火プラグＰＧの帯電電荷の放電開始タイミングでは、Ｖａ’＝−Ｖ２＋Ｖｆ＋Ｖ１であり、前記したＶ２＝Ｖ１＋２＊Ｖｆの関係を代入すると、Ｖａ’は、マイナス電位の−Ｖｆとなる。これに対して、図７（ｄ）に示す第１実施例の場合には、点火プラグＰＧの帯電電荷の放電開始タイミングにおける、同一点の電位Ｖａは、Ｖ１＋２Ｖｆ＝Ｖｚ１であり、２５０〜３５０Ｖ程度のプラス電位である。なお、ここでは、便宜上、ツェナーダイオードＺＤ１の順方向電圧降下を、ダイオードＤ２の順方向電圧降下と同一値のＶｆとした。
【００５４】
以上の関係から明らかなように、第１実施例と第２実施例では、点火プラグＰＧの帯電電荷の放電開始時におけるダイオードＤ１のカソード端子の電位Ｖａ，Ｖａ’が、Ｖａ＞＞Ｖａ’である点で大きく相違する。そのため、第２実施例では、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→ダイオードＤ５→電流制限抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１の経路で急激に電位Ｖｂ’が低下して、Ｖａ’＝Ｖｂ’の条件が成立する。そして、第２実施例においてＶａ’＝Ｖｂ’が成立したタイミングと、第１実施例においてＶａ＝Ｖｂが成立したタイミングとで、点火プラグＰＧの中心電極の電位Ｖｂ’Ｖｂを比較すると、Ｖｂ’＜Ｖｂとなり、第２実施例の方が、より低いレベルまで点火プラグＰＧの両端電圧を降下させることができる。なお、Ｖｂ’＝Ｖａ’となった後は、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→ダイオードＤ５→電流制限抵抗Ｒ１の放電経路が機能しない点は、第２実施例も第１実施例と同じである。
【００５５】
ところで、コンデンサＣ２のキャパシタンス値は、点火プラグＰＧのキャパシタンス値（例えば１５ｐＦ程度）より適宜に大きい値に設定されているので、第２実施例において、Ｖａ’＝Ｖｂ’の条件が成立したタイミングでは、未だ、コンデンサＣ２の電荷は、図７（ｂ）に示す極性を維持している。そのため、その後は、図７（ｂ）に示すように、入力抵抗Ｒ２→ダイオードＤ２→コンデンサＣ２の経路で、コンデンサＣ２が引き続き正方向に充電される。つまり、ダイオードＤ１のカソード端子の電位Ｖａ’は、コンデンサＣ２の正方向の充電によって引き続き増加する。このように、第２実施例では、点火プラグＰＧの帯電電荷の自然放電を待つことなく、速やかに、Ｖａ’＝Ｖｂ’＋ＶＦの条件が成立することになり、第１実施例の場合より早期にイオン電流を検出することができる。
【符号の説明】
【００５６】
Ｌ１  一次コイル
Ｌ２  二次コイル
１    点火トランス
２    スイッチング素子
３    バイアス回路
４    電流検出回路
ＰＧ  点火プラグ
Ｃ１  第１コンデンサ
ＺＤ１  第１ツェナーダイオード
Ｒ１  抵抗素子
【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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【図７】
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