(57)【要約】遮蔽されたコイルオンプラグ点火によって出力される弱い電磁界を検出し、かつ点火信号を表わす出力信号を生成するためのコイルオンプラグ試験装置は、点火事象中に遮蔽されたコイルオンプラグ装置によって生成される電界を検出し、かつそれに応答して電圧を出力するために、コイルオンプラグ装置に取付可能な容量性センサを含む。容量性センサに電気的に結合された信号処理回路は、検出された電界に応答して容量性センサによって出力される電圧の変動に応答する出力信号を生成するように構成される。信号処理回路は、容量性センサの出力電圧を増幅するように構成された増幅器を備える。
2004537674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮蔽コイルオンプラグ点火によって出力される弱い電磁界を検出し、かつ点火信号を表わす出力信号を生成するためのコイルオンプラグ試験装置であって、
点火事象中に前記遮蔽コイルオンプラグ装置によって生成される電界を検出し、かつそれに応答して電圧を生成および出力するための容量性センサと、
検出された電界に応答して前記容量性センサによって出力される電圧の変動に応答する出力信号を生成するために、前記容量性センサに電気的に結合された信号処理回路と
を備え、
前記信号処理回路が、前記容量性センサの出力電圧を増幅するように構成された増幅器を備えている、
コイルオンプラグ試験装置。
【請求項２】
前記増幅器が双対演算増幅器である、請求項１に記載のコイルオンプラグ試験装置。
【請求項３】
前記双対演算増幅器が低出力インピーダンス増幅器である、請求項２に記載のコイルオンプラグ試験装置。
【請求項４】
前記信号処理回路が電圧変換装置をさらに備えている、請求項３に記載のコイルオンプラグ試験装置。
【請求項５】
前記電圧変換装置が電荷ポンプ変換器として働く、請求項４に記載のコイルオンプラグ試験装置。
【請求項６】
スイッチおよびマルチプレクサの少なくとも１つと、
前記スイッチまたはマルチプレクサを介して前記容量性センサに選択的に電気的に結合されるように構成された複数の信号処理回路と
をさらに備えた前記コイルオンプラグ試験装置であって、
前記信号処理回路が各々、検出された電界に応答して前記容量性センサによって出力される電圧の変動に応答して出力信号を生成し、
前記処理回路の各々が、前記容量性センサの出力電圧を増幅するように構成された増幅器を備えている、
請求項１に記載のコイルオンプラグ試験装置。
【請求項７】
スイッチおよびマルチプレクサの少なくとも１つと、
前記スイッチまたはマルチプレクサを介して前記容量性センサに選択的に電気的に結合されるように構成された複数の信号処理回路と
をさらに備えた前記コイルオンプラグ試験装置であって、
前記信号処理回路が各々、検出された電界に応答して前記容量性センサによって出力される電圧の変動に応答して出力信号を生成し、
前記処理回路の各々が、前記容量性センサの出力電圧を増幅するように構成された増幅器を備えている、
請求項４に記載のコイルオンプラグ試験装置。
【請求項８】
前記容量性センサが前記コイルオンプラグ装置に隣接して取り付けられるように構成された、請求項１に記載のコイルオンプラグ試験装置。
【請求項９】
前記容量性センサがコイルオンプラグ装置ハウジングに取り付けられるように構成された、請求項１に記載のコイルオンプラグ試験装置。
【請求項１０】
前記容量性センサが、点火事象中に前記遮蔽コイルオンプラグ装置によって生成される電界を検出し、かつそれに応答して電圧を生成および出力するために、対応する複数のコイルオンプラグ装置に同時に取付可能に構成された複数のセンサを備えている、請求項１に記載のコイルオンプラグ試験装置。
【請求項１１】
遮蔽されたコイルオンプラグ点火からの出力を測定するための方法であって、
遮蔽コイルオンプラグ点火ハウジングに隣接して容量性センサを配置するステップと、
前記容量性センサを使用して、少なくとも１つの点火区間を含む期間中に前記遮蔽コイルオンプラグ点火によって出力される電界を検出するステップと、
前記検出された電界を増幅するステップと、
前記増幅された信号を出力装置に出力するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記容量性センサを配置するステップが、前記容量性センサを前記遮蔽コイルオンプラグ点火ハウジングの頂部に隣接して配置するステップを含む、請求項１１に記載の遮蔽コイルオンプラグ点火からの出力を測定するための方法。
【請求項１３】
前記配置ステップが、前記容量性センサを前記遮蔽コイルオンプラグ点火ハウジングの外側に着脱自在に取り付けるステップを含む、請求項１２に記載の遮蔽コイルオンプラグ点火からの出力を測定するための方法。
【請求項１４】
点火線等価物を識別し、スパーク線の終点を識別し、かつ前記点火線と前記スパーク線の終点との間の時間を決定することによって、燃焼時間を決定するステップをさらに含む、請求項１２に記載の遮蔽コイルオンプラグ点火からの出力を測定するための方法。
【請求項１５】
前記出力ステップが、ディスプレイ装置、印刷装置、および指示装置の少なくとも１つに前記増幅信号を出力するステップを含む、請求項１２に記載の遮蔽コイルオンプラグ点火からの出力を測定するための方法。
【請求項１６】
コイルオンプラグ点火に関連する問題を検出するための方法であって、
ａ）第１遮蔽コイルオンプラグハウジングに隣接して容量性センサ配置するステップと、
ｂ）前記容量性センサを使用して、少なくとも１つの点火区間を含む期間中に前記遮蔽コイルオンプラグ点火によって出力される電界を検出するステップと、
ｃ）点火線等価物および燃焼時間の少なくとも１つを識別するステップと、
ｄ）ステップａ）〜ｃ）を第２遮蔽コイルオンプラグに対して繰り返すステップと、
ｅ）前記第１および第２遮蔽コイルオンプラグに関して識別された対応する点火線等価物および燃焼時間の少なくとも１つを比較して、それらの間の相対的差を決定するステップと
を含む方法。
【請求項１７】
ステップｅ）が、前記第１および第２遮蔽コイルオンプラグに関して識別された燃焼時間を比較して、それらの間の相対的差を決定するステップを含む、請求項１６に記載の遮蔽コイルオンプラグ点火に関連する問題を検出するための方法。
【請求項１８】
遮蔽コイルオンプラグ点火に関連する問題を検出するための方法であって、
ａ）第１遮蔽コイルオンプラグハウジングに隣接してセンサ配置するステップと、
ｂ）前記センサを使用して、少なくとも１つの点火区間を含む期間中に前記遮蔽コイルオンプラグ点火によって放出される電磁放射を検出するステップと、
ｃ）点火線等価物および燃焼時間の少なくとも１つを識別するステップと、
ｄ）ステップａ）〜ｃ）を第２遮蔽コイルオンプラグに対して繰り返すステップと、
ｅ）前記第１および第２遮蔽コイルオンプラグに関して識別された対応する点火線等価物および燃焼時間の少なくとも１つを比較して、それらの間の相対的差を決定するステップと
を含む方法。
【請求項１９】
ステップｅ）が、前記第１および第２遮蔽コイルオンプラグに関して識別された燃焼時間を比較して、それらの間の相対的差を決定するステップを含む、請求項１８に記載の遮蔽コイルオンプラグ点火に関連する問題を検出するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コイルオンプラグまたはコイルオーバプラグ点火を含む内燃機関直接点火システム用のエンジンアナライザに関し、さらに詳しくは、点火信号ピックアップを使用して直接点火システムにおける点火波形を検出するエンジンアナライザに関する。本開示は、技術者の評価のために二次点火波形およびそのような波形のセグメントの数値を表示する自動車エンジン解析に特定の用途を有する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンアナライザは、エンジン全体の性能の指標として点火システムの性能を正確に点検するためのツールを機械工に提供する。信号検出器（「テストプローブ」）は、内燃機関の欠陥および異常を診断するのに幅広く使用される。テストプローブは例えば点火コイルまたは点火線などの試験点に隣接して配置され、テストプローブは信号を自動車の診断装置に伝達する。スパークプラグ点火電圧および持続時間など、テストプローブから得られた情報は、点火コイルに関連するスパークプラグが適切に機能しているかどうかを機械工が判断するのを助けることができる。
【０００３】
図１ａは、容量性信号検出システムを示す。点火コイル１１０は本質的に、一次と二次の間で一般的に１：５０から１：１００の間の非常に大きい巻数比を有する変圧器であり、それは、一次電流の突然の開放によって提供される一次巻線の低電圧を二次巻線の高電圧に変換する。点火コイル１１０は、絶縁ワイヤ１１２によって配電器キャップ１１４の中心またはコイル端子（無番号）に接続される。点火コイル１１０からの高電圧は、当業者に公知であり標準技術マニュアルに記載された方法で、予め定められたタイミングでスパークを各スパークプラグに分配する回転子によって、配電器キャップ１１４のコイル端子から配電器キャップ１１４の側部またはスパークプラグ端子に分配される。スパークプラグ端子に提供されたスパーク電圧が今度は、絶縁ワイヤ１１８を介して対応するスパークプラグ１２２に提供される。
【０００４】
各シリンダで、スパークプラグ電極間に結果的に生じる放電はスパークを発生させ、それは、シリンダ内に引き込まれるか押し込まれ爆発状態まで圧縮された燃料−空気混合気を点火させ、それによってシリンダ内でピストンを駆動して、取り付けられたクランク軸に動力を供給する。エンジン性能を評価する点火波形の解析は、容量性信号ピックアップ１２４をスパークプラグワイヤ１１８に容量結合することによって実行することができる。容量性信号ピックアップ１２４は従来、一端がワイヤ１１８に巻き付けるかクリップ留めされ、別の端がワイヤまたは同軸ケーブル１２６を介して測定装置１２８に接続される。ピックアップ１２４によって測定された全容量は、従来の容量分割器回路と組み合わせて、当業者に公知の方法でワイヤ１１８の電圧を決定するために使用される。
【０００５】
もっと最近になって、点火システムは１シリンダ当たり1コイルまたは１シリンダ対当たり１コイル（直接点火システム（ＤＩＳ）またはハイブリッド）へと発展し、スパークプラグワイヤを全く持たないことがある。そのようなスパーク点火システムは、例えば図１ｂに示すように、各プラグの上に点火コイルを組み込むか、あるいは各プラグの近くに点火コイルを組み込む。一次コイル１６２および磁石鉄心１６０によって二次コイル１６４に発生する高電圧は、二次コイルの出力を介し、様々な導電性要素を介して、ばね１６９などの導電性出力、およびスパークプラグキャップ１６０内に収容されたスパークプラグ（図示せず）に送られる。点火装置１６８は、電流がコイルに流れた後に開路するスイッチである。この過渡電流は一次側に大電圧を生じ、それは二次コイルを介しての変圧によって増大する。
【０００６】
図１ｃは、点火コイル１４０、スパークプラグ１５０、およびスパークプラグギャップ１５１を有するコイルオーバプラグ（ＣＯＰ）組立体を示す。二次高電圧導体には図１ａのワイヤ１１８ほど容易に接近できないので、この構成は、図１ａにおいて実現された従来の技術の適用を阻む。この構成のＣＯＰの場合、２００２年５月２８日に発行され、本願譲受人に譲渡され、参照によってここに組み込む米国特許第６，３９６，２７７号によって教示されるようなコイルオンプラグ信号検出器組立体またはセンサ１４１を使用することができる。ＣＯＰセンサ１４１は、基板１４４に固定されかつそれによって分離される上部および下部導電層（図示せず）を含む。上部および下部導電層は一面において信号検出器として、かつ接地面として作用する。上部層はワイヤ１５２を介して外部信号解析装置に導電結合され、接地面はコイルによって発生した電磁エネルギの一部分を反射し、こうして信号検出器層で観察される信号の強度を、従来のアナライザによって容易に処理されるレベルまで増幅するのに役立つ。センサ１４１は、センサハウジング１４８に取り付けられたクリップ１４７によって点火コイル１４０のハウジングにクリップ留めされる。
【０００７】
この構成において、センサ１４１は、コイルが一次電圧をスパークプラグ用の高電圧に変換しているときに、コイル１４０によって放出される電磁放射フィールド内に位置する。動作中、点火コイル１４０の一次巻線には予め定められた時間、低電圧および高電流が印加され、一次巻線は主として磁界（Ｈ）から構成される電磁界を発生する。二次巻線は高電圧および低電流を持つので、主として電界（Ｅ）である電磁界を発生する。コイル１４０のハウジングに隣接して配置される下部導電層は、そのような接触によって実質的に接地電位になる。正または負（一般的にＣＯＰシステムの場合は負）とすることのできる電位が上部および下部層１４８間に誘導されるか他の方法で生成され、上部層または信号検出器層の表面から測定または受け取ることができる。信号検出器層で観察される電圧は、コイル１４０の二次コイルの終端における電圧に比例する。したがって信号検出器層から受け取った信号は、スパーク電圧もしくは燃焼時間などの点火スパーク電圧特性、あるいは裸線もしくは剥出プラグまたは汚損するか短絡したプラグなど他の問題を、当業者に公知の方法で診断するのに使用することができる。
【０００８】
現在のコイルオンプラグ信号検出装置によって実現される利点にもかかわらず、実に様々な点火コイルの構成は、いずれか１つのセンサが普遍的な利用可能性を見出すことを困難にしている。例えば、上述したセンサ１４１は、コイルハウジングが遮蔽されるかまたは他の方法で歪められるか著しく減衰された信号を出力するように構成された場合、決して最適とは言えない。この一例は、鉄心から発生する電界および磁界の両方に対するシールドとして働く鉄の遮蔽箱内に点火装置を担持する、コイルオンプラグ／コイルオーバプラグ組立体に起きる。そのようなコイルオンプラグ／コイルオーバプラグ組立体は積極的に遮蔽することができるので、他の装置との干渉が最小化されるが、遮蔽は概して、コイルオンプラグ組立体から出力される電磁界を著しく減衰するように働く媒体または媒体の組合せを含むと考えられ、たとえそのような遮蔽がそれ自体設計上の考慮事項ではない場合でもそうである。したがって、遮蔽されたまたは低出力の点火コイル構成に使用するのに適したコイルオンプラグ／コイルオーバプラグ信号検出装置が必要である。
【０００９】
一態様では、点火信号を表わす出力信号を生成するためのコイルオンプラグ試験装置を提供する。該試験装置は、点火事象中にコイルオンプラグ装置によって発生する電界を検出し、それに応答して電圧を発生して出力するための容量性センサを含む。該容量性センサは、コイルオンプラグ装置に隣接するかそれに付着して配置される。容量性センサに電気的に接続された信号処理回路は、容量性センサによって出力される電圧の変動に応答して出力信号を発生する。容量性センサの出力は次いで増幅される。
【００１０】
別の態様では、コイルオンプラグ点火用の燃焼時間を決定するための方法は、容量性センサをコイルオンプラグ点火ハウジングに隣接して配置するステップと、容量性センサを使用して、少なくとも１つの点火区間を含む期間中コイルオンプラグ点火によって出力される電界を検出するステップと、燃焼時間を決定するステップとを含む。燃焼時間は、点火線の発生を示す点火線等価物を識別し、スパーク線の終点を識別し、かつ点火線とスパーク線の終点との間の時間を決定することによって決定される。
【００１１】
さらに別の態様では、コイルオンプラグ点火に関連する問題を検出するための方法は、容量性センサを第１コイルオンプラグハウジングに隣接して配置するステップと、容量性センサを使用して、少なくとも１つの点火区間を含む期間中コイルオンプラグ点火によって出力される電界を検出するステップと、点火線、スパーク線、および燃焼時間の少なくとも１つを決定するステップとを含む。これらのステップを第２コイルオンプラグに対して繰り返し、第１および第２コイルオンプラグに関して識別された対応する点火線、スパーク線、および燃焼時間のうちの少なくとも１つの間で比較を行なって、それらの間の相対的差を決定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図２ａおよび２ｂはそれぞれ、典型的な一次点火波形および二次点火波形を時間の関数として示す。波形は、点火区間、中間区間、および滞留区間と表示された３つの基本的区間を有する。
【００１３】
図２ａおよび２ｂでは、一次および二次波形の両方で発生する共通の事象を表わすために、共通の参照番号を使用している。波形の開始Ｓ時には、一次点火回路に電流は流れていない。この時点で利用可能なバッテリまたは充電システムの電圧は通常約１２〜１５ボルトの範囲であるが、一般的に約１２〜１４ボルトである。２１０で一次開閉装置が一次電流を作動させて、「滞留」または「充電」区間が開始される。２２０で電流が一次回路を流れて、点火コイル巻線に磁界を確立する。２３０に沿って電圧の上昇が発生し、コイル飽和が起きていることを示し、コイル飽和を使用してコイル電流を制御する点火システムでは、この時点で電流ハンプまたは電圧リプルが発生する。オンタイムの一次回路を表わす波形の部分は点２１０と２４０の間である。したがって、点２１０と２４０の間の信号の部分は、点火コイル一次電流の滞留期間または「オンタイム」を表わす。
【００１４】
一次開閉装置は２４０で一次電流の流れを終了させ、形成された磁界を突然衰弱させ、自己誘導によって一次巻線に高電圧を誘導する。一般的に１：５０ないし１：１００の一次対二次巻数比のため、相互誘導によってもっと高い電圧が二次巻線に誘導される。二次電圧はスパークプラグギャップに送られ、スパークプラグギャップはイオン化され、電流が電極間に電弧を生じてスパーク２５０（すなわち「点火線」）を発生させ、燃焼を開始させ、スパークは「点火区間」または「燃焼時間」２６０と呼ばれる期間続く。
【００１５】
キロボルト単位で測定される点火線２５０は、スパークプラグギャップ間でスパークを開始させるために必要な電圧の量を表わし、通常約３〜８ｋＶである。燃焼時間２６０はスパーク事象の持続時間を表わし、通常約１〜３ミリ秒であり、点火ｋＶに反比例する。点火ｋＶが増加すると、燃焼時間は減少し、その逆もしかりである。燃焼時間２６０にわたって、スパークプラグ電極間のエアギャップにおける放電電圧は、コイルエネルギが電極間にスパークを維持できなくなるまで低下する（例えば２７０参照）。２８０でコイルの放電から振動電圧または“リンギング”電圧が生じ、２９０でコイルエネルギが消散し、一次回路の電流が無くなるまで続く。
【００１６】
図３（ａ）は、特に、例えば図２ｂに示すように、点火線またはスパークプラグ３１０へのスパーク２５０およびリンギング２９０の開始によって時間的に限られる燃焼時間を含む期間中に、コイルオンプラグ３０５によって出力される弱い電磁界を有利に調整しかつ修正するように構成された、コイルオンプラグ測定および増幅回路３００の一態様を示す。
【００１７】
技術者は、コイルオンプラグの試験中に、容量性センサをコイルオンプラグ（ＣＯＰ）に隣接する所定の位置に保持するだけでよい。図１ｂにより詳細に示したトヨタコイルオンプラグ（部品番号９０９１９−０２２３０ＨＴ）は、コイルオンプラグの上に配置された遮蔽要素１１２を備えた点火装置を有する。遮蔽要素１１２は、コイルオンプラグ１１０の鉄心１１８から生じる電界を減衰する。出力電界が減衰されるので、容量性センサ（例えば３１５）とコイルオンプラグ（例えば３０５）の頂部との間の密接な接触を確実にすることが有利である。したがって、コイルオンプラグハウジングまたは隣接するエンジン部品（単数または複数）のいずれかに確実に取り付けることのできるハウジング内に容量性センサを配置して、技術者の手を自由にし、かつ位置ずれ誤差を最小化することが有利である。
【００１８】
確実な取付は、コイルオンプラグハウジングの外側に、限定ではないが、利用可能ならば、コイルオンプラグハウジングの一部分に嵌合または付着するように構成された従来のクランプまたは繋ぎ材（例えば繋ぎ留め）、磁気クリップ、またはねじ部などの固定装置によって、達成することができる。一態様では、１つまたはそれ以上のばねまたは発泡挿入体などの偏倚部材を実現して、容量性センサ３１０をコイルオンプラグハウジングに対して押し付けることができる。さらに、容量性センサハウジングは、特定のコイルオンプラグハウジングと嵌合するように構成することができる。さらになお、容量性センサハウジングは、参照によってここに組み込む上述した米国特許第６，３９６，２７７号によって教示されるように、複数の別個の容量性センサが対応する複数のコイルオンプラグハウジングと同時に嵌合するように構成することができる。さらに、容量性センサはＣＯＰハウジング内に組み込み、後で技術者が使用するために、または車両操作者への適切なメッセージまたは信号の表示のために、車両の配線ハーネスおよびデータリンクを介して、車載診断データコンピュータおよび／またはデータ格納装置に接続することができる。
【００１９】
容量性センサは、上述した米国特許第６，３９６，２７７号によって教示された形のものであることが好ましい。そのような容量性装置は、測定のためにコイルオンプラグへの近接取付またはコイルオンプラグに隣接した配置を容易にするのに適した形状を有するケーシングまたはハウジング内に組み込まれる。しかし、従来型の容量性感知素子もまた、本開示の範囲内に該当するとみなされる。
【００２０】
前述の通り、二次巻線は主として電界（Ｅ）である電磁界を発生する。一部のコイルオンプラグ構成に存在する減衰電界のため、点火線および／またはリンギングが確定不能になるかもしれない。したがって、コイルオンプラグ測定および増幅回路３００は、図示する通り遮蔽されるかもしれないワイヤ３２０を介して容量性センサ３１５によって出力される電圧信号を増幅する増幅器３３０を含む。
【００２１】
適切な増幅器３３０の一態様を図４（ａ）に示す。低出力インピーダンス増幅器３３０は、以下で述べるように、ｋＶモジュール直接入力回路の高入力容量性リアクタンスを駆動するために有利に利用される。そのような例示的増幅器は、米国マサチューセッツ州ノーウッドのアナログ・デバイス社によって製造されたＯＰ２８２双対演算増幅器を含むことができる。これらの増幅器は非常に低い供給電流で優れた速度を特徴とし、幅広い出力スウィング、低電力消費、および低いスルーレートのため、バッテリ電源式システムまたは電力制約分野に適している。該回路は、示される信号極性を正規化するために、ＯＰ２８２増幅器の前または後に、任意選択的に絶対値増幅器（図示せず）を利用することができる。増幅器３３０の動作は充分に当業界の技術の範囲内であると考えられ、したがってその詳細な説明は省く。
【００２２】
第１段階は非反転電圧利得（すなわち１＋５０Ｋ／１０Ｋ＝６）である。１５０Ω抵抗器および８２ｐＦコンデンサは低域ノイズフィルタとして協力して働き、１００ＫΩ抵抗器はＤＣリターンである。第２段階は１００％負帰還（すなわちＶOUT＝ＶIN）を有する電圧ホロワである。この適用では、第１段階に高負荷抵抗を設け、非常に低い電源インピーダンスから出力電圧を供給する。したがって、増幅器３３０の出力は、図３ａおよび３ｂに示した態様では、遮蔽されたワイヤ３３５およびｋＶモジュールコネクタＪ１を介して、スナップオン・テクノロジーズ社によって製造されたＶａｎｔａｇｅ(登録商標）ｋＶモジュール３４０（以下、ｋＶモジュール３４０）に送られる。
【００２３】
ｋＶモジュール３４０は次に、図３（ａ）〜３（ｂ）に示すように、三つ又「Ｔ」型または「Ｙ」型コネクタ３５５などの適切な分割コネクタを介して、Ｖａｎｔａｇｅ（登録商標）  Ｐｏｗｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｎｇ  Ｍｅｔｅｒ（ＭＴ２４００）３５０（以下、Ｖａｎｔａｇｅ３５０）に接続される。図３（ｂ）は、Ｖａｎｔａｇｅチャネル３／４ｋＶモジュールコネクタ３６０とｋＶモジュールミニＤＩＮコネクタ３６５との間の接続、および増幅器出力ポート３３１を、電源ポート３３２を介して増幅器３３０に５Ｖ電力を供給する三方コネクタ３５５と共に、破線で示す。
【００２４】
図４（ｂ）は、一態様では増幅器３３０に電力を供給する電荷ポンプ変換器として働く事前実装ＩＣを含む、電圧変換装置を示す。１つのそのようなＩＣチップとして、マクシマム・インテグレーテッド・プロダクツ社によって製造されたＭＡＸ６８０チップがある。このチップは、約［±２*ＶIN］を供給し、これを達成するためにわずか５個の１０μＦ外部電解コンデンサが必要なだけである。したがって、ｋＶモジュールからの５Ｖ入力は、増幅器３３０によって要求されるＤＣ±９Ｖを供給することができる。任意選択的に増幅器は、三方コネクタの必要性を防止して、当業者には明白な構成の適切な調整を施して、ＡＣまたはＤＣ電源（例えば１つまたはそれ以上のバッテリ）を含むがそれらに限定されない電源によって、電力を供給することができる。実際、１つまたはそれ以上の９Ｖバッテリにより増幅器３３０に電力を供給することにより、電圧変換装置を省くことができる。図示した回路の動作は、提示した詳細のレベルを前提として、充分に当業界の技術の範囲内であると考えられ、したがって簡潔を期すためにその詳細な説明は省く。さらに、ここに開示した回路は、当業者には公知の通り、かなりの変形が可能であり、そのような変形は本願に含まれるとみなされるものと理解される。
【００２５】
図５は、上述したコイルオンプラグ測定および増幅回路３００の別の態様を実現する試験結果を示しており、ベンチテストセットアップを用いて測定された容量性センサ３１５における電圧を示す。試験装置では、０．３７５”（３／８”）の金属円板をコイルオンプラグ（部品番号９０９１９−０２２３０ＨＴ）の頂部の最大出力の点に配置し、適切な負荷およびデータ処理を達成するためにｋＶモジュール３４０の入力に接続した。実験用オシロスコープをこの接続部にＴ型接続し、燃焼時間を測定するために使用した。Ｖａｎｔａｇｅ  ＲＰＭプローブをトリガ源として使用した。ＲＰＭプローブは点火線の両極性に応答する一方、ｋＶモジュールの内部トリガは負極性のみに応答する。したがって容量性センサ３１５から出力される電圧は、２つの装置を用いて測定した。第１の装置はスナップオン社のＶａｎｔａｇｅ  ｋＶモジュールハンドヘルドテスタであり、第２の装置はハンドヘルドテスタより大きい帯域幅および高い精度を有する、取り付られたオシロスコープ（例えばＴｅｋ  ＴＤＳ２２０オシロスコープ）であった。代替的に、容量性センサ３１５から出力される電圧を、任意選択的にオシロスコープまたはデータ処理システムなど１つだけの測定装置によって測定して、燃焼時間を決定することができる。
【００２６】
２．００Ｖの尺度を有するトレースまたはチャネル１は、容量性センサ３１５によって測定された増幅電圧である。図５の底部に示す通り、各ブロックは５００．０μｓの増分を表わす。図表の左側のトレース１の小さい負のスパイク６０４（−０．５Ｖｐ）はコイル充電の開始であり、トレース２に示す滞留区間の開始に対応する。図表の真ん中のトレース１の正のスパイク６０５（＋５Ｖｐ）は点火線であり、それは燃焼時間の開始および滞留区間の終わりを意味する。トレース１の右側の小さい正のスパイク６０６（＋０．４Ｖｐ）は燃焼時間の終わりである。燃焼時間は、図２ａおよび２ｂに関連して一般的に述べたコイルオンプラグシステムの既知の挙動の観察に基づく波形から、当業者に公知の方法で技術者またはデータ処理システムによって抽出することができる。ここで、燃焼時間は、容量性センサ３１０に取り付けられた観察装置または印刷装置における明らかな事象である点火線６０５から、おおまかに１ミリ秒またはそれ以上後に発生する振動またはリンギング６０６の開始までの時間を測定することによって決定される。トレース１の燃焼時間は約１．６５ミリ秒である。Ｔｅｋ  ＨＶプローブ（図示せず）によって測定された対応する値は２．２５ミリ秒であった。
【００２７】
５Ｖの尺度を有するトレース２は、滞留区間中に一次の低位側を接地に接続することによって、ＣＯＰ内部点火装置を駆動する自動車のコンピュータをシミュレートする。点火装置は、鉄心の磁束飽和付近までの充電を達成するために、＋５Ｖｐパルス６１０が２ミリ秒間必要である。自動車のコンピュータは様々なエンジンセンサからの情報を蓄積して、正しいエンジンのタイミングを確立する。そのタイミング信号は、トレース２によって示すようなパルス６１０を送り出すことによって２ミリ秒の滞留期間を開始する。したがってコンピュータは、滞留区間の開始から２ミリ秒後に、点火線が生成され、適切なスパークプラグが点火することを「知っている」。
【００２８】
スコープとＶａｎｔａｇｅ３５０との間のデータの一致はこの場合最適ではないが（すなわち１．６５ミリ秒と２．２５ミリ秒）、一次診断の利益をもたらすのはシリンダ毎の読みである。言い換えると、診断価値は、燃焼時間の正確な値を提供することだけに存在するのではない。診断価値は例えば、複数のコイルオンプラグの各々の間の相対的点火線の大きさまたは燃焼時間にも含まれ、それらの間の差を決定する。例えば、技術者が、開示された増幅技術を使用して、複数のコイルオンプラグ上に容量性サンプリングセンサを配置するが、コイルオンプラグの１つを除いて全てが実質的に同等の燃焼時間を持ち、１つのコイルオンプラグが異常値の読みを持つ場合には、おそらく異常値はさらなる評価を必要とする問題を示している。
【００２９】
開示したコイルオンプラグ測定および増幅回路３００を、特定の遮蔽されたコイルオンプラグに関連して説明したが、ここで具現した原理は他の車両、エンジン、およびコイルオンプラグ構成に幅広く適用することができる。開示した概念および回路を別の車両、エンジン、またはコイルオンプラグ構成に適応させるために必要な軽微の変更は、充分に当業界の技術の範囲内とみなされる。
【００３０】
さらに、開示したコイルオンプラグ測定および増幅回路３００は、切替可能な構成として有利に実現することができ、そこで容量性センサは、トヨタ車など、ある系統の車両内の広範囲の車両に対して、あるいは広範囲のエンジン型または遮蔽コイルオンプラグアーキテクチャに対して、技術者が単一のセンサまたは感知装置を使用することができるように、複数の選択可能なまたは可変の回路を備えた単一の測定装置（図示せず）に結合することができる。例えば、単一の測定装置は、第１遮蔽コイルオンプラグ（または関連系統のコイルオンプラグ）用の第１増幅回路、第２遮蔽コイルオンプラグ（または関連系統のコイルオンプラグ）用の第２増幅回路、および第３遮蔽コイルオンプラグ（または関連系統のコイルオンプラグ）用の第３増幅回路を含むことができる。第１、第２、および第３遮蔽コイルオンプラグまたは関連系統は、同型の車両または異なる型または種類の車両に配置することができる。適切なコイルまたは系統の選択は、充分に当業界の技術の範囲内とみなされる切替手段によって達成することができる。任意の数の別個の回路をそのような測定装置に使用することができる。さらに、複数の回路を複数の容量性センサに多重化して、簡便なパッケージ内でさらに広範囲の用途を可能にすることができる。
【００３１】
上記回路を特定の製造者および自動車モデルに関連して説明したが、実際の回路は特定のコイルの型および形状構成にさらに詳細に関連する。したがって、本書の教示は、特定の型およびモデルあるいは特定の車両の型のための診断情報の提供に限定されず、いかなるエンジンまたは車両の型にも使用されるコイルオンプラグシステムのための有用な診断情報の提供に関するものである。
【００３２】
実現は決して上述の回路に限定されず、技術者によるか処理装置（例えばコンピュータ）によるかに関係なく、上述したような点火事象標識の識別に適した形で、遮蔽コイルオンプラグ上に配置された容量性センサ（例えば３１５）によって生成される電圧を増幅することのできるどのような回路をも幅広く含む。技術者またはコンピュータが点火線の発生およびスパーク線の終点の両方を識別して、点火線とスパーク線の終点との間の時間を比較または統合することによって燃焼時間を決定することを可能にするように構成された回路および装置は特に有利である。様々な形で、実現は、単一回路が多数（例えば１００またはそれ以上）の異なるコイルオンプラグに使用できるように適応可能な、「普遍的」構成部品を有する回路を備えることができる。例えばそのような回路は、所望の数の異なるコイルオンプラグ設計を含む所望の範囲の性能を個別に、または組合せにより対象とすることができる、スケーラブルまたは選択可能な構成部品を有利に備えることができる。代替的に、所望の範囲で、本開示に係る回路は、適切な選択手段を備えた複数の「半普遍的」回路を備えることができ、そこで複数の範囲を対象とする複数の可変回路を設けて、コイルオンプラグ設計の全範囲を全部で網羅する。
【００３３】
ここに記載した実施形態は、約１２ボルト、約４２ボルトなど任意の適切な電圧を提供する、バッテリ、オルタネータまたは類似物など任意の適切な電圧源を含むか、あるいは利用することができる。
【００３４】
ここに記載した実施形態は、任意の所望の点火システムまたはエンジンに使用することができる。これらのシステムまたはエンジンは、有機物由来の燃料または化石燃料およびそれらの誘導体、例えばガソリン、天然ガス、プロパン、および類似物、またはそれらの組合せを利用する品目を備えることができる。これらのシステムまたはエンジンは、自動車、トラック、ボートまたは船、オートバイ、発電機、航空機、および類似物に利用することができ、あるいはそれらに組み込むことができる。
【００３５】
本開示で本発明の多様性を解説するために、本発明の様々な態様を説明した。本発明は様々な他の組合せおよび環境で使用することが可能であり、かつ、ここで表明した発明の概念の範囲内で変形または変更することが可能であることを理解されたい。さらに、装置および方法の解説例について述べたが、本発明はここに提示した例によって制限されず、発明の追加的変形は、本書に添付する請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１ａ】従来の容量性センサと、配電器に基づく点火システムの二次点火電圧を検出するための回路とを示す略図。
【図１ｂ】ＣＯＰ点火コイルと一体化点火装置を示す略断面図。
【図１ｃ】ＣＯＰに隣接して配置された別の型のＣＯＰ容量性センサを示す略断面図。
【図２ａ−２ｂ】典型的な一次点火波形を時間の関数として表示したグラフ。
【図３ａ−３ｂ】開示したコイルオンプラグ測定および増幅回路の一態様を示す略図。
【図４ａ−４ｂ】開示に係る一態様の増幅回路を示す配線図。
【図５】開示に係る遮蔽されたコイルオンプラグ測定および増幅回路の試験結果を示すグラフ。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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