(57)【要約】【課題】低燃費化、ＨＣ濃度低減の多点点火装置の特質を、高圧縮リーン混合気の筒内直噴内燃機関においても損なうことのない装置を提供する。【解決手段】１気筒内に少なくとも２個の点火栓を備え、当該点火栓に各々独立した点火コイルを有し、当該点火コイルの一次側に各々の駆動回路、二次側に各々上記点火栓とイオン電流検出回路を備え、さらに上記各々のイオン電流検出回路の電流源にバイパス回路を有し、運転状態によって上記各々のイオン検出回路情報を選択できる構成とし、情報を必要としない時に上記バイパス回路を動作する構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１気筒内に少なくとも２個の点火栓を備え、当該点火栓に各々独立した点火コイルを有し、当該点火コイルの一次側に各々の駆動回路、二次側に各々上記点火栓とイオン電流検出回路を備え、さらに上記各々のイオン電流検出回路の電流源にバイパス回路を有し、内燃機関の運転状態によって上記各々のイオン検出回路の燃焼状態情報を選択できる構成とし、燃焼状態情報を必要としない時に上記バイパス回路を動作する構成としたイオン電流検出装置を備える多点点火装置。
【請求項２】
上記各々の点火コイルの駆動回路の少なくとも一方を多重放電型駆動回路とした請求項１に記載のイオン電流検出装置を備える多点点火装置。
【請求項３】
上記各々のイオン電流検出回路の燃焼状態情報を、合算判断制御構成とした請求項１および２に記載のイオン電流検出装置を備える多点点火装置。
【請求項４】
燃料吸入流の到達時間の早い点火栓に放電持続時間の長い点火装置を備え、燃料吸入流の到達時間の遅い点火栓には放電持続時間が短く燃焼状態情報検出時間が長い点火装置を備えた請求項１乃至３に記載のイオン電流検出装置を備える多点点火装置。
【請求項５】
１気筒内に２個の点火栓を備え、当該点火栓に各々独立した点火コイルを有し、燃料吸入流の到達時間の早い点火栓の点火コイルの一次側に多重放電型駆動回路、燃料吸入流の到達時間の遅い点火栓の点火コイルの一次側に電流遮断方式の駆動回路を備え、さらに後者の点火コイルの二次側にのみイオン電流検出装置を備えたイオン電流検出装置を備える多点点火装置。
【請求項６】
燃料吸入流の到達時間の早い点火栓に放電持続時間の長い点火装置を備え、燃料吸入流の到達時間の遅い点火栓には放電持続時間が短く燃焼状態情報検出時間が長い点火装置を備え、内燃機関の運転状態によって後者の点火栓はイオン電流検出にのみ使用する構成とした請求項１乃至５に記載のイオン電流検出装置を備える多点点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関に用いられるイオン電流検出装置を備える点火装置に関し、主として筒内直噴内燃機関の１気筒内に少なくとも２個の点火栓を有し、放電点火後に発生する燃焼イオン電流を検出し、着火性を維持して点火時期などの燃焼制御を行うものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりイオン電流を検出する１気筒内に多点の点火栓を有する内燃機関の点火装置には、特開２００３−１８４７２４公報や特開２００３−１８４７２５公報があり、内燃機関の運転状態の変化に応じたイオン電流波形の変化を考慮にいれた失火検出の精度と信頼性を高めたものが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１８４７２４号
【特許文献１】特開２００３−１８４７２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
排気ガス対策や燃費向上のための高圧縮リーン混合気の燃料直噴内燃機関では、通常の電流遮断方式の点火装置で単純に多点点火するだけでは本来の狙い値を得るには十分ではなく、極度のリーン混合気での高圧縮過流に耐える放電持続時間の長い高エネルギー点火装置が必要とされる一方、燃焼イオン電流もまた少ないために、失火やノックなどの燃焼状態を検出するにはその燃焼状態検出時間が適度に長くないと精度の高い燃焼情報が得られない。しかし、単純に高エネルギー点火装置との組み合わせても検出時間を長くとることが出来ない。
【０００４】
筒内直噴内燃機関の排気ガス対策や燃費改善では、内燃機関の始動時から高回転域に至るまでイオン電流の変化情報をきめ細かく収集して、空燃比をＥＧＲと組み合わせて燃料を噴霧制御するシステムが望まれているために、上記のイオン電流での燃焼悪化状態やノッキングを検出するには上死点を過ぎてから１５度程度以後がイオン電流判別の重要な時間帯であることが確かめられているが、単純に高出力エネルギーの点火装置を用いた場合は、機関回転数の高い時にも放電持続時間が長いために、イオン電流検出に必要な十分な時間が取れない。
【０００５】
また、点火エネルギーの一部をキャパシタに一次的に蓄積して放電終了後のイオン検出電流源として利用しており、その充電電圧は７０Ｖ〜３００Ｖ程度の範囲で使用され、より高い電圧に設定することでリーン混合気燃焼機関のような低いイオン電流検出のＳＮ比を高く保ち設計自由度を上げることができるが、当該電圧を上げると本来放電に必要な点火装置のエネルギーが損なわれること、さらには当該損失に耐える放熱設計が必要となると云う問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、この発明では次のような構成とする。請求項１においては、１気筒内に少なくとも２個の点火栓を備え、当該点火栓に各々独立した点火コイルを有し、当該点火コイルの一次側に各々の駆動回路、二次側に各々上記点火栓とイオン電流検出回路を備え、さらに上記各々のイオン電流検出回路の電流源にバイパス回路を有し、内燃機関の運転状態によって上記各々のイオン検出回路の燃焼状態情報を選択できる構成とし、燃焼状態情報を必要としない時に上記バイパス回路を動作する構成としたことにより、点火エネルギー損失が少なく有効な燃焼情報を得るイオン電流検出装置を備える多点点火装置とすることができる。
【０００７】
この発明の請求項２においては、上記各々の点火コイルの駆動回路の少なくとも一方を多重放電型駆動回路としたことで、放電持続時間を任意に変えることができるイオン電流検出装置を備える多点点火装置を得る。
【０００８】
この発明の請求項３においては、上記各々のイオン電流検出回路の燃焼状態情報を、合算判断制御構成としたことでリーン混合気での少ないイオン電流情報を補完できるイオン電流検出装置を備え多点点火装置を得る。
【０００９】
この発明の請求項４においては、燃料吸入流の到達時間の早い点火栓に放電持続時間の長い点火装置を備え、燃料吸入流の到達時間の遅い点火栓には放電持続時間が短く燃焼状態情報検出時間が長い点火装置とすることにより、点火核の拡がりを確実にすると同時に、イオン電流情報を得る時間をも十分なものとしたイオン電流検出装置を備える多点点火装置を得る。
【００１０】
この発明の請求項５においては、１気筒内に２個の点火栓を備え、当該点火栓に各々独立した点火コイルを有し、燃料吸入流の到達時間の早い点火栓の点火コイルの一次側に多重放電型駆動回路、燃料吸入流の到達時間の遅い点火栓の点火コイルの一次側に電流遮断方式の駆動回路を備え、さらに後者の点火コイルの二次側にのみイオン電流検出装置を備えることにより、コストパフォーマンスの高いイオン電流検出装置を備える多点点火装置を得る。
【００１１】
この発明の請求項５においては、燃料吸入流の到達時間の早い点火栓に放電持続時間の長い点火装置を備え、燃料吸入流の到達時間の遅い点火栓には放電持続時間が短く燃焼状態情報検出時間が長い点火装置を備え、内燃機関の運転状態によって後者の点火栓はイオン電流検出にのみ使用する構成とすることにより、燃焼速度の速い運転領域でのノック発生を抑止したイオン電流検出装置を備える多点点火装置を得る。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、近年の排気ガス対策と燃費改善に適合した１気筒内の多点点火栓を有する高圧縮リーン混合気での燃料直噴内燃機関に対応するために、点火栓毎に放電持続時間の異なる点火装置とイオン電流検出回路を最適に組み合わせて、内燃機関の始動時から高回転域に至るまで燃焼イオン電流の変化情報をきめ細かく収集することができるために、運転状態によって空燃比やＥＧＲ量の制御を点火時期や点火有無制御などを、予め設定したプログラムによって行うことで安定した機関出力を得ることができると同時に、イオン電流検出性能を良くするためにイオン電流源電圧を高く設定しても、点火エネルギー損失が少ないイオン電流検出装置を備える多点点火装置を得ることができる。
【００１３】
また、放電時間を機関の回転数や負荷条件により適宜変更することのできる自由度の高い多重放電型点火装置と組み合わせて、イオン電流での燃焼悪化状態やノック状態をきめ細かく検出するために必要なＡＴＤＣ１５度程度からの判別時間を、機関の回転数によって放電持続時間を変化させるなどによって確保し、電力消費を抑えたイオン電流検出装置を備える多点点火装置を得ることが出来るものである。
【実施例】
【００１４】
図１は、一部の回路をブロック図に示したこの発明の実施例である。図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の各々は当該実施例の点火栓の配置を気筒上部から見た説明図であり、図３は各々の配置による正味燃費消費率を示す特性図である。
【００１５】
図１において、機関制御のＥＣＵ１００には、当該ＥＣＵ１００からの指令を受けて動作する点火装置１０１と１０２が、１気筒内備えられた２個の点火栓１と２に各々出力される構成で接続されている。
【００１６】
点火装置１０１は、上記ＥＣＵ１００からの出力を受けて動作する多重放電型駆動回路３、当該多重放電型駆動回路３の電力を受ける点火コイル４の出力線輪の高圧側には点火栓１、低圧側にはイオン電流検出装置５の端子５１が接続され、イオン電流検出装置５の接地端子５２を介して接地されている。また、上記イオン電流検出装置５には他に２個の端子を有し、その一方は端子５３を介して上記ＥＣＵ１００にイオン電流検出信号を出力し、他方の端子５４は上記ＥＣＵ１００からの信号を受けて上記イオン電流検出装置５の動作を停止構成をしている。
【００１７】
上記イオン電流検出装置５は、端子５１からキャパシタ６とダイオード７の直列回路を介して接地端子５２に接続され、当該直列回路は定電圧ダイオード８とスイッチング素子９の各々によってバイパスされている。さらに上記ダイオード７は逆向き方向ダイオード１０とレジスタ１１の直列回路によって分路され、当該直列回路の接続点はイオン検出回路１２の入力に接続され、上記イオン検出回路１２の出力は端子５３に接続されている。
【００１８】
他の点火装置１０２は、上記点火装置１０１とその機能において同等であり、同一符号は同一または同等の機能を示している。また、符号３０は、上述の多重放電型駆動回路３とは異なっており、ＥＣＵ１００の点火指令を受けると出力する電流遮断型などの単放電型駆動回路３０である。
【００１９】
上記ＥＣＵ１００以外の２個で一対の点火装置は、内燃機関の一気筒当たりのユニットであり、通常はＥＣＵ１００を共用した多気筒で構成されるが、当該実施例では他の気筒のユニットを省略している。
【００２０】
上記一対の点火装置から出力される点火栓１と２の気筒上部への配置例を、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。図中の１３は燃料噴射弁、１４は吸気弁、１５は排気弁であり、３例ともに気筒上部燃焼室がペントルーフやフラットなどの形状の違いにより、点火栓１と２の配置を変えた給排気弁を３弁や４弁形成をとり、後述する機関の運転状態により点火栓１と２への放電時期や放電持続時間が制御される。
【００２１】
図示しない電源が投入され、吸気弁１４から吸気された空気が圧縮行程に入り、さらに燃料噴射弁１３から燃料が噴射されて混合気流となった後に、ＥＣＵ１０からの点火時期の指令が出ると点火装置１０１のスイッチング素子９をオンとすると同時に、多重放電型駆動回路３が作動して点火コイル４によって昇圧され、最初は低圧側をプラスにした多重出力電圧によって、気筒内の混合気流の到達時間の早い場所に配置された点火栓１に放電が行われ、前記混合気に点火して燃焼が始まる。なお、上記点火栓１での放電電流は、イオン電流検出装置５のスイッチング素子９と定電圧ダイオード８を介して流れるために、イオン検出回路１２は何ら機能しない。
【００２２】
上記点火装置１０１への点火指令と同時あるいは僅かに遅れて、上記ＥＣＵ１００からの点火時期指令が点火装置１０２にも発せられ、イオン検出回路５の端子５４にオン信号が出ると同時に、単放電型駆動回路３０を作動することによって点火コイル４に昇圧され、低圧側をプラスにした出力電圧で、気筒内の混合気流の到達時間の遅い場所に配置された点火栓２に放電が行われることによって、前記点火栓１の火花放電によっても燃焼され難い温度の低い気筒内壁近傍の未燃焼混合気に点火して燃焼を助ける。ここでも、上記点火栓２での放電電流は、点火装置１０１のイオン電流検出装置５と同様の図示しないスイッチング素子９と定電圧ダイオード８を介して流れるために、イオン検出回路１２は何ら機能しない。
【００２３】
次に、上記点火装置１０２の動作による点火栓２の放電終了前に、ＥＣＵ１００からの点火装置１０２のイオン電流検出装置５の端子５４を介して図示しないスイッチング素子９へオフ出力が出ることにより、同様に図示しないダイオード７を介して定電圧ダイオード８に制限される電荷電圧までキャパシタ６に充電が行われ、点火栓２の放電終了と同時に、上記キャパシタ８の電荷電圧が点火栓２の電極両端部に印加されることにより、前記気筒内燃焼による燃焼イオンが点火栓２を介して流れ、イオン電流検出装置５の図示しないダイオード１０とレジスタ１１およびイオン電流検出回路１２によって捉えられる。
【００２４】
上記点火装置１０２のイオン電流検出装置５によって捉えられた初期の燃焼イオン電流が正常で有る場合は、ＥＣＵ１００からの信号で点火装置１０１の端子５４を介してスイッチング素子９をオフとすることにより、点火装置１０２のイオン電流検出装置５と同様に多重放電型駆動回路３が駆動を終了する前、すなわち点火栓１の多重放電が終了する前に、ダイオード７を介して定電圧ダイオード８に制限される電荷電圧までキャパシタ６に充電が行われ、点火栓１の放電終了と同時に、上記キャパシタ８の電荷電圧が点火栓１の電極両端部に印加されることにより、前記気筒内燃焼による燃焼イオンが点火栓１を介して流れ、イオン電流検出装置５のダイオード１０とレジスタ１１およびイオン電流検出回路１２によって捉えられる。
【００２５】
上記点火装置１０１と１０２の各々のイオン電流検出装置５からの信号は、ＥＣＵ１００の中で各々別の情報処理をする場合と合算情報処理する場合とがある。すなわち出力向上を中心としたノックを検出する場合は各々別々の処理が好ましく、排気ガス対策や燃費改善のための燃料噴霧量やＥＧＲ量を制御する場合は合算処理が好ましい。
【００２６】
なお、気筒内温度が低い場合、あるいは点火栓２にくすぶりが有る場合など、前記点火栓２で捉えられるイオン電流の初期値が極端に高い、あるいは低い値または変動が激しい場合は、点火装置１０１の多重放電型駆動回路３の動作を最大４ｍＳ程度まで継続し、イオン電流検出装置５の動作をすることなくＥＣＵ１００の点火指令から始まる一連の点火動作を終了することもできる。
【００２７】
また、全負荷などの機関回転数が高い場合には、ノックの検出が重要になると同時に、混合気の燃焼速度が早くなることによる排気ガス内のNOx量の増加を防止するために、点火装置１０２の単放電型駆動回路３０の駆動出力を制限して、点火コイル４の昇圧出力は点火栓２に放電するには不足し、定電圧ダイオード８の制限電圧より十分に高い２〜６ｋＶ程度の電圧にすることによって、点火装置１０２を単なるイオン電流検出装置としてのみ用いる。
【００２８】
さらに、点火装置１０１の点火栓１への放電開始と点火装置１０２の点火栓２への放電開始の点火時期は、始動時など気筒内温度が低い場合は、数ｍＳの遅れを持たせることにより始動性が改善できる。
【００２９】
図３に機関回転数が１６００rpm近傍での空燃比Ａ／Ｆと正味燃料消費率ＢＳＦＣの代表的な特性を示し、曲線ａは図２（Ａ）の気筒上部構造で点火栓１のみで高エネルギー点火装置を運転して得られた特性、曲線bは図２（Ａ）の気筒上部構造で点火栓１に多重放電型点火装置、点火栓２に単放電型点火装置を用いて運転して得られた特性、曲線cは図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のそれぞれの気筒上部構造でこの発明に係るイオン電流検出装置を備える多点点火装置で得られた傾向特性である。
【００３０】
図２（Ａ）、（Ｂ）で示される実施例の気筒上部構造の点火栓１は、気筒の略中央部に設置されていて燃料噴射弁１３と吸気弁１４の近く、吸入混合気流の到達時間の早い部位にあり、点火栓２は吸入混合気流の到達時間の遅い部位にあるが、上記到達時間は気筒内上部の構造に大きく左右されることは云うまでもない。
【００３１】
前記実施例の説明では、点火装置１０２に単放電型点火装置を用いたが、機関始動性やくすぶり対策のために、点火装置１０１と同様の多重放電型点火装置を用いることもできる。この場合の点火装置１０２の放電持続時間を短くする制御は、回転数に反比例して早い段階から行われる。
【００３２】
また、多重放電型点火装置は、公知の交流型点火装置や容量性放電と誘導性放電を交互に繰り返したり、これらの複合の多重放電型点火装置など何れも選択できるが、イオン電流検出装置５の電流源キャパシタ６への充電方向のみ制御する必要がある。しかし、イオン電流検出装置５の内部回路構成は、前記実施例に制限されることはない。
【００３３】
さらに、コスト削減のために、点火装置１０１と１０２の各々に付加しているイオン電流検出装置５は、イオン電流検出が主体の点火装置１０２にのみ付加して簡略化しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】発明の実施例を示す図。
【図２】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）共に発明の実施例の気筒上部の図。
【図３】発明の実施例の特性図。
【符号の説明】
【００３５】
１００：ＥＣＵ
１０１、１０２：点火装置
１，２：点火栓
３，３０：点火駆動回路
４：点火コイル
５：イオン電流検出装置
５１，５２，５３，５４：イオン電流検出装置の端子
６：キャパシタ
７、１０：ダイオード
８：定電圧ダイオード
９：スイッチング素子
１１：レジスタ
１２：イオン検出回路
【図１】
2007154829.tif 000003
【図２】
2007154829.tif 000004
【図３】
2007154829.tif 000005