(57)【要約】【課題】１つの増幅回路で点火プラグの失火および内燃機関のノッキングを制御装置に検出させることで製造コストを安価にすることができるイオン電流検出装置および増幅回路を提供すること。【解決手段】点火プラグ８の点火による燃焼に伴って内燃機関に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置１０において、制御装置２０が点火プラグ８の失火を検出するときの範囲にイオン電流の値がある場合、制御装置２０が失火を検出できるような失火検出増幅率でイオン電流を増幅し、制御装置２０が内燃機関のノッキングを検出するときの範囲にイオン電流の値がある場合、失火検出増幅率と比較して低いノッキング検出増幅率でイオン電流を増幅する増幅回路１５を備えて構成する。【選択図】図１
2007192050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグの点火による燃焼に伴って内燃機関に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置であって、
制御装置が前記点火プラグの失火を検出するときの電流値の範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記制御装置が前記失火を検出できるような失火検出増幅率で前記イオン電流を増幅し、前記制御装置が前記内燃機関のノッキングを検出するときの電流値の範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記制御装置が前記失火検出増幅率と比較して低いノッキング検出増幅率で前記イオン電流を増幅する増幅回路を備えたことを特徴とするイオン電流検出装置。
【請求項２】
前記増幅回路は、前記失火を検出するときの電流値の範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記失火検出増幅率を一定値として前記イオン電流を増幅し、前記ノッキングを検出するときの電流値の範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記ノッキング検出増幅率を一定値として前記イオン電流を増幅することを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出装置。
【請求項３】
前記増幅回路は、対数増幅回路によって構成され、対数増幅に従った前記失火検出増幅率および前記ノッキング検出増幅率で前記イオン電流を増幅することを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出装置。
【請求項４】
点火プラグの点火による燃焼に伴って内燃機関に発生するイオン電流を増幅する増幅回路であって、
制御装置が前記点火プラグの失火を検出するときの範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記制御装置が前記失火を検出できるような失火検出増幅率で前記イオン電流を増幅し、前記制御装置が前記内燃機関のノッキングを検出するときの範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記制御装置が前記失火検出増幅率と比較して低いノッキング検出増幅率で前記イオン電流を増幅することを特徴とする増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置および増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、自動車等に搭載される内燃機関には、点火プラグの点火による燃焼に伴って内燃機関に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置が設けられているものがある。このイオン電流検出装置は、例えば、点火プラグの失火や内燃機関のノッキングを判定する際のイオン電流を検出するために用いられる。
【０００３】
図４に示すように、従来のイオン電流検出装置４０としては、コンデンサ１３、ツェナーダイオード１１、ダイオード４２、反転増幅回路４５、負荷抵抗４６、およびイオン電流検出抵抗４７を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４に示した従来のイオン電流検出装置の動作としては、まず、点火コイル９の一次コイル９ａに一次電流が流れた後に一次電流が遮断されると、点火コイル９の二次コイル９ｂに高電圧が電磁誘導され、点火プラグ８にて火花放電が起こる。ここで、点火コイル９の二次コイル９ｂから、コンデンサ１３及びツェナーダイオード１１、ダイオード４２、点火プラグ８を介して二次コイル９ｂへと一巡する電流が流れて、コンデンサ１３は、ツェナーダイオード１１のツェナー電圧に一致する電圧にまで充電される。
【０００５】
また、点火プラグ８における火花放電により、内燃機関の燃焼室内の混合気が着火し燃焼すると、その混合気はイオン化し、コンデンサ１３の充電電圧により点火プラグ８の両電極間には電圧が印加されているため、イオン電流が、コンデンサ１３の一端から、点火コイル９の二次コイル９ｂ、点火プラグ８、イオン電流検出抵抗４７、及び負荷抵抗４６を介して、コンデンサ１３の他端へ流れる。
【０００６】
イオン電流検出抵抗４７と負荷抵抗４６との接続点からイオン電流が反転増幅回路４５に流れたとき、反転増幅回路４５は、イオン電流を増幅して出力電圧を制御装置２０に供給することにより、制御装置２０は、出力電圧に応じて点火プラグ８の失火や内燃機関のノッキングを判定するようになっている。
【０００７】
ここで、反転増幅回路４５が増幅したときのイオン電流と出力電圧との関係を図５に示す。図５には、反転増幅回路４５が流入するイオン電流を一定の増幅率で増幅して出力電圧を出力する様子を表している。すなわち、反転増幅回路４５が線形回路であって、イオン電流と出力電圧とが比例した関係にある。なお、図５に示した例では、制御装置２０が点火プラグ８の失火を検出するときのイオン電流値の範囲と内燃機関のノッキングを検出するときのイオン電流値の範囲とは互いに重複しない。
【特許文献１】特開平１０−３１８１１４号公報（第１７段落〜第３２段落、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来のイオン電流検出装置では、通常、内燃機関のノッキングを検出するように反転増幅回路４５の増幅率が小さく設定されており、点火プラグ８の失火を検出するときのイオン電流値の範囲では、反転増幅回路４５の一定した増幅率が小さいため、出力電圧が小さくなり制御装置２０における失火の検出精度が低くなってしまうという課題が残されていた。
【０００９】
また、点火プラグ８の失火を検出するように反転増幅回路４５の増幅率が大きく設定されると、ノッキングを検出するときのイオン電流値の範囲では、反転増幅回路４５の一定した増幅率が大きいため、反転増幅回路４５が出力する出力電圧が大きくなり過ぎて、制御装置２０の許容範囲を超えてしまい、ノッキングが検出されなくなってしまう。
【００１０】
上述した課題を解決するためには、内燃機関の１気筒につき、失火を検出するための増幅率をもつ増幅回路およびノッキングを検出するための増幅率をもつ増幅回路の２つの増幅回路をイオン電流検出装置に設ければよいが、点火コイル９と接続するための端子、制御装置２０と接続するための端子、および増幅回路が２倍に必要になるため、製造コストが高価になってしまう。
【００１１】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたもので、１つの増幅回路で点火プラグの失火および内燃機関のノッキングを制御装置に検出させ、製造コストを安価にすることができるイオン電流検出装置および増幅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のイオン電流検出装置は、点火プラグの点火による燃焼に伴って内燃機関に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置であって、制御装置が前記点火プラグの失火を検出するときの電流値の範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記制御装置が前記失火を検出できるような失火検出増幅率で前記イオン電流を増幅し、前記制御装置が前記内燃機関のノッキングを検出するときの電流値の範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記制御装置が前記失火検出増幅率と比較して低いノッキング検出増幅率で前記イオン電流を増幅する増幅回路を備えた構成を有している。
この構成により、失火を検出するときの電流値の範囲にイオン電流の値がある場合、制御装置が点火プラグの失火を検出できるような失火検出増幅率でイオン電流を増幅し、ノッキングを検出するときの電流値の範囲にイオン電流の値がある場合、制御装置が内燃機関の失火検出増幅率と比較して低いノッキング検出増幅率でイオン電流を増幅するため、１つの増幅回路で点火プラグの失火および内燃機関のノッキングを制御装置に検出させることで製造コストを安価にすることができる。
【００１３】
また、本発明のイオン電流検出装置は、前記増幅回路が、前記失火を検出するときの電流値の範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記失火検出増幅率を一定値として前記イオン電流を増幅し、前記ノッキングを検出するときの電流値の範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記ノッキング検出増幅率を一定値として前記イオン電流を増幅する構成を有している。
この構成により、失火を検出するときの電流値の範囲にイオン電流の値がある場合、失火検出増幅率を一定値としてイオン電流を増幅し、ノッキングを検出するときの電流値の範囲にイオン電流の値がある場合、ノッキング検出増幅率を一定値としてイオン電流を増幅するため、１つの増幅回路で点火プラグの失火および内燃機関のノッキングを制御装置に検出させることで製造コストを安価にすることができる。
【００１４】
また、本発明のイオン電流検出装置は、前記増幅回路が、対数増幅回路によって構成され、対数増幅に従った前記失火検出増幅率および前記ノッキング検出増幅率で前記イオン電流を増幅する構成を有している。
この構成により、対数増幅に従った失火検出増幅率およびノッキング検出増幅率でイオン電流を増幅するため、１つの増幅回路で点火プラグの失火および内燃機関のノッキングを制御装置に検出させることで製造コストを安価にすることができる。
【００１５】
本発明の増幅回路は、点火プラグの点火による燃焼に伴って内燃機関に発生するイオン電流を増幅する増幅回路であって、制御装置が前記点火プラグの失火を検出するときの範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記制御装置が前記失火を検出できるような失火検出増幅率で前記イオン電流を増幅し、前記制御装置が前記内燃機関のノッキングを検出するときの範囲に前記イオン電流の値がある場合、前記制御装置が前記失火検出増幅率と比較して低いノッキング検出増幅率で前記イオン電流を増幅する構成を有している。
この構成により、失火を検出するときの電流値の範囲にイオン電流の値がある場合、制御装置が点火プラグの失火を検出できるような失火検出増幅率でイオン電流を増幅し、ノッキングを検出するときの電流値の範囲にイオン電流の値がある場合、制御装置が内燃機関の失火検出増幅率と比較して低いノッキング検出増幅率でイオン電流を増幅するため、１つの増幅回路で点火プラグの失火および内燃機関のノッキングを制御装置に検出させることで製造コストを安価にすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明は、１つの増幅回路で点火プラグの失火および内燃機関のノッキングを制御装置に検出させることで製造コストを安価にすることができるイオン電流検出装置および増幅回路を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係るイオン電流検出装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るイオン電流検出装置の構成図である。図１に示したイオン電流検出装置１０は、２つのツェナーダイオード１１、１２、コンデンサ１３、抵抗１４、および増幅回路１５を備えて構成される。
【００１８】
また、イオン電流検出装置１０は、自動車等に搭載される内燃機関に設けられており、この内燃機関に設置される点火プラグ８の点火による燃焼に伴って内燃機関に発生するイオン電流を検出するようになっている。例えば、イオン電流検出装置１０は、点火プラグ８の失火や内燃機関のノッキングを判定する際のイオン電流を検出するために用いられる。
【００１９】
図１に示したように、内燃機関に設置される点火コイル９の一次コイル９ａの一端は、電源７に接続されている。一次コイル９ａの他端は、例えば、図示していない点火制御用のパワートランジスタ等に接続される。点火コイル９の二次コイル９ｂの一端は、点火プラグ８に接続され、二次コイル９ｂの他端は、２つのツェナーダイオード１１、１２を介してグランド側に接続されている。
【００２０】
２つのツェナーダイオード１１、１２は、互いに逆向きに直列接続され、コンデンサ１３がツェナーダイオード１１に対し並列に接続されている。抵抗１４は、ツェナーダイオード１１、１２の間の結点および増幅回路１５に接続されている。増幅回路１５は、ＥＣＵ（Electronic Contorol Unit）等の制御装置２０に接続されている。なお、増幅回路１５は、非線形回路として構成される。
【００２１】
ここで、イオン電流検出装置１０にイオン電流が流れるときの動作について図１を参照して説明する。
【００２２】
まず、内燃機関の作動中には、電源７から一次コイル９ａに一次電流が流れ、その後、一次コイル９ａに流れる一次電流が遮断されて、二次コイル９ｂに高電圧が電磁誘導されるため、この高電圧によって点火プラグ８の電極間に火花放電が発生する。
【００２３】
点火プラグ８の電極間に火花放電が発生すると、点火コイル９の二次コイル９ｂから、コンデンサ１３及びツェナーダイオード１１、１２、点火プラグ８を介して二次コイル９ｂへと一巡する電流が流れて、コンデンサ１３は、ツェナーダイオード１１のツェナー電圧に一致する電圧にまで充電される。
【００２４】
また、点火プラグ８における火花放電により、内燃機関の燃焼室内の混合気が着火し燃焼すると、その混合気はイオン化して点火プラグ８の両電極間が導電する。このとき、コンデンサ１３の充電電圧により点火プラグ８の両電極間には電圧が印加されているため、混合気が燃焼する際に発生したイオンがイオン電流として、コンデンサ１３から点火コイル９の二次コイル９ｂ、点火プラグ８、増幅回路１５に流れる。
【００２５】
増幅回路１５に流れるイオン電流の値が、制御装置２０が点火プラグ８の失火を検出するときの電流値の範囲にある場合、増幅回路１５は、制御装置２０が点火プラグ８の失火を検出できるような失火検出増幅率でイオン電流を増幅する。また、増幅回路１５に流れるイオン電流の値が、制御装置２０が内燃機関のノッキングを検出するときの電流値の範囲にある場合、増幅回路１５は、制御装置２０が内燃機関のノッキングを検出できるようなノッキング検出増幅率でイオン電流を増幅する。なお、ノッキング検出増幅率は、失火検出増幅率と比較して低い増幅率である。
【００２６】
引き続いて、制御装置２０は、増幅回路１５がイオン電流を増幅して出力した出力電圧に応じて点火プラグ８の失火や内燃機関のノッキングを検出する。また、点火プラグ８の失火や内燃機関のノッキングを検出する技術については、公知の技術が用いられる。
【００２７】
なお、制御装置２０が点火プラグ８の失火を検出するときの電流値の範囲は、点火プラグ８の失火によって生じるイオン電流値に応じて設定されることが好ましい。制御装置２０が内燃機関のノッキングを検出するときの電流値の範囲もまた、内燃機関のノッキングによって生じるイオン電流値に応じて設定されることが好ましい。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態に係る増幅回路について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
増幅回路１５は、図２（Ａ）に示す例のように、オペアンプ１５ａ、抵抗１５ｂ、帰還抵抗１５ｃ、抵抗１５ｄ、およびダイオード１５ｅを備え、折れ線増幅回路として構成される。増幅回路１５では、オペアンプ１５ａ、帰還抵抗１５ｃ、抵抗１５ｄおよびダイオード１５ｅが、互いに並列に接続されている。
【００３０】
また、折れ線増幅回路として構成した増幅回路１５が増幅したときのイオン電流と出力電圧との関係の一例を図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）には、図２（Ａ）に示した増幅回路１５がイオン電流を一定の失火検出増幅率で増幅すると共に一定のノッキング検出増幅率でイオン電流を増幅して出力電圧を制御装置２０に出力する様子を表している。
【００３１】
図２（Ａ）に示した増幅回路１５では、点火プラグ８の失火によって生じるイオン電流値に応じて、点火プラグ８の失火を検出するときの電流値の範囲を０〜１０μＡとしている。また、内燃機関のノッキングによって生じるイオン電流値に応じて内燃機関のノッキングを検出するときの電流値の範囲を１０μＡ以上としている。
【００３２】
図２（Ｂ）に示したように、点火プラグ８の失火を検出するときの電流値の範囲である１０μＡまでは、０．１（Ｖ／μＡ）の失火検出増幅率でイオン電流が増幅回路１５によって増幅される。また、内燃機関のノッキングを検出するときの電流値の範囲である１０μＡ以上では、０．００８（Ｖ／μＡ）のノッキング検出増幅率でイオン電流が増幅回路１５によって増幅される。
【００３３】
なお、増幅回路１５は、図３（Ａ）に示す例のように、オペアンプ１５ａと並列に接続されたトランジスタ１５ｆを備え、対数増幅回路として構成することもできる。また、図３（Ｂ）には、図３（Ａ）に示した増幅回路１５がイオン電流を対数増幅に従った増幅率で増幅して出力電圧を制御装置２０に出力する様子を表している。点火プラグ８の失火または内燃機関のノッキングを検出するときの電流値の範囲は、図２（Ｂ）に示したものと同様である。
【００３４】
図３（Ｂ）に示したように、制御装置２０が点火プラグ８の失火を検出するときの電流値の範囲にイオン電流値がある場合では、トランジスタ１５ｆの作用によりイオン電流が失火検出増幅率で増幅回路１５によって増幅され、内燃機関のノッキングを検出するときの電流値の範囲にイオン電流値がある場合では、イオン電流がノッキング検出増幅率で増幅回路１５によって増幅される。
【００３５】
以上説明したように、増幅回路１５は、制御装置２０が点火プラグ８の失火を検出するときの電流値の範囲にイオン電流の値がある場合、制御装置２０が点火プラグ８の失火を検出できるような失火検出増幅率でイオン電流を増幅し、制御装置２０が内燃機関のノッキングを検出するときの電流値の範囲にイオン電流の値がある場合、失火検出増幅率と比較して低いノッキング検出増幅率でイオン電流を増幅するため、制御装置２０は、点火プラグ８の失火および内燃機関のノッキングを良好に検出することができる。
【００３６】
従って、イオン電流検出装置１０は、失火を検出するための増幅率をもつ増幅回路およびノッキングを検出するための増幅率をもつ増幅回路の２つの増幅回路を用いる必要はなく１つの増幅回路１５を使用することで、失火およびノッキングを制御装置２０に検出させることができるため、イオン電流検出装置１０の製造コストが安価になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオン電流検出装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態に係る折れ線増幅回路について説明するための図
【図３】本発明の実施の形態に係る対数増幅回路について説明するための図
【図４】従来のイオン電流検出装置の構成図
【図５】従来のイオン電流検出装置における反転増幅回路が増幅したときのイオン電流と出力電圧との関係を示す図
【符号の説明】
【００３８】
７  電源
８  点火プラグ
９  点火コイル
９ａ  一次コイル
９ｂ  二次コイル
１０、４０  イオン電流検出装置
１１、１２  ツェナーダイオード
１３  コンデンサ
１４、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ  抵抗
１５  増幅回路
１５ａ  オペアンプ
１５ｅ、４２  ダイオード
１５ｆ  トランジスタ
２０  制御装置
４５  反転増幅回路
４６  負荷抵抗
４７  イオン電流検出抵抗
【図１】
2007192050.tif 000003
【図２】
2007192050.tif 000004
【図３】
2007192050.tif 000005
【図４】
2007192050.tif 000006
【図５】
2007192050.tif 000007