(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグと点火コイルの二次側を含む二次電流経路に直列に挿入されたコンデンサ及び順方向ダイオードと、
前記コンデンサに並列に接続され、二次電流により充電される前記コンデンサの充電電圧を一定値に制限するツェナーダイオードと、
混合気の燃焼時にシリンダ内にイオンが生成されること及び前記コンデンサの充電電圧が前記点火プラグに印加されることにより生ずるイオン電流を検出すべく、前記順方向ダイオードに並列に接続された電流検出用抵抗器とを有するイオン電流検出回路と、イオン電流を検出しイオン電流が流れた時ＨＩＧＨ信号の矩形波を出力する波形処理回路とを備えた失火検知装置において、
前記波形処理回路に、イオン電流出力をマスクする回路と、前記マスクの期間後にイオン電流出力を積分する積分回路と、前記イオン電流出力を積分する積分期間設定回路とを有し、
前記積分期間設定回路の出力により前記積分回路の積分時定数を、積分期間よりも積分期間後に大きくなるように切り替えることを特徴とするイオン電流を用いた失火検知装置。
【請求項２】
請求項１のイオン電流検出回路と波形処理回路は一体のパッケージで構成され、
上記点火コイルの一次電流の通電・遮断するスイッチング素子を有する点火装置（以下イグナイタ）とともに点火コイルに内蔵される事を特徴としたイオン電流を用いた失火検知装置。
【請求項３】
請求項１の点火コイルは、電源端子と点火信号入力端子とＧＮＤ端子とイオン電流処理信号出力端子の４本の入出力端子を一体のコネクタで形成し、
該イオン電流処理信号出力端子の出力は、矩形波出力である事を特徴としたイオン電流を用いた失火検知装置。
【請求項４】
請求項２のイオン電流検出回路と波形処理回路は上記イグナイタと一体のパッケージで構成され、点火コイルに内蔵されることを特徴とした失火検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼状態を燃焼室内のイオン電流に基づいて検出するイオン電流検出機能を有する内燃機関点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン電流による内燃機関の燃焼状態を検出する方法は広く知られている。例えば、特開平４−１９４３６７号公報はイオン電流検出装置の一例を開示するものである。この装置は、点火コイルの一次電流の遮断時に生ずる二次電流によりコンデンサを一定電圧に充電し、火花放電後このコンデンサと点火コイル二次巻線と点火プラグとイオン電流検出抵抗器とからなる閉回路に流れる電流をイオン電流検出抵抗器を介して測定する事が出来るように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来広く知られる技術では、イオン電流の検知方法や処理の回路については広く検討されている。イオン電流検出波形を波形整形を増幅し、その信号を積分回路を用いて矩形波出力する方法も公知である。積分回路を構成する方法としてはオペアンプを用いる事が一般的だが、オペアンプのオフセット電圧やバイアス電流の影響により、着火時の積分ＨＩＧＨ出力の保持や失火時の積分ＬＯＷ出力の湧き出しが問題になり、設定が難しい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、点火プラグと点火コイルの二次側を含む二次電流経路に直列に挿入されたコンデンサ及び順方向ダイオードと、前記コンデンサに並列に接続され、二次電流により充電される前記コンデンサの充電電圧を一定値に制限するツェナーダイオードと、混合気の燃焼時にシリンダ内にイオンが生成されること及び前記コンデンサの充電電圧が前記点火プラグに印加されることにより生ずるイオン電流を検出すべく、前記順方向ダイオードに並列に接続された電流検出用抵抗器とを有するイオン電流検出回路と、イオン電流を検出しイオン電流が流れた時ＨＩＧＨ信号の矩形波を出力する波形処理回路とを備えた失火検知装置において、前記波形処理回路に、イオン電流出力をマスクする回路と、前記マスクの期間後にイオン電流出力を積分する積分回路と、前記イオン電流出力を積分する積分期間設定回路とを有し、前記積分期間設定回路の出力により前記積分回路の積分時定数を、積分期間よりも積分期間後に大きくなるように切り替えることを特徴とするイオン電流を用いた失火検知装置によって達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１に本発明の一実施例の構成を示す。１はバッテリ、２は点火コイルであり、ＥＣＵから出力される点火信号によりイグナイタ３は点火コイル２の一次コイル２ａに電流を通電遮断し二次コイル２ｂに高電圧を発生させ、点火プラグ４により放電する。一方、二次コイルの低圧側にはイオン電流検出回路６がコンデンサ６ａ，ダイオード６ｂ，ツェナーダイオード６ｃ，抵抗６ｄにより構成されている。波形処理回路７はイオン電流検出回路で検出したイオン電流波形を矩形波に処理し出力する。本発明ではイオン電流処理ユニット５としてイオン電流検出回路６と波形処理回路７を１つにパッケージしイグナイタ３とともに点火コイルに内蔵し点火コイルＡＳＳＹ８とする事を特徴としている。図１の回路動作について図３を用いて説明する。ＥＣＵからの点火信号のＨＩＧＨに同期してイグナイタ３はＯＮし、点火コイル２の一次コイル２ａに一次電流Ｉｃを通電する。通電開始時Ａ部にはプラスのＯＮ電圧が発生する。一次電流Ｉｃが遮断すると点火コイルの二次側にマイナスの高電圧を発生し、点火プラグ４により放電される。この時、内燃機関のシリンダ内で着火し燃焼すると点火プラグの電極間はイオン化される。点火プラグの放電により点火コイルの二次側には二次電流が流れイオン電流検出回路６のツェナーダイオード６ｃでクランプされる電圧がコンデンサ６ａに充電される。前記のように、点火プラグの電極間がイオン化されると、コンデンサ６ａにチャージされた電圧により点火コイルの二次側にイオン電流を流す。イオン電流は抵抗６ｄによりマイナス電圧として検出される。失火時にはイオン電流が流れないため検出されない。このイオン電流検出回路出力は、波形処理回路により反転及び波形整形され積分回路を用いて矩形波として出力される。積分回路を用いるのは、微小のイオン波形でも確実に信号出力するためである。この積分出力は、点火信号により点火毎にリセットされ点火毎の燃焼状態をモニタできるものとしている。また、イオン電流の波形は着火によるイオン電流波形が出力される前に、点火の容量放電による出力が発生する為、この容量放電部をマスクし、より正確な燃焼状態を確認できるものとしている。次に、本発明の積分回路について図６と図７を用いて説明する。イオン電流検知部出力には容量放電により発生する波形とイオン電流が流れる事により発生するイオン電流波形が発生する。イオン電流波形は、燃焼の状態や運転条件により発生電圧やタイミングが異なり、失火時には発生しない。このイオン電流検知部出力は信号反転回路に入力され増幅出力される。反転回路には、一例としてオペアンプを用いる。反転回路出力はオペアンプ(比較器)１０１に入力され基準電圧と比較出力される。この時、容量放電部は容量放電時の振動周波数分のＯＮ，ＯＦＦ波形となり、イオン電流波形は着火時ＨＩＧＨ、失火時ＬＯＷ出力となる。この比較器１０１の出力でＳＷ１をＯＮ，ＯＦＦしＳＷ１がＯＮでコンデンサ３２を充電し、ＳＷ１がＯＦＦでコンデンサ３２に充電した電荷を抵抗３１を介し放電する。その放電波形と抵抗３３と抵抗３４でつくる基準電圧とを比較器１０２で比較し、マスク時間を決定���る。この時、容量放電により発生する高周波のＯＮ，ＯＦＦ波形では時定数回路の放電がされきらないので、容量放電中は時定数回路の放電電圧は基準電圧に達しない。これにより、本発明の回路では、確実にマスクしたい容量放電波形後に一定時間のマスクを作る為、確実でかつ精度の良いマスク回路構成とする事が出来る。この比較器１０２の出力はＳＷ２のゲートに入力され設定された積分期間のみオペアンプ１０１の反転端子に信号反転回路の出力、即ちイオン電流出力が入力されるよう動作する。オペアンプ１０１はその出力と反転端子間にコンデンサ４１を配し、反転端子とＧＮＤ間に抵抗を介し積分回路を構成している。コンデンサ４１とは並列にアナログＳＷ４２を配し、アナログＳＷ４２は点火信号によりＯＮ，ＯＦＦし、点火周期毎にコンデンサ４１の電荷を放電することにより、積分回路の出力をリセットする。本発明ではこの積分回路を構成するオペアンプとＧＮＤ間に挿入される抵抗を２系統に分け、比較器１０２の出力の積分期間設定信号を反転させＳＷ３をＯＮする事で、積分期間には抵抗４３と抵抗４４の並列接続で決定する抵抗値の時定数回路を有する積分回路とし、積分期間以外はＳＷ３をＯＦＦし抵抗４４のみの時定数回路を有する積分回路構成に切り替える。この時、抵抗１３と抵抗４４の関係は、抵抗４３≪抵抗４４の抵抗値とする。着火時でも小さな電圧や短い時間で積分出力を立ち上げるには、時定数が小さい方が良いが、積分の入力が無い期間（積分期間以外）は、時定数が小さいと積分出力を保持できない。また、失火時には、オペアンプのオフセットやバイアス電流により、積分入力が無いのに積分回路出力が徐々に増加する湧き出し電圧が発生してしまう。これを防ぐにも、時定数は多き方が良い。
【０００６】
図２には、従来の構成を示す。本発明と同じ回路構成を用いたとして、従来は、点火コイル２とイグナイタ３のみを一体とした点火コイルＡＳＳＹ１１と点火コイルとは別体にイオン電流検出回路６，波形処理回路７を配置するか、または、点火コイル２とイグナイタ３及びイオン電流検出回路６を一体とした点火コイルＡＳＳＹ１０と別体に配置した波形処理回路７で構成していた。この場合、点火コイルの二次側２ｂ〜イオン電流検出回路６やイオン電流検出回路６〜波形処理回路間は微小電流のため、配線の引き回しなどのインピーダンス、インダクタンスや浮遊容量により出力が減衰し検知精度が悪化してしまう。本発明のように、点火コイルに波形処理回路まで一体化する事で、配線による影響が無くなり精度の良い失火検知が可能となる。図４は本発明に用いる波形処理回路構成のブロック図を示す。点火コイル二次の巻き始めから、イオン電流検知部でイオン電流波形を電圧変換し、波形整形回路により反転及びレベル検出し波形を整形する。波形整形回路出力は、積分回路により、着火時のみ出力されるイオン電流波形を積分する。この時、点火時の容量放電波形により全て着火と出力されてしまうので、この容量放電部分をマスク回路によりマスクする。また、積分出力は、点火信号により点火毎にリセットされる。図５は、本発明の実装状態を示す。イグナイタ３とイオン電流検知部，波形処理回路を一体としたイオン電流処理ユニット５は点火コイルのケース２１の頭部ににセットされコイルの巻線部の絶縁用エポキシ樹脂により一体封止される。外部からはコネクタ端子２２により点火信号，電源，ＧＮＤが入力され、処理信号が出力される。コネクタ端子２２は断面図のため１本しか図示していないが、当然、各入出力端子が存在する。端子２４の様に、点火コイルからは、一次コイルからイグナイタ３のコレクタ端子と、二次コイルからイオン電流処理ユニット内のイオン電流検知部と接続する２本がある。２５はセンターコア、２６は一次ボビン、２７は一次巻線、２８は二次ボビン、２９は二次巻線を示している。高圧部構造は省略する。
【０００７】
図８には、本発明を用いたイオン電流処理ユニットとイグナイタを点火コイルに内蔵したアッセンブリの一例を示す。コネクタ端子がインサートされたコイルケースに、放熱板を取り付けたイグナイタをセットし、そのイグナイタとコネクタ端子の点火信号端子及びＧＮＤ端子をはんだ付けまたは溶接等により電気的接続を行う。イグナイタのコレクタ端子は、点火コイルの一次巻線の巻終りと中継用端子を持って接続され、上記接続端子と同様にはんだ付けまたは溶接等により接続する。ここで、点火信号とＧＮＤ端子は、イオン電流処理ユニットと共用の端子であり、イオン電流処理ユニットの端子もはんだ付けまたは溶接により接続する。イグナイタの端子接続後、イオン電流処理ユニットをコイルケースにセットし、各端子にはんだ付けまたは溶接により接続する。ここで点火コイルの二次巻線の巻始めとの接続は、イグナイタのコレクタ端子と同様に中継用端子を用いて接続される。イグナイタ，イオン電流処理ユニットの順でコイルケースにセットし、各端子をはんだ付けまたは溶接等で接続し、コイルケース内に固定した後、点火コイルに注形する絶縁用エポキシ樹脂により一体固定される。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によればイオン電流を用いた失火検知方式において、検出された情報をより正確に出力でき、その出力の処理をし易くできシステムのトータルコストを低減する事も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を盛り込んだ点火装置の構成。
【図２】従来の点火装置の構成例。
【図３】本発明を用いた場合の動作タイミング。
【図４】本発明の波形処理回路ブロック図。
【図５】本発明の実装の一実施例。
【図６】本発明の動作タイミング詳細。
【図７】本発明の具体的回路例。
【図８】本発明の実装の一実施例。
【符号の説明】
１…バッテリ、２…点火コイル、２ａ…一次コイル、２ｂ…二次コイル、３…イグナイタ、４…点火プラグ、５…イオン電流処理ユニット、６…イオン電流検出回路、６ａ，３２，４１…コンデンサ、６ｂ…ダイオード、６ｃ…ツェナーダイオード、６ｄ，３１，３３，３４，３５，３６，４３，４４，４５，４７…抵抗、７…波形処理回路、８…点火コイルＡＳＳＹ、２１…コイルケース、２２…コネクタ端子、２３…絶縁用エポキシ樹脂、２４…接続端子、２５…センターコア、２６…一次ボビン、２７…一次巻線、２８…二次ボビン、２９…二次巻線、４２…アナログスイッチ、４６…反転バッファ。
【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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【図８】
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