(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の点火コイルの一次コイルで発生する一次電圧によりコンデンサを充電してバイアス電圧を生成し、該バイアス電圧を燃焼室内に配設された点火プラグに印加させ、内燃機関の燃焼時に該燃焼室内に発生するイオンにより上記コンデンサから上記点火プラグに流れる電流をイオン電流として検出する内燃機関用燃焼状態検知装置において、
上記一次コイルから上記コンデンサへ流れる電流を整流する整流素子が、上記一次コイルから上記コンデンサへ電流を流した後に逆方向へ流れる電流を防止するまでの時間である回復時間が２μＳ以下の整流素子であり、
上記回復時間２μＳ以下の整流素子である第１の整流素子に、上記コンデンサから上記一次コイル側へリークするリーク電流を１０μＡ以下にする第２の整流素子が、該第１の整流素子と同方向にシリーズに接続されている
ことを特徴とする内燃機関用燃焼状態検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼室内で混合気が燃焼したときに発生するイオンをイオン電流として検出することにより、内燃機関の燃焼状態を検知する内燃機関用燃焼状態検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。図８は図７の回路の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。点火コイル２の一次コイル２ａは、一端がバッテリ１に接続され、他端は一次コイル２ａの電流を通電／遮断するスイッチング素子６に接続されている。
【０００３】
クランク角センサ３は、内燃機関のクランク角を検出しその信号を出力する。ＥＣＵ５は、クランク角センサ３の信号およびその他各種センサ４の信号より点火時期を演算し、スイッチング素子６を駆動する信号を出力する。
【０００４】
ＥＣＵ５の駆動信号に基づいて、スイッチング素子６が駆動され、点火コイル２の一次コイル２ａの電流が通電／遮断される。一次コイル２ａの電流が遮断された時、一次コイル２ａのスイッチング素子６に接続された端子側に、数百ボルトの電圧が発生する。この電圧は、点火コイル２の二次コイル２ｂに数十キロボルトの高電圧を発生させ、二次コイル２ｂに接続された点火プラグ１４ａ，１４ｂに放電を発生させ、内燃機関の燃焼室の混合気を燃焼させる。
【０００５】
また、一次コイル２ａで発生した数百ボルトの電圧は、整流素子７→電流制限素子８→コンデンサ１３→整流素子１２の経路で電流を流しコンデンサ１３に電荷を充電する。整流素子７は、一次コイル２ａ側が所定の電圧以下に下がったときに、コンデンサ１３に充電された電荷が逆流することを防ぐ。電圧制限素子１１は、コンデンサ１３の充電電圧を制限する。
【０００６】
コンデンサ１３に充電された電圧は、電流制限素子１０と整流素子９を介し、点火プラグ１４ｂに、またさらに二次コイル２ｂを介し点火プラグ１４ａに印加され、イオン電流を流す。
【０００７】
このイオン電流は、電流−電圧変換回路１５で電圧値に変換され、更にイオン電流信号処理回路１６で燃焼状態を示す燃焼状態信号に変換され、ＥＣＵ５にその燃焼状態信号を出力する。ＥＣＵ５は、その燃焼状態信号に基づき燃焼状態を判定し、点火時期制御や燃料噴射制御に反映する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に電流の流れを一方向に制限する整流素子は、アノード側からカソード側に電流を流したあと、短時間ではあるが逆方向に電流を流してしまう。
【０００９】
上述のような従来装置では、バイアス電圧を充電する経路の整流素子７に、逆流が防止されるまでの時間である回復時間の遅いものを使用していた。そのため、図８のＶｂｉａｓに示されるようにコンデンサ１３に充電される電圧は、ピークのあと電流の逆流のために所定量だけ下がってしまう。
【００１０】
そして、コンデンサ１３には、イオン電流を検出する為に必要なバイアス電圧が充分に充電されないこととなり、そのため、イオン電流検出が良好に行われず、正確な燃焼状態の判定が困難となるといった問題があった。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、コンデンサに充電された電荷が逆流することを防止し、イオン電流を検出する為に必要なバイアス電圧を確保することができ、良好で安定したイオン電流検出を行え、正確な燃焼状態の判定が可能となる内燃機関用燃焼状態検知装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関用燃焼状態検知装置は、内燃機関の点火コイルの一次コイルで発生する一次電圧によりコンデンサを充電してバイアス電圧を生成し、バイアス電圧を燃焼室内に配設された点火プラグに印加させ、内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオンによりコンデンサから点火プラグに流れる電流をイオン電流として検出する内燃機関用燃焼状態検知装置において、一次コイルからコンデンサへ流れる電流を整流する整流素子が、一次コイルからコンデンサへ電流を流した後に逆方向へ流れる電流を防止するまでの時間である回復時間が２μＳ以下の整流素子であり、回復時間２μＳ以下の整流素子である第１の整流素子に、コンデンサから一次コイル側へリークするリーク電流を１０μＡ以下にする第２の整流素子が、第１の整流素子と同方向にシリーズに接続されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明に関連した内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。図２は図１の回路の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。図中の符号１〜６、及び８〜１６は、図７に示す従来装置と同じである。すなわち、点火コイル２の一次コイル２ａは、一端がバッテリ１に接続され、他端は一次コイル２ａの電流を通電／遮断するスイッチング素子６に接続されている。
【００１５】
クランク角センサ３は、内燃機関のクランク角を検出しその信号を出力する。ＥＣＵ５は、クランク角センサ３の信号およびその他各種センサ４の信号より点火時期を演算し、スイッチング素子６を駆動する信号を出力する。
【００１６】
ＥＣＵ５の駆動信号に基づいて、スイッチング素子６が駆動され、点火コイル２の一次コイル２ａの電流が通電／遮断される。一次コイル２ａの電流が遮断された時、一次コイル２ａのスイッチング素子６に接続された端子側に、数百ボルトの電圧が発生する。この電圧は、点火コイル２の二次コイル２ｂに数十キロボルトの高電圧を発生させ、二次コイル２ｂに接続された点火プラグ１４ａ，１４ｂに放電を発生させ、内燃機関の燃焼室の混合気を燃焼させる。
【００１７】
整流素子１７は、回復時間が２μＳ以下の整流素子である。一次コイル２ａで発生した数百ボルトの電圧は、整流素子１７→電流制限素子８→コンデンサ１３→整流素子１２の経路で電流を流しコンデンサ１３に電荷を充電する。電圧制限素子１１は、コンデンサ１３の充電電圧を制限する。
【００１８】
コンデンサ１３に充電された電圧は、電流制限素子１０と整流素子９を介し、点火プラグ１４ｂに、また二次コイル２ｂを介し点火プラグ１４ａに印加され、イオン電流を流す。
【００１９】
このイオン電流は、電流−電圧変換回路１５で電圧値に変換され、更にイオン電流信号処理回路１６で燃焼状態を示す燃焼状態信号に変換され、ＥＣＵ５にその燃焼状態信号を出力する。ＥＣＵ５は、その燃焼状態信号に基づき燃焼状態を判定し、点火時期制御や燃料噴射制御に反映する。
【００２０】
本構成例においては、整流素子１７は、回復時間が２μＳ以下の素子を使用している為、コンデンサ１３に充電された電荷が、整流素子１７を逆流する時間が非常に短くなり、図２のＶｂｉａｓに示されるようにコンデンサ１３の電圧は殆ど低下しない。
【００２１】
以下は整流素子の回復時間とコンデンサ１３に充電される充電電圧の関係を示す実験データである。
【００２２】
0003784588.tif 000002
【００２３】
イオン電流検出を良好に行う為には、通常１３０Ｖ以上の充電電圧が必要となる。そのため、充電電圧の低下を防ぐ為には、回復時間が２μＳ以下の素子を使用する必要がある。
【００２４】
このような構成の内燃機関用燃焼状態検知装置においては、バイアス電圧を充電する経路の整流素子１７を回復時間の速い素子にすることで、コンデンサ１３に充電された電荷が逆流することを防止する。そのため、イオン電流を検出する為に必要なバイアス電圧を確保することができ、良好で安定したイオン電流検出を行え、正確な燃焼状態の判定が可能となる。
【００２５】
上記構成例では、回復時間の速い整流素子を用いたが、回復時間の速い整流素子を用いる場合、逆バイアスを印加した時のリーク電流が大きくなる傾向にある。例えば、ダイオード等の整流素子の場合、回復時間を速くする為に、重金属（金／白金    など）をシリコンに蒸着し、熱処理して拡散して作製する。そして、重金属が含まれている為に、高温時にはリーク電流が大きくなる。
【００２６】
図３はリーク電流の経路を示した図である。図４はリーク電流の発生している様子を示すタイミングチャートである。リーク電流は、図３に矢印で示したように、コンデンサ１３→電流制限素子８→整流素子１７→一次コイル２ａ→バッテリ１→電流−電圧変換回路１５の経路で流れる。
【００２７】
内燃機関の燃焼時に発生するイオンに１３０Ｖ程度のバイアス電圧を印加すると、正常に燃焼している場合、数十μＡのイオン電流が流れる。しかし、整流素子１７のリーク電流が数十μＡ発生すると、イオン電流の波形が小さくなることとなり、イオン電流の識別が困難になる（図４）。
【００２８】
本発明の実施の形態１は、このような逆バイアスに対するリーク電流の防止を目的とするものである。図５は本発明の実施の形態１に係る内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。図６は図５の回路の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。図５のなかで、符号１〜６、及び８〜１７は、図１に示す構成例と同じである。すなわち、整流素子１７は、回復時間が２μＳ以下の素子である。整流素子１７は、コンデンサ１３に充電された電荷が逆流することを防止する。
【００２９】
本実施の形態においては、整流素子１７に整流素子２７をシリーズに接続している。整流素子２７は、定常的な逆バイアスに対するリーク電流が１０μＡ以下の整流素子である。一般的に内燃機関の始動時のようなイオン電流が最も小さい場合に、イオン電流は、１０μＡ程であるので、リーク電流が１０μＡ以下であれば、イオン電流の識別が困難になることがない。
【００３０】
このような構成の内燃機関用燃焼状態検知装置においては、回復時間の速い整流素子１７と、リーク電流が小さい整流素子２７をシリーズに接続することで、充電直後の充電電圧の低下を防止と、定常的な逆バイアスに対するリーク電流の防止の両立をはかることができ、良好で安定したイオン電流検出を行え、正確な燃焼状態の判定が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関用燃焼状態検知装置は、内燃機関の点火コイルの一次コイルで発生する一次電圧によりコンデンサを充電してバイアス電圧を生成し、バイアス電圧を燃焼室内に配設された点火プラグに印加させ、内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオンによりコンデンサから点火プラグに流れる電流をイオン電流として検出する内燃機関用燃焼状態検知装置において、一次コイルからコンデンサへ流れる電流を整流する整流素子が、一次コイルからコンデンサへ電流を流した後に逆方向へ流れる電流を防止するまでの時間である回復時間が２μＳ以下の整流素子である。そのため、コンデンサに充電された電荷が逆流することを防止し、イオン電流を検出する為に必要なバイアス電圧を確保でき、良好で安定したイオン電流検出が行え、正確な燃焼状態の判定が可能となる。
また、回復時間２μＳ以下の整流素子である第１の整流素子に、コンデンサから一次コイル側へリークするリーク電流を１０μＡ以下にする第２の整流素子が、第１の整流素子と同方向にシリーズに接続されている。そのため、充電直後の充電電圧の低下を防止と、定常的な逆バイアスに対するリーク電流の防止の両立をはかることができ、良好で安定したイオン電流検出を行え、正確な燃焼状態の判定が可能となる。
【００３２】
さらに、回復時間２μＳ以下の整流素子である第１の整流素子に、コンデンサから一次コイル側へリークするリーク電流を１０μＡ以下にする第２の整流素子が、第１の整流素子と同方向にシリーズに接続されている。そのため、充電直後の充電電圧の低下を防止と、定常的な逆バイアスに対するリーク電流の防止の両立をはかることができ、良好で安定したイオン電流検出を行え、正確な燃焼状態の判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関連した内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。
【図２】  回路の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図３】  リーク電流の経路を示した図である。
【図４】  リーク電流の発生している様子を示すタイミングチャートである。
【図５】  本発明の実施の形態１に係る内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。
【図６】  図５の回路の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図７】  従来の内燃機関用燃焼状態検知装置を示す回路構成図である。
【図８】  図７の回路の各部分の動作波形を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２  点火コイル、２ａ  一次コイル、１３  コンデンサ、１４ａ，１４ｂ  点火プラグ、１７  回復時間２μＳ以下の整流素子、２７  リーク電流が１０μＡ以下の整流素子。
【図１】
0003784588.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003784588.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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