JP2001050146A - イオン電流測定用点火プラグおよびその制御法と制御回路 - Google Patents

イオン電流測定用点火プラグおよびその制御法と制御回路

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 点火とイオン電流測定を行うための新しい点
火プラグであって部品点数が少なく構造が簡単なものを
提供する。 【解決手段】 点火管（２）内の燃焼室側に配置された
ヒータエレメント（３）に点火電流（ＩＧＫ）を流すた
めの通電用端子を備え、該点火管はプラグハウジングに
配置されて該プラグハウジングとは絶縁されており、該
プラグハウジングはエンジンブロック（アース）と電気
的に接続されているイオン電流測定用点火プラグにおい
て、該プラグの端子側域内に、ダイオード（１５）が、
点火管とヒータエレメントとからなる直列回路と点火プ
ラグの本体（４）との間に一体に組み込みまれている
か、またはモジュールの形で配置されているイオン電流
測定用点火プラグ。ダイオードの代りに、電圧評価回路
を備えたＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチが一体に組
み込まれているか、またはモジュールの形で配置されて
いてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン電流測定用
点火プラグおよびその制御法と制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】本点火プラグに類するものとしては、点
火管ないし内部にヒータエレメントが配置された相当品
がある。かかる点火管はプラグハウジングに対して絶縁
されており、プラグハウジングはエンジンブロック（ア
ース）と電気的に接続されている。
【０００３】点火を行い、かつイオン電流を計測できる
ような点火プラグを設計するには、少なくとも点火プラ
グ先端域が１本の電極として働き、これに補助電圧ＵＨ
を印加することができなければならない。この電圧は、
この電極とシリンダ内壁との間にかけられる。燃焼プロ
セスのためにイオンが発生すると電流が流れる。この特
性カーブから、シリンダ内の燃焼プロセスを推定するこ
とができる。
【０００４】点火プラグの点火管の先端を電極として利
用することができる構造にすると都合がよい。その場合
には、ヒータエレメントと電極とを電気的に相互に結合
し、同時にヒータエレメントおよび電極を点火プラグ本
体と電気的に絶縁する。このような点火プラグには電気
接続端子が２つあるのが普通であり、これらによって点
火プラグは制御装置に接続される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】点火とイオン電流測定用
に作られた上述の従来のシステムには次のような重大な
不都合がある。
【０００６】−イオン電流の測定に用いる点火プラグの
接続端子は２極でなければならず、この点火プラグ用の
新しい差込みシステムが必要になる。これに対応する差
込み式コネクタには高電圧接点を２つ設けなければなら
ないため、単一極の方式に比べて明らかに高価になる。
【０００７】−エンジンブロックに取り付けられている
点火プラグに差し込まれる差込みが２極になると、回転
対称の差込みを差し込む場合に比べて明らかに高価にな
る。
【０００８】−点火プラグに流れる電流を制御装置に戻
すために、ケーブル断面の大きな第２の高電圧配線を用
い、これに対応した差込み式端子を介して制御装置に接
続しなければならない。このような構造にするとケーブ
ルの部品点数が増し、また制御装置自身についてもコス
トの上乗せになる。
【０００９】−第２の高電圧配線を用いることにより接
点が増すと共に、不都合な接触抵抗を増大させて点火プ
ラグにかかる電圧を低下させる。
【００１０】−既存のプラス極の高電圧端子（電流負荷
は、点火プラグ電流すべての合計）はたいていの場合に
ボルト締め方式になっているが、これに加えて上記の制
御装置では新たにマイナス極側配線に高電圧端子を設け
る必要が生じるためコスト増となり、組立て時の費用も
増加する。
【００１１】上記のような短所を克服するため、点火と
イオン電流測定を行うための新しい点火プラグと、この
点火プラグの機能を適切に果させ、かつイオン電流測定
機能を備えた新しい点火プラグ制御装置と、新しい点火
プラグ制御回路を提供することを本発明の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、点火管内の
燃焼室側に配置されたヒータエレメントに点火電流を流
すための通電用端子を備え、該点火管はプラグハウジン
グに配置されて該プラグハウジングとは絶縁されてお
り、該プラグハウジングはエンジンブロック（アース）
と電気的に接続されているイオン電流測定用点火プラグ
において、該プラグの端子側域内に、ダイオードが、点
火管とヒータエレメントとからなる直列回路と点火プラ
グの本体との間に一体に組み込みまれているか、または
モジュールの形で配置されていることを特徴とするイオ
ン電流測定用点火プラグによって達成される。
【００１３】上記点火プラグは、ダイオードの代りに、
プラグの端子側域内に、電圧評価回路を備えた半導体ス
イッチが一体に組み込まれているか、またはモジュール
の形で配置されて、該半導体スイッチは点火プラグの電
圧ＵＧＫがＵＧＫ＞０Ｖのときにのみ電圧評価回路によ
り導通制御されてもよい。この点火プラグは、半導体ス
イッチとしてｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチが一体
に組込みまれていてもよい。また、車上電源電圧ＵＢお
よび補助電圧ＵＨを、ＵＢ＞０Ｖ及びＵＨ＜０Ｖ、また
はＵＢ＜０Ｖ及びＵＨ＞０Ｖを満たすように極性を逆に
してかけるとよい。
【００１４】上記ダイオードを備えた点火プラグでは、
ダイオードの方向を逆にしてもよく、また、半導体スイ
ッチを備えた点火プラグでは、ｎ−チャネルＭＯＳＦＥ
Ｔスイッチをｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに置換
えてもよい。
【００１５】上記のような点火プラグを導通制御するた
めには、電圧ＵＢおよびＵＨが逆の極性を備え、その際
にこれらの電圧がＵＢ＞０Ｖ及びＵＨ＜０Ｖ、又はＵＢ
＜０Ｖ及びＵＨ＞０Ｖなる条件を満足するようにさせる
制御装置を用いるとよい。
【００１６】かくして、本発明の他の局面によれば、上
記点火プラグと上記制御装置を備えてなることを特徴と
する点火および／またはイオン測定を行うための装置が
提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１〜４により本発明について詳
しく説明する。
【００１８】図１に示す本発明による点火プラグ１に
は、点火管２とこれに付属するプラグ本体４が備えられ
ており、該プラグ本体４は絶縁体５により点火管２から
電気的に絶縁されており、点火管２の燃焼室側域がヒー
タエレメント３になっている。
【００１９】点火プラグ１の端子側域にはダイオード１
５が一体に組み込まれている。点火プラグは単一極の電
気端子６を備え、点火管２の壁面と点火プラグ本体４の
間に電圧ＵＧＫを印加することにより、直列接続のヒー
タエレメント３とダイオード１５に電圧ＵＧＫがかけら
れ、点火管２は任意の箇所でヒータエレメント３の２つ
の端子の一方と連結されており、点火電流ＩＧＫは図示
のとおりに流れる。
【００２０】”点火”作動モードにおいては、点火管２
内部に配置されており、かつ点火管と電気的につながっ
ているヒータエレメント３は、その一方の端子を介し
て、点火プラグに一体化されているダイオード１５に結
合されている。ダイオード１５はさらにプラグ本体４お
よびエンジンブロック（一般的に車両のアース）を介し
て、車上電源電圧ＵＢのマイナス極につながっている。
ヒータエレメント３のもう一方の端子は、点火プラグ１
の電気端子６の接点および付属する点火プラグ制御装置
のもう１つのスイッチを介して車上電源電圧ＵＢのプラ
ス極につなげられる。このようにして点火電流回路が形
成される。
【００２１】”測定”作動モードにおいては、一体化ダ
イオード１５が非導通状態になり、点火管２ないしはヒ
ータエレメント３とエンジンブロックすなわちマイナス
極との間の接続が切れる。この状態では、点火プラグ１
の電気端子６の接点を介して点火管２に補助電圧ＵＨを
かけることができる。このようにして、点火プラグ１の
点火管２とアース電位のシリンダ内壁との間に電界が形
成される。燃焼によりシリンダ内にイオン化ガスが発生
すると電流が流れる。このイオン電流は発生イオン数に
依存し、シリンダ内での燃焼の推移についての情報を提
供する。
【００２２】図１に示した点火プラグの制御の様子を図
３に略図で示す。
【００２３】点火に必要な車上電源電圧ＵＢは、”普
通”作動モードにおいて電子スイッチ９を介して点火プ
ラグ１にかけられる。これに対して補助電圧ＵＨは逆の
極性、すなわちアースのみならず車上電源電圧ＵＢに対
してマイナスであり、抵抗ＲＭを介して点火プラグ１に
接続される。番号１１で表されるこの抵抗ＲＭを介し
て、イオン電流評価のための、イオン電流に比例した電
圧ＵＭが発生する。”測定”作動モードにおいては、点
火管およびこれとつながっている点火プラグのヒータエ
レメント１９が、点火プラグ本体４およびエンジンブロ
ックと電気的に絶縁されていなければならない。これは
例えば次の２つの実施例で行うことができる。
【００２４】実施例１ 点火管およびヒータエレメントを点火プラグ本体４から
切離すために、直列に接続されている点火管およびヒー
タエレメントと点火プラグ本体４との間に入れたダイオ
ード１５を利用して電圧がＵＧＫ＞０Ｖの場合にのみこ
のダイオードを通してアースに直接電流が流れるように
する。すなわち、電子スイッチ９が導通状態のときの
み”点火”作動モードになり得る。番号１１で表される
この抵抗Ｒ Ｍの抵抗値は、直列に接続されている点火管
２およびヒータエレメント３に比べてはるかに大きいた
め、測定回路に流入する電流は無視することができる。
【００２５】実施例２ 図２及び図４に示す通りダイオード１５を、ＵＧＫ＞０
Ｖのときにのみ電圧評価回路８により導通制御される半
導体スイッチ７で置きかえることもできる。その導通時
抵抗を小さくすれば、導通状態の半導体スイッチ７によ
る電圧降下を少なくすることができる。付属する点火プ
ラグを概略的に示す図２の参照番号は上記と同じになっ
ている。
【００２６】上記の実施例１および２における電圧ＵＢ
およびＵＨの極性を逆にすることも可能であり、これも
別の手段として望ましい。すなわちダイオードを逆にす
るか、またはここに使用されているｎ−チャネルＭＯＳ
ＦＥＴスイッチをｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに
置換えることもできる。
【００２７】本発明の解決手段においては、電圧ＵＢお
よびＵＨの２つの極性を逆にする、すなわち次のうちの
どちらかにすることが重要になる。
【００２８】（１） ＵＢ＞０Ｖ ／ ＵＨ＜０Ｖ または、 （２） ＵＢ＜０Ｖ ／ ＵＨ＞０Ｖ 上記の使用目的のために必要な半導体素子は容易に入手
可能であり、または作るにしても大した費用にはならな
い。従来半導体素子には、”点火” という機能要件し
か課されなかったのに対して、新しく課される要件は”
点火および測定”となり以下のように記述できる： −高圧バイパススイッチは高逆止電圧Ｕreverse＞（Ｕ
Ｂ＋ＵＨ） −点火プラグ内のダイオード１５の非導通状態時に漏れ
電流が少ない（＜１μＡ） −点火プラグ内の半導体スイッチ７の非導通状態時の逆
止電圧はＵreverse＞ＵＨでありまた漏れ電流が少ない
（＜１μＡ）
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイオードを一体に組み込んだ本発明の棒形点
火プラグの一実施形態の概略的長手方向断面図。
【図２】本発明の点火プラグの別の実施形態の概略的長
手方向断面図。
【図３】点火プラグ制御回路およびダイオードを一体に
組み込んだ点火プラグからなる本発明の装置の実施形態
を示す略図。
【図４】半導体スイッチとしてＭＯＳＦＥＴトランジス
タを一体に組み込むとともに電圧評価回路８を付属させ
た点火プラグ及び点火プラグ制御回路を示す略図。
【符号の説明】
１…点火プラグ ２…点火管 ３…ヒータエレメント ４…プラグ本体 ５…絶縁体 ６…電気端子 ７…半導体スイッチ ８…電圧評価回路 ９…電子スイッチ １１…抵抗 １５…ダイオード ＩＧＫ…点火電流 ＵＢ…車上電源電圧 ＵＨ…補助電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596055006 Ｍｏｅｒｉｋｅｓｔｒａｓｓｅ 155, 71636 Ｌｕｄｗｉｇｓｂｕｒｇ，Ｇｅｒ ｍａｎｙ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 点火管内の燃焼室側に配置されたヒータ
    エレメントに点火電流を流すための通電用端子を備え、
    該点火管はプラグハウジングに配置されて該プラグハウ
    ジングとは絶縁されており、該プラグハウジングはエン
    ジンブロック（アース）と電気的に接続されているイオ
    ン電流測定用点火プラグにおいて、該プラグの端子側域
    内に、ダイオード（１５）が、点火管とヒータエレメン
    トとからなる直列回路と点火プラグの本体（４）との間
    に一体に組み込みまれているか、またはモジュールの形
    で配置されていることを特徴とするイオン電流測定用点
    火プラグ。
  2. 【請求項２】 ダイオード（１５）の代りに、プラグの
    端子側域内に、電圧評価回路（８）を備えた半導体スイ
    ッチ（７）が一体に組み込まれているか、またはモジュ
    ールの形で配置されており、該半導体スイッチ（７）は
    点火プラグの電圧ＵＧＫがＵＧＫ＞０Ｖのときにのみ電
    圧評価回路（８）により導通制御される請求項１に記載
    の点火プラグ。
  3. 【請求項３】 半導体スイッチ（７）としてｎ−チャネ
    ルＭＯＳＦＥＴスイッチが一体に組込みまれている請求
    項２に記載の点火プラグ。
  4. 【請求項４】 車上電源電圧ＵＢおよび補助電圧Ｕ
    Ｈが、ＵＢ＞０Ｖ及びＵＨ＜０Ｖ、またはＵＢ＜０Ｖ及
    びＵＨ＞０Ｖを満たすように極性を逆にしてかけられて
    いる請求項１〜３のいずれか１項に記載の点火プラグ。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の点火プラグに対しては
    ダイオード（１５）を逆にするか、または請求項２また
    は３に記載の点火プラグに対してはｎ−チャネルＭＯＳ
    ＦＥＴスイッチをｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに
    置換えた請求項４に記載の点火プラグ。
  6. 【請求項６】 電圧ＵＢおよびＵＨが逆の極性を備え、
    その際にこれらの電圧がＵＢ＞０Ｖ及びＵＨ＜０Ｖ、又
    はＵＢ＜０Ｖ及びＵＨ＞０Ｖなる条件を満足するように
    したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載
    の点火プラグを導通制御するための制御装置。
  7. 【請求項７】 請求項１〜５の何れか１項に記載の点火
    プラグ、および請求項６に記載の制御装置を備えてなる
    ことを特徴とする点火および／またはイオン測定を行う
    ための装置。
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