JP2001065445A - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents

内燃機関の燃焼状態検出装置

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    • F02P2017/128—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits for knock detection

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気筒識別やノック発生状態と言った燃焼状態
を良好に検出でき、且つ回路規模を小さくすることがで
きる内燃機関の燃焼状態検出装置を得る。 【解決手段】 各気筒毎に設けられた点火コイル２１
と、点火用高電圧の印加により放電して気筒内の混合気
に着火する点火プラグ２０と、各気筒毎に設けられ点火
プラグ２０にバイアス電圧を印加するバイアス回路１
と、各気筒毎に設けられ混合気の燃焼直後の気筒内で発
生するイオン電流６をイオン電流検出信号として検出す
るイオン電流検出回路２と、点火順序で１気筒以上間隔
の空いた複数の気筒の組み合わせに対して１個が設けら
れイオン電流検出信号の和に基づいてノック信号を生成
するノック信号処理回路４と、ノック信号に基づいて点
火プラグにおける燃焼状態を検出するＥＣＵ５とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の燃焼
状態を検出する燃焼状態検出装置に関し、特に燃焼直後
の気筒内で発生するイオン電流に基づきノック発生状態
や気筒識別等の燃焼状態を検出する内燃機関の燃焼状態
検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、点火プラグをイオン電流検出
用の電極として用い、点火直後に検出されるイオン電流
量に基づいて燃焼気筒の識別やノックの有無の判定と言
った燃焼状態を検出する装置が提案されている。
【０００３】燃焼気筒の識別すなわち気筒識別とは、エ
ンジンの始動直後の同時点火モードにおいて、どの気筒
が燃焼しているのか識別するものである。点火工程と排
気行程が同じ動きとなる４サイクルの内燃機関において
は、例えば、カムセンサ等のセンサを設けて、カムの動
きを物理的に検出すればどの気筒が燃焼工程であるか知
ることができる。しかし、このようなセンサが設けられ
ておらず、例えば、クランクセンサのみの場合には、こ
れだけではどの気筒が燃焼しているのか解らない。
【０００４】このようなことから、エンジンの始動直後
の同時点火モードにおいては、点火工程と排気行程が同
期している例えば２個の気筒に同時に燃料を噴射しさら
に点火をし、燃焼した側の気筒においては、イオン電流
が検出されるので、このイオン電流に基づいて燃焼して
いる気筒を識別する。
【０００５】この同時点火モードにおいては、点火工程
と排気行程が同じタイミングで行われる複数の気筒、例
えば、第１気筒と第４気筒、第２気筒と第３気筒、とい
うようにグループをつくって同時に燃料を噴射し同時点
火をする。そして、上述のようにイオン電流から燃焼工
程の気筒の判別ができたら、その後は、点火工程の気筒
にのみシーケンシャルに燃料を噴射して点火をする通常
モードに移行する。
【０００６】一方、ノックの有無の検出とは、内燃機関
でノックが発生すると、イオン電流にノックの振動成分
が重畳する。そのため、この振動成分を抽出することで
ノックの発生を判定するものである。
【０００７】図３は従来の内燃機関の燃焼状態検出装置
を示すブロック図である。図において、２１は、各気筒
毎に設けられ点火用高電圧を発生する点火コイルであ
る。２０は、点火用高電圧の印加により放電して内燃機
関の気筒内の混合気に着火する点火プラグである。３０
は、点火コイルの２次電圧を利用してイオン電流６を検
出するための高電圧（バイアス電圧）をチャージし、ま
た、点火のための放電が終了したときに発生するイオン
電流をイオン電流検出信号として検出するイオン電流検
出回路である。
【０００８】また、３は、比較回路とタイマ回路とから
なり、イオン電流検出回路３０から出力されたイオン電
流検出信号を所定の検出レベルと比較することにより燃
焼信号生成する燃焼信号処理回路である。４は、フィル
タ回路と波形整形回路からなり、イオン電流検出回路３
０から出力されたイオン電流検出信号からノック検出の
基礎となるノック信号を取り出し、波形整形してノック
パルスを出力するノック信号処理回路である。５は、燃
焼信号及びノックパルスを入力し、各々の信号の変動か
ら、燃焼気筒の識別及びノックの有無の検出をするＥＣ
Ｕ（電子制御ユニット）である。
【０００９】図３に示されたように、イオン電流検出回
路３０、燃焼信号処理回路３及びノック信号処理回路４
は、各気筒毎に各々設けられている。
【００１０】このように構成された燃焼状態検出装置に
おいては、イオン電流検出回路３０が取り出したイオン
電流に基づいて、燃焼気筒の識別やノックの有無の検出
と言った燃焼状態を検出する。
【００１１】また、図４は従来の内燃機関の燃焼状態検
出装置の他の例を示すブロック図である。図４は従来例
においては、４個の気筒に対して、イオン電流検出回路
３０、燃焼信号処理回路３及びノック信号処理回路４
が、共通に１個設けられている。図５は図４の回路の各
部の出力信号を示すタイミングチャートである。図５の
信号名の先頭に振られた数字は、図４中の同じ番号の接
点に対応している。
【００１２】このように構成された燃焼状態検出装置に
おいては、イオン電流検出回路３０、燃焼信号処理回路
３及びノック信号処理回路４が、共通に１個設けられて
いるので回路規模を小さくすることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の従来
の内燃機関の燃焼状態検出装置において、図３の従来例
は、各気筒毎にイオン電流検出回路３０、燃焼信号処理
回路３及びノック信号処理回路４を設けているので、回
路規模が大きくなりコストや大きさが増えるといった問
題があった。
【００１４】一方、図４の従来例は、回路規模を小さく
することができるが、例えば、ノックの検出を行う場
合、図５の番号７のイオン電流検出信号に表されるよう
に、各気筒のイオン電流検出信号の和が、ノック信号処
理回路４に入力されるので、ノックの検出がうまく行わ
れない場合があった。特に、高回転においては、次に点
火する気筒の点火信号ＯＮ時のノイズが、前の気筒のノ
ック信号に重畳するため、ノック信号とノイズを識別す
ることができず誤判定を引き起こす問題があった。
【００１５】この発明は、前記のような課題を解決する
ためになされたもので、燃焼気筒の識別やノックの有無
の検出と言った燃焼状態を良好に検出できると共に、回
路規模を小さくすることができる内燃機関の燃焼状態検
出装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の燃焼状態検出装置は、各気筒毎に設けられ点火用高電
圧を発生する点火コイルと、点火用高電圧の印加により
放電して内燃機関の気筒内の混合気に着火する点火プラ
グと、各気筒毎に設けられ点火プラグにバイアス電圧を
印加するバイアス回路と、各気筒毎に設けられ混合気の
燃焼直後の気筒内で発生するイオン量に応じたイオン電
流をイオン電流検出信号として検出するイオン電流検出
回路と、点火順序で１気筒以上間隔の空いた複数の気筒
の組み合わせに対して１個が設けられイオン電流検出信
号の和に基づいて内燃機関のノック発生状態を示すノッ
ク信号を生成するノック信号処理回路と、ノック信号に
基づいて点火プラグにおける燃焼状態を検出し制御パラ
メータを演算するＥＣＵとを備えている。
【００１７】また、同時点火モードで同時点火している
組とは異なる組み合わせの複数の気筒に対して１個が設
けられイオン電流検出信号の和を所定の検出レベルと比
較し、燃焼信号を生成する燃焼信号処理回路をさらに有
し、ＥＣＵは、燃焼信号に基づいて気筒識別および燃焼
判定を行う。
【００１８】また、イオン電流検出回路は、カレントミ
ラー回路とされ、ノック信号処理回路へ供給されるイオ
ン電流検出信号と相似なイオン電流検出信号を燃焼信号
処理回路へ供給する。
【００１９】さらに、各気筒毎に設けられ点火用高電圧
を発生する点火コイルと、点火用高電圧の印加により放
電して内燃機関の気筒内の混合気に着火する点火プラグ
と、各気筒毎に設けられ点火プラグにバイアス電圧を印
加するバイアス回路と、各気筒毎に設けられ混合気の燃
焼直後の気筒内で発生するイオン量に応じたイオン電流
をイオン電流検出信号として検出するイオン電流検出回
路と、同時点火モードで同時点火している組とは異なる
組み合わせの複数の気筒に対して１個が設けられイオン
電流検出信号の和を所定の検出レベルと比較し、燃焼信
号を生成する燃焼信号処理回路と、燃焼信号に基づいて
気筒識別および燃焼判定を行うＥＣＵとを備えている。
【００２０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の内
燃機関の燃焼状態検出装置のを示すブロック図である。
図において、２１は、各気筒毎に設けられ点火用高電圧
を発生する点火コイルである。２０は、点火用高電圧の
印加により放電して内燃機関の気筒内の混合気に着火す
る点火プラグである。１は、点火コイルの２次電圧を利
用してイオン電流６を検出するための高電圧（バイアス
電圧）をチャージし、チャージした高電圧を点火プラグ
に印加するバイアス回路である。２は、点火のための放
電が終了したときに発生するイオン電流６を検出し、気
筒内で発生するイオン量に応じたイオン電流６に基づい
てイオン電流検出信号を出力するイオン電流検出回路で
ある。イオン電流検出回路２は、カレントミラー回路と
されている。
【００２１】また、３は、比較回路とタイマ回路とから
なり、イオン電流検出回路２から出力されたイオン電流
検出信号を所定の検出レベルと比較することにより燃焼
信号生成する燃焼信号処理回路である。４は、フィルタ
回路と波形整形回路からなり、イオン電流検出回路２か
ら出力されたイオン電流検出信号からノック検出の基礎
となるノック信号を取り出し、波形整形してノックパル
スを出力するノック信号処理回路である。５は、燃焼信
号及びノックパルスを入力し、各々の信号の変動から、
燃焼気筒の識別及びノックの有無の検出をするＥＣＵ
（電子制御ユニット）である。
【００２２】図１に示されるように、バイアス回路１と
イオン電流検出回路２は、各気筒毎に独立して設けられ
ている。そして、イオン電流検出回路２は、上述のよう
にカレントミラー回路とされており、２個の出力先すな
わち燃焼信号処理回路３とノック信号処理回路４に相似
な電流（イオン電流検出信号）を出力する。
【００２３】本実施の形態の内燃機関は、第１気筒、第
３気筒、第４気筒、第２気筒の順番で点火される４サイ
クルの内燃機関である。図１に示されるように、燃焼信
号処理回路３は、２気筒に対して１個が設けられてい
る。エンジン始動後に同時点火となる気筒とは異なる気
筒の組み合わせ、すなわち、第１気筒と第３気筒及び第
２気筒と第４気筒の組み合わせに対して各々１個が設け
られ、それぞれ各気筒のイオン電流検出信号の和が入力
される。
【００２４】そして、ノック信号処理回路４において
も、２気筒に対して１個が設けられている。ノック信号
処理回路４は、点火順序で１気筒間隔の空いた気筒の組
み合わせとなるように、すなわち、第１気筒と第４気筒
及び第２気筒と第３気筒の組み合わせに対して各々１個
が設けられ、それぞれ各気筒のイオン電流検出信号の和
が入力される。
【００２５】図２は図１の回路の各部の出力信号を示す
タイミングチャートである。図２の信号名の先頭に振ら
れた数字は、図１中の同じ番号の接点に対応している。
【００２６】このような構成の内燃機関の燃焼状態検出
装置においては、各気筒毎にカレントミラー回路のイオ
ン電流検出回路２を設けたので、任意の気筒の組み合わ
せで信号処理ができる。そして、組み合わせの変更にお
いても容易である。
【００２７】また、点火順序で１気筒間隔の空いた気筒
の組み合わせでイオン電流検出信号の和をとり、ノック
信号処理回路４でノックパルス（図２中のノック信号１
及びノック信号２）を生成することにより、高回転時に
おいても、点火信号ＯＮ時のノイズが、前に点火された
気筒のノックパルスに重畳することがない。そして、点
火信号ＯＮ時のノイズは、ＥＣＵ５の演算マスクにて除
去することが可能となる。
【００２８】さらに、同時点火モードで同時点火となる
気筒とは異なる気筒の組み合わせでイオン電流検出信号
の和をとり、燃焼信号処理回路３で信号処理されるの
で、イオン電流検出信号から気筒判別を行うことが可能
となる。
【００２９】そして、燃焼信号処理回路３とノック信号
処理回路４とは、２気筒に対して１個設けられているの
で、回路規模を縮小することができる。
【００３０】尚、本実施の形態においては、第１気筒、
第３気筒、第４気筒、第２気筒の順番で点火される４気
筒の内燃機関であるが、気筒数がこれ以上になった場合
にも本願の思想は適応できる。すなわち、気筒数が４気
筒以上の例えば、６気筒、８気筒、１２気筒となった場
合においても、燃焼信号処理回路３は、同時点火モード
で同時点火となる気筒の組み合わせと異なる組み合わせ
に対して設けられ、各々の気筒のイオン電流検出信号の
和が入力されれば良く、２気筒以上からなる組に対して
１個が設けられても良い。
【００３１】また、ノック信号処理回路４も同様に、点
火順序で１気筒以上間隔の空いた気筒の組み合わせに対
して設けられ、各々の気筒のイオン電流検出信号の和が
入力されれば良く、２気筒以上からなる組に対して１個
が設けられても良い。
【００３２】
【発明の効果】この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出
装置は、各気筒毎に設けられ点火用高電圧を発生する点
火コイルと、点火用高電圧の印加により放電して内燃機
関の気筒内の混合気に着火する点火プラグと、各気筒毎
に設けられ点火プラグにバイアス電圧を印加するバイア
ス回路と、各気筒毎に設けられ混合気の燃焼直後の気筒
内で発生するイオン量に応じたイオン電流をイオン電流
検出信号として検出するイオン電流検出回路と、点火順
序で１気筒以上間隔の空いた複数の気筒の組み合わせに
対して１個が設けられイオン電流検出信号の和に基づい
て内燃機関のノック発生状態を示すノック信号を生成す
るノック信号処理回路と、ノック信号に基づいて点火プ
ラグにおける燃焼状態を検出し制御パラメータを演算す
るＥＣＵとを備えている。そのため、ノック発生状態を
良好に検出できると共に、回路規模を小さくすることが
できる。
【００３３】また、同時点火モードで同時点火している
組とは異なる組み合わせの複数の気筒に対して１個が設
けられイオン電流検出信号の和を所定の検出レベルと比
較し、燃焼信号を生成する燃焼信号処理回路をさらに有
し、ＥＣＵは、燃焼信号に基づいて気筒識別および燃焼
判定を行う。そのため、ノック発生状態を良好に検出で
きると共に、気筒識別および燃焼判定を良好に行え、且
つ回路規模を小さくすることができる。
【００３４】また、イオン電流検出回路は、カレントミ
ラー回路とされ、ノック信号処理回路へ供給されるイオ
ン電流検出信号と相似なイオン電流検出信号を燃焼信号
処理回路へ供給する。そのため、任意の気筒の組み合わ
せ回路を構成することが容易である。また、組み合わせ
の変更においても容易である。
【００３５】さらに、各気筒毎に設けられ点火用高電圧
を発生する点火コイルと、点火用高電圧の印加により放
電して内燃機関の気筒内の混合気に着火する点火プラグ
と、各気筒毎に設けられ点火プラグにバイアス電圧を印
加するバイアス回路と、各気筒毎に設けられ混合気の燃
焼直後の気筒内で発生するイオン量に応じたイオン電流
をイオン電流検出信号として検出するイオン電流検出回
路と、同時点火モードで同時点火している組とは異なる
組み合わせの複数の気筒に対して１個が設けられイオン
電流検出信号の和を所定の検出レベルと比較し、燃焼信
号を生成する燃焼信号処理回路と、燃焼信号に基づいて
気筒識別および燃焼判定を行うＥＣＵとを備えている。
そのため、気筒識別および燃焼判定を良好に行えると共
に、回路規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置のを示
すブロック図である。
【図２】 図１の回路の各部の出力信号を示すタイミン
グチャートである。
【図３】 従来の内燃機関の燃焼状態検出装置を示すブ
ロック図である。
【図４】 従来の内燃機関の燃焼状態検出装置の他の例
を示すブロック図である。
【図５】 図４の回路の各部の出力信号を示すタイミン
グチャートである。
【符号の説明】
１ バイアス回路、２ イオン電流検出回路、３ 燃焼
信号処理回路、４ ノック信号処理回路、５ ＥＣＵ、
２１ 点火コイル、２０ 点火プラグ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野辺 久典 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 畑澤 康善 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 小岩 満 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3G019 AA05 AB03 CD06 DB07 EC05 EC07 FA31 GA14 LA05 3G084 AA03 BA16 DA20 DA38 EA01 EA11 FA00 FA25

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各気筒毎に設けられ点火用高電圧を発生
    する点火コイルと、 前記点火用高電圧の印加により放電して内燃機関の気筒
    内の混合気に着火する点火プラグと、 各気筒毎に設けられ前記点火プラグにバイアス電圧を印
    加するバイアス回路と、 各気筒毎に設けられ前記混合気の燃焼直後の気筒内で発
    生するイオン量に応じたイオン電流をイオン電流検出信
    号として検出するイオン電流検出回路と、 点火順序で１気筒以上間隔の空いた複数の気筒の組み合
    わせに対して１個が設けられ前記イオン電流検出信号の
    和に基づいて前記内燃機関のノック発生状態を示すノッ
    ク信号を生成するノック信号処理回路と、 前記ノック信号に基づいて前記点火プラグにおける燃焼
    状態を検出し制御パラメータを演算するＥＣＵとを備え
    たことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
  2. 【請求項２】 同時点火モードで同時点火している組と
    は異なる組み合わせの複数の気筒に対して１個が設けら
    れ前記イオン電流検出信号の和を所定の検出レベルと比
    較し、燃焼信号を生成する燃焼信号処理回路をさらに有
    し、 前記ＥＣＵは、前記燃焼信号に基づいて気筒識別および
    燃焼判定を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機
    関の燃焼状態検出装置。
  3. 【請求項３】 前記イオン電流検出回路は、カレントミ
    ラー回路とされ、前記ノック信号処理回路へ供給される
    前記イオン電流検出信号と相似なイオン電流検出信号を
    前記燃焼信号処理回路へ供給することを特徴とする請求
    項２記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
  4. 【請求項４】 各気筒毎に設けられ点火用高電圧を発生
    する点火コイルと、 前記点火用高電圧の印加により放電して内燃機関の気筒
    内の混合気に着火する点火プラグと、 各気筒毎に設けられ前記点火プラグにバイアス電圧を印
    加するバイアス回路と、 各気筒毎に設けられ前記混合気の燃焼直後の気筒内で発
    生するイオン量に応じたイオン電流をイオン電流検出信
    号として検出するイオン電流検出回路と、 同時点火モードで同時点火している組とは異なる組み合
    わせの複数の気筒に対して１個が設けられ前記イオン電
    流検出信号の和を所定の検出レベルと比較し、燃焼信号
    を生成する燃焼信号処理回路と、 前記燃焼信号に基づいて気筒識別および燃焼判定を行う
    ＥＣＵとを備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼状態
    検出装置。
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