JP2001506721A - イオン電流測定装置を備えた点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は次のような誘導型点火装置に関する。すなわちこの誘導型点火装置は、個々のシリンダの点火プラグにおけるイオン電流を求めるための測定装置と、点火プラグ毎の点火コイル装置とを備えている。ここでこの点火コイル装置は、点火電圧を形成し、変圧器原理によって動作し、１次巻線と２次巻線とを有している。この点火コイル装置の２次巻線を通して前記のイオン電流が流れる。本発明では前記１次巻線（Ｌ１）を、イオン電流測定継続中には短絡するスイッチ（Ｓ１）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 イオン電流測定装置を備えた点火装置 従来の技術 本発明は、個々のシリングの点火プラグにおけるイオン電流を求める測定装置 と、点火プラグ毎の点火コイル装置とを備えた内燃機関用誘導型点火装置に関す る。この点火コイル装置は、点火高電圧を形成し、変圧器原理によって動作し、 １次巻線と２次巻線とを有する。この点火コイル装置の２次巻線を通ってイオン 電流が流れる。 内燃機関を高い効率で駆動させ、オンボード診断の領域における高い要求を満 たすためには、燃焼過程についての情報を与えることの可能な正確な診断装置が 必要である。さらにこの診断装置は有利にはコスト的に見合うものでなければな らない。燃焼の経過についての重要な情報を、内燃機関の燃焼室から直接取り出 すことは公知である。このためにいわゆるイオン電流測定が使用されている。こ のような内燃機関では点火プラグは、燃焼サイクル中にまずその本来の役割を果 たす。すなわち燃焼混合気を点火する。引き続きこの点火プラグは別の機能のた めに使用される。すなわちこの点火プラグをセンサとして使用し、このセンサに よってイオン電流を測定するのである。これは燃焼室 内に付加的なセンサ用の場所を必要としないため有利である。上記のイオン電流 測定は、燃料空気混合気の燃焼中にイオンが発生するという原理に基づいている 。このイオン化には種々のメカニズムが基づいており、これらのメカニズムがイ オン電流の典型的な経過を特徴付け、したがって燃焼の所定のパラメタなどにつ いての情報を与えることを可能にする。イオン電流を測定するために点火プラグ の電極に電圧を印加すると、燃焼室に存在する電子とイオンは、電界の相応の方 向に運動し、これにより荷電粒子によって運ばれる電流が形成される。この電流 が上記のイオン電流である。この公知のイオン電流測定方法を、変圧器原理によ って作動し、１次巻線と２次巻線とを有する誘導型点火装置に使用した場合には 、２次側インダクタンスが比較的大きいために点火プラグのスパーク持続時間が 良好に制御できないという欠点がある。スパーク持続時間を良好できないことは 測定の障害に結び付くことがある。さらに２次側インダクタンスが比較的大きい ことによって、イオン電流信号経路に比較的低い周波数しか伝送できないことが ある。比較的低い周波数しか伝送できないことは、例えば正確にノッキングを識 別するためには不十分である。 発明の利点 請求項１に記載した特徴を備えた本発明の点火装置 は、つぎのような利点を有する。すなわちイオン電流測定継続中には点火コイル 装置の１次巻線を短絡するスイッチによって、点火コイルの磁気回路内の残余エ ネルギーは１次側で消失し、すなわち熱エネルギーに変換され、点火スパークを もはや発生させないため、点火スパークは極めて迅速にかつ再現可能に所望の時 点で消滅するという利点を有する。点火コイル装置の１次側を短絡することによ ってさらに、この点火コイルの２次巻線の遮断周波数ははっきりと上方にずれる 。これによって場合によっては発生する不所望の動作状態としての内燃機関のノ ッキング振動を、減衰させないままで観測することができる。このような観測が 可能であることの利点は、ノッキング振動それ自体が特徴のあるイオン電流経過 を伴うからである。 スイッチのスイッチ経路が、閉状態で極めて低抵抗であれば殊に有利である。 これによって点火コイル装置の１次側回路は、２次側回路よりも明らかに抵抗が 低くなり、点火スパークは迅速に消滅する。 このスイッチは例えば電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）として構成することが でき、電解効果トランジスタは順電圧が小さい場合には低抵抗のスイッチ経路を 有する。 さらに、測定装置がつぎのような制御装置を有する場合には有利である。上記 のスイッチを有利には周期的に、所望のスパーク終了時点で、少なくともイオン 電流測定全体の持続時間中には閉じる制御装置を有すると有利である。これは電 界効果トランジスタの場合には、この電界効果トランジスタを相応に制御するこ とによって行われる。 図面 本発明を以下図面を用いて詳しく説明する。 図１は、イオン電流測定装置を備えた、第１実施例の誘導型点火装置の回路図 を示す。 図２は、イオン電流を求める測定装置を備えた誘導型点火装置の第２実施例を 示す。 実施例の説明 図１は、図示されていない内燃機関用の誘導型点火装置を示している。この点 火装置は、１次巻線Ｌ１と２次巻線Ｌ２とを含む点火コイル装置１を有する。こ れらの巻線は相互に磁気的に結合されている。１次巻線Ｌ１の一方の巻線終端部 ２は、動作電圧すなわちこの内燃機関が組み込まれた、図示しない自動車のバッ テリー電圧Ｕ_bと接続されている。１次巻線Ｌ１の他方の巻線終端部３は、トラ ンジスタＴ１の回路区間に導かれている。このトランジスタＴ１は所望の点火時 点に相応して、図示されていない制御装置から制御される。したがってこのトラ ンジスタＴ１のコレクターエミッタ間を介して、この巻線終端部３を、トランジ スタＴ１が導通状態の場合にはアースＭ（電圧Ｕ_bを出力するバッテリーのマイ ナス極）に導通することができる。図示しない内燃機関に所属する点火プラグＺ Ｋは、その一方の電極４によってアースＭに接続されている。この点火プラグＺ Ｋの他方の電極５は、点火コイル装置１の２次巻線Ｌ２の第１巻線終端部６に接 続されている。点火コイル装置１の第２巻線終端部７は、イオン電流Ｉの測定に 使用される測定装置８に導かれている。さらにこの測定装置８はアースＭに接続 されている。点火コイル装置１の１次巻線Ｌ１の第１巻線終端部２は、スイッチ Ｓ１の一方の電極と接続されている。このスイッチＳ１の他方の電極は１次巻線 Ｌ１の第２の巻線終端部３に導かれている。以上によりスイッチＳ１を閉じた場 合には、点火コイル装置１の１次巻線Ｌ１を短絡させることができる。スイッチ Ｓ１は有利には電解効果トランジスタとして構成されており、そのゲート９は、 図示しない、矢印１０だけで示した制御装置によって制御され、所望の時間イン ターバル中には１次巻線Ｌ１を上記のように短絡することができる。したがって スイッチＳ１を相応に制御することによって、変圧器の１次巻線Ｌ１を短絡させ ることができる。 この装置は次のように動作する。トランジスタＴ１のベースの制御を選択する ことによって、点火コイル装置の１次巻線Ｌ１内に電流がトリガされる。この電 流は、２次側すなわち２次巻線Ｌ２内に高電圧を形成し、この高電圧が点火プラ グＺＫに点火スパークをトリガする。燃焼過程が開始されると、引き続きセンサ として作用する点火プラグＺＫを用いて内燃機関の燃焼室のイオン電流を測定す ることとする。これは所望のパラメタを推定できるようにするためである。この ためにスイッチＳ１を閉じる。これによって点火コイル装置の１次巻線は電気的 に短絡される。この結果、この磁気回路に存在する残余エネルギーは消失し、す なわち熱エネルギーに変換される。これにより点火スパークは完全にしかも極め て迅速に消滅する。また１次巻線のこの短絡によって同時に点火コイル装置の２ 次巻線の遮断周波数ははっきりと高い方にずれる。したがってノッキング振動が 関与する領域でも、測定を極めて正確に行うことができる。すなわち内燃機関の 極めて危険な不所望の動作状態が、イオン電流を測定することによって検出する ことができる。本発明の手段すなわち１次巻線をイオン電流測定継続中は短絡さ せることよって、正確で短い点火プラグスパーク持続時間が実現される。これに より点火スパークの作用が、どのような状況でも、後続の測定評価を妨害したり 、測定期間を「マスクしてしまう」ことはない。本発明の短絡によって点火装置 の減衰振動も阻止される。すなわちイオン電流の測定は、解釈エラーに結び付く こともある減衰振動の影響を被ることはない。すでに 述べたように遮断周波数が１次巻線の短絡によって上方にずれることにより、従 来公知のシステムに存在した領域制限は克服される。この領域制限は、これまで 不所望の動作状態例えばノッキング振動（３〜２０ｋＨｚ）を識別する際にはな はだしい障害となっていた。したがって本発明により、従来良好でなかった、イ オン電流が通流する２次巻線の信号伝達特性が改善される。 図２は、イオン電流を求めるための測定装置を備えた誘導型点火装置の別の実 施例を示す。ここで同じ部品には図１と同じ参照符号が付されている。図２の実 施例では図１の実施例と類似のことが当てはまるため、以下ではこれら２つの実 施例の間の相異についてのみ言及する。 図１の実施例のイオン電流を測定する評価装置８は、点火コイル装置１の２次 側回路に設けられていたが、図２の実施例ではこの評価装置８は１次側回路にあ る。詳しくいうとバッテリー電圧Ｕ_bのプラス極はこの測定装置８に接続されて おり、そこから１次巻線Ｌ１の一方の巻線終端部２に導かれている。１次巻線Ｌ １の他方の巻線終端部３は、トランジスタＴ１のコレクタに接続されている。こ のトランジスタＴ１のエミッタはアースＭ（バッテリー電圧Ｕ_bのマイナス極） に導かれている。さらに点火プラグＺＫの一方の電極４はアースＭと接続されて いる。点火プラグＺＫの他 方の電極５は、点火コイル装置１の２次巻線Ｌ２の一方の巻線終端部７と接続さ れている。この２次巻線Ｌ２の他方の巻線終端部６は、１次巻線Ｌ１の巻線終端 部２と接続されている。ここまでは点火コイル装置１は単巻変圧器である。上記 と同様に有利には電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）として形成されたスイッチＳ １が、１次巻線Ｌ１と並列に接続されている。すなわちスイッチＳ１のスイッチ 経路の一方の極は、巻線終端部２と接続されており、このスイッチＳ１の他方の 極は、点火コイル装置１の１次巻線Ｌ１の巻線終端部３と接続されている。 この第２実施例はつぎのように動作する。トランジスタＴ１を導通状態に制御 することにより、点火コイル装置１の１次巻線Ｌ１を通って電流が流れる。この 電流は２次側に、すなわち２次巻線Ｌ２に高電圧を形成し、点火プラグＺＫに点 火スパークをトリガする。図示しない内燃機関の燃焼室で燃料空気混合気を点火 した後、制御装置（矢印１０）によってスイツチＳ１が閉じられる。すなわち点 火コイル装置１の１次巻線Ｌ１が短絡される。これにより図１の実施例ですでに 示した利点が得られる。すなわち最適化されたイオン電流測定が測定装置８によ って行われる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルンハルト アイゼレ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71254 ディツィ ンゲン バウアーンシュトラーセ 91 (72)発明者 マルクス ケテラー ドイツ連邦共和国 Ｄ―70439 シユツツ トガルト ラスムッセンヴェーク 17 (72)発明者 フーベルト ビショフ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71665 ファイヒ ンゲン／エンツ ドルンフェルダーヴェー ク ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 個々のシリンダの点火プラグにおけるイオン電流を求める測定装置と、シ リンダ毎の点火コイル装置とを有し、 該点火コイル装置は、点火電圧を形成し、変圧器原理によって動作し、１次 巻線と２次巻線とを有し、 前記点火コイル装置の前記２次巻線を前記イオン電流が流れる内燃機関用誘 導型点火装置において、 １次巻線（Ｌ１）を、イオン電流測定継続中には短絡するスイッチ（Ｓ１） を有する ことを特徴とする内燃機関用誘導型点火装置。 ２． 前記スイッチ（Ｓ１）のスイッチ経路は、閉状態では低抵抗であり、小さ な順電圧を有する 請求項１に記載の点火装置。 ３． 前記スイッチ（Ｓ１）は電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）である 請求項１または２に記載の点火装置。 ４． 前記測定装置（８）は、制御装置（矢印１０）を有し、該制御装置（矢印 １０）は前記スイッチ（Ｓ１）を有利には周期的に、少なくともイオン電流測定 継続中には閉じる 請求項１から３までのいずれか１項に記載の点火装置。