JP2003514192A - イオン電流測定のための測定窓の位置決め方法および位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関において点火プラグの電極を介して検出されるイオン電流信号を評価するための測定窓を時間的に位置決めする方法が提案される。ここで点火システムは点火変成器を有する点火システム、例えば交流点火、またはコンデンサ点火装置、または誘導性トランジスタ点火、または誘導性コイル点火、または火花持続時間の制限された誘導性コイル点火である。点火システムはイオン電流測定装置とアース側の二次巻線で接続されている。各点火プラグには１つの点火変成器が配属されており、火花終了を検出し、イオン電流信号に対する測定窓を火花終了に依存して開放する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来の技術 本発明は、内燃機関において点火プラグの電極を介して検出されるイオン電流
信号を評価するための時間的測定窓の位置決めに関する。

【０００２】 測定されたイオン電流経過から抽出された特徴を内燃機関、例えばオットー機
関での燃焼経過を監視および制御するために使用することはすでに行われている
。ミスファイアの識別、ノッキング検出、または燃焼位置制御がその例である。

【０００３】 イオン電流測定が内燃機関において点火プラグの電極区間を介して行われるな
ら、測定窓が制限される。この制限は、点火過程中には重畳された点火電流のた
めイオン電流が測定不能であることによる。内燃機関において点火システムと関
連してイオン電流測定を行うためのための方法および装置は、ＤＥ１９６４９２
７８またはＤＥ１９７００１７９から公知である。重畳された点火電流のため、
点火過程中に生じた測定信号は燃焼情報を抽出するのに適さない。誤分類を回避
するため（例えばミスファイア識別時）、イオン電流信号は多くの公知のシステ
ムでは、経験的に点火過程を含まない測定窓領域内でだけ評価される。この測定
窓領域は、点火火花が飛ぶ時間領域または角度領域外にある。

【０００４】 測定窓を位置決めするには２つの公知の方法があり、ＥＰ０１８８１８０Ｂ１
に記載されている。

【０００５】 すなわち１つは測定窓を、該当するシリンダのピストン運動と一致するクラン
ク角度領域を基準に設定するものである。

【０００６】 そしてもう１つは測定窓を、点火時点を基準に設定するものである。この場合
は、点火持続時間および過渡過程を考慮するため、適用可能な時間だけの遅延が
行われる。

【０００７】 これらの方法では共通して、測定窓の位置決めが純粋に制御されて行われる。
火花持続時間は物理特性および期間特性に依存して変化する。そのため両方の方
法において測定窓開始部を位置決めするために、回転数、負荷、混合気調整等の
動作パラメータを考慮しなければならない。測定窓位置決めの制御に基づき、適
用は「ワーストケース推定」であるように実行しなければならない。言い替える
と測定窓開始部は、点火の影響がいずれの場合でも消失することを保証するため
できるだけ遅く設定される。

【０００８】 しかし「ワーストケース適用」はイオン電流測定の要求と拮抗するものである
。なぜならその場合はできるだけ早期の測定窓開始が望まれるからである。この
ことはとりわけ、負荷が小さく回転数の高い動作点に対して当てはまる。さらに
シリンダ中のガスの流速が高い機関、例えばガソリン直接噴射機関に当てはまる
。このような機関では、所期の充填運動が、所定の不均一な混合気分配をシリン
ダ内で調整するためフラップまたは弁により行われる。

【０００９】 発明の利点 本発明の要点は、実際の火花持続時間を測定技術的に検出し、この情報を測定
窓の位置決めのために使用することである。この過程には、火花持続時間に影響
する機関的および物理的要因すべてを、測定窓位置決めに対する適用の際に考慮
する必要がないという利点がある。

【００１０】 特に有利には本発明を、点火変圧器を有する点火システムと関連して使用する
。このような点火システムの例は、ＤＥ１９７００１７９による交流点火、また
はコンデンサ点火装置または誘導性コイル点火または、ＤＥ１９６４９２７８Ａ
１に記載されたような火花持続時間を制限した誘導性コイル点火である。最後の
刊行物記載の内燃機関用点火システムでは、イオン電流に対する測定装置がアー
ス側で二次コイルに結合されており、各点火プラグに点火変成器が配属されてい
る。

【００１１】 本発明によれば、火花持続時間が検出され、火花終了に依存してイオン電流信
号に対する測定窓が開放される。点火火花電流の影響と本来のイオン電流信号と
を分離するために特に有利には、火花電流とイオン電流の検出を別個の電流分岐
路で行う。

【００１２】 しかし装置コストを低減するために、火花電流の検出とイオン電流の検出を同
じ電流分岐路で行うことも可能である。後者の実施例では、イオン電流と火花電
流との区別を、火花終了を識別するための閾値に基づいて行う。点火電流が交流
であるシステムでは、火花終了識別閾値と比較する前に信号を整流し、ローパス
フィルタリングすると有利である。さらに有利には、イオン電流に対する測定窓
を、適用可能で点火システムに依存する遅延時間が火花終了が識別されてから経
過した後に初めて開放する。この遅延時間は実質的にシステムに起因する。しか
しこの遅延時間は火花持続時間と比較して統計的に僅かな変動しか受けない。従
って本発明の手段は常に一番早期の測定窓開始を保証する。火花終了後に増幅段
を切り換えることにより有利には、再びすべての信号変化がイオン電流測定に対
して使用される。信号が火花電流識別に対する閾値を下回る時間により、点火シ
ステムにおけるエラーを推定することができる。誘導性点火システムの場合は、
有利には火花燃焼持続時間の情報を、点火エネルギーを実際の必要性に適合する
ために使用することができる。回路技術的コストを低減するためには、複数の点
火コイルを二次コイルのアース側端部でまとめると有利である。

【００１３】 本発明の方法は、火花持続時間が正確に設定されない点火システムで必要とさ
れる。これは誘導性点火の場合である。しかし火花持続時間を変化できる点火シ
ステムで、実際の火花終了についての情報を使用することも有利である。なぜな
ら必要な情報が現場で形成されるからである。

【００１４】 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。ここでは火花電流の測定技術
的検出に対して２つの実現例が提案される。これらにより火花終了の識別が可能
である。

【００１５】 図１は、２つの電流分岐路において評価を行う誘導性点火システムを示す。

【００１６】 図２は、イオン電流信号Ｓｉ１の経過に対する例を示す線図である。

【００１７】 図３は、評価が１つの電流分岐路で行われる実施例を示す。

【００１８】 イオン電流と火花電流が測定される電流分岐路の数は、種々のシステムに対す
る相違特徴として用いられる。電流分岐路が１つしか存在しなければ、イオン電
流と火花電流とが同じ個所で測定される。２つの電流分岐路が存在すれば、イオ
ン電流と火花電流とを相互に別個にそれぞれ１つの電流分岐路で測定することが
できる。複数の電流分岐路を有する実施例として、誘導性点火システム５が図１
に示されている。従来の誘導性点火システムと同じように、まずトランジスタＴ
１が機関制御ユニット１からの制御信号Ｓ１によって低抵抗に切り換えられる。
次回が一次コイルＬ１で形成され、点火コイルＺＳ１にエネルギーを充填する。
トランジスタＴ１が高抵抗に切り換えられると、点火コイルＬ１２の一次側で電
流が遮断される。しかし磁界はさらに一次側と二次側の電流をドライブし、この
電流は一次側と二次側で点火コイルＺＳ１の変圧比に相応して電圧を上昇させる
。点火電圧に達すると、点火火花が点火プラグＺＫ１でスパークする。これによ
り火花電流ｉ１がアース、Ｒ１，Ｄ１，ＺＳ１およびＺＫ１を介して再びアース
に流れる。

【００１９】 イオン電流測定は例えばイオン電流測定装置３で行われる。別個の電流分岐路
を有するこの装置では、Ｖ１に電流方向矢印ｉ１への正の電流方向の際に負の電
位が発生する。この電位は火花電流測定装置４により有利には次のように調整さ
れる。すなわち、火花終了識別ユニット２の電圧供給限界を上回らないように調
整される。ツェナーダイオードＤ２は電圧をＲ１を介して相応に制限するから、
この要求は簡単に維持することができる。火花電流が電流方向ｉ１とは反対の負
である場合には、この方法は相応に火花終了識別ユニット２の正の電圧供給を基
準にして動作する。

【００２０】 火花終了識別ユニット２により火花終了は次のことに基づき識別される。すな
わち、電圧レベルＶ１が正または負の電圧供給に近い電位からアースに戻ること
により識別される。この情報（点火終了）は信号線路Ｓ２にさらに出力される。

【００２１】 第２の電流分岐路：アース、Ｕｍ、Ｒｍ、Ｌ２，ＺＫ１そしてアースは、イオ
ン電流を電流方向ｉ２で測定するに使用される。

【００２２】 電流分岐路を別個にするというコストを被りたくない場合には、ハバナ電流を
イオン電流信号自体から、ただ１つの電流分岐路を有する装置により導出するこ
とができる。

【００２３】 図２には、このイオン電流信号Ｓｉ１に対する例が示されている。ここでは火
花電流の方向（正であるか負であるか）は重要でない。図２には、図１に相応し
て正の電流方向が図示されている。信号Ｓｉ１はＲｍで取り出される。これの意
味するのは、図１で火花電流測定装置４を省略できると言うことである。Ｄ１は
直接アースに接続される。

【００２４】 図３を参照する。ここでは同じ電流分岐路でイオン電流と火花電流が測定され
る。火花の間、イオン電流測定装置３は火花電流によって、イオン電流の場合に
よりも強く励振制御される。この事実が火花持続時間の測定に使用される。この
信号は火花終了識別ユニット２により閾値Ｔｈ１と比較され、信号が閾値Ｔｈ１
を下回るときに火花の終了が識別される。

【００２５】 しかしイオン電流の信号経過が常に識別閾値Ｔｈ１より下に留まることを保証
しなければならない。このことは火花電流ないしイオン電流ｉ２の増幅率を相応
に選択することによって保証される。この方法の欠点は、イオン電流信号に対す
る分解能がやや減退することである。なぜならイオン電流信号と火花電流に対す
る信号とが最大評価電圧領域を分かち合わなければならないからである。

【００２６】 測定窓の形成 火花終了後、信号Ｓ２に基づいて測定窓開始部が形成される。点火システムで
の過渡振動のため、点火システムが落ち着くまでの遅延時間を待機するのが有利
である。これにより測定の妨害されることがない。この時間は使用される点火シ
ステムに適合される。

【００２７】 測定窓は角度または時間に依存して、ないしは閉鎖時点または点火時点に依存
して再び閉鎖される。

【００２８】 さらなる適用： 火花持続時間についての情報は、測定窓位置決めの他にさらなる適用に対して
使用すると有利である。

【００２９】 例えばエネルギー制御：火花持続時間、すなわち点火火花の絶縁破壊フェーズ
およびグローフェーズの間の時間は、火炎核の発生ステップに対して重要であり
、ひいては燃焼品質を左右するものである。確実な点火を保証するためには、最
小火花持続時間を調整することが必要である。別の面では、過度に長い火花持続
時間は不要なエネルギー損失につながり、プラグ寿命を低減する。

【００３０】 測定技術的に火花持続時間を検出するための提案された方法によって簡単に（
中程度の）火花持続時間を閉鎖角持続時間の変化によって所望の値に調整するこ
とができる。

【００３１】 例えば点火コイル診断および点火失敗識別： （最小）火花持続時間が存在することは直接的に、点火コイル電圧を火花絶縁
破壊電圧が上回っており、点火火花が中止されたことを推定させる。例えば点火
コイルの故障（例えば巻線短絡）の場合には、二次電圧が火花電圧需要に達せず
、火花フラッシュオーバが生じない。従って本発明の方法により検出された火花
電流は点火失敗識別または点火コイルの診断に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、２つの電流分岐路において評価を行う誘導性点火システムを示す。

【図２】 図２は、イオン電流信号Ｓｉ１の経過に対する例を示す線図である。

【図３】 図３は、評価が１つの電流分岐路で行われる実施例を示す。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年５月１５日（２００２．５．１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｇ０１Ｎ 27/68 Ｃ Ｇ０１Ｎ 27/68 Ｆ０２Ｐ 17/00 Ｎ Ｆ (72)発明者 ユルゲン フェルスター ドイツ連邦共和国 インゲルスハイム ブ ルーメンシュトラーセ 16 Ｆターム(参考） 2G087 AA13 BB13 BB14 CC35 CC38 DD01 FF18 3G019 BA01 BA02 BB10 CA11 CC15 CD01 CD06 DA07 EA01 KA25 LA05 3G084 BA16 DA19 DA27 EA01 EA07 EA11 EB22 FA24

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン電流信号を評価するための測定窓を時間的に位置決め
   する方法であって、 前記イオン電流信号は内燃機関において点火プラグの電極を介して検出され、 点火システムは、点火変成器を有する点火システム、例えば交流点火またはコ
   ンデンサ点火装置、または誘導性トランジスタ点火または誘導性コイル点火、ま
   たは火花持続時間を制限した誘導性コイル点火であり、イオン電流測定装置とア
   ース側の二次巻線で接続されており、各点火プラグには１つの点火変成器が配属
   されている形式の方法において、 火花終了を検出し、イオン電流信号に対する測定窓を火花終了に依存して開放
   する、 ことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 火花電流およびイオン電流の検出を別個の電流分岐路で行う
   、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 火花電流およびイオン電流の検出を同じ電流分岐路で行う、
   請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 イオン電流と火花電流とを閾値に基づいて区別する、請求項
   １または３記載の方法。
5. 【請求項５】 火花電流が交流であるシステムでは、信号を整流し、ローパ
   スフィルタリングし、それから火花終了識別閾値と比較する、請求項１から４ま
   でのいずれか１項記載の方法。
6. 【請求項６】 イオン電流に対する測定窓を、適用可能であり、かつ点火シ
   ステムに依存する遅延時間が火花終了を識別してから経過して初めて開放する、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 増幅器段が火花終了後に切り換えられ、これにより再びすべ
   ての信号変化がイオン電流測定に使用される、請求項１から６までのいずれか１
   項記載の方法。
8. 【請求項８】 信号が火花電流識別に対する閾値を上回る時間に基づいて、
   点火システムのエラーを推定する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方
   法。
9. 【請求項９】 誘導性点火システムの場合に、火花燃焼持続時間の情報を、
   点火エネルギーを実際の需要に適合させるために使用する、請求項１から８まで
   のいずれか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 複数の点火コイルを二次巻線のアース側端部でまとめる、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。