JP2006077762A

JP2006077762A - 内燃機関用イオン電流検出装置

Info

Publication number: JP2006077762A
Application number: JP2005231500A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Fukumura; 義之福村; Mitsuhiro Izumi; 光宏泉; Takushi Nishimura; 拓志西村
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【目的】
内燃機関用のイオン電流検出装置において、燃焼室に発生する微少なイオン電流を精度よく検出することで燃焼状態を把握するイオン電流検出装置を提供する。
【解決手段】
内燃機関の燃焼行程時に点火プラグの中心電極と燃焼室間に発生するイオン電流を検出し前記イオン電流を増幅ゲインに対応して生成するイオン電流検出部と、前記イオン電流検出部から得られ信号を燃焼判定基準となる燃焼判定基準レベルと比較して燃焼を表す信号を生成する比較部とを含む内燃機関用イオン電流検出装置において、前記イオン電流検出装置は各運転条件時に燃焼によって得られるイオン電流の発生がもっとも小さい出力の最小時間Tcmb_lに対してエンジンからの要求以上に設定される点火コイルの放電時間を０．５ｍｓ乃至１．５ｍｓに設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関用イオン電流検出装置に関し、特に燃焼室に発生する微少なイオン電流を精度よく検出するイオン電流検出装置に関する。

従来より内燃機関の点火装置においては、燃焼室内での燃焼後に発生するイオン電流を検出することで燃焼状態を判別し、当該燃焼状態により内燃機関の運転状態を把握したり、或いは当該把握した燃焼状態によりノックや希薄燃焼、失火検知等の各種制御を行う技術が提案されている。具体的には、燃焼室に配置される点火プラグギャップと、当該点火プラグに燃焼エネルギーを供給する点火コイルと、当該点火コイルの点火時期を制御するＥＣＵにより点火装置が構成されている。上記点火コイルは、主には１次電圧１２Ｖを１次、２次コイルと鉄心、スイッチング動作を行うパワートランジスタ等で構成されるイグナイタによって昇圧し、燃焼室内での着火に必要なエネルギ電圧に変換している。

そして、燃焼室内では、上記燃焼後に発生するイオン電流を検出することで内燃機関の各種制御を行う。すなわち、燃焼室に発生するイオン電流は、点火プラグから点火コイルを介してＥＣＵへ流れ、当該イオン電流を解析することでノックや希薄燃焼、失火検知等の各種制御を行うものとなっている。

このような構成におけるイオン電流検出手段において、内燃機関の燃焼により得られるイオン電流は数μＡレベルといった微少な電流値であり、一般的には当該微少なイオン電流を増幅して燃焼状態を検出している。この具体例として、例えば特開平4-194367号公報では、イオン電流を検出行うため、点火コイルの放電時間設定方法が不明確であり、具体的な方法が示されていない。

点火プラグを介してイオン電流を検出する場合、放電電圧は数十ＫＶと大きく、イオン電流を検出するための電圧は、誤点火による内燃機関の信頼性低下の問題から、前記放電電圧より小さく設定するため、点火プラグが放電している期間はイオン電流を検出できない。図３の実線で示すように放電期間が短い場合はイオン電流を適切に検出できるが、破線で示す放電時間が長い場合は、本来イオン電流は発生している期間も放電しているため、適切にイオン電流を計測することができない。よって、放電期間の設定によっては、適切にイオン電流による燃焼状態を判別できず、検出性の信頼性が失われる。本発明は上記課題に鑑み、内燃機関用のイオン電流検出装置において、燃焼室に発生する微少なイオン電流を精度よく検出することで燃焼状態を把握するイオン電流検出装置を提供することを目的とする。
特開平０４−１９４３６７号公報

上記課題を解決するために本発明では、内燃機関の燃焼行程時に点火プラグの中心電極と燃焼室間に発生するイオン電流を検出し前記イオン電流を増幅ゲインに対応して生成するイオン電流検出部と、前記イオン電流検出部から得られ電圧から燃焼判定信号を形成して燃焼判定基準となる燃焼判定基準レベルと比較して燃焼状態を検出する内燃機関用イオン電流検出装置において、前記イオン電流検出装置は各運転条件時に燃焼によって得られるイオン電流の発生期間がもっとも小さい前記イオン電流検出装置の出力の最小時間Tcmb_lに対して内燃機関からの要求以上に設定される点火コイルの放電時間を０．５ｍｓ乃至１．５ｍｓに設定したことを特徴特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置とする。

上基本発明のイオン電流検出装置を備えることで、点火コイルの放電時間によらずして、燃焼状態の検出性能の信頼性を高めることができる。

図１には本発明の一実施例を示す回路図を示す。図１において、昇圧トランスから構成される点火コイル１の１次側には、１次電流を断続するイグナイタ２が接続され、前記点火コイル１の２次側にイオン電流検出部４が接続され、前記点火コイル１の２次側には点火プラグ３が接続される。

前記イオン電流検出部４は、イオン検出用の電圧を形成するツェナダイード４２とコンデンサ４３と、前記イオン電流検出用の電圧を充電する電流の流す第１のダイオード４４と、イオン電流を流す第２のダイード４５と抵抗４６と、イオン電流を増幅するアンプ４７と、増幅ゲインを設定するゲイン抵抗４１から構成されている。

前記イオン電流検出部の出力５はＥＣＵ等の演算装置に接続され、イオン電流検出部４からの出力５を、比較器で、燃焼判定基準レベル電圧と比較しや、イオン電流出力部の出力５を積分するなどして、燃焼状態を判定する。

上記を実験的に計測した結果の一例を図２にしたがって説明する。図２は内燃機関回転数に対するイオン電流の発生期間の最小時間Tcmb_lと、内燃機関の必要とする点火コイルの放電時間Tsparkの関係を実験結果に基づきグラフ化したものである。図２が示す実験結果において、もっともイオン電流の発生時間が小さい運転領域は、イオン電流が小さい軽負荷時、または、燃焼が早い時期すなわち高負荷時であり、これらを含めたもっとも短い点火からのイオン電流の発生時間を回転数毎に計測した。この関係を、排気量の異なる内燃機関で調査した結果、放電時間を０．５ms乃至１．５ｍｓの範囲に設定すると、燃焼状態の検出性能の信頼性が向上するものとなる。なお、高回転側でイオン電流の発生期間の最小時間Tcmb_lが短くなるのは、イオン電流の発生期間、すなわち、内燃機関のクランク角度でみた燃焼角度が短いためである。

次に本発明の第２実施例について説明する。点火コイルの放電時間Ｔ2は点火コイルの１次側の遮断電流I1、すなわち、通電時間T1によって制限できる。この関係を図４で示す。図４に示すように、通電時間によって放電時間を調整でき、この放電時間を０．５ms乃至１．５ｍｓの範囲に設定すると、燃焼状態の検出性能の信頼性が向上するものとなる。なお、この調整は図２に示すよう高回転側で、イオン電流の発生期間の最小時間Tcmb_lと内燃機関の必要とする点火コイルの放電時間Tsparkとの余裕がない領域のみ調整してもよい。

次に本発明の第３実施例について説明する。内燃機関から要求される点火コイルの放電時間を、多重点火装置の点火回数で設定すればよい。図５に多重点火装置の多重点火回数と最終放電時間Ｔ２ｅの関係を示す。図５に示すように、多重放電回数によって、最終放電時間を０．５ms乃至１．５ｍｓの範囲に設定すると、燃焼状態の検出性能の信頼性が向上するものとなる。なお、この調整は図２に示すよう高回転側で、イオン電流の発生期間の最小時間Tcmb_lと内燃機関の必要とする点火コイルの放電時間Tsparkとの余裕がない領域のみ調整してもよい。

本発明の実施例とする内燃機関用点火装置の回路図を示すエンジン回転数と燃焼状態との関係を示す実験波形であるエンジン点火時の各波形を示す内燃機関用点火コイルの通電時間と放電時間の関係を示す内燃機関用多重点火装置の多重点火回数と放電時間の関係を示す

符号の説明

１点火コイル
２イグナイタ
３点火プラグ
４イオン電流検出部
５比較部
６エンジン制御部

Claims

内燃機関の燃焼行程時に点火プラグの中心電極と燃焼室間に発生するイオン電流を検出し前記イオン電流を増幅ゲインに対応して生成するイオン電流検出部と、前記イオン電流検出部から得られ電圧から燃焼判定信号を形成して燃焼判定基準となる燃焼判定基準レベルと比較して燃焼状態を検出する内燃機関用イオン電流検出装置において、前記イオン電流検出装置は各運転条件時に燃焼によって得られるイオン電流の発生期間がもっとも小さい出力の最小時間Tcmb_lに対して内燃機関からの要求以上に設定される点火コイルの放電時間を０．５ｍｓ乃至１．５ｍｓに設定したことを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
内燃機関の燃焼行程時に点火プラグの中心電極と燃焼室間に発生するイオン電流を検出し前記イオン電流を増幅ゲインに対応して生成するイオン電流検出部からなる内燃機関用イオン電流検出装置において、前記イオン電流検出装置は各運転条件時に燃焼によって得られるイオン電流の発生期間がもっとも小さい出力の最小時間Tcmb_lに対して、内燃機関からの要求以上に設定される点火コイルの放電時間を点火コイルの通電時間により調整したことを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
内燃機関の燃焼行程時に点火プラグの中心電極と燃焼室間に発生するイオン電流を検出し前記イオン電流を増幅ゲインに対応して生成するイオン電流検出部からなる内燃機関用イオン電流検出装置において、前記イオン電流検出装置は各運転条件時に燃焼によって得られるイオン電流の発生期間がもっとも小さい出力の最小時間Tcmb_lに対して、内燃機関からの要求以上に設定される点火コイルの放電時間を多重点火コイルの放電回数により調整したことを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。