JP2007009870A - イオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関のイオン電流検出装置において、放電終了後に点火プラグの電極間に印加するイオン検出電圧を確保して正常燃焼時に失火と誤判定することを防止する。
【解決手段】 イオン電流検出電源となるコンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を３μＣ以上に設定する。コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc は、コンデンサ１７の容量Ｃとツェナーダイオード１５のツェナー電圧Ｖz との積で決まるため、Ｃ≧３／Ｖz 又はＶz ≧３／Ｃの関係に設定すれば、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を３μＣ以上とすることができる。これにより、イオン電流が検出可能な限界の放電終了時の吹き消え電圧が一般のエンジンにおける放電終了時の吹き消え電圧（１０〜１５ｋＶ）よりも高くなるため、イオン電流を検出するためのイオン検出電圧Ｖk （コンデンサ１７の充電電圧）を確保できて、正常燃焼時に失火と誤判定することを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオン電流を点火プラグを用いて検出するイオン電流検出装置に関する発明である。

近年、内燃機関の燃焼状態を検出するために、例えば特許文献１（特開平１１−５０９４２号公報）に示すように、点火毎に点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出し、そのイオン電流信号に基づいて失火やノッキング等を検出する技術が開発されている。このイオン電流検出回路は、図１に示すように、点火プラグ１４に高電圧を印加する点火コイル１１の二次コイル１３側に設けられ、点火時に点火プラグ１４の電極間に流れる点火電流によって充電されるコンデンサ１７と、このコンデンサ１７と並列に設けられて該コンデンサ１７の充電電圧を規制するツェナーダイオード１５と、コンデンサ１７とアースとの間に設けられたイオン電流検出抵抗１８と、このイオン電流検出抵抗１８と並列に設けられて該イオン電流検出抵抗１８の電圧を規制するツェナーダイオード１６とから構成されている。このイオン電流検出回路は、点火時に点火プラグ１４の電極間に流れる点火電流によってコンデンサ１７に充電すると共に、その充電電圧をツェナーダイオード１５で所定電圧に規制し、点火後にコンデンサ１７の充電電圧によって点火プラグ１４の電極間にイオン検出電圧Ｖk を印加することで、燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオンを点火プラグ１４の電極で集めて、コンデンサ１７に対してイオン電流を点火電流とは逆方向に流す。これにより、アース側からイオン電流検出抵抗１８を通ってコンデンサ１７に流れ込むイオン電流を、イオン電流検出抵抗１８に生じる電圧によって検出したり、該イオン電流を電流センサで検出するようにしている。
特開平１１−５０９４２号公報（第１頁等）

図２及び図３は、通常動作時と異常動作時の放電電圧Ｖp （点火プラグ１４の電極間の電圧）、イオン電流Ｉion 、コンデンサ電圧Ｖc の挙動の一例を示すタイムチャートである。点火コイル１１の二次コイル１３には浮遊容量１０があるため、この浮遊容量１０と二次コイル１３とによってＬＣ共振回路が形成される。このため、点火プラグ１４の放電終了直後に点火コイル１１の二次側の残留磁気エネルギによってＬＣ共振が発生して二次コイル１３の電圧Ｖp が振動する。

図２に示すように、通常動作時は、点火プラグ１４の放電終了時の点火コイル１１の二次側の残留磁気エネルギが比較的小さいため、放電終了直後のＬＣ共振が比較的小さくなる。このため、コンデンサ電圧Ｖc は、放電終了直後に一時的に振動するものの、すぐに振動が収まり、最終的にコンデンサ電圧Ｖc がツェナーダイオード１５で規制される一定電圧に維持される。これにより、通常動作時は、放電終了後（ＬＣ共振減衰後）に点火プラグ１４の電極間に印加するイオン検出電圧Ｖk （コンデンサ電圧Ｖc ）が確保され、イオン電流を検出することができる。

これに対して、図３に示すように、異常動作時は、点火プラグ１４の放電終了時の点火コイル１１の二次側の残留磁気エネルギが大きくなり、放電終了時の吹き消え電圧Ｖe が高くなるため、放電終了直後のＬＣ共振の振幅が大きくなり、点火プラグ１４の電極間に瞬間的に高い電圧が印加されることになる。一般に、低回転・低負荷領域では、イオン電流の発生タイミングがＬＣ共振の発生タイミングより遅くなるが、高回転・高負荷領域では、イオン電流の発生タイミングが早くなってＬＣ共振の発生タイミングと重なるようになる。このため、高回転・高負荷領域で、放電終了直後のＬＣ共振が大きくなると（点火プラグ１４の電極間に高い電圧が印加されると）、燃焼時に生じた多量のイオンが瞬間的に点火プラグ１４の電極に吸収されてＬＣ共振が瞬間的に減衰されてしまい、それによって異常低下したコンデンサ電圧Ｖc （イオン検出電圧Ｖk ）を回復させることができなくなる。このような状態になると、放電終了後（ＬＣ共振減衰後）に点火プラグ１４の電極間に印加するイオン検出電圧Ｖk （コンデンサ電圧Ｖc ）を確保できなくなってしまい、イオン電流を検出することが困難となる。

図４は、放電終了時の吹き消え電圧Ｖe とイオン検出電圧Ｖk （コンデンサ電圧Ｖc ）との関係を表す図である。この図４から明らかなように、放電終了時の吹き消え電圧Ｖe が高くなるほど、イオン検出電圧Ｖk が低下してイオン電流の検出能力が低下するという関係がある。

図５は、ツェナーダイオード１５のツェナー電圧、放電終了時の吹き消え電圧Ｖe 、点火プラグ１４の絶縁抵抗値を一定値に固定した時のコンデンサ１７の容量とイオン検出電圧低下率（コンデンサ電圧低下率）との関係を表す図である。コンデンサ１７の容量が小さくなるほど、イオン検出電圧低下率が大きくなり、イオン電流の検出能力が低下するという関係がある。

従来のイオン電流検出技術では、放電終了時の吹き消え電圧Ｖe が高くなった場合や、コンデンサ１７の容量が小さい場合に、放電終了後（ＬＣ共振減衰後）のイオン検出電圧Ｖk を十分に確保できなくなり、正常燃焼時にイオン電流を検出できずに失火と誤判定することがあった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、放電終了後（ＬＣ共振減衰後）に点火プラグの電極間に印加するイオン検出電圧Ｖk （コンデンサ電圧Ｖc ）を十分に確保することができて、正常燃焼時に失火と誤判定することを防止できるイオン電流検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオン電流を点火プラグを用いて検出するイオン電流検出装置において、点火時に前記点火プラグの電極間に流れる点火電流によって充電されるコンデンサと、前記コンデンサと並列に設けられて該コンデンサの充電電圧を規制するツェナーダイオードと、前記コンデンサとアースとの間に設けられたイオン電流検出抵抗とを備え、前記コンデンサの容量と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧との積で決まる該コンデンサの充電電荷量を３μＣ以上とするように構成したところに特徴がある。

本発明者は、様々な実験結果から、コンデンサの充電電荷量と放電終了時の吹き消え電圧がイオン検出電圧Ｖk に大きな影響を与えるものと推測し、イオン電流が検出可能な限界の放電終了時の吹き消え電圧とコンデンサの充電電荷量との関係を調査したところ、図６に示すように、コンデンサの充電電荷量が多くなるほど、限界の放電終了時の吹き消え電圧が高くなる（より高い吹き消え電圧領域までイオン電流が検出可能である）ことが判明した。一般のエンジンでは、放電終了時の吹き消え電圧が１０〜１５ｋＶまで上昇することがあるが、図６に示すように、従来品では、コンデンサの充電電荷量が１〜２．５μＣであるため、イオン電流が検出可能な限界の放電終了時の吹き消え電圧が一般のエンジンにおける放電終了時の吹き消え電圧（１０〜１５ｋＶ）よりも低いか同程度となり、その結果、イオン検出電圧Ｖk （コンデンサ電圧Ｖc ）を十分に確保できないことがあり、正常燃焼時にイオン電流を検出できずに失火と誤判定することがあった。

そこで、請求項１に係る発明は、一般のエンジンにおける放電終了時の吹き消え電圧（１０〜１５ｋＶ）を考慮して、コンデンサの充電電荷量を３μＣ以上とするように構成したもであり、これにより、イオン電流が検出可能な限界の放電終了時の吹き消え電圧が一般のエンジンにおける放電終了時の吹き消え電圧（１０〜１５ｋＶ）よりも確実に高くなるため、イオン電流を検出するためのイオン検出電圧Ｖk （コンデンサ電圧Ｖc ）を十分に確保することができて、正常燃焼時に失火と誤判定することを防止できる。ここで、コンデンサの充電電荷量Ｑc は、コンデンサの容量Ｃとツェナーダイオードのツェナー電圧Ｖz との積Ｑc ＝Ｃ×Ｖz で決まるため、コンデンサの容量Ｃとツェナーダイオードのツェナー電圧Ｖz との関係を下記式の関係に設定すれば、コンデンサの充電電荷量Ｑc を３μＣ以上とすることができる。
Ｃ≧３／Ｖz ［μＦ］
Ｖz ≧３／Ｃ ［Ｖ］

ところで、過給機付きエンジン等の特殊エンジンを含む全種類のエンジンの仕様や、使用される全種類の点火プラグの仕様を満足させるようなイオン電流検出電源仕様に設計すると、多くの機種では過剰仕様となり、必要以上にコストをかける結果になってしまい、低コスト化の要求を満たすことができない。

そこで、請求項２のように、コンデンサの充電電荷量を点火コイルの点火電圧能力及び／又は点火プラグのイオン電流検出能力に応じて設定するようにしても良い。このようにすれば、使用する点火コイルの点火電圧能力及び／又は点火プラグのイオン電流検出能力に応じて必要最小限のコンデンサの充電電荷量を設定することができ、過剰仕様にならずに済み、低コスト化の要求を満たすことができる。

或は、請求項３のように、コンデンサの充電電荷量を点火プラグの放電終了時の吹き消え電圧に応じて設定するようにしても良い。このようにすれば、使用する点火プラグの放電終了時の吹き消え電圧に応じて必要最小限のコンデンサの充電電荷量を設定することができ、過剰仕様にならずに済み、低コスト化の要求を満たすことができる。

ところで、ツェナーダイオードのツェナー電圧が低くなるほど、コンデンサの耐圧を低くできるので、安価なコンデンサを使用できる利点があるが、ツェナーダイオードのツェナー電圧が低くなると、イオン検出電圧Ｖk （コンデンサ電圧Ｖc ）も低くなって、正常燃焼時の検出Ｓ／Ｎ比が低下してしまい、イオン電流を誤検出する可能性がある。

そこで、請求項４のように、ツェナーダイオードのツェナー電圧を２００Ｖ以上に設定するようにすると良い。このようにすれば、正常燃焼時の検出Ｓ／Ｎ比を確保でき、イオン電流の誤検出を防止できる。しかも、ツェナーダイオードのツェナー電圧が２００Ｖ以上であれば、コンデンサの容量を３／２００＝０．０１５［μＦ］以上に設定することで、コンデンサの充電電荷量を３μＣ以上とすることができ、コンデンサの大型化・高コスト化を回避することができる。

また、請求項５のように、コンデンサの充電電荷量Ｑc と、点火コイルの二次側の浮遊容量Ｃ2 （点火コイル容量、点火プラグ容量、配線容量を含む）と点火コイルの二次側の最大発生電圧Ｖ2 の積Ｑ2 との関係を、Ｑc ＞Ｑ2 となるように設定しても良い。イオン電流検出電源となるコンデンサの充電電荷量Ｑc に対して、吹き消え時の二次オープン時に点火コイルの二次巻線の高圧部から浮遊容量Ｃ2 に流れる電荷ｑ2 は、二次オープン電圧Ｖ2open と浮遊容量Ｃ2 との積ｑ2 ＝Ｃ2 ×Ｖ2open となる。従って、吹き消えが発生しても、イオン電流検出電源となるコンデンサに電荷が残っている状態（イオン検出電圧Ｖk が残っている状態）にするためには、コンデンサの充電電荷量Ｑc ＞ｑ2 の関係に設定すれば良い。

ここで、二次オープン電圧Ｖ2open の最大値は点火コイルの二次側の最大発生電圧Ｖ2 に相当するため、ｑ2 の最大値ｑ2maxは、点火コイルの二次側の最大発生電圧Ｖ2 と浮遊容量Ｃ2 との積ｑ2max＝Ｖ2 ×Ｃ2 ＝Ｑ2 となる。従って、コンデンサの充電電荷量Ｑc ＞Ｑ2 の関係に設定すれば、吹き消えが発生しても、放電終了後にイオン電流検出電源となるコンデンサに電荷が残っている状態（イオン検出電圧Ｖk が残っている状態）に保つことができて、正常燃焼時に失火と誤判定することを防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

まず、図１に基づいてイオン電流検出回路の構成を説明する。点火コイル１１の一次巻線１２の一端は、バッテリ電圧が供給される電源供給端子（＋Ｂ）に接続され、該一次巻線１２の他端は、点火制御用のスイッチング素子（図示せず）に接続されている。点火コイル１１の二次巻線１３の一端は点火プラグ１４に接続され、該二次巻線１３の他端は、２つのツェナーダイオード１５，１６を介してアースに接続されている。

２つのツェナーダイオード１５，１６は互いに逆向きに直列接続され、一方のツェナーダイオード１５にコンデンサ１７が並列に接続され、他方のツェナーダイオード１６にイオン電流検出抵抗１８が並列に接続されている。点火時に点火プラグ１４の電極１９，２０間に流れる点火電流によってコンデンサ１７を充電すると共に、その充電電圧Ｖc をツェナーダイオード１５のツェナー電圧Ｖz で所定電圧に規制し、点火後に、コンデンサ１７の充電電圧Ｖc によって点火プラグ１４の電極１９，２０間にイオン検出電圧Ｖk を印加することで、燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオンを点火プラグ１９の電極１９，２０で集めて、コンデンサ１７に対してイオン電流を点火電流とは逆方向に流す。このように、コンデンサ１７とツェナーダイオード１５とによって、点火プラグ１４の電極１９，２０間にイオン検出電圧Ｖk を印加するイオン電流検出電源が構成されている。

尚、イオン電流検出抵抗１８と並列に接続されたツェナーダイオード１６は、イオン電流検出抵抗１８に生じる電圧を所定電圧（ツェナーダイオード１６のツェナー電圧Ｖz ）以下に規制する役割を果たす。

このイオン電流検出回路では、イオン電流は、アース側からイオン電流検出抵抗１８を通ってコンデンサ１７に流れ込むと共に、イオン電流検出抵抗１８とコンデンサ１７との間の電位（イオン電流検出抵抗１８に生じる電圧）が電圧検出回路２２によって検出される。イオン電流検出抵抗１８に生じる電圧は、イオン電流検出抵抗１８を流れるイオン電流に応じて変化するため、この電位を電圧検出回路２２によって検出することで、イオン電流を検出するようにしている。

エンジン運転中は、エンジン制御用のマイクロコンピュータ（図示せず）から出力される点火信号の立ち上がりでスイッチング素子（図示せず）がオンして、バッテリから一次巻線１２に一次電流が流れ、その後、点火信号の立ち下がりでスイッチング素子がオフして、一次巻線１２の一次電流が遮断され、それによって、二次巻線１３に高電圧が電磁誘導されて、この高電圧が点火プラグ１４の電極１９，２０間に印加されることで、火花放電が発生する。

この際、点火電流（火花放電電流）は点火プラグ１４の接地電極２０から中心電極１９に流れ、二次巻線１３を経てコンデンサ１７に充電され、該コンデンサ１７の充電完了後は、該点火電流がツェナーダイオード１５，１６を経てアース側に流れる。

火花放電終了後は、コンデンサ１７の充電電圧Ｖc によって点火プラグ１４の電極１９，２０間にイオン検出電圧Ｖk が印加され、混合気が燃焼する際に発生したイオンがイオン電流として点火プラグ１４の電極１９，２０間に流れる。このイオン電流は、中心電極１９から接地電極２０へ流れ、更に、アース側からイオン電流検出抵抗１８を通ってコンデンサ１７に流れる。

このイオン電流を検出するためには、点火プラグ１４の電極１９，２０間に印加するイオン検出電圧Ｖk （コンデンサ１７の充電電圧Ｖc ）を確保する必要がある。このイオン検出電圧Ｖk と放電終了時の吹き消え電圧Ｖe との関係を実験データに基づいて調べてみたところ、図４に示すように、放電終了時の吹き消え電圧Ｖe が高くなるほど、イオン検出電圧Ｖk が低下してイオン電流の検出能力が低下することが判明した。

また、イオン電流検出電源となるコンデンサ１７の容量Ｃとイオン検出電圧低下率（コンデンサ電圧低下率）との関係を実験データに基づいて調べてみたところ、図５に示すように、コンデンサ１７の容量Ｃが小さくなるほど、イオン検出電圧低下率が大きくなり、イオン電流の検出能力が低下することが判明した。

本発明者は、このような様々な実験結果から、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc と放電終了時の吹き消え電圧Ｖe がイオン検出電圧Ｖk に大きな影響を与えるものと推測し、イオン電流が検出可能な限界の放電終了時の吹き消え電圧Ｖe とコンデンサ１７の充電電荷量Ｑc との関係を調査したところ、図６に示すように、コンデンサの充電電荷量が多くなるほど、限界の放電終了時の吹き消え電圧Ｖe が高くなる（より高い吹き消え電圧領域までイオン電流が検出可能である）ことが判明した。一般のエンジンでは、放電終了時の吹き消え電圧Ｖe が１０〜１５ｋＶまで上昇することがあるが、図６に示すように、従来品では、コンデンサ１７の充電電荷量が１〜２．５μＣであるため、イオン電流が検出可能な限界の放電終了時の吹き消え電圧Ｖe が一般のエンジンにおける放電終了時の吹き消え電圧（１０〜１５ｋＶ）よりも低いか同程度となり、その結果、イオン検出電圧Ｖk （コンデンサ１７の充電電圧Ｖc ）を十分に確保できないことがあり、正常燃焼時にイオン電流を検出できずに失火と誤判定することがあった。

そこで、本実施例１では、一般のエンジンにおける放電終了時の吹き消え電圧（１０〜１５ｋＶ）を考慮して、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を３μＣ以上とするように構成している。ここで、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc は、コンデンサ１７の容量Ｃとツェナーダイオード１５のツェナー電圧Ｖz との積Ｑc ＝Ｃ×Ｖz で決まるため、コンデンサ１７の容量Ｃとツェナーダイオード１５のツェナー電圧Ｖz との関係を下記式の関係に設定すれば、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を３μＣ以上とすることができる。
Ｃ≧３／Ｖz ［μＦ］
Ｖz ≧３／Ｃ ［Ｖ］

以上説明した本実施例１では、一般のエンジンにおける放電終了時の吹き消え電圧（１０〜１５ｋＶ）を考慮して、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を３μＣ以上とするように構成したもであり、これにより、イオン電流が検出可能な限界の放電終了時の吹き消え電圧Ｖe が一般のエンジンにおける放電終了時の吹き消え電圧（１０〜１５ｋＶ）よりも確実に高くなるため、イオン電流を検出するためのイオン検出電圧Ｖk （コンデンサ１７の充電電圧Ｖc ）を十分に確保することができて、正常燃焼時に失火と誤判定することを防止できる。

ところで、過給機付きエンジン等の特殊エンジンを含む全種類のエンジンの仕様や、使用される全種類の点火プラグの仕様を満足させるようなイオン電流検出電源仕様に設計すると、多くの機種では過剰仕様となり、必要以上にコストをかける結果になってしまい、低コスト化の要求を満たすことができない。

そこで、本発明の実施例２では、イオン電流検出電源となるコンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を、点火コイル１１の点火電圧能力、点火プラグ１４のイオン電流検出能力、放電終了時の吹き消え電圧Ｖe のいずれか少なくとも１つに応じて設定することで、イオン電流検出電源仕様を過剰仕様にならないように最適化設計して低コスト化を実現できるようにしている。以下、本実施例２の具体例を説明する。

［例１］
図７に示すように、放電終了時吹き消え電圧Ｖe と吹き消え再飛び火電圧Ｖf は、いずれもエンジン内気流速度による影響で高くなるため、イオン電流検出電源の必要能力の見極めに当たって吹き消え時再飛び火電圧Ｖf を測定することで、この吹き消え時再飛び火電圧Ｖf を放電終了時吹き消え電圧Ｖe の情報として代用できる。この吹き消え時再飛び火電圧Ｖf の測定結果からイオン電流検出電源の必要能力を見極めて、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を必要最小限の充電電荷量に設定する。

［例２］
吹き消え時再飛び火電圧Ｖf は点火コイル１１の飛び火電圧Ｖｒの能力以上にならないことから、イオン電流検出電源の必要能力の見極めに当たって点火コイル１１の点火電圧性能をイオン電流検出電源の必要能力の情報として代用し、この点火コイル１１の点火電圧性能に合わせてイオン電流検出電源仕様を設計することで、点火コイル１１の点火電圧性能に応じてコンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を必要最小限の充電電荷量に設定する。

［例３］
イオン電流値は点火プラグ１４のプラグ型式で異なり、例えば特許第３１００４２６号公報に示されているように、Ｓ／Ｎ比を良くする点火プラグとして中心電極面積の大きい点火プラグが提案されている。イオン電流検出電源仕様の見極めに当たって点火プラグ１４のイオン電流検出能力仕様に合わせてイオン電流検出電源仕様を設計することで、点火プラグ１４のイオン電流検出能力仕様に応じてコンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を必要最小限の充電電荷量に設定する。

［例４］
放電終了時吹き消え電圧Ｖe はプラグギャップが広いほど高くなるので、プラグギャップの寸法に合わせてイオン電流検出電源仕様を設計することで、放電終了時吹き消え電圧Ｖe に応じてコンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を必要最小限の充電電荷量に設定する。
以上説明した例１〜例４を適宜組み合わせて実施しても良いことは言うまでもない。

ところで、ツェナーダイオード１５のツェナー電圧Ｖz が低くなるほど、コンデンサ１７の耐圧を低くできるので、安価なコンデンサを使用できる利点があるが、図８に示すように、ツェナーダイオード１５のツェナー電圧Ｖz が低くなると、イオン検出電圧Ｖk （コンデンサ１５の充電電圧Ｖc ）も低くなって、正常燃焼時の検出Ｓ／Ｎ比が低下してしまい、イオン電流を誤検出する可能性がある。

そこで、本発明の実施例３では、ツェナーダイオード１５のツェナー電圧Ｖz を２００Ｖ以上に設定している。このようにすれば、正常燃焼時の検出Ｓ／Ｎ比を確保でき、イオン電流の誤検出を防止できる。しかも、本実施例３のように、ツェナーダイオード１５のツェナー電圧Ｖz を２００Ｖ以上に設定すれば、コンデンサ１７の容量Ｃを３／２００＝０．０１５［μＦ］以上に設定することで、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc を３μＣ以上とすることができ、コンデンサ１７の大型化・高コスト化を回避することができる。

次に、本発明の実施例４を図９及び図１０を用いて説明する。
本実施例４では、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc と、点火コイル１１の二次側の浮遊容量Ｃ2 （点火コイル容量、点火プラグ容量、配線容量を含む）と点火コイル１１の二次側の最大発生電圧Ｖ2 の積Ｑ2 との関係を、Ｑc ＞Ｑ2 となるように設定している。イオン電流検出電源となるコンデンサ１７の充電電荷量Ｑc に対して、吹き消え時の二次オープン時に点火コイル１１の二次巻線１３の高圧部から浮遊容量Ｃ2 に流れる電荷ｑ2 は、二次オープン電圧Ｖ2open と浮遊容量Ｃ2 との積ｑ2 ＝Ｃ2 ×Ｖ2open となる。従って、吹き消えが発生しても、イオン電流検出電源となるコンデンサ１７に電荷が残っている状態（イオン検出電圧Ｖk が残っている状態）にするためには、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc ＞ｑ2 の関係に設定すれば良い。

ここで、二次オープン電圧Ｖ2open の最大値は点火コイル１１の二次側の最大発生電圧Ｖ2 に相当するため、ｑ2 の最大値ｑ2maxは点火コイル１１の二次側の最大発生電圧Ｖ2 と浮遊容量Ｃ2 との積ｑ2max＝Ｖ2 ×Ｃ2 ＝Ｑ2 となる。従って、コンデンサ１７の充電電荷量Ｑc ＞Ｑ2 の関係に設定すれば、吹き消えが発生しても、放電終了後にイオン電流検出電源となるコンデンサ１７に電荷が残っている状態（イオン検出電圧Ｖk が残っている状態）に保つことができて、正常燃焼時に失火と誤判定することを防止できる。

以上説明した実施例１〜４を適宜組み合わせて実施しても良いことは言うまでもない。

本発明の実施例１のイオン電流検出回路の構成を示す電気回路図である。 通常動作時の放電電圧Ｖp （点火プラグの電極間の電圧）、イオン電流Ｉion 、コンデンサ電圧Ｖc の挙動の一例を示すタイムチャートである。 異常動作時の放電電圧Ｖp （点火プラグの電極間の電圧）、イオン電流Ｉion 、コンデンサ電圧Ｖc の挙動の一例を示すタイムチャートである。 放電終了時の吹き消え電圧Ｖe とイオン検出電圧Ｖk （コンデンサ電圧Ｖc ）との関係を表す図である。 ツェナーダイオードのツェナー電圧、放電終了時の吹き消え電圧Ｖe 、点火プラグの絶縁抵抗値を一定値に固定した時のコンデンサの容量とイオン検出電圧低下率（コンデンサ電圧低下率）との関係を表す図である。 イオン電流が検出可能な限界の放電終了時の吹き消え電圧とコンデンサの充電電荷量との関係を表す図である。 放電終了時吹き消え電圧Ｖe 、吹き消え再飛び火電圧Ｖf 、飛び火電圧Ｖr の一例を説明するタイムチャートである。 ツェナーダイオードのツェナー電圧とコンデンサ容量とＳ／Ｎ比との関係を示す図である。 吹き消え時の二次オープン時に点火コイルの二次巻線の高圧部から浮遊容量Ｃ2 に流れる電荷によりコンデンサ電圧が低下する一例を示すタイムチャートである。 正規のイオン電流ルートと吹き消え時のイオン電流ルートを説明する図である。

符号の説明

１０…浮遊容量、１１…点火コイル、１２…一次巻線、１３…二次巻線、１４…点火プラグ、１５，１６…ツェナーダイオード、１７…コンデンサ、１８…イオン電流検出抵抗、１９…中心電極、２０…接地電極、２２…電圧検出回路

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオン電流を点火プラグを用いて検出するイオン電流検出装置において、
   点火時に前記点火プラグの電極間に流れる点火電流によって充電され、点火後に充電電圧を前記点火プラグの電極間に印加してイオン電流を前記点火電流とは逆方向に流す電源となるコンデンサと、
   前記コンデンサと並列に設けられ、前記点火電流によるコンデンサ充電時に該コンデンサの充電電圧を規制するツェナーダイオードと、
   前記コンデンサとアースとの間に設けられ、前記イオン電流が流れるイオン電流検出抵抗とを備え、
   前記コンデンサの容量と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧との積で決まる該コンデンサの充電電荷量が３μＣ以上となるように構成されていることを特徴とするイオン電流検出装置。
2. 内燃機関の燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオン電流を点火プラグを用いて検出するイオン電流検出装置において、
   点火時に前記点火プラグの電極間に流れる点火電流によって充電され、点火後に充電電圧を前記点火プラグの電極間に印加してイオン電流を前記点火電流とは逆方向に流す電源となるコンデンサと、
   前記コンデンサと並列に設けられ、前記点火電流によるコンデンサ充電時に該コンデンサの充電電圧を規制するツェナーダイオードと、
   前記コンデンサとアースとの間に設けられ、前記イオン電流が流れるイオン電流検出抵抗とを備え、
   前記コンデンサの容量と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧との積で決まる該コンデンサの充電電荷量が点火コイルの点火電圧能力及び／又は前記点火プラグのイオン電流検出能力に応じて設定されていることを特徴とするイオン電流検出装置。
3. 内燃機関の燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオン電流を点火プラグを用いて検出するイオン電流検出装置において、
   点火時に前記点火プラグの電極間に流れる点火電流によって充電され、点火後に充電電圧を前記点火プラグの電極間に印加してイオン電流を前記点火電流とは逆方向に流す電源となるコンデンサと、
   前記コンデンサと並列に設けられ、前記点火電流によるコンデンサ充電時に該コンデンサの充電電圧を規制するツェナーダイオードと、
   前記コンデンサとアースとの間に設けられ、前記イオン電流が流れるイオン電流検出抵抗とを備え、
   前記コンデンサの容量と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧との積で決まる該コンデンサの充電電荷量が前記点火プラグの放電終了時の吹き消え電圧に応じて設定されていることを特徴とするイオン電流検出装置。
4. 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧が２００Ｖ以上に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオン電流検出装置。
5. 内燃機関の燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオン電流を点火プラグを用いて検出するイオン電流検出装置において、
   点火時に前記点火プラグの電極間に流れる点火電流によって充電され、点火後に充電電圧を前記点火プラグの電極間に印加してイオン電流を前記点火電流とは逆方向に流す電源となるコンデンサと、
   前記コンデンサと並列に設けられ、前記点火電流によるコンデンサ充電時に該コンデンサの充電電圧を規制するツェナーダイオードと、
   前記コンデンサとアースとの間に設けられ、前記イオン電流が流れるイオン電流検出抵抗とを備え、
   前記コンデンサの容量と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧との積で決まる該コンデンサの充電電荷量Ｑc と、点火コイルの二次側の浮遊容量Ｃ2 と点火コイルの二次側の最大発生電圧Ｖ2 の積Ｑ2 との関係を、Ｑc ＞Ｑ2 と設定することを特徴とするイオン電流検出装置。

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