JP2014070505A - イオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流から内燃機関に発生する失火の判定を行う際に、イオン波形の減少後の失火判定においても、オルタノイズ信号により燃焼が継続されていると誤判定する問題が生じる。
【解決手段】点火プラグと第１のダイオードの接続部と２次コイルとの間に第２のダイオードを配置すると共に、第１のツェナーダイオードとコンデンサの接続部と２次コイルとの間に第３のダイオードを配置し、第２のダイオードは、アノード端子が２次コイルに接続され、第３のダイオードは、カソード端子が２次コイルに接続される。また、第３のダイオードは、容量成分が１０ｐＦ以下のダイオードとしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼により発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置に関するものである。

従来より、内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流を点火プラグから検出するイオン電流検出装置があり、検出したイオン電流から内燃機関に発生するノックの有無や内燃機関の失火を判定している。このようなイオン電流検出装置では、イオン電流経路に２次コイルを含まず、且つ、プラス放電にすることで、微小なノック信号を検出することを可能とし、例えば特開２０１０−１１６８２４号公報（以下「特許文献１」）が知られている。

上記特許文献１とするイオン電流検出装置の回路図を図５に示す。図５において特許文献１では、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２が電磁結合されてなる点火コイル１と、前記一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子２と、前記スイッチング素子２のＯＦＦ動作時に前記二次コイルＬ２に誘起される高電圧に基づいてグランドに向けて放電する点火プラグＰＧと、コンデンサＣ１及び第一ツェナーダイオードＺＤ１を有し、前記点火プラグＰＧの放電時に、前記高電圧に基づいて前記第一ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧のレベルまで前記コンデンサＣ１が充電されるバイアス回路３と、前記コンデンサＣ１の放電電流を検出する電流検出回路４と、を有して構成され、前記二次コイルＬ２と前記第一ツェナーダイオードＺＤ１との間に、前記第一ツェナーダイオードＺＤ１とは逆向きに第二ツェナーダイオードＺＤ２を配置したことを特徴とするイオン電流検出装置が提案されている。

特開２０１０−１１６８２４号公報

しかしながら、上記従来のイオン電流検出装置では次のような問題が生じている。即ち、特許文献１では、二次コイルと第一ツェナーダイオードとの間に、第一ツェナーダイオードとは逆向きに第二ツェナーダイオードを配置することで、スイッチング素子のＯＮ遷移時に点火プラグＰＧが放電せず、素早いタイミングでイオン電流を検出し、微小なノック信号を検出することが可能となるが、自動車のバッテリや電装部品に電力を供給するオルタネータから生じるオルタネータノイズ（以下「オルタノイズ」）が重畳すると、オルタノイズとノック信号とを誤判定する恐れが生じる。

図４は燃焼によってシリンダ内に発生するイオン波形のタイムチャートであり、図４（ａ）はオルタノイズが重畳した時のイオン波形のタイムチャート、図４（ｂ）は正常時（オルタノイズが重畳していない）のイオン波形のタイムチャートである。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、Ｘ軸は時間を、Ｙ軸はイオン波形の大きさを示す。また、シリンダ内で発生するイオン波形を実線で示す。図４（ａ）の実線のようにイオン波形はピーク値まで上昇し、その後減少していくが、オルタネータの駆動時は、オルタノイズがイオン波形に重畳していることが示されており、このようなノック信号及びオルタノイズ信号は似ているため、ノック信号とオルタノイズ信号を正確に見極めることが困難である。さらに、イオン波形の減少後に重畳するオルタノイズは内燃機関に失火が発生しても、オルタノイズ信号により燃焼が継続されていると誤判定する場合もある。このようなオルタノイズはオルタネータ本体から発すると共に、オルタネータからバッテリや電装部品を結ぶハーネスを伝って発するものであり、特に点火コイルの２次コイルに対して磁束の乱れを発生する。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流を検出する際に、２次コイルに対して磁束の乱れを発生させるオルタノイズが重畳することを防ぐことができるイオン電流検出装置を提供することを目標とする。

上記課題を解決するために本発明は次のような構成とする。即ち、１次コイルと２次コイルが電磁結合されてなる点火コイルと、当該１次コイルに点火信号を供給するイグナイタと、前記２次コイルからの高電圧を放電する点火プラグと、第１のツェナーダイオード及びコンデンサからなるバイアス回路と、オペアンプからなるイオン電流検出回路と、から構成されるイオン電流検出装置において、前記２次コイルの低圧側は、第２のダイオードを介して前記第１のツェナーダイオードに接続され、前記２次コイルの高圧側は第２のツェナーダイオードを介して前記点火プラグに接続され、前記コンデンサは前記第１のツェナーダイオードと並列に接続され、前記コンデンサと前記第１のツェナーダイオードの接続部と前記点火プラグとの間に第１のダイオードを接続し、前記２次コイルの低圧側と第２のダイオードの接続部が抵抗を介して前記１次コイルと電源との接続部に接続され、前記第２のツェナーダイオードはアノード側を２次コイルに接続し、前記第２のダイオードはカソード側を2次コイルに接続したことを特徴とするイオン電流検出装置とする。

また、請求項２では、１次コイルと２次コイルが電磁結合されてなる点火コイルと、当該１次コイルに点火信号を供給するイグナイタと、前記２次コイルからの高電圧を放電する点火プラグと、第１のツェナーダイオード及びコンデンサからなるバイアス回路と、オペアンプからなるイオン電流検出回路と、から構成されるイオン電流検出装置において、前記２次コイルの低圧側は、第２のダイオードを介して前記第１のツェナーダイオードに接続され、前記２次コイルの高圧側は第２のツェナーダイオードを介して前記点火プラグに接続され、前記コンデンサは前記第１のツェナーダイオードと並列に接続され、前記コンデンサと前記第１のツェナーダイオードの接続部と前記点火プラグとの間に第１のダイオードを接続し、前記２次コイルの低圧側と第２のダイオードの接続部が第４のツェナーダイオードのカソードに接続され、このアノードが抵抗を介してグランドに接地され、前記第２のツェナーダイオードはアノード側を２次コイルに接続し、前記第２のダイオードはカソード側を2次コイルに接続したことを特徴とするイオン電流検出装置とする。

上記構成により、イオン波形の終息後はオルタノイズが重畳していないイオン波形を検出することができ、前記内燃機関の燃焼状態を判定することで、イオン波形の減少後の失火判定において、オルタノイズ信号により燃焼が継続されていると誤判定することを防ぐことができる。

本発明の実施例とするイオン電流検出装置の回路図を示す図である。 本発明実施例の変形例とするイオン電流検出装置の回路図を示す図である。 イオン波形に重畳するノイズ成分とダイオードの容量成分の関係を示すタイムチャートである。 （ａ）はオルタノイズが重畳した時のイオン波形のタイムチャート、（ｂ）は正常時のイオン波形のタイムチャートである。 特許文献１とするイオン電流検出装置の回路図を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図３に基づいて説明する。

本発明の実施例とするイオン電流検出装置の回路図を示す図を図１に、当該実施例の変形例とするイオン電流検出装置の回路図を示す図を図２に、イオン波形に重畳するノイズ成分とダイオードの容量成分の関係を示すタイムチャートを図３にそれぞれ示す。

図１において、イオン電流検出装置70は、点火コイル16、イグナイタ20、バイアス回路58、及び、イオン電流検出回路64から構成されている。当該点火コイル16は１次巻線を巻き回した１次コイル10と、２次巻線を巻き回した２次コイル12と、珪素鋼板からなる鉄芯14と、からなる。また、当該イグナイタ20はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなる。さらに、当該バイアス回路58は、第１のツェナーダイオード50a、第３のツェナーダイオード50c、第２のダイオード52ｂ、第３のダイオード52c、コンデンサ54、及び、第３の抵抗56からなる。

また、前記イオン電流検出回路64は、オペアンプ60、第１の抵抗62a、及び、第２の抵抗62bからなる。さらに、前記１次コイル10の低圧側は、自動車のバッテリからなる電源30のプラス側と接続され、高圧側は、前記イグナイタ20のコレクタ端子と接続されている。

また、前記イグナイタ20のゲート端子は、自動車のＥＣＵと接続され、エミッタ端子は、グランドと接続されている。さらに、前記イグナイタ20は、当該ＥＣＵから点火信号を供給されている。

また、前記２次コイル12の高圧側は、第２のツェナーダイオード50bのアノード端子と接続され、低圧側は、前記第２のダイオード52bのカソード端子と前記第３の抵抗56の接続部に接続されている。さらに、当該第２のツェナーダイオード50bのカソード端子は、点火プラグ40の中心電極と第１のダイオード52aとの接続部に接続されている。

また、前記第３の抵抗56の前記２次コイル12と前記第２のダイオード52bとの接続部と接続される反対側は前記１次コイル10の低圧側と接続されている。さらに、前記第２のダイオード52bのアノード端子は、前記第１のツェナーダイオード50aのアノード端子と接続されている。

また、前記第１のツェナーダイオード50aのカソード端子は、前記第３のダイオード52cのカソード端子と接続されている。さらに、前記第３のダイオード52cのアノード端子は、グランドと接続されている。

また、前記コンデンサ54は、前記第１のツェナーダイオード50aと並列に接続されている。さらに前記コンデンサ54のプラス端子は、前記第１のツェナーダイオード50aのカソード端子、前記第１のダイオード52aのアノード端子、及び、第３のダイオード52cのカソード端子の接続部に接続されている。

また、前記コンデンサ54のマイナス端子は、前記第１のツェナーダイオード50aのアノード端子、前記第２のダイオード52bのアノード端子、及び、前記第１の抵抗62aの接続部に接続されている。さらに、前記第１のダイオード52aのカソード端子は、前記第２のダイオード50bと前記点火プラグ40との接続部に接続される。

また、前記第１の抵抗62aは、前記オペアンプ60の反転入力端子と接続されている。前記第１の抵抗62aの前記オペアンプ60の反転入力端子と接続される反対側は、前記第３のダイオード52cと前記第１のツェナーダイオード50aの接続部及び前記コンデンサ54のマイナス端子と接続されている。さらに、前記オペアンプ60の反転入力端子と前記第１の抵抗62aの接続部は、前記第３のツェナーダイオード50cのカソード端子と接続され、前記第３のツェナーダイオード50cのアノード端子は、グランドと接続されている。

また、前記第２の抵抗62bは、前記オペアンプ60の反転入力端子と出力端子と並列に接続される。さらに、前記オペアンプ60の非反転入力端子及び負電源端子は、グランドと接続される。

また、前記第１のツェナーダイオード50aは、ブレークダウン電圧が２７０Ｖのツェナーダイオードからなっており、前記第１のツェナーダイオード50aのブレークダウン電圧の値によって前記コンデンサ54に充電される電圧が２７０Vに制限されている。さらに、前記第２のツェナーダイオード50bは、ブレークダウン電圧が３００Ｖのツェナーダイオードからなっており、前記第３の抵抗56は、抵抗値５１kΩの抵抗から構成されている。

次に、図３からイオン波形に重畳するノイズ成分と前記第２のダイオード52bの容量成分の関係を説明する。

図３において、X軸は前記第２のダイオード52bの容量成分を、Y軸はイオン波形に重畳するノイズ成分の大きさを示す。図３に示すように、前記第２のダイオード52bの容量成分が上昇する程、イオン波形に重畳するノイズ成分も上昇することが示されている。これにより、前記第２のダイオード52bの容量成分が小さいものを用いることでイオン波形に重畳するノイズを低減することができる。図１に戻って、前記第２のダイオード52bは容量成分が１０ｐＦのダイオードを用いる。

上記構成により、前記点火プラグ40から前記２次コイル12への方向への電流の流れは前記第２のツェナーダイオード50bで阻止されると共に、前記２次コイル12の低圧側は前記１次コイル10の電源電圧からの１４Ｖを基準として前記第２のダイオード52bで０Ｖ以下の電圧（ノイズ）がカットされるため、イオン電流がオルタノイズの影響を受けることを防ぐことができる。これにより、イオン波形の終息後は図４（ｂ）に示すような正常時（オルタノイズが重畳していない）のイオン波形を検出することができる。

このような、イオン波形の終息後のオルタノイズが重畳していないイオン波形から前記内燃機関の燃焼状態を判定することで、イオン波形の減少後の失火判定において、オルタノイズ信号により燃焼が継続されていると誤判定することを防ぐことができる。

なお、上記実施例の変形例として、前記第１のダイオード52aは、前記２次コイル12からの出力に対する耐電圧を有してしればいいため、前記第１のダイオード52aを複数個からなるダイオード群で耐電圧を有する構成としてもよい。また、前記第１のツェナーダイオード50aは、設計事情によって任意のブレークダウン電圧を有したツェナーダイオードを用いてもよい。

また、図２に示す回路構成に変更しても同様の効果を得ることができる。図２において、前記２次コイル12の高圧側は、第２のツェナーダイオード50bのアノード端子と接続され、低圧側は、第4のツェナーダイオード50dのカソード端子と第２のダイオード52bのカソード端子の接続部に接続されている。また、当該第4のツェナーダイオード50dのアノード端子は、第３の抵抗56と接続され、当該第３の抵抗56の当該第4のツェナーダイオード50dと接続される反対側はグランドと接続されている。さらに、当該第２のツェナーダイオード50b及び当該第4のツェナーダイオード50dのブレークダウン電圧の合計値が前記第１のツェナーダイオード50aのブレークダウン電圧値である２７０Ｖより大きくなるツェナーダイオードから構成されている。

上記変形例により、前記第２のツェナーダイオード50b及び前記第4のツェナーダイオード50dのブレークダウン電圧の合計値が前記第１のツェナーダイオード50aのブレークダウン電圧値である２７０Ｖより大きくなるツェナーダイオードから構成されることから、前記第２のツェナーダイオード50b及び前記第4のツェナーダイオード50dの個々のブレークダウン電圧値が小さくなる。ツェナーダイオードはブレークダウン電圧値が小さくなるほど容量成分が大きくなくことから０Ｖ以下の電圧（ノイズ）がカットされるため、イオン電流がオルタノイズの影響を受けることを防ぐことができる。これにより、イオン波形の終息後は図４（ｂ）に示すような正常時（オルタノイズが重畳していない）のイオン波形を検出することができる。

10：１次コイル
12：２次コイル
14：鉄芯
16：点火コイル
20：イグナイタ
30：電源
40：点火プラグ
50a：第１のツェナーダイオード
50b：第２のツェナーダイオード
50c：第３のツェナーダイオード
50d：第４のツェナーダイオード
52a：第１のダイオード
52b：第２のダイオード
52c：第３のダイオード
52d：第４のダイオード
54：コンデンサ
56：第３の抵抗
58：バイアス回路
60：オペアンプ
62a：第１の抵抗
62b：第２の抵抗
64：イオン電流検出回路
70：イオン電流検出装置

Claims (2)

1. １次コイル10と２次コイル12が電磁結合されてなる点火コイル16と、当該１次コイル10に点火信号を供給するイグナイタ20と、前記２次コイル12からの高電圧を放電する点火プラグ40と、第１のツェナーダイオード50a及びコンデンサ54からなるバイアス回路58と、オペアンプ60からなるイオン電流検出回路64と、から構成されるイオン電流検出装置70において、
   前記２次コイル12の低圧側は、第２のダイオード52bを介して前記第１のツェナーダイオード50aに接続され、前記２次コイル12の高圧側は第２のツェナーダイオード50bを介して前記点火プラグ40に接続され、前記コンデンサ54は前記第１のツェナーダイオード50aと並列に接続され、前記コンデンサ54と前記第１のツェナーダイオード50aの接続部と前記点火プラグ40との間に第１のダイオード52aを接続し、
   前記２次コイルの低圧側と第２のダイオード52bの接続部が抵抗56を介して前記１次コイル10と電源30との接続部に接続され、
   前記第２のツェナーダイオード50bはアノード側を２次コイル12に接続し、
   前記第２のダイオード52bはカソード側を2次コイル12に接続したことを特徴とするイオン電流検出装置70。
2. １次コイル10と２次コイル12が電磁結合されてなる点火コイル16と、当該１次コイル10に点火信号を供給するイグナイタ20と、前記２次コイル12からの高電圧を放電する点火プラグ40と、第１のツェナーダイオード50a及びコンデンサ54からなるバイアス回路58と、オペアンプ60からなるイオン電流検出回路64と、から構成されるイオン電流検出装置70において、
   前記２次コイル12の低圧側は、第２のダイオード52bを介して前記第１のツェナーダイオード50aに接続され、前記２次コイル12の高圧側は第２のツェナーダイオード50bを介して前記点火プラグ40に接続され、前記コンデンサ54は前記第１のツェナーダイオード50aと並列に接続され、前記コンデンサ54と前記第１のツェナーダイオード50aの接続部と前記点火プラグ40との間に第１のダイオード52aを接続し、
   前記２次コイルの低圧側と第２のダイオード52bの接続部が第４のツェナーダイオード50dのカソードに接続され、このアノードが抵抗56を介してグランドに接地され、
   前記第２のツェナーダイオード50bはアノード側を２次コイル12に接続し、
   前記第２のダイオード52bはカソード側を2次コイル12に接続したことを特徴とするイオン電流検出装置70。

Images