JP2602075B2 - 内燃機関の点火システムにおける電離電流を検出する方法および装置 - Google Patents

内燃機関の点火システムにおける電離電流を検出する方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の点火システムにおける電離電流の
存在を検出する方法および装置に関するもので、点火回
路における少なくとも1つの二次巻線へ測定電圧を付与
し、測定装置を用いて点火回路における電離電流の存在
を検出するようにしたものである。
かかる方法および装置はスエーデン特許明細書SE 442
345に記載されている。この明細書は、正常の燃焼を検
出する目的で、および/またはどのシリンダで燃焼が実
際に生じたかを確立する目的で、電離電流の存在を検出
または確立するために実質的に一定の測定電圧の使用を
記載している。燃焼が異常であること、例えばノッキン
グ、を確立するために、スパークプラグの電極に付与さ
れる測定電圧は好ましくは比較的に高く、例えば400ボ
ルト程度である。容量性点火システムを使用するとき、
点火電圧は2段階で通常昇圧され、前記大きさの電圧は
中間段階で得られる。
而して、この種の周知の点火システムにおいて、電離
電流を検出するのに必要な測定電圧を得ることは非常に
容易である。
しかし、比較的に高い測定電圧を使用することは不利
である。試験によると、スパークプラグは直ちに煤粒子
で覆われ、特にエンジンが冷えているときに、エンジン
の始動が妨げられることが判明している。
電離電流を測定する唯一の目的が燃焼が実際に生じた
か否かを確立することであるとき、60−100ボルトの低
い測定電圧を使用できる。しかし、この低電圧は炭素付
着物がスパークプラグに形成する程度を減少し、これに
より点火の問題を軽減するが、低電圧自体の付与には問
題がある。好ましくはノッキングおよび早期点火を検出
するべく燃焼が正常であるか否かを確立するために電離
電流の存在を検出するとき、高い測定電圧を用いるのが
最も安全であり、その場合前記欠点を回避できない。
スパークプラグがこのように煤で汚れる理由は、煤ま
たは炭素粒子が帯電し、電離電流測定法におけるスパー
クプラグ電極により構成される極へ吸引されるからであ
る。この物理現象は所謂静電フィルタに利用され、両極
間に発生する電界を利用して電界中に存在する固体を除
去する。
燃焼室に存在する煤粒子は主として未燃焼燃料から成
る。正常では、エンジンを始動するとき、始動を容易な
らしめるために過剰の燃料がエンジンへ供給される。即
ち、発生する煤粒子の数も増加し、電離電流を測定する
問題が悪化する。
本発明の目的はこの欠点を回避し、電離電流を確実に
測定できるようにすることである。
この目的は請求項1の特徴部分の記載を特徴とする本
発明の方法により達成される。
また本発明は本発明の方法を実施する装置に関するも
のであり、この装置は請求項7の特徴部分を特徴とす
る。
而して、エンジン始動時における非常に低い測定電圧
の使用、または測定電圧の省略は前記問題を回避し、ま
たは少なくとも大いに緩和する。それ自体欠点を生じる
低い測定電圧の助けにより電離電流の存在または発生を
確実に検出することは可能でないが、この問題は以下の
記載から明らかになるように、容易に克服される。
機械的な高電圧分配器を欠くコンピュータ制御式点火
システムにおいて、確立された通常の燃焼過程を、それ
ぞれのシリンダへの点火電圧の供給をトリガする始動点
として利用し、エンジンを継続的に操作または運転する
ことは可能である。これは従来の解決策におけるよう
に、カム軸センサの助けによりそれぞれのシリンダを識
別する必要性を除去する。本発明により欠点を除去する
ために、コンピュータ制御式点火システムの場合、シリ
ンダがエンジン始動中にその上死点に来る毎に点火を開
始することが必要である。4行程エンジンの場合、これ
はエンジンを始動するとき、点火が燃焼サイクル中に1
回の代わりに2回行われることを意味する。コンピュー
タ制御式点火システムは追加の構成要素を必要としない
改変プログラムを専ら必要とする。これにより生じるス
パークプラグの摩耗の増加はこの場合看過できる、とい
うのは、エンジン始動シケンスは期間が通常非常に短い
からである。
本発明を実施するとき、燃焼が正常でないこと、即ち
ノッキングが発生したことを検出することは可能でな
い。しかし、異常燃焼はエンジンが熱いとき、および/
または負荷が大きいときにのみ生起する。かかる操作条
件は正常のエンジン始動過程では生じないから、本発明
の方法または装置により異常燃焼を検出できないことは
欠点とならない。
エンジンが始動され、しばらく運転して熱くなると、
スパークプラグ電極に生じる火花は形成されるいかなる
煤または炭素付着物をも燃焼除去する。故に、電離電流
の存在を周知の態様で検出できる高いレベルに測定電圧
を増加できる。
而して、本発明は電離電流測定法により与えられる利
点を可能にしながら、かかる測定法がエンジン始動中に
生じる欠点を除去する。
本発明の他の特徴は特許請求の範囲および添付図面に
関する本発明の好適実施例についての以下の説明から明
らかになろう。
図示の点火システムは多気筒オットーサイクルエンジ
ンに使用される容量型システムである。ただし、図には
それぞれのシリンダのスパークプラグ2、3の2個のみ
が示されている。而して、点火回路は充電回路4を含
み、この回路に低電圧源例えば12V電池から電圧が供給
される。回路4の電圧は約400Vの高電圧に変換される。
この高電圧は次いでアースされた充電コンデンサ15を組
み入れた線11へ接続された線10へ付与される。このコン
デンサは、約400Vの電圧に充電されるもので、エンジン
のシリンダの数に対応した多くの点火コイルの並列接続
された一次巻線12、13へ線10を通じて接続されている。
各一次巻線12、13はサイリスタ22、23を通じてアースさ
れた線20、21へ接続されている。サイリスタ22、23は一
次巻線12、13のアース接続部20、21を、点火パルストリ
ガユニット6から延びた線24、25の信号を介して開くこ
とができる。トリガユニット6は線7、8、9、6に現
れる入力信号に応答して出力信号を発生する。これらの
入力信号はエンジン速度、エンジン負荷、クランク軸の
角位置、およびエンジン温度に関するものであり、ユニ
ット6に組み入れたマイクロコンピュータ型システムで
処理される。サイリスタ22またはサイリスタ23からのト
リガ信号の受信時に一時巻線12、13のアース接続部が開
くと、コンデンサ15が線20または線21を通じてアースへ
放電する。故に、問題の一次巻線は対応二次巻線30また
は31に高い点火電圧(約40KV)を誘起する。各二次巻線
は燃焼室へ供給された燃料−空気混合物の点火のため
に、点火電圧をスパークプラグ2または3へ送る点火回
路32または33の一部を形成する。
二次巻線30、31の負の一端はプラグ2、3の中央電極
へ接続され、この電極はこの電極と第1の負の点火パル
スを受け取り、スパークプラグのアースされた電極本体
との間に火花を発生する。二次巻線30、31の正の他端3
4、35は線36およびこれに組み入れた測定装置29を通じ
てアースされている。この測定装置は3本の並列接続さ
れた線37、38、39と直列に接続された測定コンデンサ40
を含み、各線はアース接続を強化し、また測定装置29に
含まれた検出ユニット50と協働する。
充電回路4に生じる電圧は充電コンデンサ15を充電す
るのに利用される。この電圧は充電回路4とアースとの
間で直列に接続された2個の抵抗器60、61を含む電圧分
割器で利用される。抵抗器60、61の抵抗は約70Vの一定
電圧が接続点62に得られるように選択される。接続点62
はダイオード16を含む線14を経て測定コンデンサ40へ付
与される。接続点62はまたベースをトリガユニット6へ
接続したトランジスタ63を経てアースへ接続される。
アースへ延びてコンデンサ40へ接続された線37、38、
39の内、線37は陰極をコンデンサ40へ接続し、陽極をア
ースへ接続したショットキーダイオード27を組み入れて
いる。線38は3個の直列接続された抵抗器41、42、43を
含み、抵抗器43はアースへ直結されている。線39はダイ
オード45を含み、このダイオードの陰極は低電圧源とし
て作用しかつ線44を経てアースへ接続された電圧安定器
46へ接続されている。安定器46は充電回路4として役立
つ低電圧源5への接続部47を有する。
抵抗器41、42間には電圧安定器46に接続する線49が接
続され、抵抗器42、43間で電圧が線51を経て検出ユニッ
ト50へ移送される。線51は参照電圧を検出ユニット50へ
運び、また線52はコンデンサ40と抵抗器41との間に存在
する電圧を検出ユニット50へ運び、この値は真の電圧値
である。線51における参照値と線52における真のまたは
実際の値との比較が検出ユニット50に含まれた比較器
(図示せず)において行われる。
検出ユニット50は測定窓ユニット17から延びた線53で
信号を供給される。このユニットは、点火パルスをトリ
ガする時間に関する入力信号を線18においてトリガユニ
ット6から受け取り、またクランク軸の現在角位置に関
する入力信号を線19において受け取る。線53におけるユ
ニット17の出力信号は電離電流が点火回路32、33に有る
か否かを確立するために検出ユニット50が操作する所謂
測定窓であるクランク軸の角範囲を表す。而して、検出
ユニット50は異なる窓における電離電流の検出または非
検出を表す出力信号を線54、55に発生する。
前記装置は次の態様で操作する。手動で作動可能な点
火スイッチ(図示せず)によりこのシステムに電圧を付
与することにより、始動シーケンスが開始される。次い
で、トリガユニット6が線7、9、64で信号を受信し、
これらの信号は一定の参照値との比較のためにトリガユ
ニット6に含まれた比較器へ送られる。而して、所定の
速度値以下のエンジン速度値を利用してエンジン始動シ
ーケンスの発生を確立することができる。
この所定のエンジン速度はエンジンのアイドリング速
度と同じ値にするのが有利である。ただし、同時に、エ
ンジン始動モータによりエンジンを回転できる速度以上
にすべきである。セダン型自動車用の4気筒エンジンの
場合、この所定の速度は約850rpmにできる。
あるいは、エンジン始動シーケンスはエンジン温度が
所定の温度以下のときに開始されたと考えることがで
き、エンジン温度は同様の態様で利用して線64の信号の
助けによりエンジン始動シーケンスの発生を検出でき
る。他の実施例の場合、始動モータの操作中および/ま
たは所定の出来事から一定の時間経過後に生じる信号の
助けによりエンジン始動シーケンスを検出でき、例えば
電圧を点火システムに付与する瞬間から一定の時間長に
亙り続くものと考えられる。
エンジン始動シーケンス時に、トリガユニット6はク
ランク軸センサから線9において得られる信号に応答し
て点火回路32、33へ点火開始トリガ信号を供給する。こ
の場合、トリガ信号はピストンが上死点に位置する毎に
送られる。4行程エンジンの場合、このことは、それぞ
れのシリンダの排気期間中に点火が開始されることを意
味する。
始動シーケンス時に、トリガユニット6は正の制御電
圧をトランジスタ63に供給し、これによりトランジスタ
63は点62をアースに接続する。故に、図示の実施例の装
置では測定コンデンサ40に電圧が付与されず、而して電
離電流を測定できない。
他の実施例の場合、低い測定電圧を付与することがで
きる。測定電圧が付与されず、または低い測定電圧が付
与されるだけであるから、高い測定電圧がスパークプラ
グ電極に付与される場合と異なり、スパークプラグには
煤が形成されない。
エンジンが始動すると、トリガユニット6はトランジ
スタ63への電流を中断することによりエンジン始動シー
ケンスの終了を示し、このときトランジスタ63は点62の
アースへの直結を遮断する。その代わり、点62は電圧分
割器60、61により決まる電圧を受け取り、この電圧は前
記によると約70Vである。この電圧は測定コンデンサ40
へ付与され、電離電流を検出するのにこのコンデンサを
利用するのを可能にする。70Vの電圧は正常の燃焼を確
実に識別するのに充分である。異常燃焼をも識別するこ
とが望まれる場合、または異常燃焼のみを識別すること
が望まれる場合、電圧分割器の抵抗器60、61に他の値を
選択して例えば200−400ボルトの高電圧を測定コンデン
サ40に付与することにより、識別の信頼性を増すことが
できる。
測定コンデンサ40は電圧を付与されると充電される。
この場合、電流は測定電圧源5から充電回路4、抵抗器
60、線14およびダイオード16を経て測定コンデンサ40の
一方の板へ流れる。コンデンサ40の他方の板は線39、ダ
イオード45、電圧安定器46、およびその低い電圧源5と
の接続部47を経て電流回路を閉じる。点火電圧が点火回
路32、33に誘起すると、交流電圧が生じ、この交流電圧
は第1の負のパルスによりスパークプラグ2、3の電極
間に火花を発生する。この場合、電流はスパークプラグ
の電極本体からその中央電極へ、そしてここから二次巻
線30、31、線36を通り、コンデンサ40の一方の板へ流れ
る。この回路はコンデンサ40の第2の板から、ダイオー
ド45を組み入れた線30を通り、電圧安定器46へ、そして
線44を経てアースへ流れる電流により閉じられる。
点火電圧の正パルスは、対応する態様で、スパークプ
ラグ電極間に反対方向に流れる電流を生じる。回路は、
線37によりアースされたショットキーダイオード27を経
てコンデンサ40へ延び、ここから二次巻線30、31を経て
それぞれのスパークプラグ2、3へ延びて完成される。
上記第1の改変例によれば、約70Vの測定電圧が電極
間で点火回路に生ぜしめられ、この電圧は電圧分割器6
0、61から線14を経て送られる。而して測定電圧はクラ
ンク軸の全回転に亙り点火回路2、3中にある。
燃焼が生じると、測定電圧はスパークプラグ電極間に
電離電流を生ぜしめる。測定電圧は正であるから、スパ
ークプラグの中央電極からその本体電極へ流れる電離電
流が得られる。而して、電流回路は測定電圧源として役
立つ測定コンデンサ40から二次巻線および関連スパーク
プラグ電極、アースした電圧安定器66を経て、抵抗器41
を越えてコンデンサ40へ戻る電流回路が完成する。電離
電流の一部は、アースへ直列に接続された抵抗器42、43
を経て、測定抵抗器として役立つ抵抗器41へ送られる。
電離電流が測定抵抗器41を流れると、この抵抗器に電
圧降下が生じる。電離電流が無いときに線52に存在する
電位は電圧安定器46により維持される5Vから−0.2Vの値
へ降下する。−0.2Vの値は検出ユニットを大きい負の電
圧から保護するためにショットキーダイオード27により
決められる。この低下した電位は真の値として線52で検
出ユニット50へ送られる。線50における参照値との比較
により、前記ユニットの出力線54、55の検出ユニット出
力信号が変化する。ただし、比較が実際に行われたもの
とする。線53の測定窓信号は、比較がいつ行われたかを
決める。この信号は大きいときは検出ユニット50をして
前記比較を行わせる窓を呈すると言われる方形波であ
る。
本発明の解決策はエンジンの始動に続いてシリンダに
燃焼が生じた時期を決めるのに利用される。この情報は
引き続く点火パルスが残りのシリンダへ送られる正しい
順序を計算するためにトリガユニット6のマイクロコン
ピュータシステムにおける始動点として使用される。こ
れは前記スエーデン特許明細書SE 442 345に開示された
周知の方法で行われる。この正しい順序を達成する詳細
な知識は本発明を理解するのに必要で無いから、ここで
は詳述しない。
電圧分割器の抵抗器60、61に他の抵抗値を選択するこ
とにより、上記70Vの電圧よりも高い測定電圧を使用で
きる。例えば、測定電圧は400Vにできる。正常燃焼過程
を識別することに加えて、かかる高い値の測定電圧は異
常燃焼過程、好ましくはノッキングおよび早期点火を識
別するのを可能にする。この場合、クランク軸の全回転
に亙り70Vの正の測定電圧が点火回路に発生する。測定
過程は、他の点では、上記SE 442 345に記述されたよう
な周知の態様で行われる。
先に述べたのと同様に、シリンダ識別のために正常燃
焼過程を指示するために400Vの測定電圧を使用できる。
また本発明は請求項1の範囲内において前述した以外
の点火システムに使用することもできる。図示の実施例
は2気筒用の点火システムを含む。しかし、本発明は4
気筒または任意の気筒数を持つエンジンに適用できるこ
とは理解されよう。前記スエーデン特許明細書442 345
に詳述されたものと同様に、4気筒エンジンの場合、2
個の測定装置を用い、各測定装置を2個のシリンダに使
用できる。
本発明は容量性点火システムに関して例示したが、本
発明は誘導性点火システムにも適用できることは理解さ
れよう。
図示の実施例の場合、始動シーケンス時に一定の測定
電圧を利用し、始動シーケンス後に別の測定電圧を用い
た。他の実施例では、始動シーケンス、およびこれに続
くものを他のシーケンスまたは過程に分割することが考
えられる。例えば、第1の高い測定電圧を始動シーケン
ス直後に付与し、またエンジン速度またはエンジン温度
が始動シーケンスに対応する値よりも遥かに大きい値を
超えると、更に高い電圧を付与できる。
図示の実施例の場合、数個の電子ユニットは別個の構
成要素として示した。実際には、数個の構成要素は有利
には前記したのと同じ機能を有する同じ電子構成要素か
ら成るのが有利である。而して、構成要素の内の数個の
ものをマイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータ
に含ませることができる。
特許請求の範囲における信号の感知と伝送についての
記載は実際上総ての態様の信号伝送を含む。
本発明は他の形態で実施できることは当業者に明らか
であろう。
【図面の簡単な説明】
図は電離電流の検出のための本発明装置を備えた容量性
点火システムを模式的に示す。 6……制御ユニット、29……測定装置、32、33……点火
回路、40……コンデンサ。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の点火システムの一部を形成する
    点火回路(32、33)における電離電流を検出する方法で
    あって、少なくとも1つの二次巻線(30、31)における
    点火回路(32、33)へ測定電圧を付与し、測定装置(2
    9)用いて点火回路における電離電流の存在を検出する
    方法において、 エンジン始動シーケンスを表すパラメータを検出し、 エンジン始動シーケンスが検出されると、第1の実質的
    に一定の測定電圧を付与し、あるいは測定電圧を付与せ
    ず、 エンジン始動シーケンスの検出が終わると、第2の実質
    的に一定の測定電圧を付与し、 第1の測定電圧は第2の測定電圧よりも低いことを特徴
    とする方法。
  2. 【請求項2】エンジン始動シーケンス中に、電離電流の
    検出が可能な値よりも低い測定電圧を付与し、前記エン
    ジン始動シーケンスに続いて電離電流の検出が可能であ
    る値を有する測定電圧を付与することを特徴とする請求
    項1記載の方法。
  3. 【請求項3】エンジン始動シーケンス中に実質的に0に
    等しい測定電圧を付与し、前記エンジン始動シーケンス
    に続いて70ボルト以上の測定電圧を付与することを特徴
    とする請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】エンジン速度を表す信号によりエンジン始
    動シーケンスを検出し、前記始動シーケンスはエンジン
    速度が所定の値以下にあるときに存在し、エンジン始動
    シーケンスはエンジン速度がこの値に到達すると終わる
    ことを特徴とする請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】エンジン温度を表す信号の助けによりエン
    ジン始動シーケンスを検出し、始動シーケンスはエンジ
    ン温度が所定の値以下にあるときに存在し、始動シーケ
    ンスはエンジン温度がこの値に到達すると終わることを
    特徴とする請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】測定装置を二次巻線(30、31)のアース接
    続を行うように構成し、測定装置は測定コンデンサ(4
    0)を含む請求項1記載の方法において、測定装置(4
    0)の電圧測定点(62)はエンジン始動シーケンス中に
    アースへ接続され、付与される測定電圧は実質的に0ボ
    ルトであり、また電圧測定点(62)のアース接続はエン
    ジン始動シーケンスの終了に続いて中断されることを特
    徴とする方法。
  7. 【請求項7】内燃機関の点火システムの一部を形成する
    少なくとも1つの点火回路(32、33)における電離電流
    を検出する装置であって、前記点火回路(32、33)はエ
    ンジンの燃焼室に存在する燃料−空気混合物を点火する
    ための少なくとも1つの点火コイル二次巻線(30、31)
    および点火装置(2、3)を含み、前記点火回路(32、
    33)は外部電圧源へ接続され、この電圧源は燃焼室に燃
    焼が生じるとき点火回路に電離電流を発生し、この電離
    電流は二次巻線(30、31)へ接続された測定装置(29)
    において検出されるようにした装置において、 外部電圧源との点火回路の接続部に、制御ユニット
    (6)から信号を受信する半導体構成要素(63)、好ま
    しくはトランジスタ、を含むアース接続部が接続され、 制御ユニット(6)はエンジン始動を検出するために利
    用される少なくとも1つのエンジンパラメータを感知す
    る変換器へ接続され、 制御ユニット(6)はエンジン始動中にアース接続部を
    開くために半導体構成要素(63)へ信号を送るように構
    成され、而して測定装置(29)はエンジン始動が無いと
    きに付与される電圧よりも低い電圧を付与することを特
    徴とする装置。
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