JP3146953B2 - 内燃機関のイオン電流検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のイオン電
流検出回路に係り、詳しくは点火プラグの電極間に発生
するイオン電流を検出するイオン電流検出回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関の燃焼室において燃料の
燃焼に基づいて発生するイオンをイオン電流として検出
し、そのイオン電流値に基づいて内燃機関の燃焼状態を
判定することが試みられている。このイオン電流は、各
種の燃焼情報を含み、しかも、各気筒毎にその時の爆発
行程の度に得ることができるため、各気筒に対してその
時々の燃焼状態をリアルタイムに知ることができるとと
もに、その含まれる情報が精度の高いものであるという
点で注目されている。このイオン電流の検出は、イオン
電流検出回路にて行われ、例えば特開平４ー２６２０７
０、特開平５ー２６０８９等で種々提案されている。

【０００３】この種のイオン電流検出回路は、爆発行程
において点火後に点火プラグの電極間にコンデンサの充
電電圧を印加する。そして、電圧が印加された点火プラ
グの両電極間に発生するイオン電流をコンデンサに対し
て直列に接続された抵抗に流し、その抵抗にかかる電圧
を検出することによりイオン電流の状態を検出するよう
にしている。一方、前記コンデンサの充電電圧は、点火
コイルの二次側コイルに点火プラグを点火させるために
誘起される誘導起電力によって充電されるようになって
いる。つまり、前記コンデンサは、点火電流にて充電さ
れるようになっている。また、このコンデンサの充電方
法として、例えば特開昭６０ー１８４９７２、特開平４
ー１４３４６４等に記載されているように、点火コイル
の一次側コイルに発生する電流を充電する方法も提案さ
れている。

【０００４】ところで、上記したイオン電流検出回路
は、独立点火方式の点火システムに具体化されたもので
あり、同時点火方式の点火システムにそのまま同時点火
方式に具体化することはできない。独立点火方式が１気
筒分の点火を１個の点火コイルで行うのに対して、同時
点火方式は２気筒分の点火を１個の点火コイルで行うも
のである。つまり、同時点火方式は点火コイルの二次側
コイルの両端子にそれぞれ接続された異なる気筒の点火
プラグを接続し、二次側コイルの両端子にプラス、マイ
ナスの両極性の高電圧を発生させて異なる気筒の点火プ
ラグを同時に点火させるものである。従って、同時点火
方式は、パワートランジスタ及び点火コイルの数が独立
点火方式に比べて半分となる点で優れている。

【０００５】しかしながら、上記のようなイオン電流検
出回路をそのまま具体化すると、コンデンサに充電する
ための充電電流を二次側コイルから得ることはできな
い。同時点火方式では、点火コイルの二次側コイルの両
端子にそれぞれ異なる気筒の点火プラグが接続されてい
る。そして、二次側コイルのプラスの高電位が発生する
側の端子にイオン電流検出回路を接続すると、イオン電
流検出回路を接続した側の二次側コイルの端子に接続し
た点火プラグを点火させることができない不都合が生じ
る。つまり、イオン電流検出回路に設けた前記コンデン
サに対して保護用のツェナーダイオードが一般に並列に
接続されている。この二次側コイルの両端子にプラス、
マイナスの両極性の高電圧が発生すると、プラスの高電
位によってツェナーダイオードが導通する。この導通に
よってプラスの高電圧を発生する側の点火プラグは点火
されず、マイナスの高電圧を発生す側の火プラグのみが
点火されるだけとなる。従って、従来の独立点火方式に
採用されるイオン電流検出回路をそのまま採用すること
はできない。

【０００６】そこで、特開平４ー１９１４６６（図５）
において、同時点火方式のためのイオン電流検出回路が
提案されている。この検出回路は、同検出回路のコンデ
ンサを逆流防止用のダイオードを介して二次側コイルに
接続させている。従って、この二次側コイルの両端子に
プラス、マイナスの両極性の高電圧が発生しても、逆流
防止用のダイオードによってツェナーダイオードが導通
することはない。その結果、各点火プラグの点火は確実
に行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た同時点火方式のイオン電流検出回路においては、コン
デンサに充電するための充電電流を抵抗及び逆流防止用
の第２のダイオードを介して供給している。そして、こ
の抵抗の抵抗値は、一次側回路（一次側コイル）からコ
ンデンサに充電電流を流す際、一次側回路に発生する高
電圧によってコンデンサの耐圧を考慮するとともに、イ
オン電流検出に必要な充電電圧を得るのに必要な電流を
確保するに必要な値に設定されている。

【０００８】従って、最適な抵抗の抵抗値の設定は、非
常に難しかった。しかも、該抵抗による電力損失が大き
くなるとともに発熱量も大きくその放熱対策を考慮する
必要があった。

【０００９】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は同時点火方式の点火シス
テムにおいてコンデンサに充電する充電電圧の設定が容
易で、しかも、電力損失が小さく発熱も少ない内燃機関
のイオン電流検出回路を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、点火
コイルの二次側コイルの両端子にそれぞれ接続された異
なる気筒の点火プラグの電極間にイオン電流検出のため
の電圧を印加して燃焼室のイオン電流を検出するように
した内燃機関のイオン電流検出回路であって、前記二次
側コイルに発生する誘導起電力に基づいて流れる電流が
イオン電流検出回路内に流れ込まないように阻止するダ
イオードと、前記点火コイルに設けられた調圧用の第２
の二次側コイルと、その第２の二次側コイルに誘起され
た誘導起電力が充電されるコンデンサとを備え、前記コ
ンデンサに充電される電荷を前記イオン電流検出用の電
圧として前記ダイオードを介して前記点火プラグの電極
間に印加するようにした。

【００１１】（作用） 請求項１の発明によれば、ダイオードは点火コイルの二
次側コイルに発生する誘導起電力に基づく電流がイオン
電流検出回路内に流れ込むのを阻止する。その結果、二
次側コイルに発生する誘導起電力は、二次側コイルの両
端子にそれぞれ接続された異なる気筒の点火プラグに確
実に印加される。

【００１２】又、コンデンサは、点火コイルに形成され
た第２の二次側コイルに誘起された誘導起電力に基づく
電流を充電して充電電圧を得る。この時、第２の二次側
コイルの一次側コイルに対する巻数を調整するだけで、
コンデンサの耐圧を考慮し、しかも、イオン電流検出に
必要な充電電圧を簡単に設定することができる。そし
て、コンデンサの充電電圧は、点火プラグの電極に印加
され、その電極に印加された充電電圧に基づいてイオン
電流の検出が行われる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を具体化した一実施の形態
を図１及び図２に従って説明する。図１は、同時点火方
式のイオン電流検出回路を示す。尚、本実施の形態で
は、４気筒の内燃機関とし、図１は４気筒のうち２気筒
についての電気的構成を示し、他の２気筒の回路構成も
同じ構成なので説明の便宜上省略する。

【００１４】点火コイル１０は、一次側コイル１０ａ、
第１の二次側コイル１０ｂ、及び、第２の二次側コイル
１０ｃを備えている。一次側コイル１０ａの一方の端子
ａは、バッテリ１１のプラス電極に接続されている。
又、一次側コイル１０ａの他方の端子ｂは、エミッタ接
地されたパワートランジスタ１２のコレクタに接続され
ている。パワートランジスタ１２は、ベースに図２に示
すようなプラス電位（Ｈレベル）の点火信号ＩＧＴが入
力されてオンする。そして、点火信号ＩＧＴに応答して
パワートランジスタ１２がオンすると、一次側コイル１
０ａに電流が流れる。又、点火信号ＩＧＴの消失に基づ
いてパワートランジスタ１２がオフすると、一次側コイ
ル１０ａに流れていた電流が遮断される。

【００１５】この一次側コイル１０ａの通電と非通電に
基づいて点火コイル１０の第１の二次側コイル１０ｂの
端子ｃ，ｄ間に誘導起電力が発生する。二次側コイル１
０ｂの端子ｃ，ｄには、それぞれ対応する気筒の点火プ
ラグ１３，１４が接続されている。尚、本実施の形態で
は、一次側及び二次側コイル１０ａ，１０ｂの極性は、
一次側コイル１０ａに流れていた電流が遮断されると、
二次側コイル１０ｂの端子ｄにプラスの高電圧Ｖ２が発
生する極性に設定されている。点火プラグ１３，１４は
この二次側コイル１０ｂの端子ｄに発生するプラスの高
電圧Ｖ２に基づいて点火する。この時、点火システムが
同時点火方式なので、爆発行程にある側の点火プラグの
点火が燃料の燃焼に寄与することになる。

【００１６】又、一次側コイル１０ａの通電と非通電に
基づいて第２の二次側コイル１０ｃの端子ｇ，ｈ間に誘
導起電力が発生する。一次側コイル１０ａに対する第２
の二次側コイル１０ｃの極性は、一次側コイル１０ａに
流れていた電流が遮断されると、第２の二次側コイル１
０ｃの端子ｇにプラスの電圧が発生する極性に設定され
ている。

【００１７】次に、上記のように構成した同時点火方式
に対して設けられたイオン電流検出回路について説明す
る。イオン電流検出回路２０は第１の二次側コイル１０
ｂ側の二次側回路に接続されている。又、イオン電流検
出回路２０は検出動作を行うための電源を第２の二次側
コイル１０ｃから供給する。高電圧阻止用の第１のダイ
オード２１は、そのカソードが第１の二次側コイル１０
ｂの端子ｄに接続され、同二次側コイル１０ｂの端子ｄ
に発生するプラスの高電圧Ｖ２に基づく電流のイオン電
流検出回路２０への流れ込みを阻止する。ダイオード２
１のアノードは、コンデンサ２２を介して検出抵抗２３
に接続されている。検出抵抗２３の他端は接地されてい
る。検出抵抗２３とコンデンサ２２との接続点ｅは、出
力端子Ｏに接続されている。そして、この出力端子Ｏか
ら出力される出力信号、即ち検出抵抗２３の端子間電圧
は、検出信号として取り出される。

【００１８】前記ダイオード２１とコンデンサ２２の接
続点ｆは、第２のダイオード２５を介して前記第２の二
次側コイル１０ｃの端子ｇに接続されている。つまり、
ダイオード２５のアノードが端子ｇに接続され、ダイオ
ード２５のカソードが接続点ｆに接続されている。又、
第２の二次側コイル１０ｃの他方の端子ｈは接地されて
いる。第２の二次側コイル１０ｃの一次側コイル１０ａ
に対する巻数は、コンデンサ２２に対してイオン電流Ｉ
を検出するために必要な充電電圧を充電するための誘導
起電力が発生する巻数に予め設定されている。

【００１９】前記コンデンサ２２及び検出抵抗２３には
それぞれ保護用のツェーナーダイオード２６，２７が並
列にそれぞれ接続されている。次に、上記のように構成
されたイオン電流検出回路２０の作用について説明す
る。

【００２０】（１）コンデンサ２２への充電動作 パワートランジスタ１２に点火信号ＩＧＴが印加される
と、同トランジスタ１２はオンされる。トランジスタ１
２のオンに基づいて点火コイル１０の一次側コイル１０
ａに電流が流れ始め、徐々に大きな電流となる。この
時、第１の二次側コイル１０ｂには、端子ｄがマイナス
の電圧となる誘導起電力が発生する。この誘導起電力は
小さいため、点火プラグ１３，１４は点火しない。又、
第２の二次側コイル１０ｃには、端子ｇがマイナスの電
圧となる誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、第
２のダイオード２５により充電に寄与しない。

【００２１】やがて、点火信号ＩＧＴが消失すると、ト
ランジスタ１２がオフし、一次側コイル１０ａに流れる
電流が遮断される。その結果、第１の二次側コイル１０
ｂには、端子ｄがプラスの高電圧Ｖ２となる誘導起電力
が発生する。この誘導起電力は、この二次側コイル１０
ｂに発生した誘導起電力に基づいて点火プラグ１３，１
４は点火する。そして、この点火に基づいて爆発行程に
ある側の点火プラグの点火が燃料の燃焼に寄与すること
になる。この時、端子ｄ側のプラスの高電圧Ｖ２は、イ
オン電流検出回路２０に加わるが第１のダイオード２１
によって阻止されるため、イオン電流検出回路２０に電
流が流れ込まれず点火プラグ１３，１４の点火が確実に
行われる。

【００２２】一方、一次側コイル１０ａに流れる電流が
遮断されると、第２の二次側コイル１０ｃの端子ｇ側が
プラスとなる誘導起電力が発生する。この誘導起電力に
基づいて第２のダイオード２５を介してコンデンサ２２
に充電電流が流れ込む。つまり、点火プラグ１３，１４
の点火が行われている時に、第２の二次側コイル１０ｃ
に発生する誘導起電力に基づいてコンデンサ２２に対し
て充電が行われる。この充電中において、コンデンサ２
２はイオン電流を検出するために必要な充電電圧に充電
される。

【００２３】そして、点火プラグ１３，１４の点火によ
って電圧Ｖ２が減少し、やがて電圧Ｖ２が０ボルトにな
って点火終了する。端子ｄ側のプラスの高電圧Ｖ２が０
ボルトになると、コンデンサ２２への充電は終了する。 （２）イオン電流の検出動作 点火プラグ１３，１４の点火が終了すると、コンデンサ
２２の充電電圧が、前記各点火プラグ１３，１４の電極
間にそれぞれ印加される。つまり、各点火プラグ１３，
１４は、第１の二次側コイル１０ｂの端子ｃ、ｄに接続
された側の電極にプラス電圧が印加される。従って、爆
発行程にあった気筒において点火プラグの点火に基づい
て燃料の燃焼によって発生したイオンは点火プラグの接
地した側の電極から接地及び前記検出抵抗２３を介して
コンデンサ２２に流れる。つまり、燃焼によって発生し
たイオンは陽イオンのため、電流Ｉは検出抵抗２３を介
してコンデンサ２２に流れる。そして、検出抵抗２３に
流れるイオン電流Ｉの大きさは発生したイオン密度に比
例する。このイオン電流Ｉの値は、検出抵抗２３の端子
間電圧として取り出すことができ、その端子間電圧は出
力端子Ｏから検出信号として出力される。

【００２４】次に、上記のように構成した実施の形態の
特徴を以下に述べる。 （１）本実施の形態によれば、イオン電流検出回路２０
のコンデンサ２２は、第１のダイオード２１を介して同
時点火方式の点火コイル１０の二次側回路に接続した。
従って、点火プラグ１３，１４を点火させるための第１
の二次側コイル１０ｂに発生するプラスの高電圧Ｖ２が
イオン電流検出回路２０に印加されても、この第１のダ
イオード２１により同検出回路２０に電流が流れる込む
のが阻止される。その結果、第１の二次側コイル１０ｂ
に発生するプラスの高電圧Ｖ２は、電流がイオン電流検
出回路２０に流れ電圧降下することはなく、同時点火方
式の点火プラグ１３，１４を確実に点火させることがで
きる。

【００２５】しかも、コンデンサ２２は、イオン電流検
出のための充電電圧をパワートランジスタ１２がオフし
たときに点火コイル１０の第２の二次側コイル１０ｃに
発生する誘導起電力に基づいて得るようにようにした。
従って、点火プラグ１３，１４を点火させる毎に充電が
行われる。しかも、各気筒の燃焼状態によって影響を受
けない第２の二次側コイル１０ｃからの充電なので、常
に正確な充電電圧を得ることができる。 （２）本実施の形態によれば、コンデンサ２２への充電
制御は、一次側コイル１０ａに対する第２の二次側コイ
ル１０ｃの巻数を調整するだけよい。従って、コンデン
サ２２の耐圧を考慮した充電電圧の調整は非常に簡単に
行える。しかも、従来のよう一次側コイルから充電電圧
を供給する場合のように、コンデンサ２２の耐圧を考慮
して抵抗を設けて電圧降下させる必要がない。従って、
電力損失もなく発熱もない。 （３）本実施の形態によれば、第２のダイオード２５に
よって、一旦コンデンサ２２に充電された電荷は、第２
の二次側コイル１０ｃに放電されることはなく確実にイ
オン電流を検出するために利用される。 （４）本実施の形態によれば、出力端子Ｏから出力され
る検出信号は、検出抵抗２３の端子間電圧、即ちイオン
電流Ｉの値である。従って、イオン電流検出回路２０か
ら出力される検出信号は、同時点火方式の内燃機関にお
ける失火の判定、ノックキングの判定、又は、プレイグ
等の各種の判定に利用される。因みに、失火の判定は以
下のように行われる。図２に示すように正常に点火して
燃料が燃焼すると、点火が終了直後に発生する尖頭的な
ノイズＮの後に燃焼によって発生するイオンに基づくイ
オン電流Ｉが発生する。これに対して、失火によって燃
料が燃焼しないと、イオンは発生しないので、点火が終
了直後に発生する尖頭的なノイズＮの後はイオン電流Ｉ
が発生しない。従って、このイオン電流Ｉの有無を判定
することにより失火の判定が行われる。尚、図２におい
てイオン電流Ｉの波形中に示される尖頭的なノイズＮ
は、点火プラグ１３，１４の放電（点火）終了後の点火
プラグ１３，１４の残留浮遊容量と点火コイル１０間の
ＬＣ共振によるものである。

【００２６】尚、本発明は前記実施の形態に限定される
ものではなく以下の態様で実施してもよい。 （１）上記各実施の形態では、４気筒用同時点火方式に
具体化したが、これに限定されるものではなく、例え
ば、６気筒、８気筒等の同時点火方式に応用してもよ
く、上記各実施の形態と同様な作用効果を得ることがで
きる。 （２）上記各実施の形態では、コイル分配点火方式にお
ける同時点火方式の内燃機関に具体化したが、ダイオー
ド分配点火方式の同時点火方式の内燃機関に応用しても
よい。

【００２７】尚、上記実施の形態から把握できる請求項
の発明以外の技術思想について、以下にそれらの効果と
ともに記載する。 （１）請求項１に記載のイオン電流検出回路において、
第２の二次側コイル１０ｃとコンデンサ２２との間に第
２のダイオード２５を設けたイオン電流検出回路。

【００２８】第２のダイオード２５によって、一旦コン
デンサ２２に充電された電荷は、第２の二次側コイル１
０ｃに放電されることはなく確実にイオン電流を検出す
るために利用される。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、同
時点火方式の点火システムにおいてコンデンサに充電す
る充電電圧の設定が容易で、しかも、電力損失が小さく
発熱も抑えることができる優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するためのイオン電
流検出回路図。

【図２】イオン電流検出回路の動作を説明するための各
部の波形図。

【符号の説明】

１０…点火コイル、１０ａ…一次側コイル、１０ｂ…第
１の二次側コイル、１０ｃ…第２の二次側コイル、１
３，１４…点火プラグ、２０…イオン電流検出回路、２
１…第１のダイオード、２２…コンデンサ、２３…検出
抵抗、２５…第２のダイオード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02P 17/12 G01M 15/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点火コイルの二次側コイルの両端子にそ
   れぞれ接続された異なる気筒の点火プラグの電極間にイ
   オン電流検出のための電圧を印加して燃焼室のイオン電
   流を検出するようにした内燃機関のイオン電流検出回路
   であって、 前記二次側コイルに発生する誘導起電力に基づいて流れ
   る電流がイオン電流検出回路内に流れ込まないように阻
   止するダイオードと、前記点火コイルに設けられた調圧
   用の第２の二次側コイルと、その第２の二次側コイルに
   誘起された誘導起電力が充電されるコンデンサとを備
   え、前記コンデンサに充電される電荷を前記イオン電流
   検出用の電圧として前記ダイオードを介して前記点火プ
   ラグの電極間に印加するようにした内燃機関のイオン電
   流検出回路。