JP3283605B2 - イオン電流検出装置 - Google Patents

イオン電流検出装置

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JP3283605B2 JP02441693A JP2441693A JP3283605B2 JP 3283605 B2 JP3283605 B2 JP 3283605B2 JP 02441693 A JP02441693 A JP 02441693A JP 2441693 A JP2441693 A JP 2441693A JP 3283605 B2 JP3283605 B2 JP 3283605B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の火花点火
装置において、例えば失火検出等に用いられるイオン電
流検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来知られているイオン電流検出装置の
回路図を図6に示す。図6は、点火用コイル1、配電器
(デストリビュータ)2、スパークプラグ3、一次電流
断続手段4を備えた内燃機関の火花点火装置を兼用して
おり、点火用コイル1の一次回路11は、車載電源V1
と、一次電流断続手段4とに接続され、二次回路12
は、前記配電器2を介してスパークプラグ3に接続され
ている一次電流断続手段4は、スイッチ素子41および
シグナルジェネレータ42からなり、エンジンのクラン
ク角およびスロットル開度を検出し、火花放電時期がエ
ンジンの負荷および回転速度に適応した点火進角となる
よう一次電流を遮断する。
【0003】イオン電流検出装置は、上記点火装置と、
電圧発生用コイル5および電流断続手段6と、イオン電
流電源回路7と、イオン電流検出部8とからなる。電圧
発生用コイル5の一次回路51側には、車載電源V2
と、電流断続手段6とが接続され、二次回路52には、
逆流防止用のダイオード53および高耐電圧ダイオード
54と、イオン電流電源回路7が接続される。電流断続
手段6は、スイッチ素子61およびシグナルジェネレー
タ62からなる。イオン電流電源回路7は、二次回路5
2と並列に直列接続のコンデンサ71と抵抗72が接続
され、抵抗72と並列にダイオード73が接続される。
また二次回路52には、直列に抵抗74が接続され、並
列にコンデンサ75が接続されている。
【0004】図6に示したイオン電流検出装置の作用を
図7を用いて説明する。一次電流断続手段4はのごと
きパルス波aを発生させ、一次回路11に一次電流を生
じさせる。この一次電流の断続により、点火用コイル1
には二次電圧が生じ、に示すようにパルス波aの終了
時点で発生した10数キロボルトとなる高電圧bが発生
する。そして、高電圧bのために火花放電間隙31が絶
縁破壊され、スパークプラグ2で火花放電が開始する。
二次電圧は、この火花放電直後に短時間ではあるが波形
cのごとく数10ボルトまで低下し、その後誘導放電に
よる0.5〜1キロボルトのなだらかな二次電圧波形d
が生じる。
【0005】このとき、イオン電流電源回路7から20
0〜300ボルト程度のイオン電流の検出用電圧が印加
されており、この電圧によって、二次電圧波形が火花放
電直後の数十ボルトまで低下した波形c時にも、極短時
間ではあるがイオン電流検出用の電流がスパークプラグ
3に数十ミリアンペア流れ、コンデンサ71が放電して
充電電荷が低下してしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】エンジンの燃焼時に
は、コンデンサ71に充電された電荷がスパークプラグ
3の火花放電間隙31に存在するイオンを介して図6の
L1の向きにイオン電流となって放電される。しかし、
従来のイオン電流検出装置では、前述したようにコンデ
ンサ71の充電電圧が低下しているために、イオン電流
の測定中にイオン電流検出部8へ流れるイオン電流の向
きL1と逆向きの、コンデンサ75からコンデンサ71
へ流れるL2の向きの充電電流が流れ、イオン電流が相
殺されて検出が難しくなる欠点があった。特に内燃機関
が低回転、低負荷領域では、イオン電流がより低くなる
ため全く判別できない場合がある。
【0007】また、イオン電流電源回路7のコンデンサ
71および75の充電電圧や充電時間は、抵抗72およ
び74の抵抗値や、コンデンサ71および75の静電容
量によって決まる。しかし、前記抵抗値はイオン電流を
感度良く測定するために1MΩ(メガオーム)程度必要
であり、コンデンサ71の静電容量が大きいと充電時間
が長くなり、イオン電流検出時期にまでかかってしま
う。また、コンデンサ71の静電容量が小さいとイオン
電流の測定中にコンデンサ71の充電電圧が低下し、再
び充電が開始してしまう。このため、イオン電流より大
きいコンデンサ75からコンデンサ71へ流れる充電電
流によってイオン電流が相殺されてしまい、イオン電流
の検出に支障のない値を選ぶことが難しい欠点があっ
た。
【0008】この発明が解決しようとする課題は、構成
部品の電気特性の許容範囲が大きく、イオン電流を確実
に検出できるイオン電流検出装置の提供にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明のイオン電流検
出装置は、点火用高電圧を発生させる点火用コイルと、
該点火用コイルの二次回路に接続されたスパークプラグ
とからなる火花点火装置と、イオン電流測定用電圧発生
手段と、該イオン電流測定用電圧発生手段によって充電
されるイオン電流測定用コンデンサからなるイオン電流
電源回路と、逆流防止用の高耐電圧ダイオードと、前記
スパークプラグの火花放電終了後に発生するイオン電流
を検出するイオン電流検出部とからなり、前記イオン電
流測定用電圧発生手段は、イオン電流測定期間を避けて
前記イオン電流電源回路に充電する。
【0010】
【作用】この発明のイオン電流検出装置では、イオン電
流検出用の電源としてコンデンサの充電電荷を用いてい
るため、イオン電流測定時期でないときに回路に通電し
てコンデンサを充電し、イオン電流測定時期には通電を
遮断して、回路にイオン電流のみを流し、低レベルのイ
オン電流でも検出することができる。また、イオン電流
電源であるコンデンサにはスイッチング回路を接続して
回路中の車載電源から任意の時期に充電することができ
るために、イオン電流電源としてのコンデンサおよびイ
オン検出用の抵抗は、回路の中で独立した作用をしてお
り、これらの電気特性を他の電気部品と独立して設定す
ることができる。
【0011】
【実施例】この発明のイオン電流検出装置を装着した火
花点火装置を図1に示す。図中の番号は前述と同様のも
のである。イオン電流検出装置は、イオン電流測定用電
圧発生手段10である電圧発生用コイル5、電流断続手
段6およびスイッチング回路9と、イオン電流電源回路
7と、イオン電流検出部8とからなる。
【0012】電圧発生用コイル5の二次回路52には、
直列に逆流防止用のダイオード53および高耐電圧ダイ
オード54が接続され、並列に直列接続の抵抗55とコ
ンデンサ56が接続されている。
【0013】スイッチング回路9には、二次回路52と
直列にスイッチ素子91が接続され、このスイッチ素子
91と並列に抵抗92、93、スイッチ素子94および
シグナルジェネレータ95が接続されている。このスイ
ッチング回路9は、スパークプラグ3での火花放電開始
からスパークプラグ3の火花放電間隙31のイオンによ
るイオン電流が流れ終わるまでの期間、イオン電流電源
回路7の充電電流を遮断するものであって、このタイミ
ングは、シグナルジェネレータ95によって制御され
る。スイッチ素子(トランジスタ)94は、このシグナ
ルジェネレータ95によってベース電流が遮断され、ス
イッチ素子91および94のオフ状態となりスイッチン
グ機能を有する。
【0014】前記スイッチング回路9によって充電電流
を制限されるイオン電流電源回路7は、直列接続のイオ
ン電流測定用コンデンサ71と抵抗72が接続され、抵
抗72と並列にダイオード73が接続される。
【0015】前記イオン電流電源回路7には、スイッチ
ング回路9からの電流が流れ、コンデンサ71が充電さ
れる。そして、スパークプラグ3において、火花放電電
圧が印加されると同時にスイッチング回路9はオフ状態
となる。このとき、正常着火してスパークプラグ3の火
花放電間隙31に燃焼ガスのイオンが存在する場合に
は、イオンを介してイオン電流が流れ、失火してイオン
が存在しない場合にはイオン電流が流れない。このよう
に、イオン電流測定用電圧発生手段10によって、コン
デンサ71には、火花放電が開始してイオン電流検出
が終了するまでの期間以外で充電されるために、イオン
電流はコンデンサ71への電流と相殺されることがな
い。
【0016】また、イオン電流は、コンデンサ71、抵
抗72およびダイオード73を介して電圧信号となりイ
オン電流検出部8へ入力され、イオン電流検出部8で検
出されたイオン電流の電圧波形によって点火装置での燃
焼状態が検出できる。
【0017】この発明のイオン電流検出装置では、スイ
ッチング回路9によってイオン電流電源回路7が制御さ
れ、イオン電流の測定用電源としての独立した機能のみ
を有する。このために、コンデンサ71および抵抗72
の電気特性は他部品と独立して設定できるために、この
コンデンサ71および抵抗72の選択範囲が広く、容易
に設定することができる。
【0018】この発明のイオン電流検出装置での波形図
を図2に示す。火花放電終了後におけるスパークプラグ
3での二次電圧波形をに示す。この二次電圧波形は高
圧による高電圧bが発生し、これに続きなだらかな二次
電圧波形dが生じる。
【0019】イオン電流電源回路7のコンデンサ71の
充電電圧波形をに、コンデンサ71での電流波形を
に示す。の高電圧波形bによって発生するスパークプ
ラグ3での火花放電開始からイオン電流が流れ終わる時
期まで、スイッチング回路9によってコンデンサ71へ
の通電を遮断する。すると、に示すようにイオン電流
検出部8で確実にイオン電流波形fを検出することがで
きるようになる。このとき、図6に示した従来のイオン
電流検出装置のイオン電流検出部8では、’に示した
ようにイオン電流を検出することができない。
【0020】図3にこの発明の第2実施例のイオン電流
検出装置の回路図を示す。このイオン電流検出装置は、
配電器を用いない同時点火コイルの点火方式への適用例
であって、このイオン電流測定用電圧発生手段10には
スイッチング回路9および充電電流制限用の抵抗、コン
デンサを必要としない。しかし、火花点火装置の二次回
路12には逆流防止用のダイオード13が接続される。
【0021】この実施例では、スイッチング回路の代わ
りに電圧発生用コイル5の電流断続手段6が点火用コイ
ル1の一次電流断続手段4と同期して作動するように設
定されている。つまり、一次電流断続手段4のパルスに
よって、点火用コイル1に通電し、電流を遮断したとた
ん、スパークプラグ3で火花放電が開始される。この一
次電流断続手段4の電流遮断と同時期に電流断続手段6
は、電圧発生用コイル5に一定時間通電し、充電用パル
ス電圧を発生させイオン電流電源回路7のコンデンサ7
1に充電する。
【0022】図3に示したイオン電流検出装置での波形
図を図4に示す。点火用コイル1へ充電電流を流す一次
電流断続手段4のパルス波aをに示す。この充電電流
の遮断により、スパークプラグ3での火花放電が開始
し、に示すような二次電圧が生じる。このとき、電圧
発生用コイル5に通電する電流断続手段6では、に示
すように、パルス波aの遮断と同時にパルス波eを発生
させる。そして電圧発生用コイル5では電圧が発生し、
イオン電流電源回路7に充電する。このため、コンデン
サ71ではに示すように200〜300ボルトの電圧
がかかり、に示すような充電電流が流れ、コンデンサ
71を充電できる。
【0023】コンデンサ71の充電電流は、スパークプ
ラグ3の火花放電直後から短期間のうちに流れ終わって
しまうために、イオン電流が流れる前に確実にイオン電
流電源となることができる。こうして、イオン電流測定
時期には、回路にイオン電流のみが流れ、コンデンサ7
1の充電電流によって打ち消されることがなくなり、イ
オン電流検出部8ではの波形に示されるように、イオ
ン電流波形fを確実に検出することができる。
【0024】なお、第2実施例のイオン電流検出装置
は、第3実施例である図5に示すような配電器を用いた
点火方式でも同様に適用できる。
【0025】
【発明の効果】この発明のイオン電流検出装置では、点
火時の高電圧と比べて微小のイオン電流を確実に検出す
ることができる。特に内燃機関が低回転、低負荷領域で
は、イオン電流はより微量にしか流れないが、この発明
のイオン電流検出装置では、イオン電流検出時期に回路
に流れる電流を制限しているために、確実にイオン電流
を検出することができる。また、イオン電流電源として
のコンデンサおよびイオン検出用の抵抗の電気特性を他
の電気部品と独立して設定することができ、コンデンサ
や抵抗の電気特性の許容範囲が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のイオン電流検出装置を装着した機関
の点火回路図である。
【図2】この発明のイオン電流検出装置の作動説明のた
めの波形図である。
【図3】第2実施例のイオン電流検出装置を装着した機
関の点火回路図である。
【図4】第2実施例のイオン電流検出装置の作動説明の
ための波形図である。
【図5】第3実施例のイオン電流検出装置を装着した機
関の点火回路図である。
【図6】従来のイオン電流検出装置を装着した機関の点
火回路図である。
【図7】従来のイオン電流検出装置の作動説明のための
波形図である。
【符号の説明】
1 点火用コイル 2 配電器 3 スパークプラグ 4 一次電流断続手段 5 電圧発生用コイル 6 電流断続手段 7 イオン電流電源回路 8 イオン電流検出部 9 スイッチング回路 10 イオン電流測定用電圧発生手段 12 二次回路 54 高耐電圧ダイオード 71 コンデンサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 点火用高電圧を発生させる点火用コイル
    と、該点火用コイルへの電流を遮断する一次電流断続手
    段と、スパークプラグとからなる火花点火装置と、 イオン電流測定用電圧発生手段と、該イオン電流測定用
    電圧発生手段によって充電されるイオン電流測定用コン
    デンサからなるイオン電流電源回路と、逆流防止用の高
    耐電圧ダイオードと、前記スパークプラグの火花放電終
    了後に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出部
    とからなり、 前記イオン電流測定用電圧発生手段は、イオン電流測定
    期間を避けて前記イオン電流電源回路に充電することを
    特徴とするイオン電流検出装置。
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