JP3477923B2 - 内燃機関用燃焼状態検知装置 - Google Patents
内燃機関用燃焼状態検知装置Info
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- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
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- G01M15/04—Testing internal-combustion engines
- G01M15/12—Testing internal-combustion engines by monitoring vibrations
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
- F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
- F02P2017/128—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits for knock detection
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の燃焼によ
り生じるイオン電流を検出することにより、内燃機関の
燃焼状態を検知する燃焼状態検知装置に関するものであ
る。
り生じるイオン電流を検出することにより、内燃機関の
燃焼状態を検知する燃焼状態検知装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関では、燃焼室（以下、シリンダ
と呼ぶ）内に導入された空気と燃料の混合気をピストン
を用いて圧縮し、同じシリンダ内に設置された点火用プ
ラグに高電圧を印加することにより発生する電気火花に
より燃焼させ、内燃機関の出力として取り出す。
と呼ぶ）内に導入された空気と燃料の混合気をピストン
を用いて圧縮し、同じシリンダ内に設置された点火用プ
ラグに高電圧を印加することにより発生する電気火花に
より燃焼させ、内燃機関の出力として取り出す。
【０００３】シリンダ内において、燃焼が行なわれる
と、燃焼室内の分子は電離（イオン化）し、この電離状
態にあるシリンダ内に設置したイオン電流検出用電極に
高電圧を印加すると、電荷を有するイオンにより電流が
流れる。この電流をイオン電流と呼ぶ。イオン電流は、
シリンダ内の燃焼状態により敏感に変化するため、イオ
ン電流の状態を検出することで燃焼状態を検知できるこ
とが知られている。点火プラグをイオン電流検出用の電
極として用いるシステムでは、特開平2-104978号公報に
おいて、点火直後のイオン電流量から、燃焼が正常に行
なわれなかった（失火状態）ことを検知する装置が既に
提案されている。
と、燃焼室内の分子は電離（イオン化）し、この電離状
態にあるシリンダ内に設置したイオン電流検出用電極に
高電圧を印加すると、電荷を有するイオンにより電流が
流れる。この電流をイオン電流と呼ぶ。イオン電流は、
シリンダ内の燃焼状態により敏感に変化するため、イオ
ン電流の状態を検出することで燃焼状態を検知できるこ
とが知られている。点火プラグをイオン電流検出用の電
極として用いるシステムでは、特開平2-104978号公報に
おいて、点火直後のイオン電流量から、燃焼が正常に行
なわれなかった（失火状態）ことを検知する装置が既に
提案されている。
【０００４】また、内燃機関の他の燃焼状態を検知する
従来例としては、内燃機関のシリンダブロックに設置さ
れた振動検出器により、機関の異常燃焼（ノッキング
等）により生じる機械的な異常振動を検知する方法が用
いられていることは広く知られている。
従来例としては、内燃機関のシリンダブロックに設置さ
れた振動検出器により、機関の異常燃焼（ノッキング
等）により生じる機械的な異常振動を検知する方法が用
いられていることは広く知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の振動検出器によ
る燃焼状態検知方法においては、多気筒エンジンの場
合、複数あるシリンダで生じるノッキングによる機械的
振動を均一かつ良好に検出するには、各シリンダごとに
複数個の振動検出器の設置が必要になり、センサのコス
トアップが生じる。また、エンジンの機械系（吸排気用
バルブの振動等）の振動も検出するので、ノッキングに
よる機械的振動との分別が困難になる場合が多いという
問題点を有している。
る燃焼状態検知方法においては、多気筒エンジンの場
合、複数あるシリンダで生じるノッキングによる機械的
振動を均一かつ良好に検出するには、各シリンダごとに
複数個の振動検出器の設置が必要になり、センサのコス
トアップが生じる。また、エンジンの機械系（吸排気用
バルブの振動等）の振動も検出するので、ノッキングに
よる機械的振動との分別が困難になる場合が多いという
問題点を有している。
【０００６】そこで、ノッキング発生時におけるイオン
電流に着目すると、ノッキングによる燃焼振動発生時に
イオン電流波形が振動することが判明した。そこで、こ
の現象に着目してイオン電流の検出によりノッキングの
検知を行なうことができれば、上述の振動検出器を介し
て検知する方法にくらべて、直接シリンダ内の燃焼状態
を検出できるので高精度で安価な内燃機関用燃焼状態検
知装置が構成できる。
電流に着目すると、ノッキングによる燃焼振動発生時に
イオン電流波形が振動することが判明した。そこで、こ
の現象に着目してイオン電流の検出によりノッキングの
検知を行なうことができれば、上述の振動検出器を介し
て検知する方法にくらべて、直接シリンダ内の燃焼状態
を検出できるので高精度で安価な内燃機関用燃焼状態検
知装置が構成できる。
【０００７】しかしながら、この内燃機関用燃焼状態検
知装置を具現化するに際して、イオン電流−電圧変換波
形には図１８に示すようにイグニションコイル１次電流
の通電、遮断時にパルス状のノイズが重畳することが判
明し、このパルス状ノイズとノッキングによる振動波形
との識別が困難で誤検知を生じるという問題点が生じ
た。
知装置を具現化するに際して、イオン電流−電圧変換波
形には図１８に示すようにイグニションコイル１次電流
の通電、遮断時にパルス状のノイズが重畳することが判
明し、このパルス状ノイズとノッキングによる振動波形
との識別が困難で誤検知を生じるという問題点が生じ
た。
【０００８】また、イオン電流はエンジン回転数に応じ
て大きさが著しく変化するものであり、エンジン使用回
転数の全域においてノッキングによる燃焼振動信号を抽
出することは困難であることが判明した。
て大きさが著しく変化するものであり、エンジン使用回
転数の全域においてノッキングによる燃焼振動信号を抽
出することは困難であることが判明した。
【０００９】即ち、従来の燃焼状態検知回路ではイオン
電流−電圧変換率が固定であるため、エンジン回転数が
低い時のイオン電流−電圧変換波形は図１６のＳ１に示
すように全体的に小さな値となる（Ｓ11はエンジンのノ
ッキングによって生じる振動波形部分）のに対し、エン
ジン回転数が高い時のイオン電流−電圧変換波形は図１
６のＳ２で示すように全体的に大きな値となり（Ｓ21は
エンジンのノッキングによって生じる振動波形部分）、
Ｓ２’で示すように高回転時では回路電圧以上のイオン
電流−電圧変換値を得ることができず、高回転時におけ
るノッキング検出は不可能となる。また、高回転時にお
いてもノッキング検出が可能なようにイオン電流−電圧
変換率を設定すると低回転時のイオン電流−電圧変換値
が微小となり、低回転時におけるノッキング検出は困難
となるという問題点が生じた。
電流−電圧変換率が固定であるため、エンジン回転数が
低い時のイオン電流−電圧変換波形は図１６のＳ１に示
すように全体的に小さな値となる（Ｓ11はエンジンのノ
ッキングによって生じる振動波形部分）のに対し、エン
ジン回転数が高い時のイオン電流−電圧変換波形は図１
６のＳ２で示すように全体的に大きな値となり（Ｓ21は
エンジンのノッキングによって生じる振動波形部分）、
Ｓ２’で示すように高回転時では回路電圧以上のイオン
電流−電圧変換値を得ることができず、高回転時におけ
るノッキング検出は不可能となる。また、高回転時にお
いてもノッキング検出が可能なようにイオン電流−電圧
変換率を設定すると低回転時のイオン電流−電圧変換値
が微小となり、低回転時におけるノッキング検出は困難
となるという問題点が生じた。
【００１０】この発明は、上述の如き問題点を解消する
ためになされたもので、イオン電流からノッキングの検
知を可能とし、ノッキング検知が可能でありながら高精
度で安価な内燃機関用燃焼状態検知装置を得ることを目
的とする。
ためになされたもので、イオン電流からノッキングの検
知を可能とし、ノッキング検知が可能でありながら高精
度で安価な内燃機関用燃焼状態検知装置を得ることを目
的とする。
【００１１】また、この発明は、エンジン使用回転数の
全域でノッキング検知が可能な内燃機関用燃焼状態検知
装置を得ることを目的とする。
全域でノッキング検知が可能な内燃機関用燃焼状態検知
装置を得ることを目的とする。
【００１２】また、この発明は、複数の気筒に対しても
簡単、安価な構成でノッキング検知が可能となる内燃機
関用燃焼状態検知装置を得ることを目的とする。
簡単、安価な構成でノッキング検知が可能となる内燃機
関用燃焼状態検知装置を得ることを目的とする。
【００１３】また、この発明は、何等構成を複雑化する
ことなくノッキング検知と失火判定の双方の検知機能を
兼ね備えた内燃機関用燃焼状態検知装置を得ることを目
的とする。
ことなくノッキング検知と失火判定の双方の検知機能を
兼ね備えた内燃機関用燃焼状態検知装置を得ることを目
的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
用燃焼状態検知装置は、内燃機関の気筒に設置された点
火プラグにバイアス電圧を印加するバイアス電圧発生手
段と、このバイアス電圧に基づいて生じるイオン電流を
電圧に変換するイオン電流−電圧変換手段と、このイオ
ン電流検出手段の信号を受けパルス状の信号を低減もし
くは除去せしめるフィルタ手段を有し、この出力信号に
基づき所定の燃焼状態検知期間を規定する検知期間設定
手段と、上記イオン電流−電圧変換手段の出力信号から
上記検知期間中における特定周波数領域の交流成分を検
出する交流成分検出手段とを備えたものである。
用燃焼状態検知装置は、内燃機関の気筒に設置された点
火プラグにバイアス電圧を印加するバイアス電圧発生手
段と、このバイアス電圧に基づいて生じるイオン電流を
電圧に変換するイオン電流−電圧変換手段と、このイオ
ン電流検出手段の信号を受けパルス状の信号を低減もし
くは除去せしめるフィルタ手段を有し、この出力信号に
基づき所定の燃焼状態検知期間を規定する検知期間設定
手段と、上記イオン電流−電圧変換手段の出力信号から
上記検知期間中における特定周波数領域の交流成分を検
出する交流成分検出手段とを備えたものである。
【００１５】また、この発明に係る内燃機関用燃焼状態
検知装置は、少なくとも交流成分検出手段に供給される
出力信号のゲインを、イオン電流の低周波成分の値に応
じて可変としたイオン電流−電圧変換手段を備えたもの
である。
検知装置は、少なくとも交流成分検出手段に供給される
出力信号のゲインを、イオン電流の低周波成分の値に応
じて可変としたイオン電流−電圧変換手段を備えたもの
である。
【００１６】また、この発明に係る内燃機関用燃焼状態
検知装置は、各々異なる気筒もしくは気筒群に対応して
複数設けられたイオン電流−電圧変換手段を備えたもの
である。
検知装置は、各々異なる気筒もしくは気筒群に対応して
複数設けられたイオン電流−電圧変換手段を備えたもの
である。
【００１７】また、この発明に係る内燃機関用燃焼状態
検知装置は、フィルタ手段出力信号が所定値以上である
期間を検出して燃焼状態検知期間を規定するとともに、
上記フィルタ手段出力信号が上記所定値以上となるか否
かに基づく失火判定信号をも出力する検知期間設定手段
を備えたものである。
検知装置は、フィルタ手段出力信号が所定値以上である
期間を検出して燃焼状態検知期間を規定するとともに、
上記フィルタ手段出力信号が上記所定値以上となるか否
かに基づく失火判定信号をも出力する検知期間設定手段
を備えたものである。
【００１８】
【作用】この発明に係る内燃機関用燃焼状態検知装置
は、パルス状のノイズ信号をフィルタ手段で除去した後
のイオン電流−電圧変換信号に基づいて、燃焼後の所定
検知期間内でのみ燃焼状態を検知するものである。
は、パルス状のノイズ信号をフィルタ手段で除去した後
のイオン電流−電圧変換信号に基づいて、燃焼後の所定
検知期間内でのみ燃焼状態を検知するものである。
【００１９】また、この発明に係る内燃機関用燃焼状態
検知装置は、少なくとも交流成分検出手段に供給される
出力信号のゲインを、イオン電流の低周波成分の値に応
じて可変とし、エンジンの低回転から高回転まで常に回
路電圧範囲内でイオン電流−電圧変換波形を得るもので
ある。
検知装置は、少なくとも交流成分検出手段に供給される
出力信号のゲインを、イオン電流の低周波成分の値に応
じて可変とし、エンジンの低回転から高回転まで常に回
路電圧範囲内でイオン電流−電圧変換波形を得るもので
ある。
【００２０】また、この発明に係る内燃機関用燃焼状態
検知装置は、複数の気筒に対してもひとつのイオン電流
−電圧変換手段で燃焼状態を検知できるものである。
検知装置は、複数の気筒に対してもひとつのイオン電流
−電圧変換手段で燃焼状態を検知できるものである。
【００２１】また、この発明に係る内燃機関用燃焼状態
検知装置はフィルタ手段出力信号に基づいて失火判定信
号（着火信号）を出力できるものである。
検知装置はフィルタ手段出力信号に基づいて失火判定信
号（着火信号）を出力できるものである。
【００２２】
【実施例】実施例１．
図１はこの発明の一実施例の内燃機関用燃焼状態検知装
置を示す構成図である。図において、１はバッテリ、２
ａは点火コイルの一次巻線、２ｂは同じく点火コイルの
二次巻線、３はコイル一次電流スイッチング用トランジ
スタであり、点火コイルの一次巻線２ａに数アンペアの
電流を通電、遮断する。トランジスタ３にはコレクタ電
圧を制限するための定電圧ダイオードが設けられ、コイ
ル一次電流を遮断した際に発生する逆起電力による２ｄ
点の電圧上昇を制限する。（一般に約３００ボルト程
度）。トランジスタ３のコレクタは燃焼状態検知回路７
のＰ２端子に接続される。
置を示す構成図である。図において、１はバッテリ、２
ａは点火コイルの一次巻線、２ｂは同じく点火コイルの
二次巻線、３はコイル一次電流スイッチング用トランジ
スタであり、点火コイルの一次巻線２ａに数アンペアの
電流を通電、遮断する。トランジスタ３にはコレクタ電
圧を制限するための定電圧ダイオードが設けられ、コイ
ル一次電流を遮断した際に発生する逆起電力による２ｄ
点の電圧上昇を制限する。（一般に約３００ボルト程
度）。トランジスタ３のコレクタは燃焼状態検知回路７
のＰ２端子に接続される。
【００２３】二次巻線２ｂの高圧側２ｆは点火プラグ５
および高圧ダイオードＤ６のカソードに接続される。点
火プラグ５はシリンダ４内の混合気を電気火花で燃焼さ
せる本来の働きと後述するイオン電流検出用の電極とし
ての働きを持つ。
および高圧ダイオードＤ６のカソードに接続される。点
火プラグ５はシリンダ４内の混合気を電気火花で燃焼さ
せる本来の働きと後述するイオン電流検出用の電極とし
ての働きを持つ。
【００２４】燃焼状態検知回路７はバイアス電圧発生回
路８、イオン電流−電圧変換回路９、検知期間設定回路
１０、マスク回路１１、交流成分検出回路１２とで構成
される。ここでバイアス電圧発生回路８はトランジスタ
３のコレクタとＰ２で接続され、高圧ダイオードＤ６の
アノードとＰ１で、またイオン電流−電圧変換回路９と
Ｐ３で接続される。そしてイオン電流−電圧変換回路９
はＰ４で検知期間設定回路１０と、Ｐ５でマスク回路１
１に接続され、マスク回路１１と検知期間設定回路１０
はＰ７で接続される。またマスク回路１１と交流成分検
出回路１２はＰ９で接続され、検知期間設定回路１０お
よび交流成分検出回路１２はそれぞれＰ６、Ｐ１０で外
部に信号を出力する。
路８、イオン電流−電圧変換回路９、検知期間設定回路
１０、マスク回路１１、交流成分検出回路１２とで構成
される。ここでバイアス電圧発生回路８はトランジスタ
３のコレクタとＰ２で接続され、高圧ダイオードＤ６の
アノードとＰ１で、またイオン電流−電圧変換回路９と
Ｐ３で接続される。そしてイオン電流−電圧変換回路９
はＰ４で検知期間設定回路１０と、Ｐ５でマスク回路１
１に接続され、マスク回路１１と検知期間設定回路１０
はＰ７で接続される。またマスク回路１１と交流成分検
出回路１２はＰ９で接続され、検知期間設定回路１０お
よび交流成分検出回路１２はそれぞれＰ６、Ｐ１０で外
部に信号を出力する。
【００２５】なお、この一実施例の回路においては、燃
焼状態検知回路の構成より、点火時に発生する点火プラ
グ５での電圧は正極性となるように点火用コイルの極性
を合わせ、高圧ダイオードＤ６は点火時に発生する点火
プラグの高電圧に対して数千ボルト以上の逆方向耐圧を
要求する。
焼状態検知回路の構成より、点火時に発生する点火プラ
グ５での電圧は正極性となるように点火用コイルの極性
を合わせ、高圧ダイオードＤ６は点火時に発生する点火
プラグの高電圧に対して数千ボルト以上の逆方向耐圧を
要求する。
【００２６】図２は図１のバイアス電圧発生回路８の具
体的な構成例を示す。図２において、Ｐ２には抵抗Ｒ１
と抵抗Ｒ２が接続され、Ｐ３にはツェナーダイオードＺ
Ｄ１、ＺＤ２のアノードとコンデンサＣ２が接続され
る。さらにＰ１には抵抗Ｒ４が接続される。
体的な構成例を示す。図２において、Ｐ２には抵抗Ｒ１
と抵抗Ｒ２が接続され、Ｐ３にはツェナーダイオードＺ
Ｄ１、ＺＤ２のアノードとコンデンサＣ２が接続され
る。さらにＰ１には抵抗Ｒ４が接続される。
【００２７】前記抵抗Ｒ１の他端とツェナーダイオード
ＺＤ１のカソードとともにコンデンサＣ１に接続され、
コンデンサＣ１の他端はアースに接続される。なおダイ
オードＤ１のアノードは抵抗Ｒ２の他端に、カソードは
コンデンサＣ２の他端およびツェナーダイオードＺＤ２
のカソード、抵抗Ｒ４の他端に接続される。
ＺＤ１のカソードとともにコンデンサＣ１に接続され、
コンデンサＣ１の他端はアースに接続される。なおダイ
オードＤ１のアノードは抵抗Ｒ２の他端に、カソードは
コンデンサＣ２の他端およびツェナーダイオードＺＤ２
のカソード、抵抗Ｒ４の他端に接続される。
【００２８】前記の構成によりバイアス電圧発生回路８
は、トランジスタ３により一次巻線２ａの遮断時にＰ２
に発生する高電圧（約３００ボルト）を用いて、コンデ
ンサＣ２に充電を行なう。そしてコンデンサＣ２の充電
により蓄えた電荷を用いてＰ１−高圧ダイオードＤ６−
点火プラグ５の経路で点火プラグ５に正極性の電圧を印
加させる。なおコンデンサＣ２の保持電圧は並列に接続
されたツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧により
規定する。ここでツェナーダイオードＺＤ２の代わり
に、電圧制限回路等の他の電気回路手段を用いても同等
の効果が得られる。ここでＰ２電圧はコイルの逆起電力
が発生している期間は、高い電圧を保持しているが、そ
れ以外の期間ではバッテリ電圧に等しいため、コンデン
サＣ２の放電を防ぐ目的でダイオードＤ１を設ける。ダ
イオードＤ１には、コンデンサＣ２に保持される電圧に
対して、充分大きい逆方向耐圧を保有させる。また抵抗
Ｒ２はＰ２に高電圧が発生しコンデンサＣ２が充電され
ているときに、その充電電流を制限するためのものであ
る。
は、トランジスタ３により一次巻線２ａの遮断時にＰ２
に発生する高電圧（約３００ボルト）を用いて、コンデ
ンサＣ２に充電を行なう。そしてコンデンサＣ２の充電
により蓄えた電荷を用いてＰ１−高圧ダイオードＤ６−
点火プラグ５の経路で点火プラグ５に正極性の電圧を印
加させる。なおコンデンサＣ２の保持電圧は並列に接続
されたツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧により
規定する。ここでツェナーダイオードＺＤ２の代わり
に、電圧制限回路等の他の電気回路手段を用いても同等
の効果が得られる。ここでＰ２電圧はコイルの逆起電力
が発生している期間は、高い電圧を保持しているが、そ
れ以外の期間ではバッテリ電圧に等しいため、コンデン
サＣ２の放電を防ぐ目的でダイオードＤ１を設ける。ダ
イオードＤ１には、コンデンサＣ２に保持される電圧に
対して、充分大きい逆方向耐圧を保有させる。また抵抗
Ｒ２はＰ２に高電圧が発生しコンデンサＣ２が充電され
ているときに、その充電電流を制限するためのものであ
る。
【００２９】つぎに抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、ツェナ
ーダイオードＺＤ１による回路は、点火コイル二次側で
点火が行なわれている時に、点火プラグ電圧の変動によ
るノイズ電流を打ち消すための回路である。点火が行な
われている際に、二次側の電圧により一次側に十数ボル
ト程度の電圧が発生するので、前記ツェナーダイオード
ＺＤ１のツェナー電圧を十数ボルト程度に設定すると、
抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１を経由してＰ３に
電流が流入する。ここでイオン電流はＰ３からＰ１に向
かって流れる電流であるため、同方向に流れるノイズ電
流以上の電流をＰ２側から上記のように供給することで
打ち消すことが可能である。なおコンデンサＣ１は抵抗
Ｒ１とあわせて、高周波成分カットフィルタを構成し、
Ｐ２電圧に含まれるノイズ成分を低減する。
ーダイオードＺＤ１による回路は、点火コイル二次側で
点火が行なわれている時に、点火プラグ電圧の変動によ
るノイズ電流を打ち消すための回路である。点火が行な
われている際に、二次側の電圧により一次側に十数ボル
ト程度の電圧が発生するので、前記ツェナーダイオード
ＺＤ１のツェナー電圧を十数ボルト程度に設定すると、
抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１を経由してＰ３に
電流が流入する。ここでイオン電流はＰ３からＰ１に向
かって流れる電流であるため、同方向に流れるノイズ電
流以上の電流をＰ２側から上記のように供給することで
打ち消すことが可能である。なおコンデンサＣ１は抵抗
Ｒ１とあわせて、高周波成分カットフィルタを構成し、
Ｐ２電圧に含まれるノイズ成分を低減する。
【００３０】つぎに図３に図１のイオン電流−電圧変換
回路９の具体的な構成例を示す。図３において、Ｐ３に
はダイオードＤ２のカソード、ダイオードＤ３のアノー
ド、ＰＮＰトランジスタＴ１のコレクタ、コンデンサＣ
３、演算増幅器（以下、オペアンプと呼ぶ）ＯＰ１の反
転入力が接続され、オペアンプＯＰ１の非反転入力はア
ースに接続される。Ｐ４には抵抗Ｒ６、ＰＮＰトランジ
スタＴ２のコレクタが、Ｐ５にはオペアンプＯＰ２の出
力、抵抗Ｒ８が接続される。またダイオードＤ２、Ｄ３
のアノードおよびカソードはそれぞれアースに接続され
る。オペアンプＯＰ１の出力はコンデンサＣ３と抵抗Ｒ
５に接続され、抵抗Ｒ５はＰＮＰトランジスタＴ１、Ｔ
２、Ｔ３のエミッタに接続される。さらにトランジスタ
Ｔ１とＴ２のベースは共にオペアンプＯＰ３の出力、コ
ンデンサＣ４、ダイオードＤ４、オペアンプＯＰ４の反
転入力に接続される。そしてトランジスタＴ３のベース
は定電圧電源ＶＦ１とオペアンプＯＰ４の非反転入力
に、トランジスタＴ３のコレクタは抵抗Ｒ７とオペアン
プＯＰ２の非反転入力に接続され、抵抗Ｒ８、コンデン
サＣ４はオペアンプＯＰ３の反転入力に接続される。
回路９の具体的な構成例を示す。図３において、Ｐ３に
はダイオードＤ２のカソード、ダイオードＤ３のアノー
ド、ＰＮＰトランジスタＴ１のコレクタ、コンデンサＣ
３、演算増幅器（以下、オペアンプと呼ぶ）ＯＰ１の反
転入力が接続され、オペアンプＯＰ１の非反転入力はア
ースに接続される。Ｐ４には抵抗Ｒ６、ＰＮＰトランジ
スタＴ２のコレクタが、Ｐ５にはオペアンプＯＰ２の出
力、抵抗Ｒ８が接続される。またダイオードＤ２、Ｄ３
のアノードおよびカソードはそれぞれアースに接続され
る。オペアンプＯＰ１の出力はコンデンサＣ３と抵抗Ｒ
５に接続され、抵抗Ｒ５はＰＮＰトランジスタＴ１、Ｔ
２、Ｔ３のエミッタに接続される。さらにトランジスタ
Ｔ１とＴ２のベースは共にオペアンプＯＰ３の出力、コ
ンデンサＣ４、ダイオードＤ４、オペアンプＯＰ４の反
転入力に接続される。そしてトランジスタＴ３のベース
は定電圧電源ＶＦ１とオペアンプＯＰ４の非反転入力
に、トランジスタＴ３のコレクタは抵抗Ｒ７とオペアン
プＯＰ２の非反転入力に接続され、抵抗Ｒ８、コンデン
サＣ４はオペアンプＯＰ３の反転入力に接続される。
【００３１】イオン電流−電圧変換回路９は、本回路か
らＰ３より流出する方向の電流を電圧に変換することを
目的とする。イオン電流−電圧変換回路９において、ダ
イオードＤ２、Ｄ３はＰ３より、流入、流出する過大な
電流のための経路であり、適当な範囲内のイオン電流流
出時には作用しない素子である。またトランジスタＴ
１、Ｔ２、Ｔ３はＰ３より流出するイオン電流を分別す
る回路であり、トランジスタＴ１はイオン電流分別用回
路の基準電流発生用の素子であり、このトランジスタＴ
１を基準にトランジスタＴ２、Ｔ３にイオン電流による
信号を発生させる。本実施例では出力はトランジスタＴ
２、Ｔ３の２系統であるが、これら素子と同様の素子、
接続を追加することで、更に多数のイオン電流による信
号を取り出すことができる。なお、ここでＰ３より流出
するイオン電流は、オペアンプＯＰ１の出力が飽和しな
い領域においては、オペアンプの負帰還動作によりトラ
ンジスタＴ１のコレクタ電流に等しくなる。この場合、
トランジスタＴ１とエミッタ、ベースを共通にするトラ
ンジスタＴ２のコレクタ電流はトランジスタＴ１のコレ
クタ電流に比例し、その比率はトランジスタＴ１、Ｔ２
のチップサイズ比により定まるので、トランジスタチッ
プサイズが等しい場合は、Ｐ３より流出する電流と同じ
電流がトランジスタＴ２のコレクタより得られ、抵抗Ｒ
６にはこの電流と抵抗値で定まる電圧が発生する。以上
のようにトランジスタＴ３のコレクタに流れる電流は、
トランジスタＴ１の電流を基準として、トランジスタＴ
１、Ｔ３のそれぞれのベース電圧の差電圧にて定まる。
トランジスタＴ１、Ｔ３のチップサイズ比を１：ｎと
し、それぞれのコレクタ電流をＩc1、Ｉc2、ベース電流
による誤差を無視すれば、ショックレーの方程式より、
次の関係が得られる。
らＰ３より流出する方向の電流を電圧に変換することを
目的とする。イオン電流−電圧変換回路９において、ダ
イオードＤ２、Ｄ３はＰ３より、流入、流出する過大な
電流のための経路であり、適当な範囲内のイオン電流流
出時には作用しない素子である。またトランジスタＴ
１、Ｔ２、Ｔ３はＰ３より流出するイオン電流を分別す
る回路であり、トランジスタＴ１はイオン電流分別用回
路の基準電流発生用の素子であり、このトランジスタＴ
１を基準にトランジスタＴ２、Ｔ３にイオン電流による
信号を発生させる。本実施例では出力はトランジスタＴ
２、Ｔ３の２系統であるが、これら素子と同様の素子、
接続を追加することで、更に多数のイオン電流による信
号を取り出すことができる。なお、ここでＰ３より流出
するイオン電流は、オペアンプＯＰ１の出力が飽和しな
い領域においては、オペアンプの負帰還動作によりトラ
ンジスタＴ１のコレクタ電流に等しくなる。この場合、
トランジスタＴ１とエミッタ、ベースを共通にするトラ
ンジスタＴ２のコレクタ電流はトランジスタＴ１のコレ
クタ電流に比例し、その比率はトランジスタＴ１、Ｔ２
のチップサイズ比により定まるので、トランジスタチッ
プサイズが等しい場合は、Ｐ３より流出する電流と同じ
電流がトランジスタＴ２のコレクタより得られ、抵抗Ｒ
６にはこの電流と抵抗値で定まる電圧が発生する。以上
のようにトランジスタＴ３のコレクタに流れる電流は、
トランジスタＴ１の電流を基準として、トランジスタＴ
１、Ｔ３のそれぞれのベース電圧の差電圧にて定まる。
トランジスタＴ１、Ｔ３のチップサイズ比を１：ｎと
し、それぞれのコレクタ電流をＩc1、Ｉc2、ベース電流
による誤差を無視すれば、ショックレーの方程式より、
次の関係が得られる。
【００３２】
【数１】
【００３３】上式のように、ΔＶが一定であれば、
ＶT、ｎが定数であるため、Ｉc1とＩc3の比率は一定と
なる。本発明による、イオン電流−電圧変換回路９にお
いてはトランジスタＴ３のコレクタ電流を抵抗Ｒ７の電
圧降下にて検出し、その電圧が一定となるように、トラ
ンジスタＴ１のベース電位を変化させる。この電圧制御
回路内に、オペアンプＯＰ３で構成されるような積分回
路を備え、抵抗Ｒ７の電圧制御回路の制御回路応答速度
を遅くする、即ちイオン電流の低周波成分に応答するよ
う設定すると、結果的に抵抗Ｒ７には、ほぼ一定電圧範
囲となる低周波成分の信号にノッキングに起因する高周
波信号が重畳した形で電圧信号が得られることになる。
なおオペアンプＯＰ２はこの抵抗Ｒ７の電圧のインピー
ダンスを低くするために設ける。ノッキングの信号は一
般的に、数キロヘルツから十数キロヘルツ程度の周波数
成分の信号を有していることから、この帯域の信号が出
力として得られるよう、積分回路が積分動作する周波数
領域を設定する。この結果、図１７に示すようにエンジ
ンの低回転時におけるイオン電流−電圧変換波形Ｓ１０
と高回転時におけるイオン電流−電圧変換値Ｓ２０のい
ずれをも適切な大きさの値で検出することができる。な
お、ここで上述のゲインコントロールは、イオン電流−
電圧変換波形の低周波成分の変化は低減させる（一定値
に近づくよう作用する）のに対して、ノッキングに起因
して生じる高周波成分Ｓ１０１、Ｓ２０１の変化は低減
させず、常にエンジン回転数の高低にも関わらず実際に
生じたノッキングに対応した値となることが重要であ
る。なお、この実施例ではゲインコントロールを行うこ
とにより、エンジンの低回転から高回転までの広い回転
領域に対応できるものとしたが、必ずしもこのような構
成とする必要はなく、例えばノッキングの生じやすい高
回転域でのみ燃焼状態を検知すれば良い場合には、ゲイ
ンは高回転域にのみ対応した固定値とすれば良い。
ＶT、ｎが定数であるため、Ｉc1とＩc3の比率は一定と
なる。本発明による、イオン電流−電圧変換回路９にお
いてはトランジスタＴ３のコレクタ電流を抵抗Ｒ７の電
圧降下にて検出し、その電圧が一定となるように、トラ
ンジスタＴ１のベース電位を変化させる。この電圧制御
回路内に、オペアンプＯＰ３で構成されるような積分回
路を備え、抵抗Ｒ７の電圧制御回路の制御回路応答速度
を遅くする、即ちイオン電流の低周波成分に応答するよ
う設定すると、結果的に抵抗Ｒ７には、ほぼ一定電圧範
囲となる低周波成分の信号にノッキングに起因する高周
波信号が重畳した形で電圧信号が得られることになる。
なおオペアンプＯＰ２はこの抵抗Ｒ７の電圧のインピー
ダンスを低くするために設ける。ノッキングの信号は一
般的に、数キロヘルツから十数キロヘルツ程度の周波数
成分の信号を有していることから、この帯域の信号が出
力として得られるよう、積分回路が積分動作する周波数
領域を設定する。この結果、図１７に示すようにエンジ
ンの低回転時におけるイオン電流−電圧変換波形Ｓ１０
と高回転時におけるイオン電流−電圧変換値Ｓ２０のい
ずれをも適切な大きさの値で検出することができる。な
お、ここで上述のゲインコントロールは、イオン電流−
電圧変換波形の低周波成分の変化は低減させる（一定値
に近づくよう作用する）のに対して、ノッキングに起因
して生じる高周波成分Ｓ１０１、Ｓ２０１の変化は低減
させず、常にエンジン回転数の高低にも関わらず実際に
生じたノッキングに対応した値となることが重要であ
る。なお、この実施例ではゲインコントロールを行うこ
とにより、エンジンの低回転から高回転までの広い回転
領域に対応できるものとしたが、必ずしもこのような構
成とする必要はなく、例えばノッキングの生じやすい高
回転域でのみ燃焼状態を検知すれば良い場合には、ゲイ
ンは高回転域にのみ対応した固定値とすれば良い。
【００３４】そしてオペアンプＯＰ４とダイオードＤ４
からなる回路は、電圧クランプ回路であり、トランジス
タＴ１、Ｔ３のベース電圧差を一定の範囲に制限してい
る。これは、回路の用途によっては不要であり、クラン
プ回路のでなくともオペアンプＯＰ３の出力電圧がトラ
ンジスタＴ３のベース電圧に対し一定範囲以上に上昇し
ないように構成されていればよい。また、回路中の定電
圧電源ＶＦ１、ＶＦ２は便宜上定電圧電源を用いたもの
であり、抵抗分圧回路などのインピーダンスの比較的高
い回路を用いても構わない。
からなる回路は、電圧クランプ回路であり、トランジス
タＴ１、Ｔ３のベース電圧差を一定の範囲に制限してい
る。これは、回路の用途によっては不要であり、クラン
プ回路のでなくともオペアンプＯＰ３の出力電圧がトラ
ンジスタＴ３のベース電圧に対し一定範囲以上に上昇し
ないように構成されていればよい。また、回路中の定電
圧電源ＶＦ１、ＶＦ２は便宜上定電圧電源を用いたもの
であり、抵抗分圧回路などのインピーダンスの比較的高
い回路を用いても構わない。
【００３５】つぎに図４に検知期間設定回路１０の具体
的な構成例を示す。図４において、コンパレータＣＰ１
の非反転入力はＰ４に、反転入力は定電圧電源ＶＦ３
に、出力は抵抗Ｒ９を介してコンデンサＣ５と定電流電
源ＣＣ１、コンパレータＣＰ２に接続される。定電流電
源ＣＣ１とコンデンサＣ５の他端は、それぞれアース
に、コンパレータＣＰ２の非反転入力は定電圧電源ＶＦ
４に、出力はＮＰＮトランジスタＴ４のベース、インバ
ータ回路１３に接続される。インバータ回路１３の出力
はＮＰＮトランジスタＴ５のベースに、トランジスタＴ
４、Ｔ５のエミッタはそれぞれアースに、コレクタはそ
れぞれＰ７、Ｐ６に接続される。定電圧電源ＶＦ３、Ｖ
Ｆ４の低電位側はアースに接続される。
的な構成例を示す。図４において、コンパレータＣＰ１
の非反転入力はＰ４に、反転入力は定電圧電源ＶＦ３
に、出力は抵抗Ｒ９を介してコンデンサＣ５と定電流電
源ＣＣ１、コンパレータＣＰ２に接続される。定電流電
源ＣＣ１とコンデンサＣ５の他端は、それぞれアース
に、コンパレータＣＰ２の非反転入力は定電圧電源ＶＦ
４に、出力はＮＰＮトランジスタＴ４のベース、インバ
ータ回路１３に接続される。インバータ回路１３の出力
はＮＰＮトランジスタＴ５のベースに、トランジスタＴ
４、Ｔ５のエミッタはそれぞれアースに、コレクタはそ
れぞれＰ７、Ｐ６に接続される。定電圧電源ＶＦ３、Ｖ
Ｆ４の低電位側はアースに接続される。
【００３６】検知期間設定回路１０においては、イオン
電流−電圧変換回路９により電圧変換された電圧信号を
所定のレベルと比較し、そのレベルを超えた場合は、シ
リンダ内の混合気に着火が行われた（失火ではない）と
判定し、Ｐ６を介して外部に着火信号を出力すると共
に、上記電圧信号が所定レベルを超えている期間中は燃
焼状態の検知期間として、Ｐ７にノッキング信号検出の
禁止解除信号を出力する。ここで、コンパレータＣＰ１
による信号検出回路は、定電流電源ＣＣ１と抵抗Ｒ９に
て定まるコンデンサＣ５の充放電の時間差により、イオ
ン電流の検出を遅く、比検出を早くするフィルタ手段を
構成している。このフィルタ手段によって、点火コイル
の一次電流通電、遮断時に生じる短いパルス状のノイズ
信号の誤検出に伴う検知期間の誤設定を防ぐことができ
る。このような、ノイズカットを実現するフィルタ手段
は、本実施例以外にも種々考えられるものであり、特に
具体的回路構成そのものは本発明の特徴とするところで
はない。また、検知期間の設定についても例えば電圧信
号が所定レベルを超えた後、所定期間とするなど種々考
えられるものである。なお、本実施例においては、着火
信号はＮＰＮトランジスタを用いたオープンコレクタ出
力であり、外部より、抵抗等でプルアップすることで着
火時に“ロー”を出力する。また、定電圧電源ＶＦ３、
ＶＦ４は便宜上定電圧電源で示したものであり、抵抗分
圧回路等のインピーダンスの比較的高い回路を用いても
良い。
電流−電圧変換回路９により電圧変換された電圧信号を
所定のレベルと比較し、そのレベルを超えた場合は、シ
リンダ内の混合気に着火が行われた（失火ではない）と
判定し、Ｐ６を介して外部に着火信号を出力すると共
に、上記電圧信号が所定レベルを超えている期間中は燃
焼状態の検知期間として、Ｐ７にノッキング信号検出の
禁止解除信号を出力する。ここで、コンパレータＣＰ１
による信号検出回路は、定電流電源ＣＣ１と抵抗Ｒ９に
て定まるコンデンサＣ５の充放電の時間差により、イオ
ン電流の検出を遅く、比検出を早くするフィルタ手段を
構成している。このフィルタ手段によって、点火コイル
の一次電流通電、遮断時に生じる短いパルス状のノイズ
信号の誤検出に伴う検知期間の誤設定を防ぐことができ
る。このような、ノイズカットを実現するフィルタ手段
は、本実施例以外にも種々考えられるものであり、特に
具体的回路構成そのものは本発明の特徴とするところで
はない。また、検知期間の設定についても例えば電圧信
号が所定レベルを超えた後、所定期間とするなど種々考
えられるものである。なお、本実施例においては、着火
信号はＮＰＮトランジスタを用いたオープンコレクタ出
力であり、外部より、抵抗等でプルアップすることで着
火時に“ロー”を出力する。また、定電圧電源ＶＦ３、
ＶＦ４は便宜上定電圧電源で示したものであり、抵抗分
圧回路等のインピーダンスの比較的高い回路を用いても
良い。
【００３７】図５にマスク回路１１の具体的な構成例を
示す。図５において、Ｐ５はコンデンサＣ６に、コンデ
ンサＣ６は抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１に、抵抗Ｒ１１はコ
ンデンサＣ７とＰ７およびオペアンプＯＰ５の非反転入
力に接続される。オペアンプＯＰ５の反転入力は抵抗Ｒ
１２、Ｒ１３に、抵抗Ｒ１３はオペアンプＯＰ５の出力
とＰ９に、抵抗Ｒ１２，コンデンサＣ７の他端はアース
に接続される。
示す。図５において、Ｐ５はコンデンサＣ６に、コンデ
ンサＣ６は抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１に、抵抗Ｒ１１はコ
ンデンサＣ７とＰ７およびオペアンプＯＰ５の非反転入
力に接続される。オペアンプＯＰ５の反転入力は抵抗Ｒ
１２、Ｒ１３に、抵抗Ｒ１３はオペアンプＯＰ５の出力
とＰ９に、抵抗Ｒ１２，コンデンサＣ７の他端はアース
に接続される。
【００３８】マスク回路１１においては、イオン電流−
電圧変換回路９により検出されたＰ５の信号を増幅し、
後段のフィルタ回路で充分な振幅の信号が得られるよう
にするとともに、検知期間設定回路１０の出力信号に応
じてＰ５の信号をマスクコントロールすることを目的と
する。即ち、本来ノッキングが生じ得る燃焼後の所定期
間中のみ燃焼状態を検知することにより、一次電流の通
電、遮断時等に生じる重畳ノイズによる誤検出を防ぐこ
とができる。ここで、誤検出防止に上記検知期間設定回
路で用いたようなフィルタ手段を用いないのは、フィル
タ手段によるイオン電流の検出誤差を無くし、常に実際
のイオン電流に即した検出を行うためである。
電圧変換回路９により検出されたＰ５の信号を増幅し、
後段のフィルタ回路で充分な振幅の信号が得られるよう
にするとともに、検知期間設定回路１０の出力信号に応
じてＰ５の信号をマスクコントロールすることを目的と
する。即ち、本来ノッキングが生じ得る燃焼後の所定期
間中のみ燃焼状態を検知することにより、一次電流の通
電、遮断時等に生じる重畳ノイズによる誤検出を防ぐこ
とができる。ここで、誤検出防止に上記検知期間設定回
路で用いたようなフィルタ手段を用いないのは、フィル
タ手段によるイオン電流の検出誤差を無くし、常に実際
のイオン電流に即した検出を行うためである。
【００３９】コンデンサＣ６、抵抗Ｒ１０および抵抗Ｒ
１１、コンデンサＣ７は受動素子のみによる低周波信号
カットフィルタと高周波信号カットフィルタを構成して
いる。このフィルタ回路は、Ｐ７を介してノッキング信
号検出を遮断（以下、マスキングと呼ぶ）することを可
能とし、また、オペアンプ回路では回路応答上、除去で
きないような高周波成分の信号を除去する。オペアンプ
ＯＰ５による増幅回路は、一般的な非反転増幅回路を用
いたものである。マスキングは上記の検知期間設定回路
の出力に対応して制御され、本実施例では、検知期間設
定回路にてイオン電流が一定量検出されたと判断された
ときに、マスキングが解除される。
１１、コンデンサＣ７は受動素子のみによる低周波信号
カットフィルタと高周波信号カットフィルタを構成して
いる。このフィルタ回路は、Ｐ７を介してノッキング信
号検出を遮断（以下、マスキングと呼ぶ）することを可
能とし、また、オペアンプ回路では回路応答上、除去で
きないような高周波成分の信号を除去する。オペアンプ
ＯＰ５による増幅回路は、一般的な非反転増幅回路を用
いたものである。マスキングは上記の検知期間設定回路
の出力に対応して制御され、本実施例では、検知期間設
定回路にてイオン電流が一定量検出されたと判断された
ときに、マスキングが解除される。
【００４０】図６に交流成分検出回路１２の回路図を示
す。図６において、Ｐ９は抵抗Ｒ１４に、抵抗Ｒ１４は
抵抗Ｒ１５、コンデンサＣ８、Ｃ９に、抵抗Ｒ１５の他
端はアースに接続される。オペアンプＯＰ６の反転入力
はコンデンサＣ９と抵抗Ｒ１６に、出力は抵抗Ｒ１６と
コンデンサＣ８、コンパレータＣＰ３の反転入力に、非
反転入力は定電圧電源ＶＦ５に接続される。コンパレー
タＣＰ３の非反転入力は定電圧電源ＶＦ６に、出力はＰ
１０に接続される。
す。図６において、Ｐ９は抵抗Ｒ１４に、抵抗Ｒ１４は
抵抗Ｒ１５、コンデンサＣ８、Ｃ９に、抵抗Ｒ１５の他
端はアースに接続される。オペアンプＯＰ６の反転入力
はコンデンサＣ９と抵抗Ｒ１６に、出力は抵抗Ｒ１６と
コンデンサＣ８、コンパレータＣＰ３の反転入力に、非
反転入力は定電圧電源ＶＦ５に接続される。コンパレー
タＣＰ３の非反転入力は定電圧電源ＶＦ６に、出力はＰ
１０に接続される。
【００４１】交流成分検出回路１２においては、前段の
増幅回路により増幅された高周波信号に含まれる、ノッ
キング信号のみを取り出し、信号処理して外部に出力す
ることを目的とする。本実施例では、フィルタ回路とし
て、オペアンプを用いた能動バンドパスフィルタ回路を
用いた。フィルタによりノッキング信号のみになった信
号に対し、波形整形を行なうのがコンパレータＣＰ３で
ある。ノッキング信号の出力方法としては、本実施例の
ような、ノッキングによる信号を波形整形し出力する方
法と、ノッキング信号を積分し、積分値を出力する方法
など、ノッキング制御を行なうコンピュータ側のインタ
ーフェイス等で種々考えられるものである。本実施例で
は一実施例を示したが、ノッキング信号検出回路とノッ
キング信号を用いて制御を行なう制御装置との信号の伝
達方法および信号処理方法については本発明の特徴とす
るところでは無い。また、定電圧電源回路ＶＦ５、ＶＦ
６は便宜上電源回路を用いたのであって、抵抗分圧回路
等比較的インピーダンスの高い回路を使用しても構わな
い。
増幅回路により増幅された高周波信号に含まれる、ノッ
キング信号のみを取り出し、信号処理して外部に出力す
ることを目的とする。本実施例では、フィルタ回路とし
て、オペアンプを用いた能動バンドパスフィルタ回路を
用いた。フィルタによりノッキング信号のみになった信
号に対し、波形整形を行なうのがコンパレータＣＰ３で
ある。ノッキング信号の出力方法としては、本実施例の
ような、ノッキングによる信号を波形整形し出力する方
法と、ノッキング信号を積分し、積分値を出力する方法
など、ノッキング制御を行なうコンピュータ側のインタ
ーフェイス等で種々考えられるものである。本実施例で
は一実施例を示したが、ノッキング信号検出回路とノッ
キング信号を用いて制御を行なう制御装置との信号の伝
達方法および信号処理方法については本発明の特徴とす
るところでは無い。また、定電圧電源回路ＶＦ５、ＶＦ
６は便宜上電源回路を用いたのであって、抵抗分圧回路
等比較的インピーダンスの高い回路を使用しても構わな
い。
【００４２】上記の一実施例においては、点火用コイル
の一次側、二次側から信号を受けることにより、イオン
電流検出用電圧を発生させ、エンジン制御系から誤検出
防止用の信号を受ける必要なしに、ノッキング信号と、
失火検出用の信号を同時に得ることができ、しかもエン
ジンの使用回転域の全域で検出可能な高精度で安価な装
置を示した。
の一次側、二次側から信号を受けることにより、イオン
電流検出用電圧を発生させ、エンジン制御系から誤検出
防止用の信号を受ける必要なしに、ノッキング信号と、
失火検出用の信号を同時に得ることができ、しかもエン
ジンの使用回転域の全域で検出可能な高精度で安価な装
置を示した。
【００４３】実施例２．図７はこの発明の他の実施例に
よる燃焼状態検知回路を示す回路図である。前述の実施
例においては、イオン電流の検出を正極性の電圧を点火
プラグ５に印加するために、点火時のプラグ電圧極性を
正電圧にして、燃焼状態検知回路を構成した。しかし、
一般的には点火時のプラグ電圧極性は負電圧のものが広
く用いられており、負電圧点火の場合の対応が必要であ
った。この実施例では負極性点火に合わせた回路構成を
示す。
よる燃焼状態検知回路を示す回路図である。前述の実施
例においては、イオン電流の検出を正極性の電圧を点火
プラグ５に印加するために、点火時のプラグ電圧極性を
正電圧にして、燃焼状態検知回路を構成した。しかし、
一般的には点火時のプラグ電圧極性は負電圧のものが広
く用いられており、負電圧点火の場合の対応が必要であ
った。この実施例では負極性点火に合わせた回路構成を
示す。
【００４４】図７の回路において、図１の燃焼状態検知
回路と基本構成は同じであるが、高圧ダイオードＤ６は
アノード側に点火プラグ５と二次巻線２ｂの２ｆを接続
し、二次巻線２ｂの２ｅをバッテリ側に接続する。（実
施例１とは点火コイルの極性が逆になる。）また高圧ダ
イオードＤ６のカソード側はＰ１を介してバイアス電圧
発生回路１４に接続され、バイアス電圧発生回路１４の
Ｐ２は一次巻線２ａの２ｄとトランジスタ３のコレクタ
に接続される。さらにイオン電流−電圧変換回路１５は
バイアス電圧発生回路１４とＰ３で、マスク回路１１と
はＰ５で、検知期間設定回路１６とはＰ４で接続され、
検知期間設定回路１６とマスク回路１１とはＰ７で接続
される。
回路と基本構成は同じであるが、高圧ダイオードＤ６は
アノード側に点火プラグ５と二次巻線２ｂの２ｆを接続
し、二次巻線２ｂの２ｅをバッテリ側に接続する。（実
施例１とは点火コイルの極性が逆になる。）また高圧ダ
イオードＤ６のカソード側はＰ１を介してバイアス電圧
発生回路１４に接続され、バイアス電圧発生回路１４の
Ｐ２は一次巻線２ａの２ｄとトランジスタ３のコレクタ
に接続される。さらにイオン電流−電圧変換回路１５は
バイアス電圧発生回路１４とＰ３で、マスク回路１１と
はＰ５で、検知期間設定回路１６とはＰ４で接続され、
検知期間設定回路１６とマスク回路１１とはＰ７で接続
される。
【００４５】この実施例の回路では、点火時に発生する
電圧は負極性の電圧であり、イオン電流検出時のバイア
ス電圧も同様に負極性となる。ここでイオン電流の方向
は、点火プラグ５から高圧ダイオードＤ６を経て、燃焼
状態検知回路７に流入する方向に流れる。
電圧は負極性の電圧であり、イオン電流検出時のバイア
ス電圧も同様に負極性となる。ここでイオン電流の方向
は、点火プラグ５から高圧ダイオードＤ６を経て、燃焼
状態検知回路７に流入する方向に流れる。
【００４６】図８はこの実施例のバイアス電圧発生回路
１４を示す回路図である。図８において、Ｐ２は抵抗Ｒ
１に、抵抗Ｒ１の他端はコンデンサＣ１０に、コンデン
サＣ１０の他端はダイオードＤ５、Ｄ６のアノードとカ
ソードに接続される。またダイオードＤ５のカソードは
アースに、ダイオードＤ６のアノードはコンデンサＣ２
と抵抗Ｒ４、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードに、
ツェナーダイオードＺＤ２のカソードとコンデンサＣ２
の他端はＰ３に接続され、前記抵抗Ｒ４の他端はＰ１に
接続される。
１４を示す回路図である。図８において、Ｐ２は抵抗Ｒ
１に、抵抗Ｒ１の他端はコンデンサＣ１０に、コンデン
サＣ１０の他端はダイオードＤ５、Ｄ６のアノードとカ
ソードに接続される。またダイオードＤ５のカソードは
アースに、ダイオードＤ６のアノードはコンデンサＣ２
と抵抗Ｒ４、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードに、
ツェナーダイオードＺＤ２のカソードとコンデンサＣ２
の他端はＰ３に接続され、前記抵抗Ｒ４の他端はＰ１に
接続される。
【００４７】トランジスタ３による、点火コイルの１次
電流の遮断時に、コイルの逆起電力が発生し、抵抗Ｒ１
−コンデンサＣ１０−ダイオードＤ５−アースの向きに
電流が流れ、コンデンサＣ１０は、トランジスタ３のク
ランプ電圧で定まる電圧（約３００ボルト）まで充電さ
れる。コイルの逆起電力は急激に減少するため、やがて
Ｐ２の電位はバッテリ電圧に等しくなる。コンデンサＣ
１０の高電位側の電位がバッテリ電圧まで低下すると、
保持電圧分だけ低電位側（Ｓ１）の電位が低下する。こ
のＳ１の電位の低下により、ダイオードＤ６のカソード
の電位が下がり、Ｐ３−コンデンサＣ２−ダイオードＤ
６の経路にて電流が流れ、コンデンサＣ２の両端電圧が
ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧まで充電され
る。結果としてコンデンサＣ２には、前述の実施例とは
逆極性の電荷が蓄積され、負極性のイオン電流検出用バ
イアス電圧源を得る。
電流の遮断時に、コイルの逆起電力が発生し、抵抗Ｒ１
−コンデンサＣ１０−ダイオードＤ５−アースの向きに
電流が流れ、コンデンサＣ１０は、トランジスタ３のク
ランプ電圧で定まる電圧（約３００ボルト）まで充電さ
れる。コイルの逆起電力は急激に減少するため、やがて
Ｐ２の電位はバッテリ電圧に等しくなる。コンデンサＣ
１０の高電位側の電位がバッテリ電圧まで低下すると、
保持電圧分だけ低電位側（Ｓ１）の電位が低下する。こ
のＳ１の電位の低下により、ダイオードＤ６のカソード
の電位が下がり、Ｐ３−コンデンサＣ２−ダイオードＤ
６の経路にて電流が流れ、コンデンサＣ２の両端電圧が
ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧まで充電され
る。結果としてコンデンサＣ２には、前述の実施例とは
逆極性の電荷が蓄積され、負極性のイオン電流検出用バ
イアス電圧源を得る。
【００４８】図９にこの実施例のイオン電流−電圧変換
回路の回路図を示す。図９において、Ｐ３はダイオード
Ｄ７、Ｄ８のカソード、アノードと、オペアンプＯＰ１
の反転入力、ＮＰＮトランジスタＴ６のコレクタに、Ｐ
４はＮＰＮトランジスタＴ７のコレクタと抵抗Ｒ１７
に、Ｐ５はオペアンプＯＰ２の出力と抵抗Ｒ８に接続さ
れる。ダイオードＤ７のアノードとダイオードＤ８のカ
ソードはそれぞれ、アースと、定電圧電源ＶＦ８および
オペアンプＯＰ１の非反転入力に接続される。オペアン
プＯＰ１の出力はコンデンサＣ３と抵抗Ｒ５に、抵抗Ｒ
５はＮＰＮトランジスタＴ６、Ｔ７、Ｔ８のエミッタ
に、トランジスタＴ８のコレクタは抵抗Ｒ１６とオペア
ンプＯＰ２の非反転入力に接続される。抵抗Ｒ１６、Ｒ
１７は定電圧電源ＶＦ７に、トランジスタＴ８のベース
は定電圧電源ＶＦ１、オペアンプＯＰ４の非反転入力
に、オペアンプＯＰ３の反転入力は抵抗Ｒ８とコンデン
サＣ４に、オペアンプＯＰ４の反転入力とダイオードＤ
４のカソード、オペアンプＯＰ３の出力、コンデンサＣ
４が接続される。ダイオードＤ４のアノードはオペアン
プＯＰ４の出力に接続される。
回路の回路図を示す。図９において、Ｐ３はダイオード
Ｄ７、Ｄ８のカソード、アノードと、オペアンプＯＰ１
の反転入力、ＮＰＮトランジスタＴ６のコレクタに、Ｐ
４はＮＰＮトランジスタＴ７のコレクタと抵抗Ｒ１７
に、Ｐ５はオペアンプＯＰ２の出力と抵抗Ｒ８に接続さ
れる。ダイオードＤ７のアノードとダイオードＤ８のカ
ソードはそれぞれ、アースと、定電圧電源ＶＦ８および
オペアンプＯＰ１の非反転入力に接続される。オペアン
プＯＰ１の出力はコンデンサＣ３と抵抗Ｒ５に、抵抗Ｒ
５はＮＰＮトランジスタＴ６、Ｔ７、Ｔ８のエミッタ
に、トランジスタＴ８のコレクタは抵抗Ｒ１６とオペア
ンプＯＰ２の非反転入力に接続される。抵抗Ｒ１６、Ｒ
１７は定電圧電源ＶＦ７に、トランジスタＴ８のベース
は定電圧電源ＶＦ１、オペアンプＯＰ４の非反転入力
に、オペアンプＯＰ３の反転入力は抵抗Ｒ８とコンデン
サＣ４に、オペアンプＯＰ４の反転入力とダイオードＤ
４のカソード、オペアンプＯＰ３の出力、コンデンサＣ
４が接続される。ダイオードＤ４のアノードはオペアン
プＯＰ４の出力に接続される。
【００４９】イオン電流−電圧変換回路１５における基
本的な動作は前述の実施例で示した。ここで図３の回路
は同じであるが、イオン電流の流れる方向がＰ３端子か
らイオン電流−電圧変換回路に流入する向きとなったた
め、従来ＰＮＰトランジスタで構成していたイオン電流
分別用のトランジスタをＮＰＮトランジスタに置き換え
た。
本的な動作は前述の実施例で示した。ここで図３の回路
は同じであるが、イオン電流の流れる方向がＰ３端子か
らイオン電流−電圧変換回路に流入する向きとなったた
め、従来ＰＮＰトランジスタで構成していたイオン電流
分別用のトランジスタをＮＰＮトランジスタに置き換え
た。
【００５０】図１０にこの実施例の検知期間設定回路１
６を示す。図１０では、実施例１の図４の検出期間決定
回路に対し、コンパレータＣＰ１の反転入力と非反転入
力の接続を反転させたものである。
６を示す。図１０では、実施例１の図４の検出期間決定
回路に対し、コンパレータＣＰ１の反転入力と非反転入
力の接続を反転させたものである。
【００５１】検知期間設定回路において、上記のように
コンパレータＣＰ１の入力位相を逆転することにより、
イオン電流−電圧変換回路の電圧変換出力の位相が逆転
したことを相殺し、前述の実施例と同様の回路動作を得
る。
コンパレータＣＰ１の入力位相を逆転することにより、
イオン電流−電圧変換回路の電圧変換出力の位相が逆転
したことを相殺し、前述の実施例と同様の回路動作を得
る。
【００５２】この実施例では上記のように、構成素子数
や基本回路動作を変更しないで、点火時の放電電圧極性
を負電圧にし、イオン電流検出用バイアス電圧も負極性
にすることができる。点火時の放電電圧極性を変更する
ことでは、負極性の放電を行なうことで放電時の放電電
圧の絶対値が大きくなることが知られており、高いエネ
ルギーにて点火を行なうことができる。しかし、イオン
電流そのものは負極性のバイアスでは正極性のバイアス
による電流よりも小さくなることが知られている。
や基本回路動作を変更しないで、点火時の放電電圧極性
を負電圧にし、イオン電流検出用バイアス電圧も負極性
にすることができる。点火時の放電電圧極性を変更する
ことでは、負極性の放電を行なうことで放電時の放電電
圧の絶対値が大きくなることが知られており、高いエネ
ルギーにて点火を行なうことができる。しかし、イオン
電流そのものは負極性のバイアスでは正極性のバイアス
による電流よりも小さくなることが知られている。
【００５３】実施例３．図１１にこの発明の更に他の実
施例によるバイアス電圧発生回路の回路図を示す。図１
１において、ＺＤ３１〜ＺＤ３ｎは前述の他の実施例の
バイアス電圧発生回路におけるダイオードＤ６を置き換
えたものである。ダイオードＤ６をツェナーダイオード
ＺＤ３１〜ＺＤ３ｎに置き換えたとしても、ツェナー電
圧をＶｚ［Ｖ］として、ｎ×ＶｚがコンデンサＣ２の保
持電圧を定めるツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電
圧よりも充分に高ければ、コンデンサＣ２の充電時に発
生するダイオードＤ６およびツェナーダイオードＺＤ３
１〜ＺＤ３ｎで発生する順方向電圧降下が異なるだけで
ある。ｎの値が十数個のレベルであればコンデンサＣ２
の保持電圧に対し無視することができる。
施例によるバイアス電圧発生回路の回路図を示す。図１
１において、ＺＤ３１〜ＺＤ３ｎは前述の他の実施例の
バイアス電圧発生回路におけるダイオードＤ６を置き換
えたものである。ダイオードＤ６をツェナーダイオード
ＺＤ３１〜ＺＤ３ｎに置き換えたとしても、ツェナー電
圧をＶｚ［Ｖ］として、ｎ×ＶｚがコンデンサＣ２の保
持電圧を定めるツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電
圧よりも充分に高ければ、コンデンサＣ２の充電時に発
生するダイオードＤ６およびツェナーダイオードＺＤ３
１〜ＺＤ３ｎで発生する順方向電圧降下が異なるだけで
ある。ｎの値が十数個のレベルであればコンデンサＣ２
の保持電圧に対し無視することができる。
【００５４】上記のように、ダイオードＤ６をツェナー
ダイオードＺＤ３１〜ＺＤ３ｎに置き換えることで、ダ
イオードＤ５、ツェナーダイオードＺＤ３１〜ＺＤ３
ｎ、ツェナーダイオードＺＤ２のバイアス電圧発生回路
を構成する能動素子がモノリシック集積回路上に構成で
きるようになり、従来の個別に能動素子を設ける方法と
比較して、集積化により大幅な小型化ひいては低価格化
が可能となる。
ダイオードＺＤ３１〜ＺＤ３ｎに置き換えることで、ダ
イオードＤ５、ツェナーダイオードＺＤ３１〜ＺＤ３
ｎ、ツェナーダイオードＺＤ２のバイアス電圧発生回路
を構成する能動素子がモノリシック集積回路上に構成で
きるようになり、従来の個別に能動素子を設ける方法と
比較して、集積化により大幅な小型化ひいては低価格化
が可能となる。
【００５５】バイポーラ・モノリシック集積回路上に実
現できるダイオード素子としてダイオードＤ６は端子電
圧アノード、カソード電位が負電位に落ちるため、ＮＰ
Ｎトランジスタのエミッタ・ベース間の接合のみが適用
できるが、この接合の逆方向耐圧は一般に、数ボルト程
度と低いため、１素子でダイオードＤ６として用いるこ
とができない。図１１に示すように、素子を複数個直列
に接続することで、使用に充分耐えうる耐圧を得ること
ができる。
現できるダイオード素子としてダイオードＤ６は端子電
圧アノード、カソード電位が負電位に落ちるため、ＮＰ
Ｎトランジスタのエミッタ・ベース間の接合のみが適用
できるが、この接合の逆方向耐圧は一般に、数ボルト程
度と低いため、１素子でダイオードＤ６として用いるこ
とができない。図１１に示すように、素子を複数個直列
に接続することで、使用に充分耐えうる耐圧を得ること
ができる。
【００５６】実施例４．図１２にこの発明のまた更に他
の実施例による燃焼状態検知回路の接続方法を示す。図
１２において、４１〜４４は多気筒型のエンジンでの各
シリンダを示し、同様に５１〜５４は、各気筒の点火プ
ラグ、Ｄ６１〜Ｄ６４は高圧ダイオードを示す。１８は
ディストリビュータを示し、ディストリビュータの各端
子は、１８ｅを点火コイルの二次側に、１８ａ〜１８ｄ
を各気筒毎の点火プラグに接続する。
の実施例による燃焼状態検知回路の接続方法を示す。図
１２において、４１〜４４は多気筒型のエンジンでの各
シリンダを示し、同様に５１〜５４は、各気筒の点火プ
ラグ、Ｄ６１〜Ｄ６４は高圧ダイオードを示す。１８は
ディストリビュータを示し、ディストリビュータの各端
子は、１８ｅを点火コイルの二次側に、１８ａ〜１８ｄ
を各気筒毎の点火プラグに接続する。
【００５７】図１２の回路図は、図１に示した燃焼状態
検知回路７の接続方法を示したものである。特に図１２
の接続は、内燃機関の各気筒の点火分配を機械式に行う
高圧配電方式に関するものであって、１つの点火用コイ
ルと１つのコイル電流スイッチング用のトランジスタ
と、点火電圧の分配を行うディストリビュータを用い
て、複数気筒ある点火プラグに点火電圧を供給する。
検知回路７の接続方法を示したものである。特に図１２
の接続は、内燃機関の各気筒の点火分配を機械式に行う
高圧配電方式に関するものであって、１つの点火用コイ
ルと１つのコイル電流スイッチング用のトランジスタ
と、点火電圧の分配を行うディストリビュータを用い
て、複数気筒ある点火プラグに点火電圧を供給する。
【００５８】多気筒エンジンの各シリンダ内のイオン電
流を検出する方法としては、イオン電流検出回路をシリ
ンダの数分用意する方法も考えられるが構成が複雑で価
格も高価となるものであり、本実施例では一つのイオン
電流検出装置を用いて複数のシリンダ内のイオン電流を
検出する方法を示す。
流を検出する方法としては、イオン電流検出回路をシリ
ンダの数分用意する方法も考えられるが構成が複雑で価
格も高価となるものであり、本実施例では一つのイオン
電流検出装置を用いて複数のシリンダ内のイオン電流を
検出する方法を示す。
【００５９】この実施例では点火用コイルとディストリ
ビュータの接続点１８ｅの電圧は、点火時に正極性の高
電圧（数千ボルト）でイオン電流検出時にも正極性（数
十から数百ボルト）となるように構成されている。また
高圧ダイオードＤ６１〜Ｄ６４は各シリンダにおいて、
点火時の高電圧によるイオン電流検出回路への電流を遮
断すると共に、各シリンダのイオン電流検出時には全シ
リンダへのイオン電流検出用電圧のバイアスを同時に行
なう。実際にはイオン電流は点火直後の数ミリ秒の間に
しか発生しないため、接続された全てのシリンダのイオ
ン電流を同時に検出しても、イオン電流の発生するシリ
ンダのみの検出を行なった結果に対して同じものが得ら
れる。
ビュータの接続点１８ｅの電圧は、点火時に正極性の高
電圧（数千ボルト）でイオン電流検出時にも正極性（数
十から数百ボルト）となるように構成されている。また
高圧ダイオードＤ６１〜Ｄ６４は各シリンダにおいて、
点火時の高電圧によるイオン電流検出回路への電流を遮
断すると共に、各シリンダのイオン電流検出時には全シ
リンダへのイオン電流検出用電圧のバイアスを同時に行
なう。実際にはイオン電流は点火直後の数ミリ秒の間に
しか発生しないため、接続された全てのシリンダのイオ
ン電流を同時に検出しても、イオン電流の発生するシリ
ンダのみの検出を行なった結果に対して同じものが得ら
れる。
【００６０】この実施例においては４気筒エンジンを想
定し、それらを一つのイオン電流検出回路にて測定する
方法を示したが、気筒数がそれ以上のエンジンについて
も、高圧ダイオードを増えた気筒数分増やし、同様の接
続を行なって良い。ただし、本接続ではイオン電流を同
時に検出するため、気筒数が増えると高回転時に燃焼の
期間や、イオン電流の発生期間が重複してくる可能性が
高くなるので、この場合には、イオン電流検出回路を増
やし、イオン電流検出回路１回路あたりの同時検出シリ
ンダ数を減らせば良い。燃焼期間、イオン電流発生期
間、エンジン回転速度を加味した場合、１回路あたり、
４気筒以下程度とするのが適当と考えられる。
定し、それらを一つのイオン電流検出回路にて測定する
方法を示したが、気筒数がそれ以上のエンジンについて
も、高圧ダイオードを増えた気筒数分増やし、同様の接
続を行なって良い。ただし、本接続ではイオン電流を同
時に検出するため、気筒数が増えると高回転時に燃焼の
期間や、イオン電流の発生期間が重複してくる可能性が
高くなるので、この場合には、イオン電流検出回路を増
やし、イオン電流検出回路１回路あたりの同時検出シリ
ンダ数を減らせば良い。燃焼期間、イオン電流発生期
間、エンジン回転速度を加味した場合、１回路あたり、
４気筒以下程度とするのが適当と考えられる。
【００６１】この実施例によれば簡単、安価な構成で複
数気筒の燃焼状態を検知することが可能である。
数気筒の燃焼状態を検知することが可能である。
【００６２】実施例５．図１３にこの発明の更に他の実
施例の燃焼状態検知回路の接続方法を示す。図１３にお
いて、４１〜４４、５１〜５４、Ｄ６１〜Ｄ６４、１８
は前述の実施例４のそれと同様であるが、高圧ダイオー
ドＤ６１〜Ｄ６４はその接続方向がこの実施例５におい
ては、反対である。また、燃焼状態検知回路は実施例２
の回路を用い、点火用コイルに関しても、そのコイル極
性は実施例１の回路を用いた実施例４のそれとは、逆極
性とする。
施例の燃焼状態検知回路の接続方法を示す。図１３にお
いて、４１〜４４、５１〜５４、Ｄ６１〜Ｄ６４、１８
は前述の実施例４のそれと同様であるが、高圧ダイオー
ドＤ６１〜Ｄ６４はその接続方向がこの実施例５におい
ては、反対である。また、燃焼状態検知回路は実施例２
の回路を用い、点火用コイルに関しても、そのコイル極
性は実施例１の回路を用いた実施例４のそれとは、逆極
性とする。
【００６３】図１３の回路図は、図７に示した実施例２
の燃焼状態検知回路を他の点火システムに応用したもの
である。ここで図１３の接続は内燃機関の点火システム
において、高圧放電方式と呼ばれるものである。図１３
の１７は図７の燃焼状態検知回路７に相当する燃焼状態
検知回路である。基本的な動作に関しては、実施例４の
回路接続と同様であるが、点火時に点火プラグに発生す
る高電圧の極性が負であり、イオン電流検出用のシリン
ダへの電圧バイアスも負極性の電圧にて行なうことが、
実施例４と異なる。
の燃焼状態検知回路を他の点火システムに応用したもの
である。ここで図１３の接続は内燃機関の点火システム
において、高圧放電方式と呼ばれるものである。図１３
の１７は図７の燃焼状態検知回路７に相当する燃焼状態
検知回路である。基本的な動作に関しては、実施例４の
回路接続と同様であるが、点火時に点火プラグに発生す
る高電圧の極性が負であり、イオン電流検出用のシリン
ダへの電圧バイアスも負極性の電圧にて行なうことが、
実施例４と異なる。
【００６４】実施例５の回路接続を用いることにより、
点火時の電圧が高く点火効率の高い負極性の電圧による
点火を用いたシステムにおいて、多気筒型のエンジンに
おいても複数気筒のシリンダ内のイオン電流を一つのイ
オン電流検出回路にて検出することができる。
点火時の電圧が高く点火効率の高い負極性の電圧による
点火を用いたシステムにおいて、多気筒型のエンジンに
おいても複数気筒のシリンダ内のイオン電流を一つのイ
オン電流検出回路にて検出することができる。
【００６５】実施例５としては、一例として４気筒エン
ジンへの適用を示したが、気筒数がそれ以下のエンジン
では対応する高圧ダイオードを削除し、また、これより
も多気筒のエンジンにおいては、実施例４に示した方法
と同様に複数のイオン電流検出回路にて検出を行なえば
良い。
ジンへの適用を示したが、気筒数がそれ以下のエンジン
では対応する高圧ダイオードを削除し、また、これより
も多気筒のエンジンにおいては、実施例４に示した方法
と同様に複数のイオン電流検出回路にて検出を行なえば
良い。
【００６６】実施例６．図１４にこの発明の実施例６の
燃焼状態検知回路の接続方法を示す。図１４において、
４１〜４４、５１〜５４は実施例４と同じく多気筒エン
ジンのシリンダと点火プラグである。点火プラグの５
２、５４については高圧ダイオードＤ６１、Ｄ６２のカ
ソードがそれぞれ接続され、高圧ダイオードＤ６１、Ｄ
６２のアノードは共にＰ１にて燃焼状態検知回路２０に
接続される。点火用コイルの二次側２ｈ、２ｊは、それ
ぞれ点火プラグ５１、５２および５３、５４に接続され
る。点火用コイルの一次側２ｇ、２ｉは、それぞれの一
端をバッテリ１に、それぞれの他端はコイル電流スイッ
チング用トランジスタ３１、３２とＰ１２、Ｐ１１にて
燃焼状態検知回路２０に接続される。
燃焼状態検知回路の接続方法を示す。図１４において、
４１〜４４、５１〜５４は実施例４と同じく多気筒エン
ジンのシリンダと点火プラグである。点火プラグの５
２、５４については高圧ダイオードＤ６１、Ｄ６２のカ
ソードがそれぞれ接続され、高圧ダイオードＤ６１、Ｄ
６２のアノードは共にＰ１にて燃焼状態検知回路２０に
接続される。点火用コイルの二次側２ｈ、２ｊは、それ
ぞれ点火プラグ５１、５２および５３、５４に接続され
る。点火用コイルの一次側２ｇ、２ｉは、それぞれの一
端をバッテリ１に、それぞれの他端はコイル電流スイッ
チング用トランジスタ３１、３２とＰ１２、Ｐ１１にて
燃焼状態検知回路２０に接続される。
【００６７】図１４の回路図は、内燃機関の点火システ
ムにおいて、同時着火と呼ばれる点火方式で、圧縮行程
のシリンダと排気行程にあるシリンダを同気筒群として
一つの点火コイルを割り当て同時期に点火コイルの電圧
を供給する。このとき圧縮行程の気筒は、ガソリンの混
合気の燃焼、爆発が生じるが、排気行程にあるシリンダ
では単なる放電が行なわれるに留まる。同時着火方式の
場合、実施例４、５のような高圧配電方式に比べ、ディ
ストリビュータを必要とせず、またシリンダ数の２分の
１の数の点火コイルで済む。なお、このような点火シス
テムにおいては、正極性の放電が行なわれる点火プラグ
と負極性の放電が行なわれる点火プラグが両方存在する
ことになる。
ムにおいて、同時着火と呼ばれる点火方式で、圧縮行程
のシリンダと排気行程にあるシリンダを同気筒群として
一つの点火コイルを割り当て同時期に点火コイルの電圧
を供給する。このとき圧縮行程の気筒は、ガソリンの混
合気の燃焼、爆発が生じるが、排気行程にあるシリンダ
では単なる放電が行なわれるに留まる。同時着火方式の
場合、実施例４、５のような高圧配電方式に比べ、ディ
ストリビュータを必要とせず、またシリンダ数の２分の
１の数の点火コイルで済む。なお、このような点火シス
テムにおいては、正極性の放電が行なわれる点火プラグ
と負極性の放電が行なわれる点火プラグが両方存在する
ことになる。
【００６８】図１４の回路ではイオン電流検出の経路が
点火プラグ毎に異なり、点火プラグ５２では燃焼状態検
知回路２０のＰ１→高圧ダイオードＤ６１→点火プラグ
５２の経路、点火プラグ５４では燃焼状態検知回路２０
のＰ１→高圧ダイオードＤ６２→点火プラグ５４の経路
に流れるイオン電流を検出する。また、点火プラグ５１
では燃焼状態検知回路２０のＰ１→高圧ダイオードＤ６
１→点火用コイル２ｈ→点火プラグ５１の経路、点火プ
ラグ５３では燃焼状態検知回路２０のＰ１→高圧ダイオ
ードＤ６２→点火用コイル２ｊ→点火プラグ５３の経路
に流れるイオン電流を検出し、点火プラグ５２、５４の
イオン電流経路とは点火用コイルを経由するかどうかが
異なる。点火用コイルを経由して電流を検出すると、点
火用コイルのインダクタンスが大きいという特性から、
イオン電流に含まれる高周波電流成分がチョーク効果に
より減少する。実際にはコイルの線間容量等により高周
波成分がある程度通過するため、ノッキング信号検出に
関しては実用的な検出が可能である。
点火プラグ毎に異なり、点火プラグ５２では燃焼状態検
知回路２０のＰ１→高圧ダイオードＤ６１→点火プラグ
５２の経路、点火プラグ５４では燃焼状態検知回路２０
のＰ１→高圧ダイオードＤ６２→点火プラグ５４の経路
に流れるイオン電流を検出する。また、点火プラグ５１
では燃焼状態検知回路２０のＰ１→高圧ダイオードＤ６
１→点火用コイル２ｈ→点火プラグ５１の経路、点火プ
ラグ５３では燃焼状態検知回路２０のＰ１→高圧ダイオ
ードＤ６２→点火用コイル２ｊ→点火プラグ５３の経路
に流れるイオン電流を検出し、点火プラグ５２、５４の
イオン電流経路とは点火用コイルを経由するかどうかが
異なる。点火用コイルを経由して電流を検出すると、点
火用コイルのインダクタンスが大きいという特性から、
イオン電流に含まれる高周波電流成分がチョーク効果に
より減少する。実際にはコイルの線間容量等により高周
波成分がある程度通過するため、ノッキング信号検出に
関しては実用的な検出が可能である。
【００６９】図１５はこの発明の実施例６のバイアス電
圧発生回路を示す回路図である。図１５において、Ｐ１
１は抵抗Ｒ１８、Ｒ１９に、Ｐ１２は抵抗Ｒ２０、２１
に、Ｐ３はツェナーダイオードＺＤ４、ＺＤ５、ＺＤ２
のアノード、コンデンサＣ２に、Ｐ１は抵抗Ｒ４に接続
される。ツェナーダイオードＺＤ４のカソードは抵抗Ｒ
１８、コンデンサＣ１１に、コンデンサＣ１１とＣ１２
の他端はアースに、ツェナーダイオードＺＤ５のカソー
ドは抵抗Ｒ２０、コンデンサＣ１２に、抵抗Ｒ１９、Ｒ
２１の他端はダイオードＤ７、Ｄ８のアノードに、ダイ
オードＤ７、Ｄ８のカソードはコンデンサＣ２およびツ
ェナーダイオードＺＤ２のカソード、抵抗Ｒ４に接続さ
れる。
圧発生回路を示す回路図である。図１５において、Ｐ１
１は抵抗Ｒ１８、Ｒ１９に、Ｐ１２は抵抗Ｒ２０、２１
に、Ｐ３はツェナーダイオードＺＤ４、ＺＤ５、ＺＤ２
のアノード、コンデンサＣ２に、Ｐ１は抵抗Ｒ４に接続
される。ツェナーダイオードＺＤ４のカソードは抵抗Ｒ
１８、コンデンサＣ１１に、コンデンサＣ１１とＣ１２
の他端はアースに、ツェナーダイオードＺＤ５のカソー
ドは抵抗Ｒ２０、コンデンサＣ１２に、抵抗Ｒ１９、Ｒ
２１の他端はダイオードＤ７、Ｄ８のアノードに、ダイ
オードＤ７、Ｄ８のカソードはコンデンサＣ２およびツ
ェナーダイオードＺＤ２のカソード、抵抗Ｒ４に接続さ
れる。
【００７０】図１５の回路は図１４に示した燃焼状態検
知回路２０において、イオン電流検出用のバイアス電圧
を発生させる回路であり、Ｐ１１およびＰ１２の経路か
ら点火用コイルの一次側から電荷の供給を受け、コンデ
ンサＣ２に充電を行なう。コンデンサへの充電に関する
動作およびノイズによる誤検出防止動作に関しては、実
施例１のそれと同様である。
知回路２０において、イオン電流検出用のバイアス電圧
を発生させる回路であり、Ｐ１１およびＰ１２の経路か
ら点火用コイルの一次側から電荷の供給を受け、コンデ
ンサＣ２に充電を行なう。コンデンサへの充電に関する
動作およびノイズによる誤検出防止動作に関しては、実
施例１のそれと同様である。
【００７１】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る内燃機関
用燃焼状態検知装置によれば、イオン電流からノッキン
グの検知を可能とし、ノッキング検知が可能でありなが
ら高精度で安価な内燃機関用燃焼状態検知装置を得るこ
とができるという実用上顕著な効果を奏するものであ
る。
用燃焼状態検知装置によれば、イオン電流からノッキン
グの検知を可能とし、ノッキング検知が可能でありなが
ら高精度で安価な内燃機関用燃焼状態検知装置を得るこ
とができるという実用上顕著な効果を奏するものであ
る。
【００７２】また、この発明に係る内燃機関用燃焼状態
検知装置によれば、エンジン使用回転数の全域でノッキ
ング検知が可能な内燃機関用燃焼状態検知装置を得るこ
とができる。
検知装置によれば、エンジン使用回転数の全域でノッキ
ング検知が可能な内燃機関用燃焼状態検知装置を得るこ
とができる。
【００７３】また、この発明に係る内燃機関用燃焼状態
検知装置によれば、複数の気筒に対しても簡単、安価な
構成でノッキング検知が可能となる内燃機関用燃焼状態
検知装置を得ることができる。
検知装置によれば、複数の気筒に対しても簡単、安価な
構成でノッキング検知が可能となる内燃機関用燃焼状態
検知装置を得ることができる。
【００７４】また、この発明に係る内燃機関用燃焼状態
検知装置によれば、何等構成を複雑化すること無くノッ
キング検知と失火判定の双方の検知機能を兼ね備えた内
燃機関用燃焼状態検知装置を得ることができる。
検知装置によれば、何等構成を複雑化すること無くノッ
キング検知と失火判定の双方の検知機能を兼ね備えた内
燃機関用燃焼状態検知装置を得ることができる。
【図１】 この発明の実施例１の燃焼状態検知回路を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２】 この発明の実施例１のバイアス電圧発生回路
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図３】 この発明の実施例１のイオン電流−電圧変換
回路を示す回路図である。
回路を示す回路図である。
【図４】 この発明の実施例１の検知期間設定回路を示
す回路図である。
す回路図である。
【図５】 この発明の実施例１のマスク回路を示す回路
図である。
図である。
【図６】 この発明の実施例１の交流成分検出回路を示
す回路図である。
す回路図である。
【図７】 この発明の実施例２の燃焼状態検知回路を示
す構成図である。
す構成図である。
【図８】 この発明の実施例２のバイアス電圧発生回路
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図９】 この発明の実施例２イオン電流−電圧変換回
路を示す回路図である。
路を示す回路図である。
【図１０】 この発明の実施例２の検知期間設定回路を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図１１】 この発明の実施例３のバイアス電圧発生回
路を示す回路図である。
路を示す回路図である。
【図１２】 この発明の実施例４の燃焼状態検知回路接
続方法を示す構成図である。
続方法を示す構成図である。
【図１３】 この発明の実施例５の燃焼状態検知回路接
続方法を示す構成図である。
続方法を示す構成図である。
【図１４】 この発明の実施例６の燃焼状態検知回路接
続方法を示す構成図である。
続方法を示す構成図である。
【図１５】 この発明の実施例６のバイアス電圧発生回
路を示す回路図である。
路を示す回路図である。
【図１６】 従来のイオン電流ー電圧変換手段の出力信
号を示す波形図である。
号を示す波形図である。
【図１７】 この発明の実施例のイオン電流−電圧変換
手段の出力信号を示す波形図である。
手段の出力信号を示す波形図である。
【図１８】 一次電流とイオン電流との相関関係を示す
波形図である。
波形図である。
１：バッテリ、２ａ：一次巻線（点火コイル）、２ｂ：
二次巻線（点火コイル）、３：トランジスタ、４：シリ
ンダ、５：点火プラグ、Ｄ６：高圧ダイオード、７：燃
焼状態検知回路、８：バイアス電圧発生回路、９：イオ
ン電流−電圧変換回路、１０：検知期間設定回路、１
１：マスク回路、１２：交流成分検出回路、１３：イン
バータ回路、１４：バイアス電圧発生回路、１５：イオ
ン電流−電圧変換回路、１６：検知期間設定回路、１
７：燃焼状態検知回路、１８：ディストリビュータ、１
９：バイアス電圧発生回路、２０：燃焼状態検知回路。
二次巻線（点火コイル）、３：トランジスタ、４：シリ
ンダ、５：点火プラグ、Ｄ６：高圧ダイオード、７：燃
焼状態検知回路、８：バイアス電圧発生回路、９：イオ
ン電流−電圧変換回路、１０：検知期間設定回路、１
１：マスク回路、１２：交流成分検出回路、１３：イン
バータ回路、１４：バイアス電圧発生回路、１５：イオ
ン電流−電圧変換回路、１６：検知期間設定回路、１
７：燃焼状態検知回路、１８：ディストリビュータ、１
９：バイアス電圧発生回路、２０：燃焼状態検知回路。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭51−71401（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−133641（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−221730（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−24832（ＪＰ，Ａ)
実開 昭59−60551（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01M 15/00
F02P 17/12
G01N 27/68
Claims (3)
- 【請求項１】 内燃機関の気筒に設置された点火プラグ
にバイアス電圧を印加するバイアス電圧発生手段と、こ
のバイアス電圧に基づいて生じるイオン電流を電圧に変
換するイオン電流−電圧変換手段と、このイオン電流−
電圧変換手段の信号を受けパルス状の信号を低減もしく
は除去せしめるフィルタ手段を有し、この出力信号に基
づき所定の燃焼状態検知期間を規定する検知期間設定手
段と、上記イオン電流−電圧変換手段の出力信号から上
記検知期間中における特定周波数領域の交流成分を検出
する交流成分検出手段とを備え、上記イオン電流−電圧
変換手段は少なくとも上記交流成分検出手段に供給され
る上記出力信号のゲインを、イオン電流の低周波成分の
値に応じて可変とした内燃機関用燃焼状態検知装置。 - 【請求項２】 内燃機関の気筒に設置された点火プラグ
にバイアス電圧を印加するバイアス電圧発生手段と、こ
のバイアス電圧に基づいて生じるイオン電流を電圧に変
換するイオン電流−電圧変換手段と、このイオン電流−
電圧変換手段の信号を受けパルス状の信号を低減もしく
は除去せしめるフィルタ手段を有し、この出力信号に基
づき所定の燃焼状態検知期間を規定する検知期間設定手
段と、上記イオン電流−電圧変換手段の出力信号から上
記検知期間中における特定周波数領域の交流成分を検出
する交流成分検出手段とを備え、上記検知期間設定手段
は上記フィルタ手段出力信号が所定値以上である期間を
検出して燃焼状態検知期間を規定するとともに、上記フ
ィルタ出力信号が上記所定値以上となるか否かに基づき
失火判定信号をも出力する内燃機関用燃焼状態検知装
置。 - 【請求項３】 上記イオン電流−電圧変換手段は各々異
なる気筒もしくは気筒群に対応し複数設けられたことを
特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の
内燃機関用燃焼状態検知装置。
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|---|---|---|---|
| JP16386995A JP3477923B2 (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 内燃機関用燃焼状態検知装置 |
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|---|---|
| JPH0915101A JPH0915101A (ja) | 1997-01-17 |
| JP3477923B2 true JP3477923B2 (ja) | 2003-12-10 |
Family
ID=15782324
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