JP3593457B2 - 内燃機関の点火二次回路用センサ、点火・燃焼検出装置、及びプレイグニッション検出装置 - Google Patents
内燃機関の点火二次回路用センサ、点火・燃焼検出装置、及びプレイグニッション検出装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の点火装置の二次回路に設けられて、点火プラグの火花放電時に流れる点火電流及び燃料の燃焼時に流れるイオン電流を共に検出可能な点火二次回路用センサ、このセンサを用いて内燃機関の点火時期と燃焼時期とを検出する点火・燃焼検出装置、及び点火・燃焼検出装置による検出結果から内燃機関のプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の点火二次回路用センサとして、例えば、図５に例示するように、点火装置８０から点火プラグ８２に至る高電圧経路８４に一端（図ではアノード）が接続されたダイオード８６と、このダイオード８６の高電圧経路８４とは反対側（図ではカソード側）の経路を高電圧経路８４に接近させて高電圧経路８４と容量結合させる容量結合部８８とから構成されたものが知られている（特開平４−３０８３６２号公報参照）。
【０００３】
このセンサは、点火プラグ８２の火花放電時に高電圧経路８４を通って点火プラグ８２側から点火装置８０側に流れる点火電流と、燃料の燃焼時に発生するイオンによって点火プラグ８２の放電電極間に流れるイオン電流とを、一つのセンサで検出できるようにしたものである。
【０００４】
即ち、点火プラグ８２が設けられる内燃機関の気筒内で燃料が燃焼すると、イオンが発生し、このイオンにより点火プラグ８２の放電電極間の抵抗が小さくなって、電流（イオン電流）が流れ易くなることから、上記センサは、ダイオード８６の高電圧経路８４とは反対側（カソード側）に接続した検出装置９０から、ダイオード８６を介して、点火プラグ８２に高電圧（この場合、負電圧）を印加することで、燃料燃焼時に、点火プラグ８２から検出装置９０側にイオン電流が流れ込むようにし、そのイオン電流を検出装置９０側で検出することにより、内燃機関の燃焼状態を検出できるようにしている。
【０００５】
また、上記センサは、ダイオード８６の高電圧経路８４とは反対側（カソード側）の経路（検出用経路）を、容量結合部８８を介して、高電圧経路８４と容量結合することにより、点火装置８０から点火プラグ８２に点火用の高電圧（この場合、負電圧）が印加されて点火プラグ８２の放電電極間に火花放電が生じた際に、高電圧経路８２に流れる点火電流によって容量結合部８８に誘導起電力が発生し、容量結合部８８を介して検出装置９０から高電圧経路８４側に電流が流れ出し、検出装置９０側では、この電流から内燃機関の点火時期を検出できるようにしている。
【０００６】
そして、このように構成された従来の点火二次回路用センサによれば、点火プラグ８２の火花放電時に流れる点火電流（点火時期）と、燃料燃焼時に流れるイオン電流とを、一つのセンサで検出することができることから、内燃機関の失火やプレイグニッション等をセンサ一つで簡単に検出できるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の点火二次回路用センサでは、イオン電流に加えて、高電圧経路８４に流れる点火電流を検出できるようにするために、検出装置９０に接続される検出用経路と点火二次回路の高電圧経路とをそのまま近付けて容量結合させていることから、点火プラグ８２の火花放電後には、高電圧経路８４に点火方向とは逆方向に流れ、この逆方向電流が、容量結合部８８を介して検出装置９０に流れ込み、検出装置９０側で、この電流をイオン電流と誤判定してしまうことがある。
【０００８】
つまり、点火プラグ８２の火花放電時には、高電圧経路８４に点火プラグ８２から点火装置８０側へと点火電流が流れるが、その後、高電圧経路８４には、点火コイルに蓄積されたエネルギにより、点火電流とは逆方向に電流が流れ、その後は、二次コイルに蓄積されたエネルギが放出されるまで、点火方向及び逆方向に交互に電流が流れることから、検出装置９０側では、高電圧経路８４に点火方向とは逆方向に流れた電流をイオン電流と誤判定してしまうのである。
【０００９】
また、検出装置９０には、容量結合部８８を介して、点火装置８０の二次回路側で生じたノイズ等も入力されることから、このノイズによって、点火時期やイオン電流を誤検出してしまうこともある。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、点火プラグの火花放電時に流れる点火電流と燃料燃焼時に流れるイオン電流とを一つのセンサで検出できるようにした点火二次回路用センサにおいて、点火二次回路で生じたノイズや、火花放電後に流れる逆方向電流に影響されることなく、点火電流及びイオン電流を正確に検出できるようにし、延いては、このセンサを用いて、内燃機関のプレイグニッション等を正確に検出できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の点火二次回路用センサは、点火二次回路の高電圧経路に直列に接続される点火用経路と、イオン電流を検出するための検出用経路とから構成され、点火用経路には、その経路を流れる点火電流の電流方向を一方向に規制する複数の逆流防止ダイオードが設けられる。また、検出用経路には、前述した従来のセンサ（図５）と同様、イオン電流を流すための電流検出ダイオードが設けられるが、この電流検出ダイオードは、点火用経路において点火プラグ側に配置された逆流防止ダイオードの点火プラグ側電極に対して、この電極と同極性の電極が接続されるように（換言すれば、アノード同士又はカソード同士が接続されるように）、検出用経路に配置され、更に、この検出用経路の内、電流検出ダイオードの逆流防止ダイオードとは反対側の電極に接続される経路（つまり、電流検出ダイオードの点火用経路とは反対側の検出用経路）は、点火用経路において２つの逆流防止ダイオード同士を接続する経路と容量結合される。
【００１１】
このため、本発明の点火二次回路用センサによれば、前述した従来のセンサと同様、検出用経路において、点火用経路との容量結合部の電流検出ダイオードとは反対側の端部（換言すれば検出用経路の開放端部）を、検出装置に接続し、検出装置から検出用経路にイオン電流検出用の高電圧を印加するようにすれば、燃料燃焼時には、点火プラグの周囲に生じたイオンによって、検出用経路にイオン電流が流れることになる。従って、検出装置側でこのイオン電流を検出するようにすれば、内燃機関の燃焼状態を検出することができる。
【００１２】
また、内燃機関の点火装置から点火プラグに点火用高電圧が印加されて、点火用経路に点火電流が流れる点火プラグの火花放電時には、容量結合部を介して点火用経路に電圧が誘起される。従って、上記のように検出用経路の開放端部を検出装置に接続し、この検出装置において、容量結合部に誘起された電圧により検出装置から流れ出す（或いは流れ込む）電流を検出するようにすれば、点火時期を検出できる。
【００１３】
また、点火用経路の容量結合部両側には、逆流防止ダイオードが配置されることから、点火プラグの火花放電後に点火用経路に点火電流とは逆方向の電流が流れ、この電流によって検出装置にイオン電流と同方向の電流が流れることはない。また、このように点火用経路に逆流防止ダイオードが設けられることから、内燃機関の点火二次回路で生じたノイズが検出用経路に重畳されるのも抑制できる。従って、本発明の点火二次回路用センサによれば、検出用経路に接続された検出装置側での点火時期とイオン電流との検出精度を向上できる。
【００１４】
ここで、本発明の点火二次回路用センサは、点火電流が流れる点火用経路と、イオン電流を流すための高電圧が印加される検出用経路とから構成されることから、これら各経路を保護するために、請求項２に記載のように、これら経路全体を絶縁性樹脂でモールドすることが望ましい。そして、このモールドに使用する絶縁性樹脂には、１５ｋＶ／ｍｍ以上の耐電圧を有する絶縁性樹脂を使用することが望ましい。
【００１５】
また、一般的なガソリンエンジンの場合、火花放電時に点火プラグに印加される点火用高電圧が十数ｋＶ程度であり、検出用経路に接続された検出装置側で、点火電流を抵抗（例えば図２に示す抵抗Ｒ３）を用いて数Ｖの点火信号電圧として検出できるようにするために、点火用経路と検出用経路との容量結合部の容量は、０．２ｐＦ以上とし、その耐圧は、３０ｋＶ以上にすることが望ましい。
【００１６】
そして、こうした条件を満足できれば、点火用経路と検出用経路との容量結合部は、請求項３に記載のように、これら各経路を構成する導線同士を単に接近させるようにしてもよく、或いは、請求項４に記載のように、これら各経路を構成する導線に導電性の金属平板を夫々接続し、これら各金属平板を略平行に配置するようにしてもよい。
【００１７】
また、検出用経路に設ける電流検出ダイオードとしては、火花放電時に点火プラグに印加される点火用高電圧に耐え得る必要があることから、高耐圧のダイオード一個で構成してもよいが、高耐圧のダイオードは高価であることから、請求項５に記載のように、複数のダイオードを同方向に直列に接続することにより、電流検出ダイオードを構成してもよい。
【００１８】
但し、この場合にも、電流検出ダイオードを構成する全てのダイオードを、点火用経路に容量結合される検出用経路の容量結合部よりも点火用経路側（換言すれば点火プラグ側）に配置する必要はある。これは、検出用経路の容量結合部よりも検出装置側にダイオードを配置すると、点火用経路に点火電流が流れ、容量結合部を介して検出用経路に電圧が誘起されても、このダイオードによって、検出装置側に流れる電流が阻止されてしまうからである。
【００１９】
次に、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５いずれか記載の点火二次回路用センサを用いて、点火プラグに点火電流が流れる点火時期とイオン電流が流れる燃焼時期とを検出する内燃機関の点火・燃焼検出装置に関するものである。
【００２０】
そして、この装置は、点火用経路に容量結合された検出用経路の容量結合部の電流検出ダイオードとは反対側端部（つまり、検出用経路の開放端部）に一端が接続された電荷蓄積用コンデンサと、電荷蓄積用コンデンサに検出用経路を介して点火プラグにイオン電流を流すための電荷を充電する充電回路と、電荷蓄積用コンデンサの検出用経路とは反対側にアノード及びカソードが夫々接続された一対のダイオードと、これら各ダイオードの他端に接続され、その接続点の電圧変化から点火電流及びイオン電流を各々検出する点火電流検出回路及びイオン電流検出回路とを備える。
【００２１】
即ち、本発明（請求項１〜請求項５）の点火二次回路用センサにおいては、イオン電流検出用の電圧を印加することによって検出用電流に流れるイオン電流と、点火電流により容量結合部を介して誘起される電圧により検出用電流に流れる電流とは、電流方向が異なる。そこで、本発明の点火・燃焼検出装置においては、検出用経路の開放端部に接続された電荷蓄積用コンデンサに、充電回路を介して、イオン電流を流すための電荷を充電しておき、イオン電流が流れた際に生じる電荷蓄積用コンデンサの他端の電圧変化を一方のダイオードを介して検出し、逆に、点火電流が流れた際に生じる電荷蓄積用コンデンサの他端の電圧変化を他方のダイオードを介して検出するようにしているのである。
【００２２】
このため、本発明によれば、点火電流とイオン電流とを、これら各ダイオードに接続された点火電流検出回路及びイオン電流検出回路にて各々正確に検出することができるようになり、内燃機関の失火検出やプレイグニッション検出を簡単且つ正確に行うことができるようになる。
【００２３】
つまり、例えば、上記各電流検出回路の検出結果から、点火電流検出後のイオン電流の検出の有・無を判定するようにすれば、失火を簡単に検出することができ、点火電流検出前にイオン電流が検出されたか否かを判定するようにすれば、プレイグニッションを簡単に検出することができるようになる。
【００２４】
次に、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の点火・燃焼検出装置を備え、上記各電流検出回路からの検出信号に基づき内燃機関のプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出装置に関するものである。
そして、この装置では、判定回路が、点火電流検出回路にて点火電流が検出される点火時期に同期して、点火時期よりも前にイオン電流検出回路にてイオン電流が検出されたか否かを判定し、この判定回路にて、点火時期よりも前にイオン電流が検出されたと判定されたときに、内燃機関にプレイグニッションが発生したとして検出信号を出力するようにされている。
【００２５】
従って、請求項７に記載のプレイグニッション検出装置によれば、内燃機関のプレイグニッションを簡単に且つ正確に検出することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、両極性ディストリビュータレス型点火装置を備えた６気筒４サイクルエンジンに本発明を適用した点火システム全体の構成を表わしている。
【００２７】
図１に示す如く、本実施例の点火システムは、両極性ディストリビュータレス型であるため、エンジンＥＧの各気筒＃１〜＃６に設けられた点火プラグ１１，１２，１３，１４，１５，１６のうち、点火時期がエンジンＥＧの１回転（３６０℃Ａ）毎に異なる第１気筒＃１と第６気筒＃６、第５気筒＃５と第２気筒＃２、及び第３気筒＃３と第４気筒＃４に夫々設けられた一対の点火プラグ１１と１２、１３と１４、及び１５と１６に対して、各々、同時に正・負の点火用高電圧を印加するための３個の点火コイル２１（点火プラグ１１，１２用），２２（点火プラグ１３，１４用）、２３（点火プラグ１５，１６用）を備えている。
【００２８】
そして、各点火コイル２１〜２３の一次巻線Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３の一端は、夫々、負極端子が接地されたバッテリＢＴの正極端子に接続され、一次巻線Ｍ１１〜Ｍ１３の他端は、夫々、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタからなるパワートランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３のコレクタに接続されている。そして、これら各パワートランジスタＴＲ１〜ＴＲ３は、エンジン制御装置１０からエンジンＥＧの回転に同期して出力される点火信号によりＯＮ・ＯＦＦされる。
【００２９】
また、各点火コイル２１〜２３の二次巻線Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２３の両端には、各気筒点火用の高電圧経路となるハイテンションコード３１、３２、３３、３４、３５、３６を介して、対応する一対の点火プラグ１１〜１６の中心電極が夫々接続されている。そして、ハイテンションコード３１〜３６には、本発明にかかわる主要部である点火二次回路用センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６が夫々設けられている。
【００３０】
尚、点火二次回路用センサＳ１〜Ｓ６は、点火プラグ１１〜１６に流れる点火電流及びイオン電流を検出するためのものであり、これら各電流検出用の端子が、プレイグニッションテスタ４０に接続されて、内燃機関各気筒＃１〜＃６で発生したプレイグニッションを各々検出するのに使用される。
【００３１】
また、プレイグニッションテスタ４０は、エンジンＥＧの調整時等に、点火二次回路用センサＳ１〜Ｓ６を用いて、エンジンＥＧの各気筒＃１〜＃６に発生するプレイグニッションを検出するためのものであり、プレイグニッションテスタ４０による検出結果は、プレイグニッションが発生しないようにエンジン制御装置１０等によるエンジンＥＧの運転特性を調整するのに使用される。
【００３２】
次に、点火二次回路用センサＳ１〜Ｓ６及びプレイグニッションテスタ４０の構成を、パワートランジスタＴＲ１のターンオフ時に点火コイル２１の二次巻線Ｍ２１の一方の端部に発生した負の点火用高電圧を点火プラグ１１の中心電極に印加することにより第１気筒＃１の点火プラグ１１を火花放電させるハイテンションコード３１に設けられた点火二次回路用センサ（以下、単にセンサという）Ｓ１、及び、このセンサＳ１を用いて第１気筒＃１で発生したプレイグニッションを検出するプレイグニッションテスタ４０側の第１気筒用検出回路４１を例に採り説明する。
【００３３】
図２に示す如く、センサＳ１は、ハイテンションコード３１に直列に接続されて点火電流を流すための点火用経路５２と、この点火用経路５２の点火プラグ１１側端部に接続されて、第１気筒用検出回路４１側に引き出される検出用経路５４とから構成される。
【００３４】
そして、点火用経路５２には、点火コイル２１から出力される負の点火用高電圧によって点火プラグ１１側から点火コイル２１側に点火電流が流れるのを許容し、この点火電流とは逆方向に電流が流れるのを阻止する２個の逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂが、点火コイル２１側をカソード、点火プラグ１１側をアノードとして、直列に設けられている。また、検出用経路５４には、逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂと同様に、点火プラグ１１側をアノードとして、２個の電流検出ダイオード５４ａ，５４ｂが直列に設けられている。
【００３５】
また、点火用経路５２側で２個の逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂ同士を接続している経路と、検出用経路５４の電流検出ダイオード５４ａ，５４ｂよりも第１気筒用検出回路４１側の経路とは、これら各経路を構成する導線に設けられた導電性の金属平板５２ｃ，５４ｃを互いに平行配置することにより、容量結合されている。そして、このように容量結合されたセンサＳ１の容量結合部５６、及び、上記各ダイオード５２ａ，５２ｂ、５４ａ，５４ｂが設けられた各経路５２，５４は、絶縁性樹脂にてモールドされ、一体化されている。
【００３６】
次に、第１気筒用検出回路４１には、一端がセンサＳ１の検出用経路５４に接続された電荷蓄積用のコンデンサＣ１が備えられ、このコンデンサＣ１と検出用経路５４との接続点には、抵抗Ｒ１を介して、コンデンサＣ１に、イオン電流検出用の負の高電圧（例えば、接地電位を基準とする−３００Ｖ）を印加し、コンデンサＣ１を充電する充電回路６２が設けられている。
【００３７】
また、コンデンサＣ１の他端には、カソードが抵抗Ｒ２を介して接地されたダイオードＤ１のアノードと、アノードが抵抗Ｒ３を介して接地されたダイオードＤ２のカソードが夫々接続されている。これら各ダイオードＤ１，Ｄ２は、点火プラグ１１に点火電流及びイオン電流が流れた際に、コンデンサＣ１のセンサＳ１側のａ点の電位が変化するのを利用して、点火電流及びイオン電流を検出するためのものである。
【００３８】
つまり、コンデンサＣ１のセンサＳ１側の電位ａは、図３に示すように、点火プラグ１１にイオン電流が流れたときには上昇し、点火プラグ１１に点火電流が流れたときには下降し、コンデンサＣ１の各ダイオードＤ１，Ｄ２側の電位もそれに応じて変化することから、この電位の変化に応じて、点火プラグ１１にイオン電流が流れた際にはダイオードＤ１に電流が流れ、点火プラグ１１に点火電流が流れた際にはダイオードＤ２に電流が流れる。このため、各ダイオードＤ１，Ｄ２のコンデンサＣ１とは反対側の電位は、夫々、イオン電流及び点火電流に応じて変化することになり、第１気筒用検出回路４１では、各ダイオードＤ１，Ｄ２のコンデンサＣ１とは反対側の電位変化から、イオン電流及び点火電流を検出できるようにしているのである。
【００３９】
そして、このように点火電流を検出するために、ダイオードＤ２のアノードには、コンデンサＣ２を介して、バイアス電圧Ｖ１（例えば１０Ｖ）が印加されたコンパレータ６４の正極側（＋）入力端子に接続されている。この結果、コンパレータ６４の＋入力端子には、通常時にはバイアス電圧Ｖ１となり、点火プラグ１１に点火電流が流れたときにだけバイアス電圧Ｖ１から急峻に低下する、点火信号ｂが入力されることになる（図３参照）。
【００４０】
また、コンパレータ６４の負極側（−）入力端子には、判定電圧生成回路６６から、点火信号の入力を判定するための判定電圧ＶＴ１（例えば５Ｖ）が印加されている。このため、コンパレータ６４の出力端子からは、点火プラグ１１に点火電流が流れて点火プラグ１１が火花放電した際に、一時的にＬｏｗ レベルとなる点火検出信号ｃが出力されることになる（図３参照）。
【００４１】
また、このようにコンパレータ６４から出力される点火検出信号は、マスク処理回路６８に入力される。マスク処理回路６８は、前回点火検出信号が入力されてから今回点火検出信号が入力されるまでの時間から、点火プラグ１１の火花放電の１周期を求め、その周期に基づき、今回点火検出信号が入力されてから次に点火検出信号が入力される前にイオン電流が流れたか否か（換言すればプレイグニッションが発生したか否か）を判定する判定領域を設定するためのマスク信号を出力する。
【００４２】
つまり、本実施例の点火システムは両極性ディストリビュータレス型であることから、点火プラグ１１の火花放電の２回に１回の割で第１気筒＃１内で燃料が燃焼し、点火プラグ１１にイオン電流が流れることになるが、プレイグニッションの検出には、点火プラグ１１に点火電流が流れた後のイオン電流を検出する必要はなく、点火電流が流れる前にイオン電流を検出すればよい。
【００４３】
そこで、本実施例では、マスク処理回路６８を用いて、今回点火検出信号が入力されてから、次に点火検出信号が入力されるまでの間に、イオン電流からプレイグニッションを検出すべき領域を設定し、この領域までイオン電流の検出信号の取り込みを禁止するマスク信号ｄを生成するのである（図３参照）。
【００４４】
一方、ダイオードＤ１のカソードには、イオン電流を検出するために、イオン電流処理回路７０が接続されている。イオン電流処理回路７０は、ダイオードＤ１に電流が流れて、そのカソード側電位が上昇した際、その電位上昇分に、バイアス電圧Ｖ２（例えば６Ｖ）を加算した信号を、イオン電流の検出信号ｅとして生成する（図３参照）。尚、イオン電流処理回路７０は所謂加算回路から構成されるが、その出力の上限は、リミッタ回路によって制限される。
【００４５】
また、イオン電流処理回路７０からの検出信号ｅは、マスク処理回路６８にて生成されたマスク信号ｄと共に波形整形回路７２に入力される。波形整形回路７２は、マスク処理回路６８にて生成されたマスク信号が入力されていないとき（つまりマスク信号がＬｏｗ レベルであるとき）に、イオン電流処理回路７０からの検出信号ｅをそのまま出力し、マスク処理回路６８にて生成されたマスク信号が入力されているとき（つまりマスク信号がＨｉｇｈレベルであるとき）には、出力を接地電位に保持して、検出信号ｅの出力を停止するようにされている。
【００４６】
この結果、波形整形回路７２からは、点火プラグ１１に点火電流が流れる前の所定期間だけ、検出信号ｅが出力されることになり（図３に示すｆ点の信号参照）、その出力信号ｆは、点火プラグ１１に点火電流が流れる前にイオン電流が流れていない場合（つまりプレイグニッションが発生していない場合）には、バイアス電圧Ｖ２に対応した信号レベルの矩形波となり、点火プラグ１１に点火電流が流れる前にイオン電流が流れた場合（つまりプレイグニッションが発生した場合）には、その矩形波にイオン電流に対応した電圧が重畳された信号波形となる（図３参照）。そして、波形整形回路７２からの出力信号ｆは、波形出力回路７４を介して、オシロスコープ等の外部のモニタ装置に出力されると共に、プレイグニッション判別回路７６に入力される。
【００４７】
次に、プレイグニッション判別回路７６では、波形整形回路７２からの出力信号ｆと、予めバイアス電圧Ｖ２よりも大きい値に設定されたプレイグニッション判定用の判定電圧ＶＴ２とを比較し、イオン電流検出信号がこの判定電圧ＶＴ２を越えると、第１気筒＃１にプレイグニッションが発生したと判断して、その旨を表すプレイグニッション検出信号を、ブザー７８及びカウンタ７９に出力する。
【００４８】
この結果、第１気筒＃１にプレイグニッションが発生した場合には、ブザー７８からその旨を表す警報音が出力されると同時に、カウンタ７９にて、プレイグニッションの発生回数がカウントされることになる。
以上説明したように、本実施例では、点火二次回路用センサＳ１を、一対の逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂを備えた点火用経路５２と、点火プラグ１１に点火電流と同方向のイオン電流が流れるように電流検出ダイオード５４ａ，５４ｂが設けられた検出用経路５４とから構成し、しかも、点火用経路５２の逆流防止ダイオード５２ａ−５２ｂ間と、検出用経路５４の開放端側とを容量結合することにより、第１気筒用検出回路４１側で、第１気筒用検出回路４１からセンサＳ１側に流れ込む電流にて点火電流を検出し、センサＳ１側から第１気筒用検出回路４１に流れ込む電流にてイオン電流を検出できるようにされている。
【００４９】
このため、第１気筒用検出回路４１側では、一対のダイオードＤ１，Ｄ２を用いて、点火プラグ１１に流れた点火電流及びイオン電流を各々検出することができるようになり、各電流の検出時期から、プレイグニッションの発生を簡単に判定することができるようになる。
【００５０】
そして、特に本実施例では、点火用経路５２の容量結合部５６の両側に逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂを設け、点火用経路５２に点火電流とは逆方向に電流が流れるのを防止するようにしているので、この逆方向電流によって、センサＳ１から第１気筒用検出回路４１側にイオン電流と同方向の電流が流れ込むのを防止でき、第１気筒用検出回路４１側で、イオン電流，延いては第１気筒での燃料の燃焼が誤検出されるのを防止し、イオン電流の検出精度を高めることができる。
【００５１】
尚、本実施例では、点火コイル２１の二次巻線Ｍ２１に発生した負の点火用高電圧を第１気筒＃１の点火プラグ１１に印加する高電圧経路（ハイテンションコード３１）に設けられた点火二次回路用センサＳ１と、このセンサＳ１を用いて第１気筒＃１のプレイグニッションを検出する第１気筒用検出回路４１の例に採とり、本発明にかかわる主要部の構成を説明したが、他の点火二次回路用センサＳ２〜Ｓ６及びこれに対応したプレイグニッションテスタ４０内の各気筒用検出回路についても、上記センサＳ１と第１気筒用検出回路４１と略同様に構成すればよい。
【００５２】
つまり、点火コイル２２，２３の二次巻線Ｍ２２，Ｍ２３に発生した負の点火用高電圧を、第５気筒＃５及び第３気筒＃３の点火プラグ１３，１５に印加するハイテンションコード３３，３５に設けられる点火二次回路用センサＳ３，Ｓ５と、これら各センサＳ３，Ｓ５を用いて第５気筒＃５及び第３気筒＃３のプレイグニッションを検出するプレイグニッションテスタ４０内の検出回路については、上述のセンサＳ１及び第１気筒用検出回路４１と全く同様に構成すればよい。
【００５３】
一方、点火コイル２１〜２３の二次巻線Ｍ２１〜Ｍ２３に発生した正の点火用高電圧を、第６気筒＃６，第２気筒＃２，及び第４気筒＃４の点火プラグ１２，１４，１６に印加するハイテンションコード３２，３４，３６に設けられる点火二次回路用センサＳ２，Ｓ４，Ｓ６については、各ハイテンションコード３２，３４，３６に流れる点火電流の方向が、ハイテンションコード３１に流れる点火電流とは逆方向になるため、図４（ａ）に示すように、この電流方向に対応して、各センサＳ２，Ｓ４，Ｓ６内のダイオード５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂを、図２に示したセンサＳ１内のダイオード５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂとは逆方向に設けるようにすればよい。
【００５４】
また、これら各センサＳ２，Ｓ４，Ｓ６を用いて上記各気筒＃６，＃２，＃４のプレイグニッションを検出するプレイグニッションテスタ４０内の検出回路については、イオン電流及び点火電流検出用のダイオードＤ１，Ｄ２を、図２に示した第１気筒用検出回路４１とは逆方向に接続し、充電回路６２を、正の高電圧（例えば＋３００Ｖ）を発生するように構成すればよい。
【００５５】
そして、本実施例においては、プレイグニッションテスタ４０内の第１気筒用検出回路４１を初めとする各気筒用検出回路が請求項７に記載のプレイグニッション検出装置に相当し、その検出回路内の、電荷充電用のコンデンサＣ１、充電回路６２、ダイオードＤ１，Ｄ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、コンパレータ６４、判定電圧生成回路６６、及びイオン電流処理回路７０が、請求項６に記載の点火・燃焼検出装置として機能し、マスク処理回路６８、波形整形回路７２、及びプレイグニッション判別回路７６が請求項２に記載の判定回路として機能する。また、点火・燃焼検出装置として機能する上記各部の内、コンパレータ６４が、請求項６に記載の点火電流検出回路として機能し、イオン電流処理回路７０が、請求項６に記載のイオン電流検出回路として機能する。
【００５６】
例えば、上記実施例では、点火二次回路用センサＳ１において、点火用経路５２と検出用経路５４とを容量結合する容量結合部５６を、各経路５２，５４を構成する導線に金属平板５２ｃ，５４ｃを接続し、これら各金属平板５２ｃ，５４ｃを平行配置することにより構成するものとして説明したが、これら各金属平板５２ｃ，５４ｃは、各経路５２，５４を容量結合すればよいため、正確に平行に配置する必要はなく、略平行に配置すればよい。また、その間隔も、容量結合部５６の容量が０．２ｐＦ以上となり、３０ｋＶ以上の耐圧を確保できるように、適宜設定すればよい。
【００５７】
また、容量結合部５６の容量及び耐圧を夫々０．２ｐＦ以上，３０ｋＶ以上にすることができれば、上記各経路５２，５４に金属平板５２ｃ，５４ｃを設ける必要はなく、図４（ｂ）或いは（ｃ）に示すように、上記各経路５２，５４を構成する導線を単に平行配置するだけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の６気筒エンジンの点火システムの全体構成を表わす説明図である。
【図２】図１に示す第１気筒の点火プラグに流れた点火電流及びイオン電流からプレイグニッションを検出するセンサ及び検出回路の構成を表す説明図である。
【図３】図２に示した検出回路の動作を説明するタイムチャートである。
【図４】点火二次回路用センサの他の構成例を表す説明図である。
【図５】従来の点火二次回路用センサの構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
ＥＧ…エンジン、１１〜１６…点火プラグ、２１〜２３…点火コイル、３１〜３６…ハイテンションコード（高電圧経路）、Ｓ１〜Ｓ６…点火二次回路用センサ、４０…プレイグニッションテスタ、４１…第１気筒用検出回路、５２…点火用経路、５４…検出用経路、５２ａ，５２ｂ…逆流防止ダイオード、５４ａ，５４ｂ…電流検出ダイオード、５２ｃ，５４ｃ…金属平板、５６…容量結合部、６２…充電回路、６４…コンパレータ、６６…判定電圧生成回路、６８…マスク処理回路、７０…イオン電流処理回路、７２…波形整形回路、７６…プレイグニッション判別回路、ＢＴ…バッテリ、Ｃ１…コンデンサ（電荷充放電用）、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の点火装置の二次回路に設けられて、点火プラグの火花放電時に流れる点火電流及び燃料の燃焼時に流れるイオン電流を共に検出可能な点火二次回路用センサ、このセンサを用いて内燃機関の点火時期と燃焼時期とを検出する点火・燃焼検出装置、及び点火・燃焼検出装置による検出結果から内燃機関のプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の点火二次回路用センサとして、例えば、図５に例示するように、点火装置８０から点火プラグ８２に至る高電圧経路８４に一端（図ではアノード）が接続されたダイオード８６と、このダイオード８６の高電圧経路８４とは反対側（図ではカソード側）の経路を高電圧経路８４に接近させて高電圧経路８４と容量結合させる容量結合部８８とから構成されたものが知られている（特開平４−３０８３６２号公報参照）。
【０００３】
このセンサは、点火プラグ８２の火花放電時に高電圧経路８４を通って点火プラグ８２側から点火装置８０側に流れる点火電流と、燃料の燃焼時に発生するイオンによって点火プラグ８２の放電電極間に流れるイオン電流とを、一つのセンサで検出できるようにしたものである。
【０００４】
即ち、点火プラグ８２が設けられる内燃機関の気筒内で燃料が燃焼すると、イオンが発生し、このイオンにより点火プラグ８２の放電電極間の抵抗が小さくなって、電流（イオン電流）が流れ易くなることから、上記センサは、ダイオード８６の高電圧経路８４とは反対側（カソード側）に接続した検出装置９０から、ダイオード８６を介して、点火プラグ８２に高電圧（この場合、負電圧）を印加することで、燃料燃焼時に、点火プラグ８２から検出装置９０側にイオン電流が流れ込むようにし、そのイオン電流を検出装置９０側で検出することにより、内燃機関の燃焼状態を検出できるようにしている。
【０００５】
また、上記センサは、ダイオード８６の高電圧経路８４とは反対側（カソード側）の経路（検出用経路）を、容量結合部８８を介して、高電圧経路８４と容量結合することにより、点火装置８０から点火プラグ８２に点火用の高電圧（この場合、負電圧）が印加されて点火プラグ８２の放電電極間に火花放電が生じた際に、高電圧経路８２に流れる点火電流によって容量結合部８８に誘導起電力が発生し、容量結合部８８を介して検出装置９０から高電圧経路８４側に電流が流れ出し、検出装置９０側では、この電流から内燃機関の点火時期を検出できるようにしている。
【０００６】
そして、このように構成された従来の点火二次回路用センサによれば、点火プラグ８２の火花放電時に流れる点火電流（点火時期）と、燃料燃焼時に流れるイオン電流とを、一つのセンサで検出することができることから、内燃機関の失火やプレイグニッション等をセンサ一つで簡単に検出できるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の点火二次回路用センサでは、イオン電流に加えて、高電圧経路８４に流れる点火電流を検出できるようにするために、検出装置９０に接続される検出用経路と点火二次回路の高電圧経路とをそのまま近付けて容量結合させていることから、点火プラグ８２の火花放電後には、高電圧経路８４に点火方向とは逆方向に流れ、この逆方向電流が、容量結合部８８を介して検出装置９０に流れ込み、検出装置９０側で、この電流をイオン電流と誤判定してしまうことがある。
【０００８】
つまり、点火プラグ８２の火花放電時には、高電圧経路８４に点火プラグ８２から点火装置８０側へと点火電流が流れるが、その後、高電圧経路８４には、点火コイルに蓄積されたエネルギにより、点火電流とは逆方向に電流が流れ、その後は、二次コイルに蓄積されたエネルギが放出されるまで、点火方向及び逆方向に交互に電流が流れることから、検出装置９０側では、高電圧経路８４に点火方向とは逆方向に流れた電流をイオン電流と誤判定してしまうのである。
【０００９】
また、検出装置９０には、容量結合部８８を介して、点火装置８０の二次回路側で生じたノイズ等も入力されることから、このノイズによって、点火時期やイオン電流を誤検出してしまうこともある。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、点火プラグの火花放電時に流れる点火電流と燃料燃焼時に流れるイオン電流とを一つのセンサで検出できるようにした点火二次回路用センサにおいて、点火二次回路で生じたノイズや、火花放電後に流れる逆方向電流に影響されることなく、点火電流及びイオン電流を正確に検出できるようにし、延いては、このセンサを用いて、内燃機関のプレイグニッション等を正確に検出できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の点火二次回路用センサは、点火二次回路の高電圧経路に直列に接続される点火用経路と、イオン電流を検出するための検出用経路とから構成され、点火用経路には、その経路を流れる点火電流の電流方向を一方向に規制する複数の逆流防止ダイオードが設けられる。また、検出用経路には、前述した従来のセンサ（図５）と同様、イオン電流を流すための電流検出ダイオードが設けられるが、この電流検出ダイオードは、点火用経路において点火プラグ側に配置された逆流防止ダイオードの点火プラグ側電極に対して、この電極と同極性の電極が接続されるように（換言すれば、アノード同士又はカソード同士が接続されるように）、検出用経路に配置され、更に、この検出用経路の内、電流検出ダイオードの逆流防止ダイオードとは反対側の電極に接続される経路（つまり、電流検出ダイオードの点火用経路とは反対側の検出用経路）は、点火用経路において２つの逆流防止ダイオード同士を接続する経路と容量結合される。
【００１１】
このため、本発明の点火二次回路用センサによれば、前述した従来のセンサと同様、検出用経路において、点火用経路との容量結合部の電流検出ダイオードとは反対側の端部（換言すれば検出用経路の開放端部）を、検出装置に接続し、検出装置から検出用経路にイオン電流検出用の高電圧を印加するようにすれば、燃料燃焼時には、点火プラグの周囲に生じたイオンによって、検出用経路にイオン電流が流れることになる。従って、検出装置側でこのイオン電流を検出するようにすれば、内燃機関の燃焼状態を検出することができる。
【００１２】
また、内燃機関の点火装置から点火プラグに点火用高電圧が印加されて、点火用経路に点火電流が流れる点火プラグの火花放電時には、容量結合部を介して点火用経路に電圧が誘起される。従って、上記のように検出用経路の開放端部を検出装置に接続し、この検出装置において、容量結合部に誘起された電圧により検出装置から流れ出す（或いは流れ込む）電流を検出するようにすれば、点火時期を検出できる。
【００１３】
また、点火用経路の容量結合部両側には、逆流防止ダイオードが配置されることから、点火プラグの火花放電後に点火用経路に点火電流とは逆方向の電流が流れ、この電流によって検出装置にイオン電流と同方向の電流が流れることはない。また、このように点火用経路に逆流防止ダイオードが設けられることから、内燃機関の点火二次回路で生じたノイズが検出用経路に重畳されるのも抑制できる。従って、本発明の点火二次回路用センサによれば、検出用経路に接続された検出装置側での点火時期とイオン電流との検出精度を向上できる。
【００１４】
ここで、本発明の点火二次回路用センサは、点火電流が流れる点火用経路と、イオン電流を流すための高電圧が印加される検出用経路とから構成されることから、これら各経路を保護するために、請求項２に記載のように、これら経路全体を絶縁性樹脂でモールドすることが望ましい。そして、このモールドに使用する絶縁性樹脂には、１５ｋＶ／ｍｍ以上の耐電圧を有する絶縁性樹脂を使用することが望ましい。
【００１５】
また、一般的なガソリンエンジンの場合、火花放電時に点火プラグに印加される点火用高電圧が十数ｋＶ程度であり、検出用経路に接続された検出装置側で、点火電流を抵抗（例えば図２に示す抵抗Ｒ３）を用いて数Ｖの点火信号電圧として検出できるようにするために、点火用経路と検出用経路との容量結合部の容量は、０．２ｐＦ以上とし、その耐圧は、３０ｋＶ以上にすることが望ましい。
【００１６】
そして、こうした条件を満足できれば、点火用経路と検出用経路との容量結合部は、請求項３に記載のように、これら各経路を構成する導線同士を単に接近させるようにしてもよく、或いは、請求項４に記載のように、これら各経路を構成する導線に導電性の金属平板を夫々接続し、これら各金属平板を略平行に配置するようにしてもよい。
【００１７】
また、検出用経路に設ける電流検出ダイオードとしては、火花放電時に点火プラグに印加される点火用高電圧に耐え得る必要があることから、高耐圧のダイオード一個で構成してもよいが、高耐圧のダイオードは高価であることから、請求項５に記載のように、複数のダイオードを同方向に直列に接続することにより、電流検出ダイオードを構成してもよい。
【００１８】
但し、この場合にも、電流検出ダイオードを構成する全てのダイオードを、点火用経路に容量結合される検出用経路の容量結合部よりも点火用経路側（換言すれば点火プラグ側）に配置する必要はある。これは、検出用経路の容量結合部よりも検出装置側にダイオードを配置すると、点火用経路に点火電流が流れ、容量結合部を介して検出用経路に電圧が誘起されても、このダイオードによって、検出装置側に流れる電流が阻止されてしまうからである。
【００１９】
次に、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５いずれか記載の点火二次回路用センサを用いて、点火プラグに点火電流が流れる点火時期とイオン電流が流れる燃焼時期とを検出する内燃機関の点火・燃焼検出装置に関するものである。
【００２０】
そして、この装置は、点火用経路に容量結合された検出用経路の容量結合部の電流検出ダイオードとは反対側端部（つまり、検出用経路の開放端部）に一端が接続された電荷蓄積用コンデンサと、電荷蓄積用コンデンサに検出用経路を介して点火プラグにイオン電流を流すための電荷を充電する充電回路と、電荷蓄積用コンデンサの検出用経路とは反対側にアノード及びカソードが夫々接続された一対のダイオードと、これら各ダイオードの他端に接続され、その接続点の電圧変化から点火電流及びイオン電流を各々検出する点火電流検出回路及びイオン電流検出回路とを備える。
【００２１】
即ち、本発明（請求項１〜請求項５）の点火二次回路用センサにおいては、イオン電流検出用の電圧を印加することによって検出用電流に流れるイオン電流と、点火電流により容量結合部を介して誘起される電圧により検出用電流に流れる電流とは、電流方向が異なる。そこで、本発明の点火・燃焼検出装置においては、検出用経路の開放端部に接続された電荷蓄積用コンデンサに、充電回路を介して、イオン電流を流すための電荷を充電しておき、イオン電流が流れた際に生じる電荷蓄積用コンデンサの他端の電圧変化を一方のダイオードを介して検出し、逆に、点火電流が流れた際に生じる電荷蓄積用コンデンサの他端の電圧変化を他方のダイオードを介して検出するようにしているのである。
【００２２】
このため、本発明によれば、点火電流とイオン電流とを、これら各ダイオードに接続された点火電流検出回路及びイオン電流検出回路にて各々正確に検出することができるようになり、内燃機関の失火検出やプレイグニッション検出を簡単且つ正確に行うことができるようになる。
【００２３】
つまり、例えば、上記各電流検出回路の検出結果から、点火電流検出後のイオン電流の検出の有・無を判定するようにすれば、失火を簡単に検出することができ、点火電流検出前にイオン電流が検出されたか否かを判定するようにすれば、プレイグニッションを簡単に検出することができるようになる。
【００２４】
次に、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の点火・燃焼検出装置を備え、上記各電流検出回路からの検出信号に基づき内燃機関のプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出装置に関するものである。
そして、この装置では、判定回路が、点火電流検出回路にて点火電流が検出される点火時期に同期して、点火時期よりも前にイオン電流検出回路にてイオン電流が検出されたか否かを判定し、この判定回路にて、点火時期よりも前にイオン電流が検出されたと判定されたときに、内燃機関にプレイグニッションが発生したとして検出信号を出力するようにされている。
【００２５】
従って、請求項７に記載のプレイグニッション検出装置によれば、内燃機関のプレイグニッションを簡単に且つ正確に検出することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、両極性ディストリビュータレス型点火装置を備えた６気筒４サイクルエンジンに本発明を適用した点火システム全体の構成を表わしている。
【００２７】
図１に示す如く、本実施例の点火システムは、両極性ディストリビュータレス型であるため、エンジンＥＧの各気筒＃１〜＃６に設けられた点火プラグ１１，１２，１３，１４，１５，１６のうち、点火時期がエンジンＥＧの１回転（３６０℃Ａ）毎に異なる第１気筒＃１と第６気筒＃６、第５気筒＃５と第２気筒＃２、及び第３気筒＃３と第４気筒＃４に夫々設けられた一対の点火プラグ１１と１２、１３と１４、及び１５と１６に対して、各々、同時に正・負の点火用高電圧を印加するための３個の点火コイル２１（点火プラグ１１，１２用），２２（点火プラグ１３，１４用）、２３（点火プラグ１５，１６用）を備えている。
【００２８】
そして、各点火コイル２１〜２３の一次巻線Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３の一端は、夫々、負極端子が接地されたバッテリＢＴの正極端子に接続され、一次巻線Ｍ１１〜Ｍ１３の他端は、夫々、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタからなるパワートランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３のコレクタに接続されている。そして、これら各パワートランジスタＴＲ１〜ＴＲ３は、エンジン制御装置１０からエンジンＥＧの回転に同期して出力される点火信号によりＯＮ・ＯＦＦされる。
【００２９】
また、各点火コイル２１〜２３の二次巻線Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２３の両端には、各気筒点火用の高電圧経路となるハイテンションコード３１、３２、３３、３４、３５、３６を介して、対応する一対の点火プラグ１１〜１６の中心電極が夫々接続されている。そして、ハイテンションコード３１〜３６には、本発明にかかわる主要部である点火二次回路用センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６が夫々設けられている。
【００３０】
尚、点火二次回路用センサＳ１〜Ｓ６は、点火プラグ１１〜１６に流れる点火電流及びイオン電流を検出するためのものであり、これら各電流検出用の端子が、プレイグニッションテスタ４０に接続されて、内燃機関各気筒＃１〜＃６で発生したプレイグニッションを各々検出するのに使用される。
【００３１】
また、プレイグニッションテスタ４０は、エンジンＥＧの調整時等に、点火二次回路用センサＳ１〜Ｓ６を用いて、エンジンＥＧの各気筒＃１〜＃６に発生するプレイグニッションを検出するためのものであり、プレイグニッションテスタ４０による検出結果は、プレイグニッションが発生しないようにエンジン制御装置１０等によるエンジンＥＧの運転特性を調整するのに使用される。
【００３２】
次に、点火二次回路用センサＳ１〜Ｓ６及びプレイグニッションテスタ４０の構成を、パワートランジスタＴＲ１のターンオフ時に点火コイル２１の二次巻線Ｍ２１の一方の端部に発生した負の点火用高電圧を点火プラグ１１の中心電極に印加することにより第１気筒＃１の点火プラグ１１を火花放電させるハイテンションコード３１に設けられた点火二次回路用センサ（以下、単にセンサという）Ｓ１、及び、このセンサＳ１を用いて第１気筒＃１で発生したプレイグニッションを検出するプレイグニッションテスタ４０側の第１気筒用検出回路４１を例に採り説明する。
【００３３】
図２に示す如く、センサＳ１は、ハイテンションコード３１に直列に接続されて点火電流を流すための点火用経路５２と、この点火用経路５２の点火プラグ１１側端部に接続されて、第１気筒用検出回路４１側に引き出される検出用経路５４とから構成される。
【００３４】
そして、点火用経路５２には、点火コイル２１から出力される負の点火用高電圧によって点火プラグ１１側から点火コイル２１側に点火電流が流れるのを許容し、この点火電流とは逆方向に電流が流れるのを阻止する２個の逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂが、点火コイル２１側をカソード、点火プラグ１１側をアノードとして、直列に設けられている。また、検出用経路５４には、逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂと同様に、点火プラグ１１側をアノードとして、２個の電流検出ダイオード５４ａ，５４ｂが直列に設けられている。
【００３５】
また、点火用経路５２側で２個の逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂ同士を接続している経路と、検出用経路５４の電流検出ダイオード５４ａ，５４ｂよりも第１気筒用検出回路４１側の経路とは、これら各経路を構成する導線に設けられた導電性の金属平板５２ｃ，５４ｃを互いに平行配置することにより、容量結合されている。そして、このように容量結合されたセンサＳ１の容量結合部５６、及び、上記各ダイオード５２ａ，５２ｂ、５４ａ，５４ｂが設けられた各経路５２，５４は、絶縁性樹脂にてモールドされ、一体化されている。
【００３６】
次に、第１気筒用検出回路４１には、一端がセンサＳ１の検出用経路５４に接続された電荷蓄積用のコンデンサＣ１が備えられ、このコンデンサＣ１と検出用経路５４との接続点には、抵抗Ｒ１を介して、コンデンサＣ１に、イオン電流検出用の負の高電圧（例えば、接地電位を基準とする−３００Ｖ）を印加し、コンデンサＣ１を充電する充電回路６２が設けられている。
【００３７】
また、コンデンサＣ１の他端には、カソードが抵抗Ｒ２を介して接地されたダイオードＤ１のアノードと、アノードが抵抗Ｒ３を介して接地されたダイオードＤ２のカソードが夫々接続されている。これら各ダイオードＤ１，Ｄ２は、点火プラグ１１に点火電流及びイオン電流が流れた際に、コンデンサＣ１のセンサＳ１側のａ点の電位が変化するのを利用して、点火電流及びイオン電流を検出するためのものである。
【００３８】
つまり、コンデンサＣ１のセンサＳ１側の電位ａは、図３に示すように、点火プラグ１１にイオン電流が流れたときには上昇し、点火プラグ１１に点火電流が流れたときには下降し、コンデンサＣ１の各ダイオードＤ１，Ｄ２側の電位もそれに応じて変化することから、この電位の変化に応じて、点火プラグ１１にイオン電流が流れた際にはダイオードＤ１に電流が流れ、点火プラグ１１に点火電流が流れた際にはダイオードＤ２に電流が流れる。このため、各ダイオードＤ１，Ｄ２のコンデンサＣ１とは反対側の電位は、夫々、イオン電流及び点火電流に応じて変化することになり、第１気筒用検出回路４１では、各ダイオードＤ１，Ｄ２のコンデンサＣ１とは反対側の電位変化から、イオン電流及び点火電流を検出できるようにしているのである。
【００３９】
そして、このように点火電流を検出するために、ダイオードＤ２のアノードには、コンデンサＣ２を介して、バイアス電圧Ｖ１（例えば１０Ｖ）が印加されたコンパレータ６４の正極側（＋）入力端子に接続されている。この結果、コンパレータ６４の＋入力端子には、通常時にはバイアス電圧Ｖ１となり、点火プラグ１１に点火電流が流れたときにだけバイアス電圧Ｖ１から急峻に低下する、点火信号ｂが入力されることになる（図３参照）。
【００４０】
また、コンパレータ６４の負極側（−）入力端子には、判定電圧生成回路６６から、点火信号の入力を判定するための判定電圧ＶＴ１（例えば５Ｖ）が印加されている。このため、コンパレータ６４の出力端子からは、点火プラグ１１に点火電流が流れて点火プラグ１１が火花放電した際に、一時的にＬｏｗ レベルとなる点火検出信号ｃが出力されることになる（図３参照）。
【００４１】
また、このようにコンパレータ６４から出力される点火検出信号は、マスク処理回路６８に入力される。マスク処理回路６８は、前回点火検出信号が入力されてから今回点火検出信号が入力されるまでの時間から、点火プラグ１１の火花放電の１周期を求め、その周期に基づき、今回点火検出信号が入力されてから次に点火検出信号が入力される前にイオン電流が流れたか否か（換言すればプレイグニッションが発生したか否か）を判定する判定領域を設定するためのマスク信号を出力する。
【００４２】
つまり、本実施例の点火システムは両極性ディストリビュータレス型であることから、点火プラグ１１の火花放電の２回に１回の割で第１気筒＃１内で燃料が燃焼し、点火プラグ１１にイオン電流が流れることになるが、プレイグニッションの検出には、点火プラグ１１に点火電流が流れた後のイオン電流を検出する必要はなく、点火電流が流れる前にイオン電流を検出すればよい。
【００４３】
そこで、本実施例では、マスク処理回路６８を用いて、今回点火検出信号が入力されてから、次に点火検出信号が入力されるまでの間に、イオン電流からプレイグニッションを検出すべき領域を設定し、この領域までイオン電流の検出信号の取り込みを禁止するマスク信号ｄを生成するのである（図３参照）。
【００４４】
一方、ダイオードＤ１のカソードには、イオン電流を検出するために、イオン電流処理回路７０が接続されている。イオン電流処理回路７０は、ダイオードＤ１に電流が流れて、そのカソード側電位が上昇した際、その電位上昇分に、バイアス電圧Ｖ２（例えば６Ｖ）を加算した信号を、イオン電流の検出信号ｅとして生成する（図３参照）。尚、イオン電流処理回路７０は所謂加算回路から構成されるが、その出力の上限は、リミッタ回路によって制限される。
【００４５】
また、イオン電流処理回路７０からの検出信号ｅは、マスク処理回路６８にて生成されたマスク信号ｄと共に波形整形回路７２に入力される。波形整形回路７２は、マスク処理回路６８にて生成されたマスク信号が入力されていないとき（つまりマスク信号がＬｏｗ レベルであるとき）に、イオン電流処理回路７０からの検出信号ｅをそのまま出力し、マスク処理回路６８にて生成されたマスク信号が入力されているとき（つまりマスク信号がＨｉｇｈレベルであるとき）には、出力を接地電位に保持して、検出信号ｅの出力を停止するようにされている。
【００４６】
この結果、波形整形回路７２からは、点火プラグ１１に点火電流が流れる前の所定期間だけ、検出信号ｅが出力されることになり（図３に示すｆ点の信号参照）、その出力信号ｆは、点火プラグ１１に点火電流が流れる前にイオン電流が流れていない場合（つまりプレイグニッションが発生していない場合）には、バイアス電圧Ｖ２に対応した信号レベルの矩形波となり、点火プラグ１１に点火電流が流れる前にイオン電流が流れた場合（つまりプレイグニッションが発生した場合）には、その矩形波にイオン電流に対応した電圧が重畳された信号波形となる（図３参照）。そして、波形整形回路７２からの出力信号ｆは、波形出力回路７４を介して、オシロスコープ等の外部のモニタ装置に出力されると共に、プレイグニッション判別回路７６に入力される。
【００４７】
次に、プレイグニッション判別回路７６では、波形整形回路７２からの出力信号ｆと、予めバイアス電圧Ｖ２よりも大きい値に設定されたプレイグニッション判定用の判定電圧ＶＴ２とを比較し、イオン電流検出信号がこの判定電圧ＶＴ２を越えると、第１気筒＃１にプレイグニッションが発生したと判断して、その旨を表すプレイグニッション検出信号を、ブザー７８及びカウンタ７９に出力する。
【００４８】
この結果、第１気筒＃１にプレイグニッションが発生した場合には、ブザー７８からその旨を表す警報音が出力されると同時に、カウンタ７９にて、プレイグニッションの発生回数がカウントされることになる。
以上説明したように、本実施例では、点火二次回路用センサＳ１を、一対の逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂを備えた点火用経路５２と、点火プラグ１１に点火電流と同方向のイオン電流が流れるように電流検出ダイオード５４ａ，５４ｂが設けられた検出用経路５４とから構成し、しかも、点火用経路５２の逆流防止ダイオード５２ａ−５２ｂ間と、検出用経路５４の開放端側とを容量結合することにより、第１気筒用検出回路４１側で、第１気筒用検出回路４１からセンサＳ１側に流れ込む電流にて点火電流を検出し、センサＳ１側から第１気筒用検出回路４１に流れ込む電流にてイオン電流を検出できるようにされている。
【００４９】
このため、第１気筒用検出回路４１側では、一対のダイオードＤ１，Ｄ２を用いて、点火プラグ１１に流れた点火電流及びイオン電流を各々検出することができるようになり、各電流の検出時期から、プレイグニッションの発生を簡単に判定することができるようになる。
【００５０】
そして、特に本実施例では、点火用経路５２の容量結合部５６の両側に逆流防止ダイオード５２ａ，５２ｂを設け、点火用経路５２に点火電流とは逆方向に電流が流れるのを防止するようにしているので、この逆方向電流によって、センサＳ１から第１気筒用検出回路４１側にイオン電流と同方向の電流が流れ込むのを防止でき、第１気筒用検出回路４１側で、イオン電流，延いては第１気筒での燃料の燃焼が誤検出されるのを防止し、イオン電流の検出精度を高めることができる。
【００５１】
尚、本実施例では、点火コイル２１の二次巻線Ｍ２１に発生した負の点火用高電圧を第１気筒＃１の点火プラグ１１に印加する高電圧経路（ハイテンションコード３１）に設けられた点火二次回路用センサＳ１と、このセンサＳ１を用いて第１気筒＃１のプレイグニッションを検出する第１気筒用検出回路４１の例に採とり、本発明にかかわる主要部の構成を説明したが、他の点火二次回路用センサＳ２〜Ｓ６及びこれに対応したプレイグニッションテスタ４０内の各気筒用検出回路についても、上記センサＳ１と第１気筒用検出回路４１と略同様に構成すればよい。
【００５２】
つまり、点火コイル２２，２３の二次巻線Ｍ２２，Ｍ２３に発生した負の点火用高電圧を、第５気筒＃５及び第３気筒＃３の点火プラグ１３，１５に印加するハイテンションコード３３，３５に設けられる点火二次回路用センサＳ３，Ｓ５と、これら各センサＳ３，Ｓ５を用いて第５気筒＃５及び第３気筒＃３のプレイグニッションを検出するプレイグニッションテスタ４０内の検出回路については、上述のセンサＳ１及び第１気筒用検出回路４１と全く同様に構成すればよい。
【００５３】
一方、点火コイル２１〜２３の二次巻線Ｍ２１〜Ｍ２３に発生した正の点火用高電圧を、第６気筒＃６，第２気筒＃２，及び第４気筒＃４の点火プラグ１２，１４，１６に印加するハイテンションコード３２，３４，３６に設けられる点火二次回路用センサＳ２，Ｓ４，Ｓ６については、各ハイテンションコード３２，３４，３６に流れる点火電流の方向が、ハイテンションコード３１に流れる点火電流とは逆方向になるため、図４（ａ）に示すように、この電流方向に対応して、各センサＳ２，Ｓ４，Ｓ６内のダイオード５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂを、図２に示したセンサＳ１内のダイオード５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂとは逆方向に設けるようにすればよい。
【００５４】
また、これら各センサＳ２，Ｓ４，Ｓ６を用いて上記各気筒＃６，＃２，＃４のプレイグニッションを検出するプレイグニッションテスタ４０内の検出回路については、イオン電流及び点火電流検出用のダイオードＤ１，Ｄ２を、図２に示した第１気筒用検出回路４１とは逆方向に接続し、充電回路６２を、正の高電圧（例えば＋３００Ｖ）を発生するように構成すればよい。
【００５５】
そして、本実施例においては、プレイグニッションテスタ４０内の第１気筒用検出回路４１を初めとする各気筒用検出回路が請求項７に記載のプレイグニッション検出装置に相当し、その検出回路内の、電荷充電用のコンデンサＣ１、充電回路６２、ダイオードＤ１，Ｄ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、コンパレータ６４、判定電圧生成回路６６、及びイオン電流処理回路７０が、請求項６に記載の点火・燃焼検出装置として機能し、マスク処理回路６８、波形整形回路７２、及びプレイグニッション判別回路７６が請求項２に記載の判定回路として機能する。また、点火・燃焼検出装置として機能する上記各部の内、コンパレータ６４が、請求項６に記載の点火電流検出回路として機能し、イオン電流処理回路７０が、請求項６に記載のイオン電流検出回路として機能する。
【００５６】
例えば、上記実施例では、点火二次回路用センサＳ１において、点火用経路５２と検出用経路５４とを容量結合する容量結合部５６を、各経路５２，５４を構成する導線に金属平板５２ｃ，５４ｃを接続し、これら各金属平板５２ｃ，５４ｃを平行配置することにより構成するものとして説明したが、これら各金属平板５２ｃ，５４ｃは、各経路５２，５４を容量結合すればよいため、正確に平行に配置する必要はなく、略平行に配置すればよい。また、その間隔も、容量結合部５６の容量が０．２ｐＦ以上となり、３０ｋＶ以上の耐圧を確保できるように、適宜設定すればよい。
【００５７】
また、容量結合部５６の容量及び耐圧を夫々０．２ｐＦ以上，３０ｋＶ以上にすることができれば、上記各経路５２，５４に金属平板５２ｃ，５４ｃを設ける必要はなく、図４（ｂ）或いは（ｃ）に示すように、上記各経路５２，５４を構成する導線を単に平行配置するだけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の６気筒エンジンの点火システムの全体構成を表わす説明図である。
【図２】図１に示す第１気筒の点火プラグに流れた点火電流及びイオン電流からプレイグニッションを検出するセンサ及び検出回路の構成を表す説明図である。
【図３】図２に示した検出回路の動作を説明するタイムチャートである。
【図４】点火二次回路用センサの他の構成例を表す説明図である。
【図５】従来の点火二次回路用センサの構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
ＥＧ…エンジン、１１〜１６…点火プラグ、２１〜２３…点火コイル、３１〜３６…ハイテンションコード（高電圧経路）、Ｓ１〜Ｓ６…点火二次回路用センサ、４０…プレイグニッションテスタ、４１…第１気筒用検出回路、５２…点火用経路、５４…検出用経路、５２ａ，５２ｂ…逆流防止ダイオード、５４ａ，５４ｂ…電流検出ダイオード、５２ｃ，５４ｃ…金属平板、５６…容量結合部、６２…充電回路、６４…コンパレータ、６６…判定電圧生成回路、６８…マスク処理回路、７０…イオン電流処理回路、７２…波形整形回路、７６…プレイグニッション判別回路、ＢＴ…バッテリ、Ｃ１…コンデンサ（電荷充放電用）、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード。
Claims (7)
- 内燃機関の点火プラグに火花放電用の高電圧を供給する点火装置の二次回路側に設けられ、火花放電時に流れる点火電流及び燃料燃焼時に流れるイオン電流を検出するための点火二次回路用センサであって、
前記点火装置から前記点火プラグに至る高電圧経路に直列に接続され、該高電圧経路を流れる電流方向を点火用の一方向に規制する複数の逆流防止ダイオードを備えた点火用経路と、
該点火用経路において点火プラグ側に配置された逆流防止ダイオードの点火プラグ側電極に対して、該電極と同極性の電極が接続された電流検出ダイオードを備え、該電流検出ダイオードを介して前記電流を検出するための検出用経路と、
を備え、該検出用経路の内、前記電流検出ダイオードの前記逆流防止ダイオードとは反対側の電極に接続される経路と、前記点火用経路において２つの逆流防止ダイオード同士を接続する経路とを容量結合させたことを特徴とする内燃機関の点火二次回路用センサ。 - 前記点火用経路と検出用経路とを絶縁性樹脂でモールドしたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の点火二次回路用センサ。
- 前記点火用経路と検出用経路とは、該各経路を構成する導線同士を接近させることにより容量結合されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の点火二次回路用センサ。
- 前記点火用経路と検出用経路とは、該各経路を構成する導線に導電性の金属平板を夫々接続し、各金属平板を略平行に配置することにより容量結合されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の点火二次回路用センサ。
- 前記検出用経路には、前記電流検出ダイオードとして、複数のダイオードが同方向に直列に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか記載の内燃機関の点火二次回路用センサ。
- 請求項１〜請求項５いずれか記載の点火二次回路用センサを用いて、前記点火プラグに点火電流が流れる点火時期とイオン電流が流れる燃焼時期とを検出する内燃機関の点火・燃焼検出装置であって、
前記点火用経路に容量結合された検出用経路の容量結合部の前記電流検出ダイオードとは反対側端部に一端が接続された電荷蓄積用コンデンサと、
該電荷蓄積用コンデンサに前記検出用経路を介して点火プラグにイオン電流を流すための電荷を充電する充電回路と、
前記電荷蓄積用コンデンサの前記検出用経路とは反対側にアノード及びカソードが夫々接続された一対のダイオードと、
該各ダイオードの他端に接続され、該接続点の電圧変化から前記点火電流及びイオン電流を各々検出する点火電流検出回路及びイオン電流検出回路と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の点火・燃焼検出装置。 - 請求項６に記載の点火・燃焼検出装置を備え、前記各電流検出回路からの検出信号に基づき内燃機関のプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出装置であって、
前記点火電流検出回路にて点火電流が検出される点火時期に同期して、該点火時期よりも前に前記イオン電流検出回路にてイオン電流が検出されたか否かを判定する判定回路を備え、該判定回路にて、前記点火時期よりも前にイオン電流が検出されたと判定されたときに、内燃機関にプレイグニッションが発生したとして検出信号を出力することを特徴とする内燃機関のプレイグニッション検出装置。
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