JP3831640B2 - 内燃機関点火装置 - Google Patents

Description

【０００１ 】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダ内の燃焼状態をイオン電流に基づいて検出するイオン電流装置と、イオン電流が流れた時にＨＩＧＨ信号の矩形波を出力する波形処理回路とを備えた内燃機関点火装置に関する。
【０００２ 】
【従来の技術】
イオン電流に基づいて内燃機関のシリンダ内の燃焼状態を検出する方法は広く知られている。例えば、特開平４−１９４３６７号公報はイオン電流検出装置の一例を開示するものである。その開示された装置は、点火コイルの一次電流の遮断時に生ずる二次電流によりコンデンサを一定電圧に充電し、点火プラグの火花放電後に、そのコンデンサと点火コイルの二次巻線と点火プラグとイオン電流検出抵抗器とからなる閉回路に流れる電流、すなわちイオン電流を上記イオン電流検出抵抗器を介して検出するように構成されている。
【０００３ 】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来技術のように、イオン電流の検知方法や処理の回路について検討がなされているが、イオン電流を用いた従来の失火検知の方法に関して、以下の課題があることを本発明者は見出した。
【０００４ 】
すなわち、イオン電流を用いた従来の失火検知の方法において、イオン電流の検出波形に、配線等の浮遊容量からの容量放電波形が重畳する。この容量放電波形は、着火、失火にかかわらず検出されるため、この容量放電波形を無視する処理をしなければ確実な失火検知ができないことになる。従来においては、この容量放電波形を容量放電開始時から常に一定時間マスクすることで失火検知の処理回路を構成してきたが、容量放電波形は放電の条件や点火コイルの仕様などにより、その放電時間が変化することから、常に一定時間のマスクを実現するマスク回路では確実且つ精度の良いマスクが困難であるという課題を見出した。また、マスク時間が長いとイオン電流による出力までマスクしてしまう心配があるという課題も見出した。
【０００５ 】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、確実な失火検知が可能な内燃機関点火装置を提供することを課題とする。
【０００６ 】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００７ 】
すなわち、イオン電流検出装置及び波形処理回路を備えた内燃機関点火装置であって、波形処理回路が、イオン電流検出装置の出力を反転して第一の基準電圧と比較出力する波形整形回路と、波形整形回路の出力により充放電する時定数回路の放電波形を第二の基準電圧と比較してマスクのための一定時間を作り出すマスク回路とを有することを特徴としたものである。これにより、確実な失火検知を可能にすることができるようになる。尚、作用及び具体的な効果に関しては、次の実施の形態の項で説明する。
【０００８ 】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の内燃機関点火装置の一実施の形態を示す回路図である。また、図２は図１の動作説明図、図３は波形処理回路に対するブロック図、図４は波形処理回路の動作説明図、図５は波形処理回路の要部を示す回路図である。
【０００９ 】
図１において、一実施の形態である本発明の内燃機関点火装置は、図示しない内燃機関の各点火プラグ１に直結されて使用される独立点火形のものであり、点火コイルＡＳＳＹ２を備えている。その点火コイルＡＳＳＹ２は、点火コイル３と、点火装置としてのイグナイタ４と、イオン電流検出装置としてのイオン電流検出回路５と、波形処理回路６とを有して構成されている。
【００１０ 】
点火コイル３の一次コイル３ａの一端は、バッテリ７に接続されており、一次コイル３ａの他端は、イグナイタ４に内蔵されたパワートランジスタのコレクタに接続されている。イグナイタ４は、図示しないエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵ）に接続されており、ＥＣＵより出力される点火信号によって点火コイル３の一次コイル３ａの一次電流を通電・遮断制御するようになっている。
【００１１ 】
点火コイル３の二次コイル３ｂの一端は、点火プラグ１に接続されている。また、二次コイル３ｂの他端は、コンデンサ５ａと順方向ダイオード５ｂとツェナーダイオード５ｃと電流検出用抵抗器５ｄとを有して構成されたイオン電流検出回路５のコンデンサ５ａに接続されている。
【００１２ 】
コンデンサ５ａ及び順方向ダイオード５ｂは、点火プラグ１と点火コイル３の二次コイル３ｂ側を含む二次電流経路に直列に挿入されており、ツェナーダイオード５ｃがコンデンサ５ａに、また、電流検出用抵抗器５ｄが順方向ダイオード５ｂにそれぞれ並列に接続されている。順方向ダイオード５ｂ及び電流検出用抵抗器５ｄは、グランドに接続されている。
【００１３ 】
ツェナーダイオード５ｃは、二次電流により充電されるコンデンサ５ａの充電電圧を一定値に制限するようになっている。また、電流検出用抵抗器５ｄは、図示しない内燃機関における混合気の燃焼時にシリンダ内にイオンが生成されること、及びコンデンサ５ａの充電電圧が点火プラグ１に印加されること、により生ずるイオン電流を検出すべく接続されている。
【００１４ 】
波形処理回路６は、イオン電流検出回路５に接続されており、イオン電流が流れた時にＨＩＧＨ信号の矩形波を上記ＥＣＵに対して出力するように構成されている。すなわち、波形処理回路６は、図３に示される如く、イオン電流検出回路５に接続された波形整形回路６ａと、波形整形回路６ａに接続された積分回路６ｂと、波形整形回路６ａ及び積分回路６ｂに接続されたマスク回路６ｃと、積分回路６ｂ及び上記ＥＣＵに接続されたリセット回路６ｄとを有して構成されている。また、このような構成を有する波形処理回路６は、イオン電流検出回路５の他に、一次コイル３ａの上記一端とグランドに接続されている。
【００１５ 】
上記構成において、イオン電流検出回路５と波形処理回路６は、図１に示される如く、イグナイタ４と共に点火コイル３に一体化されて点火コイルＡＳＳＹ２を構成するようになっている。尚、イオン電流検出回路５及び波形処理回路６は、図中の一点鎖線８で囲んだように一体のパッケージで構成することが可能であり、また、これとは別に、イオン電流検出回路５、波形処理回路６、及びイグナイタ４のように一体のパッケージで構成することも可能である。
【００１６ 】
このように点火コイル３に対して一体化することにより、点火コイルＡＳＳＹから配線を引き出してイオン電流検出回路や波形処理回路を設ける必要がない。従って、上記配線の影響等、すなわちそのインピーダンスやインダクタンス及び浮遊容量などにより信号が減衰してしまうことを防止することができる。本発明の内燃機関点火装置は、以上のように信号の減衰を抑えることができることから、高い検出精度を有するのは勿論のこと、その構成から取付、装着性も良いのは言うまでもない。
【００１７ 】
次に、上記内燃機関点火装置の作用（回路動作）を説明する。図１及び図２において、エンジンの運転中、ＥＣＵからの図２の（Ａ）で示される点火信号のＨＩＧＨに同期してイグナイタ４のパワートランジスタがＯＮする。パワートランジスタがＯＮすると、バッテリ７から一次コイル３ａに（Ｂ）で示される一次電流Ｉｃが流れ、二次コイル３ｂの一端（この場合、図１中のＡ部）に（Ｃ）で示されるプラスのＯＮ電圧が発生する。
【００１８ 】
その後、イグナイタ４のパワートランジスタがＯＦＦし、（Ｂ）で示される一次コイル３ａの一次電流Ｉｃが遮断されると、二次コイル３ｂ側に（Ｃ）で示されるマイナスの高電圧が電磁誘導され、その高電圧によって点火プラグ１の放電が行われる。そして、その点火プラグ１の放電により、点火プラグ１から二次コイル３ｂを経て二次電流が流れ、イオン電流検出回路５のツェナーダイオード５ｃでクランプされる電圧がコンデンサ５ａに充電される。
【００１９ 】
内燃機関のシリンダ内では、点火プラグ１の点火により混合気の着火、燃焼が行われ、点火プラグ１の電極間の雰囲気がイオン化される。そして、点火プラグ１の電極間の雰囲気がイオン化されると、コンデンサ５ａに充電された電圧により、二次コイル３ｂ側に上記二次電流とは反対方向のイオン電流が流れる。そのイオン電流は、電流検出用抵抗器５ｄにより（Ｄ）で示されるマイナス電圧として検出される。尚、上記シリンダ内で着火、燃焼が行われない等の失火時（（Ｄ）で示されるイオン電流波形Ｗ２の波線部分参照）の場合には、イオン電流が流れないため、電流検出用抵抗器５ｄによりマイナス電圧としての検出はなされない。
【００２０ 】
図２及び図３において、電圧変換されたイオン電流検出回路５からの出力は、波形処理回路６の波形整形回路６ａにより反転及び波形整形される。波形整形回路６ａの出力は、積分回路６ｂにより、着火時のみ出力されるイオン電流波形Ｗ２（（Ｄ）の実線部分参照）が積分され、これにより、（Ｅ）で示される矩形波形が処理信号として出力される。
【００２１ 】
尚、この時、（Ｄ）で示されるイオン電流波形Ｗ２が出力される前に、配線等の浮遊容量からの容量放電波形Ｗ１が発生し、その容量放電波形Ｗ１によって積分回路６ｂが全て着火であると出力してしまうので、容量放電波形Ｗ１部分をマスク回路６ｃを用いてマスクする処理が行われる（正確な燃焼状態が確認できるようにする）。そのマスク回路６ｃからは、（Ｅ）で示されるマスク時間Ｔ分だけ積分回路６ｂの積分をリセットする出力がなされる。また、積分回路６ｂでの積分出力は、ＥＣＵからの点火信号により点火毎にリセットされる。そのリセットは、リセット回路６ｄが用いられ、点火毎の燃焼状態がＥＣＵにモニタされる。
【００２２ 】
図３及び図４において、マスク回路６ｃに関しもう少し詳しく説明すると、イオン電流検出回路５の出力は、図４の（Ｆ）で示される配線等の浮遊容量から発生する容量放電波形Ｗ１と、イオン電流が流れることにより発生するイオン電流波形Ｗ２とが重畳した状態で出力される。尚、イオン電流波形Ｗ２は、燃焼の状態や運転条件により発生電圧やタイミングが異なり、失火時には発生しない。
【００２３ 】
図４及び図５において、イオン電流検出回路５の上記の出力は、波形整形回路６ａの信号反転回路（一例としてオペアンプ）６ａ−１に入力され、（Ｇ）で示されるように反転及び増幅出力される。そして、信号反転回路６ａ−１の出力は、第一比較器６ａ−２に入力され、抵抗６ａ−３、６ａ−４でつくられた第一の基準電圧と比較され、（Ｈ）で示されるように出力される。この時、容量放電波形Ｗ１は、容量放電時の振動周波数分のＯＮ・ＯＦＦ波形になり、イオン電流波形Ｗ２は、着火時にＨＩＧＨ、失火時にＬＯＷ出力になる。
【００２４ 】
この第一比較器６ａ−２の出力により、マスク回路６ｃでは、スイッチＳＷがＯＮ・ＯＦＦし、スイッチＳＷがＯＮの時にコンデンサ６ｃ−１が高速充電される。また、スイッチＳＷがＯＦＦの時にコンデンサ６ｃ−１に充電された電荷が抵抗６ｃ−２を介して放電される。そして、その放電による（Ｉ）で示される放電波形Ｗ３と、抵抗６ｃ−３、６ｃ−４でつくる第二の基準電圧Ｗ４とを第二比較器６ｃ−５で比較し上記マスクに必要な一定時間、すなわち（Ｊ）で示されるマスク時間Ｔが決定される。
【００２５ 】
尚、容量放電により発生する高周波の上記ＯＮ・ＯＦＦ波形では、コンデンサ６ｃ−１と抵抗６ｃ−２とで構成された時定数回路６ｃ−６の放電がされきらないため、容量放電中は時定数回路６ｃ−６の放電電圧が上記第二の基準電圧Ｗ４に達することはない。
【００２６ 】
以上、一定時間のマスクを作るための確実且つ精度の良い回路が構成される。また、容量放電開始時から常に一定時間マスクする従来の方法に対し、詳細な説明は省略するが部品の小型化、安価化をなし得ることが可能になる。
【００２７ 】
続いて、上記内燃機関点火装置の具体的な実装状態を説明する。図６は内燃機関点火装置の具体的な実装状態を説明するための縦断面図、図７は図６のイオン電流処理ユニット付近の横断面図、図８は図６のイグナイタ付近の横断面図である。
【００２８ 】
図６ないし図８において、引用符号２１は内燃機関点火装置における点火コイルＡＳＳＹ２を構成する合成樹脂製のケースを示している。また、２２はイオン電流検出回路５と波形処理回路６とを一体のパッケージで構成したイオン電流処理ユニットを示している（上記引用符号８と同じものとする）。そのイオン電流処理ユニット２２は、イグナイタ４と共にケース２１の上部に形成された回路ケース内に上下に配置されており、点火コイル３の巻線部分を絶縁するためのエポキシ樹脂２３によって一体に封止されている。
【００２９ 】
上記回路ケースには、コネクタ部が一体に形成されている。そのコネクタ部には、インサート成形等により四つのコネクタ端子２４〜２７が設けられている。そして、これらコネクタ端子２４〜２７には、イオン電流処理ユニット２２とイグナイタ４とがそれぞれ接続されている。ケース２１の上部は、コネクタとしての機能を有している。
【００３０ 】
コネクタ端子２４〜２７についてもう少し具体的に説明すると、コネクタ端子２４は、点火信号入力用の端子（点火信号入力端子）であって、イオン電流処理ユニット２２及びイグナイタ４の各リード端子が接続されている。すなわち、コネクタ端子２４には、接続点Ａ（図１及び図７参照）においてイオン電流処理ユニット２２の信号端子２２１が接続され、接続点Ｆ（図１及び図８参照）においてイグナイタ４の信号端子４０１が接続されている。コネクタ端子２４は、共用端子になっている。
【００３１ 】
また、コネクタ端子２５は、グランド用の端子（ＧＮＤ端子）であって、イオン電流処理ユニット２２及びイグナイタ４の各リード端子が接続されている。すなわち、コネクタ端子２５には、接続点Ｂ（図１及び図７参照）においてイオン電流処理ユニット２２のＧＮＤ端子２２２が接続され、接続点Ｈ（図１及び図８参照）においてイグナイタ４のＧＮＤ端子４０３が接続されている。コネクタ端子２５は、共用端子になっている。
【００３２ 】
さらに、コネクタ端子２６は、波形処理回路６の出力に対する処理信号出力用の端子（イオン電流処理信号出力端子）であって、接続点Ｃ（図１及び図７参照）においてイオン電流処理ユニット２２の信号出力端子２２３が接続されている。
【００３３ 】
さらにまた、コネクタ端子２７は、電源用の端子（電源端子）であって、イオン電流処理ユニット２２のリード端子及び一次コイル３ａが接続されている。すなわち、コネクタ端子２７には、接続点Ｄ（図１及び図７参照）においてイオン電流処理ユニット２２の電源端子２２４が接続され、接続点Ｉ（図１参照）において点火コイル３の一次コイル３ａが接続されている。コネクタ端子２７は、共用端子になっている。
【００３４ 】
引用符号２８は点火コイル３の二次コイル３ｂの巻き始めを示しており、接続点Ｅ（図１及び図７参照）においてイオン電流処理ユニット２２のリード端子２２５が接続されている。また、引用符号２９は点火コイル３の一次コイル３ａの巻き始めを示しており、接続点Ｇ（図１及び図８参照）においてイグナイタ４のリード端子４０２が接続されている。
【００３５ 】
尚、ここで上記コネクタ部に係る特徴を挙げることにする。一つ目の特徴としては、回路ケースにコネクタ部が一体に形成されていることと、そのコネクタ部に四本のコネクタ端子（点火信号入力端子、ＧＮＤ端子、イオン電流処理信号出力端子、電源端子）が形成されていることが挙げられる。
【００３６ 】
二つ目の特徴としては、電源端子が点火コイルと波形処理回路の電源に共通の一つの端子で構成され、且つ、点火信号入力端子がイグナイタと波形処理回路の点火信号に共通の一つの端子で構成され、且つ、ＧＮＤ端子がイグナイタと波形処理回路に共通の一つの端子で構成され、且つ、イオン電流処理信号出力端子が独立した一つの端子で構成されていることが挙げられる（イグナイタに形成された三本のリード端子と、イオン電流処理ユニットに形成された五本のリード端子とが、コネクタ部の四本のコネクタ端子に集約され、そのコネクタ部がコンパクトになるという利点がある）。
【００３７ 】
三つ目の特徴としては、四本のコネクタ端子が外側から点火信号入力端子、ＧＮＤ端子、イオン電流処理信号出力端子、電源端子の順に整列配置されていることが挙げられる（ＧＮＤ端子を挟んで点火信号入力端子とイオン電流処理信号出力端子を配置したので、点火信号に矩形波形の処理信号の電磁ノイズが作用し難くなるという利点がある。また、点火信号入力端子を電源端子から遠ざけたので、電源端子の電流変化に伴う誘導電磁ノイズの影響を少なくすることができるという利点がある。さらに、イオン電流処理信号出力端子の矩形波形の処理信号は、アナログ信号と比べ基本的にノイズに強く、またソフト的にノイズを除去することができるので、電源の電流変化に伴う電磁ノイズの影響が点火信号よりも受け難いという利点がある）。
【００３８ 】
四つ目の特徴としては、高さ方向（又は上下方向）に重ねられたイオン電流処理ユニット及びイグナイタの各リード端子がコネクタ部の方向に向いて同一方向に位置するように配列されていることと、四本のコネクタ端子の幾つかが高さ方向に屈曲していて高さ方向に異なる二位置においてイオン電流処理ユニット及びイグナイタのリード端子が接続されていることが挙げられる（高さ方向にイオン電流処理ユニット及びイグナイタを重ねて配置したので、同一平面内にイオン電流処理ユニット及びイグナイタを並べて配置するよりもトータル占有スペースが小さくなり、小型高機能になるという利点がある）。
【００３９ 】
五つ目の特徴としては、イグナイタがイオン電流処理ユニットの下に位置するように配置されていることが挙げられる（イオン電流処理ユニットにイグナイタの放熱（放熱板からの放熱）の影響を与えることなくイグナイタの放熱構造を形成することができるという利点がある）。
【００４０ 】
六つ目の特徴としては、回路ケースが点火コイルを収納する筒型のコイルケースの上部に一体に装着されていることと、点火コイルの一次コイルの巻き始めがコネクタ部の電源端子に接続されていることと、点火コイルの二次コイルの巻き始めがイオン電流処理ユニットのリード端子に接続されていることが挙げられる（コンパクトに一体化でき、且つ端子接続が簡単にできるという利点がある）。
【００４１ 】
一方、ケース２１の中間部（コイルケース）には、点火コイル３からなるコイル部が収容されている。引用符号３０はセンターコア、３１は一次コイル３ａに対する一次ボビン、３２は二次コイル３ｂに対する二次ボビンを示している。尚、ケース２１の下部には、点火プラグ１を電気的に接続するための図示しないバネ端子等が設けられている。
【００４２ 】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【００４３ 】
【発明の効果】
以上説明したように、確実な失火検知が可能な内燃機関点火装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関点火装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】波形処理回路に対するブロック図である。
【図４】波形処理回路の動作説明図である。
【図５】波形処理回路の要部を示す回路図である。
【図６】内燃機関点火装置の具体的な実装状態を説明するための縦断面図である。
【図７】図６のイオン電流処理ユニット付近の横断面図である。
【図８】図６のイグナイタ付近の横断面図である。
【符号の説明】
１ 点火プラグ
２ 点火コイルＡＳＳＹ
３ 点火コイル
３ａ 一次コイル
３ｂ 二次コイル
４ イグナイタ（点火装置）
５ イオン電流検出回路（イオン電流検出装置）
５ａ コンデンサ
５ｂ 順方向ダイオード
５ｃ ツェナーダイオード
５ｄ 電流検出用抵抗器
６ 波形処理回路
６ａ 波形整形回路
６ａ−１ 信号反転回路
６ａ−２ 第一比較器
６ａ−３、６ａ−４ 抵抗
６ｂ 積分回路
６ｃ マスク回路
６ｃ−１ コンデンサ
６ｃ−２、６ｃ−３、６ｃ−４ 抵抗
６ｃ−５ 第二比較器
６ｃ−６ 時定数回路
６ｄ リセット回路
７ バッテリ
８、２２ イオン電流処理ユニット
２１ ケース
２３ エポキシ樹脂
２４〜２７ コネクタ端子
２８ 二次コイルの巻き始め
２９ 一次コイルの巻き始め
３０ センターコア
３１ 一次ボビン
３２ 二次ボビン

Claims (4)

1. 点火プラグと，
   前記点火プラグに一次電流の遮断時に生ずる二次電流によりコンデンサを一定電圧に充電し、前記点火プラグを火花放電させる点火コイルと，
   エンジンコントロールユニットから出力される点火信号によって前記点火コイルの一次電流を通電・遮断制御するイグナイタと，
   前記コンデンサと順方向ダイオードの直列回路が前記点火コイルの二次側を含む二次電流経路に直列に挿入され、前記点火コイルの二次側に流れる二次電流によって充電される前記コンデンサの充電電圧を一定値に制限するツェナーダイオードが接続され、前記順方向ダイオードに並列に電流検出用抵抗器が接続されて前記点火プラグの電極間の雰囲気がイオン化したときに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出装置と，
   前記イオン電流を検出したときにＨＩＧＨの矩形波信号を出力する波形処理回路と，
   を備え、前記イオン電流検出装置と前記波形処理回路と前記イグナイタとを前記点火コイルと一体化して形成してなる内燃機関点火装置において，
   前記波形処理回路６は，
   前記イオン電流検出装置の出力を反転して出力する信号反転回路からの出力と第１と第２の２つの抵抗によって作られる第１の基準電圧とを比較してオンパルス信号を出力してスイッチをオンオフ駆動する波形整形回路と，
   コンデンサと第３の抵抗の並列回路によって構成され、前記スイッチのオンによって前記コンデンサの充電された電荷によって前記スイッチのオフ時に発生する放電電圧と第４と第５の２つの抵抗によって作られる第２の基準電圧とを比較してマスク信号を出力するマスク回路と，
   を有することを特徴とする内燃機関点火装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関点火装置において，
   前記イオン電流検出装置と前記波形処理回路とは、一体のパッケージによって構成し、前記イグナイタと共に、前記点火コイルに一体化して構成したことを特徴とする内燃機関点火装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関点火装置において，
   前記イオン電流検出装置と前記波形処理回路と前記イグナイタとは、一体のパッケージによって構成したものである内燃機関点火装置。
4. 請求項１，２，３のいずれかに記載の内燃機関点火装置において、
   前記波形処理回路は、バッテリから電源の供給を受ける電源端子と、前記エンジンコントロールユニットから供給される前記点火信号を入力する点火信号入力端子と、グランド用のＧＮＤ端子と、前記波形処理回路において波形処理を行った信号を出力するイオン電流処理信号出力端子と、前記イオン電流検出回路から出力されるイオン電流検出信号を入力する検出信号入力端子とを有するコネクタ部に接続され，
   前記波形処理回路より出力される前記ＨＩＧＨの矩形波信号を、前記コネクタ部の前記イオン電流処理信号出力端子を介して出力するようにしたことを特徴とする内燃機関点火装置。

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