JP4536219B2 - イオン電流検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車用の内燃機関の燃焼状態を、点火プラグの電極間に流れるイオン電流に基づいて検出するためのイオン電流検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車エンジン等に使用される内燃機関においては、点火プラグによる火花放電により混合気が燃焼すると、その燃焼に伴ってイオンが発生することから、点火プラグの火花放電後にその点火プラグの電極間に電圧を印加すると、イオン電流が流れる。そして、イオンの発生量は混合気の燃焼状態によって変化することから、このイオン電流を検出し、解析処理を行うことによって、失火検知やノッキング検出等を行うことができる。
【0003】
従来より、このイオン電流を検出するためのイオン電流検出装置としては、点火プラグによる火花放電発生時に発生する火花放電電流(二次電流)によりコンデンサを一定電圧に充電し、火花放電後にこのコンデンサを放電することで点火プラグの電極間に電圧を印加し、この時流れるイオン電流を検出するものが主流である(例えば、特開平4−191465号公報や特開平10−238446号公報等)。なお、このようなイオン電流検出装置では、コンデンサに並列にツェナーダイオードが備えられて、コンデンサが過充電により破壊されるのを防ぐとともに、コンデンサの両端電圧を一定電圧に制限している。
【0004】
このように、コンデンサをイオン電流発生用の電源として用いるイオン電流検出装置は、イオン電流発生用としての専用電源装置を特に設ける必要が無くなるため、部品点数が比較的少なくなると共に、小型化が図れるという利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、イオン電流を発生させるのに必要な電圧が数百[V]と高いため、上記のイオン電流検出装置に用いるコンデンサとして、高耐圧(耐電圧が数百[V]以上)のものを用いる必要がある。
【0006】
また、内燃機関において火花放電を発生させるための点火用高電圧は数十[kV]以上と非常に高電圧であり、火花放電時に点火プラグに流れる火花放電電流は大電流となる。このため、ツェナーダイオードとしては、瞬間的に発生する数十[W]の比較的大きな電力(ツェナー電圧×火花放電電流)に耐えることができるものを用いる必要がある。さらに、ツェナーダイオードとしては、充電時のコンデンサの両端電圧がイオン電流を発生可能な電圧となるように、ツェナー電圧(降伏電圧)の誤差の少ない信頼性の高いものを用いる必要がある。
【0007】
このような高耐圧のコンデンサや大電力に耐えられるツェナーダイオードは高価であることから、上述のイオン電流検出装置はコストが高くなるという問題がある。
また、火花放電電流の一部を利用してコンデンサに電荷を蓄えるにあたり、過度の電荷を蓄えようとすると、その分火花放電電流が減少し、点火プラグによる点火性能が悪化する虞がある。そのために、過度に高耐圧のコンデンサを使用することはできず、高電圧が印加され、大電流が流れるという厳しい環境下で使用されるイオン電流検出装置においては、コンデンサやツェナーダイオードの破壊等が早期に発生し易く、耐久信頼性に優れるものとは言い難い。
【0008】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、イオン電流を検出するにあたり、点火プラグの電極間へ印加する検出用電圧を発生するための構成を低コストで、かつ耐久信頼性が高いもとのして実現することができるイオン電流検出装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項1記載の発明は、一次巻線および二次巻線を有し、一次巻線に流れる一次電流を遮断することにより、二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、二次巻線と共に閉ループを形成するとともに、点火用高電圧が印加されることにより、自身の電極間に火花放電を点火プラグと、点火プラグの電極間に火花放電が開始されてから、当該火花放電の開始時から終了前までの当該火花放電中となるように設定された時間長である所定時間の経過後に一次巻線に再通電することにより、該火花放電を強制的に遮断するとともに、二次巻線の両端に点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧を発生させる検出用高電圧発生手段と、検出用高電圧が点火プラグに印加されることにより、当該点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段とを備え、前記検出用高電圧発生手段は、前記所定時間を、内燃機関の運転状態が低回転低負荷時には長い時間長に設定し、内燃機関の運転状態が高回転高負荷時には短い時間長に設定する運転状態検出手段を備えることを特徴とする。
【0010】
かかる構成のイオン電流検出装置では、点火プラグによる火花放電が開始されてから、当該火花放電の開始時から終了前までの当該火花放電中となるように設定された時間長である所定時間の経過後に一次巻線への通電を再開することにより、火花放電を強制的に遮断するのに同期して、二次巻線の両端にイオン電流を検出することができる大きさの検出用高電圧を発生させる点が注目すべき点である。
【0011】
点火コイルは、一次巻線に流れる一次電流を遮断して急激に磁束密度を変化させることにより、点火プラグによる火花放電の発生に必要な点火用高電圧を二次巻線の両端に発生するように構成されている。ここで、点火用高電圧の供給に伴う点火プラグの火花放電中に再度一次電流を通電すると、二次巻線にて発生した起電力の消費に伴い低下する磁束が再び増えようとする。それにより、点火コイルの二次巻線側では磁束が低下する状態を維持する方向に逆起電力が発生し、即ち二次巻線の両端に点火用高電圧とは逆極性の電圧が発生して、点火プラグによる火花放電が強制的に遮断されることになる。
【0012】
このとき、点火プラグの火花放電中に一次巻線に再通電することで二次巻線の両端に発生する電圧は、上述したように点火用高電圧とは逆極性の電圧(検出用高電圧)となる。そして、この逆極性の電圧をイオン電流検出のための電源として用い、点火プラグに印加することにより、点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出することができるのである。
【0013】
したがって、本発明(請求項1)では、イオン電流を検出するための検出用高電圧を発生させるにあたり、火花放電電流の一部を利用して電荷を蓄えるコンデンサやその充電電圧を規定するためのツェナーダイオードなど、イオン電流検出のための電源装置に相当するものを別途に備える必要がなくなる。つまり、本発明(請求項1)のイオン電流検出装置によれば、イオン電流を発生させるための電源を点火コイルを用いることで有効に実現することができ、高耐圧のコンデンサやツェナーダイオード等が不要となり、低コストでかつ耐久信頼性の向上を達成することができる。
【0014】
また、点火プラグの火花放電中における一次巻線への再通電中には、二次巻線のインダクタンスL(自己インダクタンス+一次巻線との相互インダクタンス)は小さくなる。そして電流経路(イオン電流の経路)における静電容量Cとすると、点火コイルの減衰振動の周波数fは〔数1〕のように表すことができる。
【0015】
【数1】
【0016】
この〔数1〕において、二次巻線のインダクタンスLが小さくなると、減衰振動の周波数fが大きくなる。つまり、一次巻線への再通電によりイオン電流を発生させる場合には、二次巻線のインダクタンスLが小さくなることから減衰振動の周波数fが大きくなり、イオン電流が流れ始めた直後に発生する減衰振動が、短時間で終了することになる。このため、本発明では、点火プラグの火花放電中に一次巻線に再通電することにより、二次巻線の両端にイオン電流を検出するための検出用高電圧を発生させる構成を図るが故に、イオン電流が減衰振動の影響を受ける時間が非常に短くなる。したがって、早期にイオン電流の検出を行うことが可能となるとともに、ノイズの影響を抑えたイオン電流を検出することができる時間が長くなり、イオン電流の検出精度が向上する。
【0017】
但し、本発明のイオン電流検出装置を構成するにおいては、二次巻線の両端に発生する検出用高電圧をイオン電流検出のための電源として利用するものであることから、検出用高電圧値としてはイオン電流を検出することが可能なレベルであることが当然のことながら必須となる。その一方、この検出用高電圧値としては、一次巻線に再通電したときに、あらゆる運転条件下において点火プラグにて火花放電が再度発生しないようなレベルに制限する必要がある。そして、このように二次巻線の両端に発生する検出用高電圧値を上述した範囲内にするには、内燃機関の性能を考慮して、一次巻線と二次巻線との巻数比や一次巻線の抵抗値等を適宜調整しておくとよい。
【0018】
また、点火プラグの電極間に火花放電が開始してから、一次巻線に再通電するタイミングとして過度に短い時間を設定した場合には、点火プラグによる点火性能が悪化し、失火を招く可能性が高くなる。このため、内燃機関を正常に運転するために一次巻線に再通電するタイミングとしては、点火プラグによる火花放電が開始してから0.05〔ms〕以上経過した時期を設定することが好ましい。
ところで、内燃機関における混合気の燃焼状態は、内燃機関の運転状態によって変化するものであり、例えば、低回転低負荷時には混合気の燃焼は緩慢に進行し、高回転高負荷時には混合気の燃焼は比較的迅速に進行する。そして、混合気の燃焼に伴い発生するイオンの発生状態も、内燃機関の運転状態によって変化しており、低回転低負荷時には発生密度が低く発生期間が長くなり、高回転高負荷時には発生密度が高く発生期間が短くなる。
そこで、本発明のイオン電流検出装置においては、前記一次巻線に再通電することにより、前記二次巻線の両端に前記検出用高電圧を発生させる時期(即ち、所定時間)を、内燃機関の運転状態が低回転低負荷時には短い時間長に設定し、内燃機関の運転状態が高回転高負荷時には長い時間長に設定している。
つまり、内燃機関が低回転低負荷時には、混合気の燃焼が緩慢に進むことから、火花放電の持続時間を長く設定して火花エネルギを大きくすることが望ましく、その一方で、イオンの発生期間も長いために、点火プラグによる火花放電を遮断して二次巻線の両端に検出用高電圧を発生させる時期が遅くなる場合にも、イオン電流を検出することができる。また、内燃機関が高回転高負荷時には、混合気の燃焼が比較的迅速に進むことから、火花放電の持続時間を短く設定して火花エネルギを小さくしても良好な点火性能を得ることができ、その一方で、イオンの発生期間は短いため、点火プラグによる火花放電を遮断して二次巻線の両端に検出用高電圧を発生させる時期が早くなるので、イオン電流を確実に検出することができる。
したがって、このように構成されたイオン電流検出装置によれば、内燃機関の運転状態に応じた適切な時期にイオン電流を検出するための検出用高電圧を発生させることで、混合気への着火性を良好に維持しつつ、イオン電流の検出精度を向上させることができる。さらに、内燃機関の運転状態に基づいて、点火プラグによる火花放電を遮断するタイミング(換言すれば、二次巻線の両端に検出用高電圧を発生させるタイミング)を変化させることで、イオン電流の検出精度を高めつつ、点火プラグに供給される火花エネルギを混合気の燃焼に必要な量に制御することができ、点火プラグの電極消耗を抑制する効果を得ることもできる。
【0019】
ここで、上述(請求項1)のイオン電流検出装置においてイオン電流を検出するには、請求項2に記載のように、イオン電流検出手段は、点火プラグおよび二次巻線と直列接続される検出用抵抗素子と、検出用抵抗素子に並列接続され、点火用高電圧の発生時に流れる火花放電電流を流すことのみ許容する整流素子とを備えており、検出用高電圧の印加により発生する前記検出用抵抗素子の両端電圧に基づき、イオン電流を検出するとよい。
【0020】
このように整流素子と検出用抵抗素子とを備えることで、点火用高電圧により発生する火花放電電流は整流素子を流れ、検出用高電圧により発生するイオン電流は検出用抵抗素子を流れることになる。そして検出用抵抗素子の抵抗値を一定値(固定値)とすることにより、検出用抵抗素子の両端電圧は流れるイオン電流の大きさに応じて変化するため、検出用抵抗素子の両端電圧と抵抗値とに基づいて、イオン電流の大きさを検出することができる。
【0021】
また、点火用高電圧の発生時に流れる火花放電電流を流すことのみ許容する整流素子を、検出用抵抗素子に並列接続することで、点火用高電圧の発生時に火花放電電流が流れる放電電流経路において、検出用抵抗素子による放電電流経路の抵抗値の上昇を抑えることができる。これにより、火花放電電流の損失を抑えることができ、さらに本発明では火花放電電流を利用して電荷を蓄えるイオン電流検出用電源としてのコンデンサが不要となり、コンデンサによる火花放電電流の減少を抑えることもできるので、点火プラグによる点火性能の低下がなく、失火の発生をより抑制することができる。
【0022】
ところで、二次巻線の両端にイオン電流を検出するための検出用高電圧を発生させるべく、一次巻線に再通電を行う手法としては、例えば、一次巻線に直列接続され、点火用高電圧の発生のために一次巻線に流れる一次電流を通電・遮断するスイッチング手段を、再通電時においてもスイッチング駆動制御することが考えられる。この手法であれば、1つのスイッチング手段を用いて、点火用高電圧と検出用高電圧との両者を発生させることができ、部品点数を抑えることができる。しかし、この手法では、内燃機関の運転中における1つのスイッチング手段に対する通電時間が長くなりがちで発熱量が大きくなるために、発熱によりスイッチング手段が破壊されてしまう可能性がある。
【0023】
そこで、上述(請求項1または請求項2)のイオン電流検出装置においては、請求項3に記載のように、点火コイルの一次巻線に直列接続され、一次巻線に流れる一次電流を通電・遮断する第1スイッチング手段と、第1スイッチング手段に並列接続され、二次巻線の両端に検出用高電圧を発生させるために一次巻線に再通電を行う第2スイッチング手段とを備えるとよい。
【0024】
このように、点火用高電圧と検出用高電圧を発生させるためのスイッチング手段を分担させることにより、1つのスイッチング手段に対する通電時間を短縮させることができ、スイッチング手段の過剰な発熱を抑えることができる。なお、第1スイッチング手段及び第2スイッチング手段としては、具体的にパワートランジスタやFET等の半導体素子からなるスイッチング素子等を挙げることができる。
【0029】
【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。
まず、図1は、第1実施例のイオン電流検出装置の構成を表す電気回路図である。なお、本実施例では、1気筒分について説明を行うが、本発明は複数の気筒を備える内燃機関についても適用でき、各気筒毎のイオン電流検出装置の基本構成は同様である。
【0030】
図1に示すように、本実施例のイオン電流検出装置1は、定電圧(例えば電圧12[V])を出力する電源装置(バッテリ)11と、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ13と、一次巻線L1と二次巻線L2とからなり、点火用高電圧を発生する点火コイル15と、一次巻線L1と直列接続されたnpn型パワートランジスタから成るトランジスタ17と、トランジスタ17を駆動制御するための第1指令信号Saを出力する電子制御装置(以下、ECUと呼ぶ)19と、二次巻線L2と直列に接続される検出抵抗21と、検出抵抗21に並列接続されるダイオード23と、検出抵抗21の一端の電位Vr(イオン電流値×検出抵抗値)を用いてイオン電流を検出する検出回路25と、を備えている。
【0031】
これらのうち、トランジスタ17は、点火コイル15の一次巻線L1への通電・遮断をECU19からの第1指令信号Saに基づいてスイッチング駆動される半導体素子からなるスイッチング素子であり、本実施例の内燃機関に備えられる点火装置はフルトランジスタ型点火装置である。
【0032】
そして、一次巻線L1は、一端が電源装置11の正極に接続され、他端がトランジスタ17のコレクタに接続されており、二次巻線L2は、一端が検出抵抗21を介して電源装置11の負極と同電位のグランドに接続され、他端が点火プラグ13の中心電極13aに接続されている。
【0033】
また、ダイオード23は、アノードが二次巻線L2と検出抵抗21との接続点に接続され、カソードが電源装置11の負極と導電位のグランドに接続されて、検出抵抗21に並列接続されている。そして、二次巻線L2と検出抵抗21との接続点は、検出回路25の入力端子に接続されている。
【0034】
さらに、点火プラグ13において、中心電極13aと対向して火花放電を発生させる火花放電ギャップを形成する接地電極13bは、電源装置11の負極と同電位のグランドに接地されており、トランジスタ17は、ベースがECU19の第1指令信号Saの出力端子に接続され、エミッタが電源装置11の負極と導電位のグランドに接地されている。
【0035】
そして、ECU19から出力される第1指令信号Saがローレベル(一般にグランド電位)である場合には、ベース電流ibが流れずトランジスタ17はオフ状態(遮断状態)となり、トランジスタ17によって一次巻線L1に電流(一次電流i1)が流れることはない。また、ECU19から出力される第1指令信号Saがハイレベル(一般に電源電圧Vc)である場合には、ベース電流ibが流れてトランジスタ17はオン状態(通電状態)となり、トランジスタ17によって一次巻線L1に電流(一次電流i1)が流れる。
【0036】
このため、第1指令信号Saがハイレベルであり一次巻線L1に一次電流i1が流れている状態で、第1指令信号Saがローレベルになると、トランジスタ17がオフ状態となり、一次巻線L1への一次電流i1の通電が停止される。すると、点火コイル15における磁束密度が急激に変化して、二次巻線L2に点火用高電圧が発生し、これが点火プラグ13に印加されることで、点火プラグ13の電極13a−13b間に火花放電が発生する。
【0037】
尚、点火コイル15は、一次巻線L1への通電・遮断により、二次巻線L2における点火プラグ13の中心電極13a側にグランド電位よりも低い負極性の点火用高電圧を発生するように構成されており、この点火用高電圧の供給により点火プラグの電極13a−13b間に火花放電が発生する。そして、火花放電に伴い二次巻線L2に流れる二次電流(火花放電電流)i2は、点火プラグ13の中心電極13aから二次巻線L2、ダイオード23を通り、グランドを介して接地電極13bに流れる。
【0038】
また、点火プラグによる火花放電中は、第1指令信号Saがローレベルであり一次巻線L1に一次電流i1が流れていない状態にあるが、第1指令信号Saがハイレベルになると、トランジスタ17が再度オン状態となり、一次巻線L1への一次電流i1の再通電が開始される。すると、二次巻線L2にて発生した起電力の消費に伴い低下する磁束が再び増えようとし、二次巻線L2側では低下する状態を維持する方向に逆起電力が発生する。それにより、点火コイル15の二次巻線L2の両端に、点火用高電圧とは逆極性で点火用高電圧よりも低い電圧(以下、検出用高電圧ともいう)が発生する。なお、このとき点火プラグ13による火花放電は強制的に遮断される。
【0039】
一次巻線L1への再通電により二次巻線L2の両端にこの検出用高電圧が発生した時に、点火プラグ13の電極13a−13b間にイオンが存在していると、二次巻線L2から点火プラグ13を通り、グランド、検出抵抗21を通じて二次巻線L2に至る経路に電流(イオン電流io)が流れる。そして、イオン電流ioが発生すると、イオン電流ioの大きさに比例した電圧が検出抵抗21の両端に発生して、電位Vrがイオン電流ioの大きさに比例して変化し、検出回路25は、検出した電位Vrに基づき、イオン電流信号SiをECU19に出力する。このとき、検出回路25は、ECU19の入力端子の入力レンジに応じた範囲内で電位Vrと同様の変化を示し、かつ電位Vrとは正負が反転した信号を、イオン電流信号Siとして出力する。
【0040】
なお、イオン電流ioは、ダイオード23に印加される電圧が順方向ではなく逆方向となるため、ダイオード23には流れず、検出抵抗21を通じて流れる。
ここで、図1に示す回路図における第1指令信号Sa、一次巻線L1に流れる一次電流i1、点火プラグ13の中心電極13aの電位Vp、および、検出抵抗21の一端の電位Vr(イオン電流)の各状態を表すタイムチャートを図2に示す。
【0041】
図2に示すように、時刻t1にて、第1指令信号Saがローレベルからハイレベルに切り換わると、点火コイル15の一次巻線L1に電流(一次電流)i1が流れ始め、これに伴う磁束密度の変化により二次巻線L2の両端に電圧が発生し、点火プラグ13の中心電極13aの電位Vpが正の値を示す。なお、このとき二次巻線L2の両端に発生する電圧は数百[V]〜数千[V]程度と低く、また、検出抵抗21での電圧降下も発生するため、点火プラグ13の電極13a−13b間に印加される電圧は、火花放電の発生に必要な電圧よりも低電圧となるため、火花放電は発生しない。
【0042】
その後、予め設定された通電時間が経過した時刻t2にて、第1指令信号Saがハイレベルからローレベルに切り換わると、点火コイル15の一次巻線L1への一次電流i1の通電が遮断され急激に磁束密度が変化することになり、点火コイル15の二次巻線L2に点火用高電圧(数十[kV]以上)が発生する。そして、点火プラグ13の中心電極13aに負極性の点火用高電圧が印加されて、中心電極13aの電位Vpが急峻に低下し、点火プラグ13の電極13a−13b間に火花放電が発生して、二次巻線L2に二次電流i2が流れる。
【0043】
このあと、時刻t3にて、第1指令信号Saがローレベルからハイレベルに切り換わると、再び一次巻線L1に電流(一次電流)i1が流れ始め、二次巻線L2の両端に時刻t2とは逆極性の検出用高電圧が発生し、この検出用高電圧が点火プラグ13の電極13a−13b間に印加される。これにより、火花放電が強制的に遮断され、それに同期して、点火プラグ13の電極13a−13b間にイオンが存在すると、電極13a−13b間にこのイオンの発生量に応じたイオン電流が流れることになり、このイオン電流は、二次巻線L2から検出抵抗21に流れる。なお、イオンは混合気(燃料)の燃焼に伴う電離作用により発生するため、正常燃焼時にはイオンが発生するが、失火時にイオンが発生することはない。
【0044】
このあと、時刻t4になると第1指令信号Saのレベルが緩やかに減少を開始し、時刻t5になると第1指令信号Saがローレベルとなる。このように、緩やかに第1指令信号Saを減少させてトランジスタ17のベース電流ibを緩やかに減少させることにより、トランジスタ17の電流増幅率の関係から、一次電流i1が緩やかに減少する。これにより、一次電流i1を通電遮断する場合に比べて、点火コイル15での単位時間あたりの磁束密度の変化量が小さくなり、二次巻線L2に発生する電圧が小さくなるため、二次巻線L2に点火用高電圧が発生するのを抑えることができ、不適切な時期における火花放電の発生を抑制することができる。
【0045】
なお、図2に示すイオン電流は、正常燃焼時の波形を示しており、時刻t3から時刻t4までの期間において、イオンの発生量に比例したイオン電流が発生していることが判る。また、検出抵抗21の両端電圧の検出位置の関係から、図2に示すイオン電流波形が負の値となるほど(図中下になるほど)、イオン電流が大きくなることを表している。
【0046】
次に、本イオン電流検出装置1のECU19において実行されるイオン電流検出処理について、図3に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、ECU19は、内燃機関の火花放電発生時期(点火時期)、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するためのものであり、以下に説明するイオン電流検出処理のほかに、別途、内燃機関の吸入空気量(吸気管圧力),回転速度(エンジン回転数)、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理等を実行している。
【0047】
また、図3に示すイオン電流検出処理は、例えば、内燃機関の回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気,圧縮,燃焼,排気を行う1燃焼サイクルに1回の割合で実行されており、点火制御のための処理も実行している。
【0048】
そして、内燃機関が始動されてイオン電流検出処理が開始されると、まずS110(Sはステップを表す)にて、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、S120にて、その読み込んだ運転状態に基づき、火花放電発生時期(所謂点火時期)tsおよびイオン電流検出時期tiを設定する。
【0049】
なお、S110での処理では、内燃機関のエンジン回転数と、スロットル開度や吸気管負圧(吸入空気量)等を用いて算出されるエンジン負荷とを含む情報に基づいて、運転状態を読み込むことが好ましい。そして、S120での処理では、火花放電発生時期tsについては、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとするマップ若しくは計算式を用いて制御基準値を求め、これを冷却水温,吸気温等に基づき補正する、といった従来から知られている手順で設定される。
【0050】
また、イオン電流検出時期tiは、エンジン回転数とエンジン負荷を含む運転状態に基づいて、予め用意されたマップ若しくは計算式を用いて設定される。なお、このとき用いるマップもしくは計算式は、混合気の燃焼が緩慢に進む運転条件下(低回転低負荷時等)にはイオン電流検出時期tiが遅い時期に設定されるように、また、混合気の燃焼が急速に進む運転条件下(高回転高負荷時等)にはイオン電流検出時期tiが早い時期に設定されるように構成されている。本実施例では、エンジン回転数とエンジン負荷をパラメータとするマップを用いて、最適なイオン電流検出時期tiを設定する。
【0051】
次に、S130では、S120にて設定した火花放電発生時期tsに基づき、火花放電発生時期tsに対して、予め設定された一次巻線L1の通電時間だけ早い一次巻線L1の通電開始時期を求め、通電開始時期に達した時点(図2に示す時刻t1)で、第1指令信号Saをローレベルからハイレベルに変化させる。
【0052】
尚、S130の処理により、第1指令信号Saがローレベルからハイレベルに切り換わると、トランジスタ17がオン状態となり、点火コイル15の一次巻線L1に一次電流i1が流れる。また、火花放電発生時期tsまでの一次巻線L1の通電時間は、一次巻線L1への通電によって点火コイル15に蓄積されるエネルギが、内燃機関のあらゆる運転条件下で混合気を燃焼させることができる最大の火花エネルギとなるように、予め設定されている。
【0053】
そして、続くS140では、クランク角センサからの検出信号に基づき、S120で設定した火花放電発生時期tsに達したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、火花放電発生時期tsになるまで待機する。そして、S140にて、火花放電発生時期tsに達したと判断されると(図2に示す時刻t2)、S150に移行する。
【0054】
すると、S150では、第1指令信号Saをハイレベルからローレベルに反転させ、この結果、トランジスタ17がターンオフして一次電流i1が急激に遮断され、点火コイル15の磁束密度が急激に変化して二次巻線L2に点火用高電圧が発生し、点火プラグ13の電極13a−13b間に火花放電が発生する。
【0055】
次のS160では、S120で設定したイオン電流検出時期tiに達したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、イオン電流検出時期tiになるまで待機する。そして、S160にて、イオン電流検出時期tiに達したと判断されると(図2に示す時刻t3)、S170に移行して、S170では、第1指令信号Saをローレベルからハイレベルに反転する。
【0056】
この結果、第1指令信号Saがハイレベルになると、トランジスタ17がオン状態となり、一次巻線L1は再び通電されるので、二次巻線L2の点火用高電圧の発生が抑えられ、点火プラグ13での火花放電が強制的に遮断される。また、このとき(図2に示す時刻t3)、二次巻線L2の両端には点火用高電圧とは逆極性で、点火用高電圧よりも低い検出用高電圧が発生する。
【0057】
そして、この検出用高電圧が、点火プラグ13の電極13a−13b間に印加されることにより、電極13a−13b間にイオンが存在する場合には、イオン電流ioが発生して、検出抵抗21の両端にイオン電流ioの大きさに比例する電圧が発生する。これにより、検出抵抗21と二次巻線L2との接続点の電位Vrが、検出抵抗21の両端電圧に応じて変化することになり、S180にて、検出回路25は、電位Vrを検出する(換言すれば、イオン電流検出値を読み込む)と共に、ECU19に対してイオン電流信号Siを出力する。
【0058】
続いて、S190では、S160にて肯定判定された後、イオン電流ioを検出するための時間として、予めECU19に設定してある第1指令信号Saのハイレベル継続時間を経過したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで待機する。そして、S190にて、第1指令信号Saのハイレベル継続時間が経過したと判断されると(図2に示す時刻t4)、S200に移行する。本実施例では、第1指令信号Saのハイレベル継続時間は、内燃機関の運転状態に関わらず、予め設定された固定値としているが、運転状態に合わせて適切な値を設定してもよい。
【0059】
そして、S200では、第1指令信号Saをハイレベルからローレベルに緩やかに減少させていく第1指令信号レベル低下処理を行う。つまり、トランジスタ17のベース電流ibを緩やかに減少させ、トランジスタ17の電流増幅率の関係から、一次電流i1を緩やかに減少させるのである。これにより、点火コイル15での単位時間あたりの磁束密度の変化量が小さくなり、二次巻線L2に発生する電圧が小さくなるため、二次巻線L2に点火用高電圧が発生するのを防ぐことができ、不適切な時期での火花放電の発生を抑えつつ、最終的に一次電流i1の通電を停止することができる。
【0060】
このあと、S200での処理により第1指令信号Saがローレベルとなり(図2における時刻t5)、S200における処理が終了すると、本イオン電流検出処理が終了する。
なお、ECU19では、イオン電流検出処理を実行することにより発生するイオン電流ioに基づいて、内燃機関の失火の有無を判定する失火判定処理を行っている。この失火判定処理では、図2における時刻t3から時刻t4までの期間において、検出回路25から入力されるイオン電流信号Siに基づき失火判定を行っている。そして、失火判定処理では、時刻t3の直後のピーク値を除くイオン電流信号Siのピーク値と、失火判定のために予め定められた判定基準値とを比較し、ピーク値が判定基準値を下回る場合に失火と判定している。
【0061】
以上説明したように、実施例のイオン電流検出装置1においては、ECU19の指令によるトランジスタ17のスイッチング駆動により、二次巻線L2に発生した点火用高電圧を点火プラグ13に印加して、電極13a−13b間に火花放電を発生させている。そして、その後、内燃機関の運転状態に基づき設定したイオン電流検出時期tiに再度一次電流i1を流すことにより、火花放電を強制的に遮断させると共に、検出用高電圧を二次巻線L2の両端に発生させている点に特徴がある。
【0062】
よって、本実施例のイオン電流検出装置によれば、検出用高電圧を点火コイルで発生することから、高価なコンデンサを備える必要が無く、また、高価なツェナーダイオードを備える必要がないため、低コストでイオン電流検出装置を構成することができる。
【0063】
さらに、本実施例のイオン電流検出装置では、イオン電流検出処理にて、混合気の燃焼が緩慢に進む運転条件下(低回転低負荷時等)にはイオン電流検出時期tiが遅い時期に設定されるように、また、混合気の燃焼が急速に進む運転条件下(高回転高負荷時等)にはイオン電流検出時期tiが早い時期に設定される。このように、内燃機関の運転状態に応じて、イオン電流検出時期tiが設定されるため、イオン電流を確実に検出することができ、イオン電流の検出精度が向上する。
【0064】
なお、イオン電流検出時期tiを変化させることに伴い火花放電の継続時間が変化することになるが、低回転低負荷時には、火花放電の継続時間が長く設定されるため、混合気への着火性が低下する低回転低負荷時においても、確実に混合気へ着火することができる。また、高回転高負荷時においては、火花放電の継続時間が短く設定されるが、高回転高負荷時における混合気の着火性は良好であるため、混合気を燃焼させることができる。
【0065】
ここで、本実施例のイオン電流検出装置を用いて、正常燃焼時と失火時とのそれぞれにおいて測定したイオン電流の測定結果を図4に示す。なお、図4(a)が正常燃焼時の測定結果であり、図4(b)が失火時の測定結果である。
そして、本測定は、回転数が1400[rpm]、トルクが10[Nm]、空燃比(A/F)が14.7という条件下で内燃機関を運転し、点火プラグによる火花放電が開始されてから0.5[mS]経過した時点で検出用高電圧を発生させて、イオン電流を検出するという手順で行った。なお、失火時の測定については、燃料供給を行わないことで、模擬的に失火状態を作り、測定を行った。
【0066】
まず、図4(a)に示す測定結果においては、時刻t11が火花放電発生時期(点火時期)であり、時刻t12が検出用高電圧の発生時期である。そして、イオン電流波形は、時刻t12の直後に大きなイオン電流が瞬間的に流れた後、イオン電流が一旦小さくなっていることを示し、その後、徐々に電流値が上昇して、時刻t12から約1.2[mS]経過した時点でピーク値となることを示している。そして、ピーク値を示した後、徐々に電流値が減少していき、時刻t13の時点で、イオン電流が流れなくなる。
【0067】
また、図4(b)に示す測定結果においては、時刻t21が火花放電発生時期(点火時期)であり、時刻t22が検出用高電圧の発生時期である。そして、イオン電流波形は、時刻t22の直後に大きなイオン電流が瞬間的に流れるものの、その後、イオン電流が流れていないことを示している。つまり、時刻t22から時刻t23までの期間に、イオン電流は流れていない。また、時刻t22から時刻t23までの時間は、図4(a)における時刻t12から時刻t13までの時間に等しい。
【0068】
そして、図4(a)および図4(b)のそれぞれの測定結果を比較すると、検出用高電圧の発生時期(時刻t11、時刻t21)の直後におけるイオン電流波形は、両者とも瞬間的に大きく変動しており、ほぼ等しい波形を示すが、その後については、図4(a)の正常燃焼の場合には電流値が大きくなるが、図4(b)の失火の場合には電流値は変化しないことが判る。
【0069】
このことから、検出用高電圧が発生してから一定時間(例えば、0.5[mS])が経過した後のイオン電流波形を用いることで、失火検知が可能であることが判る。つまり、検出用高電圧が発生してから一定時間が経過した後のイオン電流波形におけるピーク値と、失火判定用に予め定められた判定基準値とを比較し、ピーク値が判定基準値以上となる場合には正常燃焼と判定でき、ピーク値が判定基準値よりも小さい場合には失火と判定することができる。
【0070】
よって、図4に示す測定結果から、本イオン電流検出装置を用いることで、イオン電流を検出できることが判り、また、イオン電流の検出結果から失火検知が可能であることが判る。
以上、本発明の第1実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【0071】
そこで、本発明の第2実施例として、検出用高電圧を発生するために一次電流i1を再通電するためのスイッチング素子を、点火用のスイッチング素子(トランジスタ17)とは別に設けたものについて説明する。
そして、図5は、第2実施例のイオン電流検出装置1の構成を表す電気回路図である。なお、以下の説明において、第1実施例と同じ構成要素については、同一番号(符号)を付与して説明する。
【0072】
図5に示すように、第2実施例のイオン電流検出装置1は、定電圧(例えば電圧12V)を出力する電源装置(バッテリ)11と、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ13と、一次巻線L1と二次巻線L2とからなり、点火用高電圧を発生する点火コイル15と、一次巻線L1と直列接続されたnpn型パワートランジスタから成るトランジスタ17と、トランジスタ17を駆動制御するための第1指令信号Saを出力する電子制御装置(以下、ECUと呼ぶ)19と、二次巻線L2と直列に接続される検出抵抗21と、抵抗素子91に並列接続されるダイオード23と、検出抵抗21の一端の電位Vr(イオン電流値×検出抵抗値)を用いてイオン電流を検出する検出回路25と、イオン電流を検出するための検出用高電圧を二次巻線L2の両端に発生させるべく一次電流i1の再通電を行うための一次電流通電回路51と、を備えている。また、ECU19は、一次電流通電回路51を制御するための第2指令信号Sbを一次電流通電回路51に対して出力している。
【0073】
ここで、第2実施例のイオン電流検出装置1は、第1実施例のイオン電流検出装置に一次電流通電回路51を追設して構成されたものであることから、第1実施例と同一の構成要素についての説明は省略し、第1実施例と異なる構成要素である一次電流通電回路51を中心に説明する。
【0074】
図5に示すように、第2実施例の一次電流通電回路51は、エミッタが接地され、ベースがECU19の第2指令信号Sbを出力する端子と接続され、コレクタがコンデンサ87の一端(電極)に接続されるとともに、ダイオード83を介してグランドに接地されたnpn型のトランジスタ85を備えている。そして、ダイオード83は、アノードがグランドに接地され、カソードがトランジスタ85のコレクタに接続されている。
【0075】
また、コンデンサ87は、トランジスタ85との接続端(電極)とは反対側の接続端(電極)が、抵抗素子91を介して、一次巻線L1とトランジスタ17との接続点に接続されている。さらに、ダイオード89が抵抗素子91に並列接続されており、ダイオード89は、アノードが抵抗素子91と一次巻線L1との接続点に接続され、カソードが抵抗素子91とコンデンサ87との接続点に接続されている。
【0076】
そして、ECU19から出力される第2指令信号Sbがローレベルである場合には、一次電流通電回路51内のトランジスタ85がオフ状態となり、一次電流通電回路51が、電源装置11の正極から一次巻線L1に向かう方向に一次電流i1を流すことはない。
【0077】
また、第2指令信号Sbがハイレベルである場合、一次電流通電回路51内のトランジスタ85がオン状態となり、一次電流通電回路51が、電源装置11の正極側から点火コイル15の一次巻線L1を通って電源装置11の負極側に至る、一次巻線L1の通電経路を形成し、一次巻線L1に一次電流i1を流す。このとき、一次巻線L1からコンデンサ87に流れ込む電流は、抵抗素子91ではなく、ダイオード89を通じて流れる。
【0078】
そして、通電経路に流れる電流によってコンデンサ87に電荷が蓄積されるに従い、一次電流i1は緩やかに減少し、コンデンサ87に、一次巻線L1のインダクタンスとコンデンサ87の静電容量とで決まる一定の時定数にて、所定量の電荷が蓄積されると、コンデンサ87に電流が流れなくなり、一次電流i1を遮断する。
【0079】
そして、このとき、一次電流i1が再通電されることで二次巻線L2の両端において検出用高電圧が発生するが、この検出用高電圧の発生期間がイオンの発生期間を含むように、一次電流通電回路51による一次電流i1の通電時間が設定されている。そして、一次電流通電回路51による一次電流i1の通電時間は、コンデンサ87の静電容量や抵抗素子91の抵抗値を変化させることで変更することができる。
【0080】
なお、コンデンサ87が、一次巻線L1側(抵抗素子91側)に接続された電極を正極性として完全に充電されている場合、第2指令信号Sbがハイレベルであっても、一次電流i1は流れないため、予めコンデンサ87に蓄積された電荷を放電させておく必要がある。そして、第2実施例では、点火用高電圧を発生させるために第1指令信号Saをハイレベルにすることで、すなわち、トランジスタ17をオン状態とすることで(図3におけるS130の処理時に)、充電されているコンデンサ87を放電させることができる。
【0081】
つまり、トランジスタ17をオン状態とすると、トランジスタ17、抵抗素子91、コンデンサ87、ダイオード83による閉ループが形成され、コンデンサ87に蓄積された電荷によって、この閉ループに電流が流れることにより、コンデンサ87は放電される。このとき、コンデンサ87から放電される電流は、ダイオード89ではなく抵抗素子91を通じて流れるため、通電経路の抵抗値が大きくなる。このため、通電経路に流れる電流値が小さくなり、トランジスタ17に流れる電流量が抑制されることになる。これにより、コンデンサ87に蓄積された電荷を放電させた時に伴うトランジスタ17の発熱を小さく抑えることが可能となる。
【0082】
したがって、一次電流通電回路51は、コンデンサ87が放電された状態で、第2指令信号Sbがローレベルからハイレベルに変化される(このとき第1指令信号Saはローレベル)と、一次巻線L1に一次電流i1の通電を再開し、時間経過に従い一次電流i1は緩やかに減少されていき、最終的に一次電流i1は遮断される。そして、次の点火用高電圧を発生させるべく再度第1指令信号Saがハイレベルになること(このとき第2指令信号Sbはローレベル)で、コンデンサ87に蓄積された電荷が放電される。
【0083】
ここで、図5に示す回路図における第1指令信号Sa、第2指令信号Sb、一次巻線L1に流れる一次電流i1、点火プラグ13の中心電極13aの電位Vp、及び、検出抵抗21の一端の電位Vr(イオン電流)の各状態を表すタイムチャートを図6に示す。
【0084】
まず、図6における時刻t31から時刻t33までの各状態については、図2における時刻t1から時刻t3までの各状態と同じである。
そして、時刻t33にて、第2指令信号Sbがローレベルからハイレベルに切り換わると、一次電流通電回路51の動作により、再び一次巻線L1に電流(一次電流)i1が流れ始める。これにより、二次巻線L2の両端に時刻t32にて発生した点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧が発生し、点火プラグ13の電極13a−13b間にこの検出用高電圧が印加される(なお、このとき点火プラグ13による火花放電は強制的に遮断される)。そして、この時、点火プラグ13の電極13a−13b間にイオンが存在すると、電極13a−13b間にこのイオンの発生量に応じた電流が流れることになり、このイオン電流は、二次巻線L2から検出抵抗21に流れる。なお、イオンは混合気(燃料)の燃焼に伴う電離作用により発生するため、正常燃焼時にはイオンが発生するが、失火時にイオンが発生することはない。
【0085】
このとき、再通電された一次電流i1により一次電流通電回路51におけるコンデンサ87が充電されていき、時刻t34で一次電流i1がピーク値を示した後、一次電流i1が緩やかに減少していき、時刻t35にて一次電流i1が流れなくなると共に、第2指令信号Sbがハイレベルからローレベルに切り換わる。
【0086】
このように、コンデンサ87により一次電流i1が緩やかに減少するこで、点火コイル15での単位時間あたりの磁束密度の変化量が小さくなり、二次巻線L2に発生する電圧が小さくなるため、二次巻線L2に点火用高電圧が発生するのを抑えることができ、不適切な時期における火花放電の発生を抑制することができる。
【0087】
なお、図6に示すイオン電流は、正常燃焼時の波形を示しており、時刻t33から時刻t34までの期間において、イオンの発生量に比例したイオン電流が発生していることが判る。また、検出抵抗21の両端電圧の検出位置の関係から、図6に示すイオン電流波形が負の値となるほど(図中下になるほど)、イオン電流が大きくなることを表している。
【0088】
次に、第2実施例のイオン電流検出装置1のECU19において実行されるイオン電流検出処理について、図7に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、ECU19は、第1実施例と同様に内燃機関を総合的に制御するためのものであり、以下に説明するイオン電流検出処理のほかに、別途、運転状態検出処理等を実行している。また、図7に示すイオン電流検出処理は、例えば、内燃機関の回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気,圧縮,燃焼,排気を行う1燃焼サイクルに1回の割合で実行されており、点火制御のための処理も実行している。
【0089】
そして、第2実施例のイオン電流検出処理におけるS110からS160までの処理内容については、図3に示す第1実施例のイオン電流検出処理におけるS110からS160までの処理内容と同じであることから、S210以降の処理を中心に説明する。
【0090】
そして、内燃機関が始動されてイオン電流検出処理が開始されると、S110からS150までの処理を実行することにより、点火プラグ13の電極13a−13b間に火花放電が発生する。
その後、イオン電流検出時期tiに達してS160にて肯定判定されると(図6に示す時刻t33)、S210に移行して、S210では第2指令信号Sbをローレベルからハイレベルに反転する。
【0091】
そして、S210での処理により第2指令信号Sbがハイレベルになると、一次電流通電回路51におけるトランジスタ85がオン状態となり、一次巻線L1、ダイオード89、コンデンサ87、トランジスタ85の順に通電経路が形成され、一次電流i1が再び流れ始める。このように、一次巻線L1への再通電が行われることで、二次巻線L2の点火用高電圧の発生が抑えられ、点火プラグ13での火花放電が強制的に遮断される。また、このとき(図6に示す時刻t33)、二次巻線L2の両端には点火用高電圧とは逆極性で、点火用高電圧よりも低い電圧が発生する。
【0092】
そして、この検出用高電圧が、点火プラグ13の電極13a−13b間に印加されることにより、電極13a−13b間にイオンが存在する場合には、イオン電流ioが発生して、検出抵抗21の両端にイオン電流ioの大きさに比例する電圧が発生する。これにより、検出抵抗21と二次巻線L2との接続点の電位Vrが、検出抵抗21の両端電圧に応じて変化することになり、S220にて、検出回路25は、電位Vrを検出する(換言すれば、イオン電流検出値を読み込む)と共に、ECU19に対してイオン電流信号Siを出力する。このとき、一次電流i1は、一次電流通電回路51の動作により、図6における時刻t34までは上昇し、その後、緩やかに減少していく。
【0093】
続いて、S230では、S160にて肯定判定された後、イオン電流ioを検出するための時間として、予めECU19に設定してある第2指令信号Sbのハイレベル継続時間を経過したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで待機する。そして、S230にて、第2指令信号Sbのハイレベル継続時間が経過したと判断されると(図6に示す時刻t35)、S240に移行する。
【0094】
なお、第2実施例における第2指令信号Sbのハイレベル継続時間は、図6における時刻t33から時刻t35までの時間であり、第1実施例における第1指令信号Saのハイレベル継続時間(図2における時刻t3から時刻t4まで)よりも長い時間が設定されている。また、第2指令信号Sbのハイレベル継続時間は、内燃機関の運転状態に関わらず、予め設定された固定値としているが、運転状態に合わせて適切な値を設定してもよい。
【0095】
続くS240では、第2指令信号Sbをハイレベルからローレベルに切り換えて、トランジスタ85をオフ状態とする。そして、S240での処理が終了すると、本イオン電流検出処理が終了する。
なお、第2実施例のECU19においても、第1実施例と同様に、イオン電流検出処理を実行することにより発生するイオン電流に基づき、内燃機関の失火の有無を判定する失火判定処理を行っている。この失火判定処理では、図6における時刻t33から時刻t34までの期間において、検出回路25から入力されるイオン電流信号Siに基づき失火判定を行っている。そして、失火判定処理では、時刻t33の直後のピーク値を除くイオン電流信号Siのピーク値と、失火判定のために予め定められた判定基準値とを比較し、ピーク値が判定基準値を下回る場合に失火と判定している。
【0096】
そして、第2実施例のイオン電流検出装置1においては、トランジスタ85が特許請求の範囲に記載の第2スイッチング手段に相当し、トランジスタ17が第1スイッチング手段に相当している。
なお、第2実施例のイオン電流検出装置は、第1実施例と同様の効果を発揮できることは言うまでもない。
【0097】
ここで、第1実施例、第2実施例ともに、二次巻線L2の両端に発生する点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧をイオン電流検出のための電源として利用するものである。それより、検出用高電圧値は、イオン電流ioを検出することが可能なレベルに設定されており、かつ、あらゆる運転条件下において点火プラグ13にて火花放電が再度発生しないレベルに制限されている。つまり、二次巻線L2の両端に発生する検出用高電圧値をこうした範囲内に設定すべく、内燃機関の性能を考慮して、一次巻線L1と二次巻線L2との巻数比や一次巻線L1の抵抗値等を適宜調整した点火コイルを用いている。なお、二次巻線L2の両端に発生する検出用高電圧が100〔V〕〜1200〔V〕の範囲内となるよう調整された点火コイルを用いることで、イオン電流を良好に検出することができ、かつ火花放電の再発生を防ぐことができる。
【0098】
以上、本発明の2つの実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、イオン電流検出処理におけるS110での処理において、運転状態を読み込む処理に加えて、別途内燃機関が十分に暖機された運転状態であるか否か(例えば、内燃機関の冷却水温度が50℃を超えたか否か)を判断するとよい。そして、十分に暖機されていない場合(冷却水温度が50℃以下である場合)には、S160以降の処理を行わずに、イオン電流検出処理を終了するのである。そして、内燃機関の暖機が十分となった場合には、S160以降の処理を実行して、イオン電流の検出を行うのである。これにより、火花放電の継続時間が長くなり、冷間始動後の暖機運転時のように冷却水温度が低く、着火性の劣る運転状態であっても、失火させることなく確実に混合気を燃焼させることができる。
【0099】
また、イオン電流を用いて検出可能な燃焼状態としては、失火に限らず、例えば、ノッキング等が挙げられる。そして、ノッキングを検出する一例としては、一次巻線への再通電により二次巻線の両端に発生する検出用高電圧を点火プラグに印加して、点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出し、検出したイオン電流の波形を解析することによりノッキング判定を行う方法がある。
【0100】
また、イオン電流の検出には、火花放電経路上に直列接続する検出機器ではなく、火花放電経路と容量結合される検出機器を用いてもよい。そして、イオン電流が流れることで発生する蓄積電荷の変化に基づき、イオン電流を検出するのである。このように容量結合される検出機器を用いることで、火花放電経路の抵抗値の変化をより確実に抑制することができ、点火装置への影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例のイオン電流検出装置の構成を表す電気回路図である。
【図2】 第1実施例のイオン電流検出装置の各部の状態を表すタイムチャートである。
【図3】 第1実施例のECUにおいて実行されるイオン電流検出処理のフローチャートである。
【図4】 (a)が正常燃焼時におけるイオン電流の測定結果であり、(b)が失火時におけるイオン電流の測定結果である。
【図5】 第2実施例のイオン電流検出装置の構成を表す電気回路図である。
【図6】 第2実施例のイオン電流検出装置の各部の状態を表すタイムチャートである。
【図7】 第2実施例のECUにおいて実行されるイオン電流検出処理のフローチャートである。
【符号の説明】
1…イオン電流検出装置、11…電源装置、13…点火プラグ、13a…中心電極、13b…接地電極、15…点火コイル、17…トランジスタ、19…電子制御装置(ECU)、21…検出抵抗、23…ダイオード、25…検出回路、51…一次電流通電回路、85…トランジスタ、L1…一次巻線、L2…二次巻線。
Claims (3)
- 一次巻線および二次巻線を有し、前記一次巻線に流れる一次電流を遮断することにより、前記二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、
前記二次巻線と共に閉ループを形成するとともに、前記点火用高電圧が印加されることにより、自身の電極間に火花放電を発生する点火プラグと、
前記点火プラグの電極間に火花放電が開始されてから、当該火花放電の開始時から終了前までの当該火花放電中となるように設定された時間長である所定時間の経過後に前記一次巻線に再通電することにより、該火花放電を強制的に遮断するとともに、前記二次巻線の両端に前記点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧を発生させる検出用高電圧発生手段と、
前記検出用高電圧が前記点火プラグに印加されることにより、該点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
を備え、
前記検出用高電圧発生手段は、前記所定時間を、内燃機関の運転状態が低回転低負荷時には長い時間長に設定し、内燃機関の運転状態が高回転高負荷時には短い時間長に設定する運転状態検出手段を備えること、
を特徴とするイオン電流検出装置。 - 前記イオン電流検出手段は、
前記点火プラグおよび前記二次巻線と直列接続される検出用抵抗素子と、
該検出用抵抗素子に並列接続され、前記点火用高電圧の発生時に流れる火花放電電流を流すことのみ許容する整流素子と、を備えており、
前記検出用高電圧の印加により発生する前記検出用抵抗素子の両端電圧に基づき、イオン電流を検出すること、を特徴とする請求項1に記載のイオン電流検出装置。 - 前記点火コイルの一次巻線に直列接続され、該一次巻線に流れる一次電流を通電・遮断する第1スイッチング手段と、
該第1スイッチング手段に並列接続され、前記二次巻線の両端に前記検出用高電圧を発生させるために前記一次巻線に再通電を行う第2スイッチング手段と、を備えること、を特徴とする請求項1または請求項2に記載のイオン電流検出装置。
Priority Applications (1)
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