JP5154371B2 - Ion current detector - Google Patents

Ion current detector Download PDF

Info

Publication number
JP5154371B2
JP5154371B2 JP2008290008A JP2008290008A JP5154371B2 JP 5154371 B2 JP5154371 B2 JP 5154371B2 JP 2008290008 A JP2008290008 A JP 2008290008A JP 2008290008 A JP2008290008 A JP 2008290008A JP 5154371 B2 JP5154371 B2 JP 5154371B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitor
diode
zener diode
spark plug
ion current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008290008A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010116824A (en
Inventor
豪乃助 稲村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diamond Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2008290008A priority Critical patent/JP5154371B2/en
Publication of JP2010116824A publication Critical patent/JP2010116824A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5154371B2 publication Critical patent/JP5154371B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、内燃機関の燃焼により発生するイオン電流を、素早いタイミングで検出できるイオン電流検出装置に関する。   The present invention relates to an ion current detection device capable of detecting an ion current generated by combustion of an internal combustion engine at a quick timing.

自動車エンジンなどの内燃機関では、燃焼室に導入した空気及び燃料の混合気を、点火プラグの点火放電により燃焼させることでエネルギーを発生させている。このような内燃機関では、燃焼時、燃焼室内の分子がイオン化するので、適当なタイミングで点火プラグに高電圧を印加することで、イオン電流を取得することが可能となる。   In an internal combustion engine such as an automobile engine, energy is generated by burning an air-fuel mixture introduced into a combustion chamber by ignition discharge of a spark plug. In such an internal combustion engine, molecules in the combustion chamber are ionized during combustion, so that an ionic current can be acquired by applying a high voltage to the spark plug at an appropriate timing.

そして、取得したイオン電流にノック信号が重畳しているか否かによってノッキング発生の有無を把握することが可能となる。なお、ノック信号の周波数は、内燃機関の構造により相違するが、例えば、5kHz〜10kHz程度である。そして、イオン電流検出装置としては、例えば、特許文献1に記載の回路構成が知られている。
特開2006−077763号公報
The presence or absence of knocking can be determined based on whether or not a knock signal is superimposed on the acquired ion current. The frequency of the knock signal varies depending on the structure of the internal combustion engine, but is about 5 kHz to 10 kHz, for example. As an ionic current detection device, for example, a circuit configuration described in Patent Document 1 is known.
JP 2006-077763 A

図4は、特許文献1の回路構成を図示したものであり、このイオン電流検出装置では、スイッチング素子QのOFF遷移時に、点火コイルの二次コイルL2に図示の向きの高電圧を発生させることで、点火プラグPGが放電している。また、このOFF遷移時には、点火プラグPGの放電電流が、二次コイルL2→ツェナーダイオードZD11及びコンデンサC11→ダイオードD22の経路で流れて、コンデンサC11が充電される。そして、放電電流が収束した後に、コンデンサC11の両端電圧をバイアス電源として、破線の向きにイオン電流iが流れ、OPアンプ30からイオン電流iに対応する検出信号Rf*iが出力される。   FIG. 4 illustrates the circuit configuration of Patent Document 1. In this ion current detection device, when the switching element Q is turned OFF, the secondary coil L2 of the ignition coil generates a high voltage in the illustrated direction. Thus, the spark plug PG is discharged. Further, at the time of this OFF transition, the discharge current of the spark plug PG flows through the path of the secondary coil L2 → zener diode ZD11 and capacitor C11 → diode D22, and the capacitor C11 is charged. Then, after the discharge current has converged, the ion current i flows in the direction of the broken line using the voltage across the capacitor C11 as the bias power supply, and the detection signal Rf * i corresponding to the ion current i is output from the OP amplifier 30.

しかしながら、特許文献1の回路構成では、イオン電流が二次コイルL2を経由して流れるので、ノック信号の周波数に対するインピーダンスが増加して、微小レベルのノック信号を検出することが困難であるという問題がある。また、この回路構成では、点火プラグPGは、グランドを基点に放電するマイナス放電であって、グランドに向けて放電するプラス放電を実現できないという問題もある。   However, in the circuit configuration of Patent Document 1, since the ionic current flows through the secondary coil L2, the impedance with respect to the frequency of the knock signal increases, and it is difficult to detect a minute level knock signal. There is. Further, in this circuit configuration, the spark plug PG is a negative discharge that discharges from the ground, and there is a problem that a positive discharge that discharges toward the ground cannot be realized.

そこで、イオン電流経路に二次コイルL2を含まず、且つ、プラス放電を可能にする回路としては、例えば、特許文献2の回路構成が知られている。
特開2002−180949号公報
Therefore, as a circuit that does not include the secondary coil L2 in the ion current path and enables positive discharge, for example, the circuit configuration of Patent Document 2 is known.
JP 2002-180949 A

図5は、特許文献2の回路構成を図示したものであり、スイッチング素子QのOFF遷移時に、点火コイルの二次コイルL2に図示の向きの高電圧を発生させることで、点火プラグPGが放電している。また、このOFF遷移時には、一次コイルL1→抵抗R11→ツェナーダイオードZD11及びコンデンサC11→ダイオードD22の経路でコンデンサC11が充電される。そして、その後、点火プラグPGの両端電圧が降下すると、コンデンサC11の両端電圧をバイアス電源として、破線の向きにイオン電流iが流れ、OPアンプ30から検出信号Rf*iが出力されることになる。   FIG. 5 illustrates the circuit configuration of Patent Document 2, and when the switching element Q is turned OFF, the ignition plug PG is discharged by generating a high voltage in the direction illustrated in the secondary coil L2 of the ignition coil. doing. At the time of this OFF transition, the capacitor C11 is charged through the path of the primary coil L1, the resistor R11, the Zener diode ZD11, and the capacitor C11 → the diode D22. Then, when the voltage across the spark plug PG drops thereafter, the ion current i flows in the direction of the broken line using the voltage across the capacitor C11 as a bias power supply, and the detection signal Rf * i is output from the OP amplifier 30. .

図5の回路構成では、スイッチング素子QのON遷移時に点火プラグPGが放電しないよう、ON時放電防止用のダイオードD20が配置されるのが通例である。また、スイッチング素子Qとしては、好適にはIGBP(Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用され、IGBTには、例えば、ツェナーダイオードZDが並列接続される場合が多い。   In the circuit configuration of FIG. 5, a diode D20 for preventing discharge at the ON time is usually arranged so that the spark plug PG is not discharged at the ON transition time of the switching element Q. In addition, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is preferably used as the switching element Q, and for example, a Zener diode ZD is often connected in parallel to the IGBT.

そのため、図5の回路構成では、コンデンサC11の最大充電電圧は、ツェナーダイオードZDのブレークダウン電圧特性に依存することになり、例えば、コンデンサC11の充電電圧を、200V以上、例えば800V程度まで増加しようとすると、これに対応する特別の絶縁設計や耐エネルギー設計が必要となり、点火回路を小型化・軽量化できないという問題がある。   Therefore, in the circuit configuration of FIG. 5, the maximum charging voltage of the capacitor C11 depends on the breakdown voltage characteristics of the Zener diode ZD. For example, the charging voltage of the capacitor C11 is increased to 200V or more, for example, about 800V. Then, a special insulation design and energy resistant design corresponding to this are required, and there is a problem that the ignition circuit cannot be reduced in size and weight.

また、図5の回路構成では、逆電流阻止用のダイオードD21や、ON時放電防止用のダイオードD20が必須となるので、点火プラグPGなど二次側の浮遊容量の充電電荷の放電経路がハイインピーダンスとなり、その分だけイオン電流の検出開始タイミングが遅れるという問題もある。   Further, in the circuit configuration of FIG. 5, the reverse current blocking diode D21 and the ON-time discharge preventing diode D20 are indispensable, so the discharge path of the charge charge of the secondary side stray capacitance such as the spark plug PG is high. There is also a problem that the detection start timing of the ion current is delayed by that amount.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、イオン電流検出のためのバイアス電圧を上昇させることができるイオン電流検出回路を提供することを課題とする。また、素早いタイミングでイオン電流の検出を開始できるイオン電流検出回路を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an ion current detection circuit capable of increasing a bias voltage for ion current detection. It is another object of the present invention to provide an ion current detection circuit capable of starting detection of ion current at a quick timing.

上記の課題を解決するため、本発明に係るイオン電流検出装置は、一次コイルと二次コイルが電磁結合されてなる点火コイルと、前記一次コイルの電流をON/OFF制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のOFF動作時に前記二次コイルに誘起される高電圧に基づいてグランドに向けて放電する点火プラグと、前記スイッチング素子と直流的に分離されたコンデンサ及び第一ツェナーダイオードを有し、前記点火プラグの放電時に、前記高電圧に基づいて前記第一ツェナーダイオードの降伏電圧のレベルまで前記コンデンサが充電されるバイアス回路と、前記コンデンサの放電電流を検出する電流検出回路と、を有して構成され、前記二次コイルと前記第一ツェナーダイオードとの間に、前記第一ツェナーダイオードとは逆向きに、降伏電圧が第一ツェナーダイオードとほぼ同一である第二ツェナーダイオードを配置したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, an ion current detection device according to the present invention includes an ignition coil in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled, a switching element that controls ON / OFF of the current of the primary coil, A spark plug that discharges toward ground based on a high voltage induced in the secondary coil during an OFF operation of the switching element, a capacitor and a first Zener diode that are DC-separated from the switching element , A bias circuit that charges the capacitor to a breakdown voltage level of the first Zener diode based on the high voltage when the spark plug is discharged; and a current detection circuit that detects a discharge current of the capacitor. The first Zener diode is opposite between the secondary coil and the first Zener diode. Come to, characterized in that the breakdown voltage is disposed a second Zener diode is substantially the same as the first Zener diode.

本発明では、ツェナーダイオードやコンデンサを、スイッチング素子と直流的に分離されているので、スイッチング素子の耐圧を考慮することなく、コンデンサの充電電圧を最適レベルに設定することができる。また、二次コイルと第一ツェナーダイオードとの間に、第一ツェナーダイオードとは逆向きに第二ツェナーダイオードを配置するので、点火プラグの充電電荷を放電する経路が低インピーダンス化される。 In the present invention, since the Zener diode and the capacitor are separated from the switching element in a DC manner, the charging voltage of the capacitor can be set to an optimum level without considering the breakdown voltage of the switching element. In addition, since the second Zener diode is disposed between the secondary coil and the first Zener diode in the direction opposite to the first Zener diode, the path for discharging the charging charge of the spark plug is reduced in impedance.

なお、本発明において、ツェナーダイオード、コンデンサ、ダイオードなどの名称は、同等の機能を発揮する電子素子の総称として使用しており、現実に流通している具体的な電子素子そのものを意味しない。   In the present invention, names such as a Zener diode, a capacitor, and a diode are used as a general term for electronic elements that exhibit equivalent functions, and do not mean specific electronic elements that are actually distributed.

本発明は、好ましくは、コンデンサの充電時における高圧側端子と、点火プラグの放電時における高圧側端子との間に第一ダイオードを配置して、点火プラグの高圧側端子の電位が降下すると第一ダイオードがON動作して、コンデンサ、第一ダイオード、及び点火プラグを経由して、コンデンサの放電電流が流れるよう構成するべきである。   In the present invention, preferably, a first diode is disposed between the high-voltage side terminal during charging of the capacitor and the high-voltage side terminal during discharge of the spark plug, and the first potential is reduced when the potential of the high-voltage side terminal of the spark plug drops. One of the diodes should be turned on so that the capacitor discharge current flows through the capacitor, the first diode, and the spark plug.

また、前記第一ツェナーダイオード及び前記コンデンサには、前記点火プラグの放電時とは逆方向の電流を阻止する第二ダイオード及び第三ダイオードが、各々接続されるのが好適である。この場合、前記第三ダイオードは、前記コンデンサとグランドとの間に配置されるのが最適である。 The first Zener diode and the capacitor are preferably connected to a second diode and a third diode, respectively, for blocking a current in a direction opposite to that during discharge of the spark plug. In this case, the third diode is optimally arranged between the capacitor and the ground.

また、前記電流検出回路は、反転入力端子、非反転入力端子、及び出力端子を有する増幅素子と、前記反転入力端子と前記コンデンサの充電時における低圧側端子とを接続する入力抵抗と、前記反転入力端子と前記出力端子とを接続する検出抵抗とを有して構成され、前記点火プラグの放電時には、前記入力抵抗と前記コンデンサの両端電圧がほぼ同一の電圧値となるよう構成されるのが好適である。   The current detection circuit includes an amplifying element having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, an input resistor connecting the inverting input terminal and a low-voltage side terminal during charging of the capacitor, and the inverting A detection resistor that connects the input terminal and the output terminal is configured, and when the spark plug is discharged, the voltage across the input resistance and the capacitor is configured to have substantially the same voltage value. Is preferred.

上記した本発明のイオン電流検出装置によれば、イオン電流検出のためのバイアス電圧を適宜に上昇させることができる。また、素早いタイミングでイオン電流の検出を開始することもできる。   According to the ion current detection device of the present invention described above, the bias voltage for ion current detection can be appropriately increased. Also, the detection of the ion current can be started at a quick timing.

以下、実施例に係るイオン電流検出装置に基づいて、本発明の実施形態を説明する。図1は、実施例に係るイオン電流検出装置の回路図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on an ion current detection device according to an example. FIG. 1 is a circuit diagram of an ion current detection device according to an embodiment.

図示の通り、このイオン電流検出装置は、一次コイルL1と二次コイルL2が電磁結合された点火コイル1と、一次コイルL1の電流をON/OFF制御するスイッチング素子2と、コンデンサC1及びツェナーダイオードZD1を中心とするバイアス回路3と、バイアス回路3及び二次コイルL2に直列接続された点火プラグPGと、OPアンプAMPによる電流検出回路4とを中心に構成されている。   As shown in the figure, this ion current detection device includes an ignition coil 1 in which a primary coil L1 and a secondary coil L2 are electromagnetically coupled, a switching element 2 that controls ON / OFF of a current in the primary coil L1, a capacitor C1, and a Zener diode. A bias circuit 3 centered on ZD1, a spark plug PG connected in series to the bias circuit 3 and the secondary coil L2, and a current detection circuit 4 using an OP amplifier AMP are mainly configured.

スイッチング素子2は、具体的にはIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタInsulated Gate Bipolar Transistor)で構成されている。そして、IGBTのゲート端子Gには、点火パルスSGが供給され、コレクタ端子Cは一次コイルL1に接続され、エミッタ端子Eはグランドに接続されている。また、IGBTのコレクタ端子Cとエミッタ端子Eには、ツェナーダイオードZDのカソード端子Cとアノード端子Aが接続されている。   Specifically, the switching element 2 is configured by an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). An ignition pulse SG is supplied to the gate terminal G of the IGBT, the collector terminal C is connected to the primary coil L1, and the emitter terminal E is connected to the ground. The cathode terminal C and anode terminal A of the Zener diode ZD are connected to the collector terminal C and emitter terminal E of the IGBT.

点火コイル1を構成する一次コイルL1と二次コイルL2は、コイル巻線が逆相に巻かれ、スイッチング素子2がOFF遷移して一次コイルL1の電流が遮断されると、二次コイルL2に、図示の向きの高電圧が発生するよう構成されている。   The primary coil L1 and the secondary coil L2 constituting the ignition coil 1 are wound in the secondary coil L2 when the coil winding is wound in the opposite phase and the switching element 2 is turned OFF to interrupt the current of the primary coil L1. The high voltage in the direction shown in the drawing is generated.

バイアス回路3は、二次コイルL2の低圧側端子に接続されるツェナーダイオードZD2と、ツェナーダイオードZD2に接続されるツェナーダイオードZD1及びダイオードD2の直列回路と、この直列回路に並列接続されるコンデンサC1及びダイオードD3の直列回路と、コンデンサC1とダイオードD3との接続点と点火プラグPGの高圧側端子との間に接続されるダイオードD4とを有して構成されている。   The bias circuit 3 includes a Zener diode ZD2 connected to the low voltage side terminal of the secondary coil L2, a series circuit of a Zener diode ZD1 and a diode D2 connected to the Zener diode ZD2, and a capacitor C1 connected in parallel to the series circuit. And a series circuit of the diode D3, and a diode D4 connected between the connection point of the capacitor C1 and the diode D3 and the high voltage side terminal of the spark plug PG.

そして、ツェナーダイオードZD1、ダイオードD2、コンデンサC1及びダイオードD3で構成された並列接続回路は、その一方がツェナーダイオードZD2のアノード端子に接続され、他方がグランドに接続されている。   One of the parallel connection circuits composed of the Zener diode ZD1, the diode D2, the capacitor C1, and the diode D3 is connected to the anode terminal of the Zener diode ZD2, and the other is connected to the ground.

ツェナーダイオードZD2は、スイッチング素子2のON遷移時に点火プラグPGが放電しないよう、そのカソード端子が二次コイルL2に接続されている。但し、本実施例では、通常のダイオードを使用するのではなく、あえてツェナーダイオードZD2を使用している。したがって、ツェナーダイオードZD2の両端に、自らの降伏電圧以上の電圧を受けた場合には、カソード端子からアノード端子に向けて逆方向電流が流れることになる。   The Zener diode ZD2 has a cathode terminal connected to the secondary coil L2 so that the spark plug PG is not discharged when the switching element 2 is turned on. However, in this embodiment, not a normal diode but a Zener diode ZD2 is used. Therefore, when a voltage higher than its own breakdown voltage is applied to both ends of the Zener diode ZD2, a reverse current flows from the cathode terminal to the anode terminal.

ツェナーダイオードZD1は、そのアノード端子がツェナーダイオードZD2のアノード端子に接続されている。一方、ツェナーダイオードZD1のカソード端子はダイオードD2のカソード端子に接続されている。そのため、このツェナーダイオードZD1及びダイオードD2の直列回路には、ツェナーダイオードZD1の降伏時に、図示上向きの電流は流れるが、図示下向きの電流は、ダイオードD2によって阻止されることになる。   The anode terminal of the Zener diode ZD1 is connected to the anode terminal of the Zener diode ZD2. On the other hand, the cathode terminal of the Zener diode ZD1 is connected to the cathode terminal of the diode D2. Therefore, in the series circuit of the Zener diode ZD1 and the diode D2, an upward current flows in the figure when the Zener diode ZD1 breaks down, but a downward current in the figure is blocked by the diode D2.

ところで、この回路構成では、ツェナーダイオードZD1とスイッチング素子2とが直流的に分離状態であるので、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧には、特段の上限がなく、適宜に高い降伏電圧を選択することができる。好ましくは、降伏電圧200V以上のツェナーダイオードを使用するべきであり、本実施例では、一例として、降伏電圧300V程度のツェナーダイオードZD1を使用している。また、ツェナーダイオードZD1と、ツェナーダイオードZD2は、降伏電圧をほぼ同一に設定するのが好ましく、本実施例では、ツェナーダイオードZD2の降伏電圧も300V程度となっている。   By the way, in this circuit configuration, since the Zener diode ZD1 and the switching element 2 are in a DC separated state, the breakdown voltage of the Zener diode ZD1 has no particular upper limit, and an appropriate high breakdown voltage can be selected. it can. Preferably, a Zener diode having a breakdown voltage of 200 V or higher should be used. In this embodiment, a Zener diode ZD1 having a breakdown voltage of about 300 V is used as an example. The Zener diode ZD1 and the Zener diode ZD2 preferably have substantially the same breakdown voltage. In the present embodiment, the breakdown voltage of the Zener diode ZD2 is about 300V.

ダイオードD3は、そのカソード端子がコンデンサC1に接続され、アノード端子がグランドに接続されている。また、ダイオードD3のカソード端子は、ダイオードD4のアノード端子にも接続されている。したがって、ダイオードD4がOFF状態であれば、コンデンサC1は、ダイオードD3→コンデンサC1の経路の図示上向きの充電電流によって充電可能となる。一方、ダイオードD4がON状態となると、コンデンサC1の充電電荷は、コンデンサC1→ダイオードD4の経路で放電可能となる。   The diode D3 has a cathode terminal connected to the capacitor C1, and an anode terminal connected to the ground. The cathode terminal of the diode D3 is also connected to the anode terminal of the diode D4. Therefore, if the diode D4 is in the OFF state, the capacitor C1 can be charged by the upward charging current in the drawing along the path from the diode D3 to the capacitor C1. On the other hand, when the diode D4 is turned on, the charge of the capacitor C1 can be discharged through a path from the capacitor C1 to the diode D4.

電流検出回路4は、OPアンプAMPと、入力抵抗R1と、検出抵抗R2と、コンデンサC2とを有して構成されている。OPアンプAMPは、単一電源Vccで動作しており、非反転入力端子がグランドに接続されている。そして、OPアンプAMPの出力端子から、イオン電流検出信号Voutが出力される。   The current detection circuit 4 includes an OP amplifier AMP, an input resistor R1, a detection resistor R2, and a capacitor C2. The OP amplifier AMP operates with a single power supply Vcc, and a non-inverting input terminal is connected to the ground. Then, the ion current detection signal Vout is output from the output terminal of the OP amplifier AMP.

入力抵抗R1は、コンデンサC1と、OPアンプAMPの反転入力端子との間に接続されている。この入力抵抗R1は、例えば、100KΩ程度の抵抗値を有して、検出抵抗R2→入力抵抗R1の経路で流れる電流値を適宜なレベルに制限している。   The input resistor R1 is connected between the capacitor C1 and the inverting input terminal of the OP amplifier AMP. The input resistor R1 has a resistance value of, for example, about 100 KΩ, and limits the current value flowing through the path of the detection resistor R2 → the input resistor R1 to an appropriate level.

検出抵抗R2とコンデンサC2とは互いに並列接続され、この並列回路がOPアンプAMPの反転入力端子と出力端子の間に接続されている。そのため、OPアンプAMPは、全体として積分回路として機能して耐ノイズ性を高めている。   The detection resistor R2 and the capacitor C2 are connected in parallel to each other, and this parallel circuit is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the OP amplifier AMP. For this reason, the OP amplifier AMP functions as an integrating circuit as a whole to enhance noise resistance.

図2及び図3は、実施例に係るイオン電流検出装置の動作内容を説明する図面である。図3のタイムチャートでは、点火プラグPGが火花放電を開始したタイミングT1から、火花放電終了タイミングT2を経て、イオン電流の検出が開始されるタイミングT3までを模式的に示している。なお、二次コイルL2の高圧端子側の電位Vpは、点火プラグPGの電位に他ならない。したがって、図3には、点火プラグPGの電位Vpと、OPアンプAMPの検出信号Voutとを図示していることになるが、タイミングT3に至るまでの検出信号Voutは図示省略している。   2 and 3 are diagrams for explaining the operation contents of the ion current detection device according to the embodiment. The time chart of FIG. 3 schematically shows from the timing T1 at which the spark plug PG starts spark discharge to the timing T3 at which the detection of ion current starts after the spark discharge end timing T2. The potential Vp on the high voltage terminal side of the secondary coil L2 is nothing but the potential of the spark plug PG. Therefore, FIG. 3 shows the potential Vp of the spark plug PG and the detection signal Vout of the OP amplifier AMP, but the detection signal Vout up to the timing T3 is not shown.

<タイミングT1〜タイミングT2>
先ず、点火パルスSGが立下がり、スイッチング素子2がOFF遷移するタイミングT1以後について、図2(a)と図3とを参照しつつ説明する。
<Timing T1-Timing T2>
First, the timing after the timing T1 when the ignition pulse SG falls and the switching element 2 makes an OFF transition will be described with reference to FIG. 2 (a) and FIG.

スイッチング素子2がOFF遷移すると、二次コイルL2には、図2(a)に示す向きの高電圧が発生し、バイアス回路3→二次コイルL2→点火プラグPGの経路で放電電流i1が流れる。その結果、コンデンサC1は、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧に対応して、例えば300Vまで急速に、図示の向きに充電される。この時、二次コイルL2の誘起電圧が、例えば1100V程度であれば、放電動作状態の点火プラグPGの電位Vpは、約800V程度となる。   When the switching element 2 makes an OFF transition, a high voltage in the direction shown in FIG. 2A is generated in the secondary coil L2, and the discharge current i1 flows through the path of the bias circuit 3 → secondary coil L2 → ignition plug PG. . As a result, the capacitor C1 is rapidly charged in the direction shown in the drawing to, for example, 300 V in accordance with the breakdown voltage of the Zener diode ZD1. At this time, if the induced voltage of the secondary coil L2 is, for example, about 1100V, the potential Vp of the spark plug PG in the discharge operation state is about 800V.

一方、ダイオードD3とダイオードD4の接続点の電位Vcは、このタイミングでは、ダイオードD3の順方向電圧に対応して約1V程度である。そのため、ダイオードD4はOFF状態であって、コンデンサC1の充電電荷がダイオードD4を経由して放電することはない。なお、このタイミングでは、抵抗R2→抵抗R1の経路にも電流i2が流れるので、検出信号Voutは正の飽和電圧となる。   On the other hand, the potential Vc at the connection point between the diode D3 and the diode D4 is about 1 V corresponding to the forward voltage of the diode D3 at this timing. Therefore, the diode D4 is in the OFF state, and the charge of the capacitor C1 is not discharged via the diode D4. At this timing, since the current i2 also flows through the path from the resistor R2 to the resistor R1, the detection signal Vout becomes a positive saturation voltage.

<タイミングT2〜タイミングT3>
その後、タイミングT2で火花放電が終了して、点火プラグPGの電位Vpが降下し始める。図2(b)及び図3(b)は、この状態を図示したものであり、点火プラグPGの電荷が、二次コイルL2及びツェナーダイオードZD2を経由して速やかに放電される状態を実線で示している。
<Timing T2 to Timing T3>
Thereafter, the spark discharge ends at timing T2, and the potential Vp of the spark plug PG starts to drop. FIG. 2B and FIG. 3B illustrate this state, and a solid line indicates a state in which the electric charge of the spark plug PG is quickly discharged via the secondary coil L2 and the Zener diode ZD2. Show.

ところで、図3(b)には、ツェナーダイオードZD2に代えてダイオードD’を配置した場合の動作を破線で示している。ON時放電を阻止するという意味では、ダイオードD’も有効に機能するが、ダイオードD’は、点火プラグPGの充電電荷の放電経路を限定することになるので、点火プラグPGの電位Vpの降下速度が、図3(b)の破線で示すように緩慢となる。   By the way, in FIG.3 (b), the operation | movement at the time of arrange | positioning diode D 'instead of Zener diode ZD2 is shown with the broken line. The diode D ′ also functions effectively in the sense of preventing the discharge at the time of ON, but the diode D ′ limits the discharge path of the charge of the spark plug PG, so that the potential Vp of the spark plug PG drops. The speed becomes slow as shown by the broken line in FIG.

これに対して、本実施例では、点火プラグPGの充電電荷の放電経路にツェナーダイオードZD2が配置されており、しかも、その降伏電圧が、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧と同程度(ここでは約300V)に設定されている。そのため、降伏状態のツェナーダイオードZD2、及び、バイアス回路3の浮遊容量や漏れ抵抗が、放電経路として有効に機能して、点火プラグPGの電位Vpは速やかに降下する。なお、点火プラグPGの等価容量は、例えば、20pF程度の小容量であるので、前記の放電経路が有効に機能することは、実験的にも確認済みである。   On the other hand, in this embodiment, the Zener diode ZD2 is arranged in the discharge path of the charge of the spark plug PG, and the breakdown voltage thereof is approximately the same as the breakdown voltage of the Zener diode ZD1 (here, about 300V). ) Is set. Therefore, the breakdown Zener diode ZD2 and the stray capacitance and leakage resistance of the bias circuit 3 function effectively as a discharge path, and the potential Vp of the spark plug PG quickly drops. Since the equivalent capacity of the spark plug PG is, for example, a small capacity of about 20 pF, it has been experimentally confirmed that the discharge path functions effectively.

<タイミングT3〜>
その後、タイミングT3において、点火プラグPGの電位Vpが、コンデンサC1のプラス側の電位Vc程度まで降下すると、ダイオードD4がON動作して、図2(c)に示すイオン電流iが流れ始める。なお、タイミングT3における点火プラグPGの電位は、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧Vzに対応して、約300V程度である。
<Timing T3>
Thereafter, at timing T3, when the potential Vp of the spark plug PG drops to about the positive potential Vc of the capacitor C1, the diode D4 is turned on, and the ionic current i shown in FIG. Note that the potential of the spark plug PG at the timing T3 is about 300 V corresponding to the breakdown voltage Vz of the Zener diode ZD1.

ダイオードD4がON動作した後は、コンデンサC1の両端電圧をバイアス電圧として、検出抵抗R2→入力抵抗R1→コンデンサC1→ダイオードD4→点火プラグPGの経路でイオン電流iが流れ、検出信号Vout=i*R2がOPアンプAMPから出力される。   After the diode D4 is turned on, the voltage across the capacitor C1 is used as a bias voltage, and the ion current i flows through the path of the detection resistor R2, the input resistor R1, the capacitor C1, the diode D4, and the spark plug PG, and the detection signal Vout = i * R2 is output from the OP amplifier AMP.

この実施例では、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧Vzを適宜に高く設定できるので、点火プラグPGの電位Vpが、コンデンサC1のプラス側の電位Vcに達するまでの経過時間が短く、その分だけ、素早くイオン電流の検出を開始することができる。   In this embodiment, since the breakdown voltage Vz of the Zener diode ZD1 can be set appropriately high, the elapsed time until the potential Vp of the spark plug PG reaches the potential Vc on the positive side of the capacitor C1 is short. Ion current detection can begin.

なお、図3(a)(b)には、ツェナーダイオードZD2に代えて、ダイオードD’を使用する場合であって、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧Vzを、例えば300Vに設定した場合と、例えば200Vの場合とを破線で示している。いずれの場合も、ON時放電を防止するためダイオードD’を使用するので、本実施例のようにツェナーダイオードZD2を使用する場合より、点火プラグPGの電位Vpの降下速度が緩慢である(図3(b)の破線参照)。   3A and 3B show a case where a diode D ′ is used instead of the Zener diode ZD2, and the breakdown voltage Vz of the Zener diode ZD1 is set to 300 V, for example, and 200 V, for example. This case is indicated by a broken line. In any case, since the diode D ′ is used to prevent the discharge at the ON time, the rate of decrease in the potential Vp of the spark plug PG is slower than when the zener diode ZD2 is used as in this embodiment (see FIG. 3 (b) (see broken line).

具体的に確認すると、ダイオードD’を使用して、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧Vzを低く設定した場合には、図示の通り、タイミングT3”以降でないとイオン電流を検出することができない。これに対して、本実施例の構成によれば、T3とT3”の時間差τ2だけ早期にイオン電流を検出できる利点がある。   Specifically, when the breakdown voltage Vz of the Zener diode ZD1 is set low using the diode D ′, the ion current cannot be detected unless it is after the timing T3 ″ as shown in the figure. On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, there is an advantage that the ion current can be detected early by the time difference τ2 between T3 and T3 ″.

また、ダイオードD’を使用する場合には、例え降伏電圧を高く(例えば300V)に設定しても、点火プラグPGの電位Vpの降下速度が緩慢であるため、タイミングT3’以降でないとイオン電流を検出することができない。したがって、本実施例の構成によれば、ON時放電防止用のツェナーダイオードZD2を使用することで、T3とT3’の時間差τ1だけ早期にイオン電流を検出できる利点がある。   Further, when the diode D ′ is used, even if the breakdown voltage is set to a high value (for example, 300 V), the rate of decrease in the potential Vp of the spark plug PG is slow. Cannot be detected. Therefore, according to the configuration of the present embodiment, there is an advantage that the ion current can be detected early by the time difference τ1 between T3 and T3 'by using the zener diode ZD2 for preventing discharge at ON.

以上、本発明の実施例の構成と効果について詳細に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。   As mentioned above, although the structure and effect of the Example of this invention were demonstrated in detail, the concrete description content does not specifically limit this invention.

実施例に係るイオン電流検出装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the ion current detection apparatus which concerns on an Example. 図1のイオン電流検出装置の動作内容を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the operation | movement content of the ion current detection apparatus of FIG. 図1のイオン電流検出装置の動作内容を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the operation | movement content of the ion current detection apparatus of FIG. 従来技術を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining a prior art. 別の従来技術を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining another prior art.

符号の説明Explanation of symbols

L1 一次コイル
L2 二次コイル
1 点火コイル
2 スイッチング素子
3 バイアス回路
4 電流検出回路
PG 点火プラグ
C1 コンデンサ
ZD1 ツェナーダイオード
ZD2 ツェナーダイオード
L1 Primary coil L2 Secondary coil 1 Ignition coil 2 Switching element 3 Bias circuit 4 Current detection circuit PG Spark plug C1 Capacitor ZD1 Zener diode ZD2 Zener diode

Claims (5)

一次コイルと二次コイルが電磁結合されてなる点火コイルと、
前記一次コイルの電流をON/OFF制御するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のOFF動作時に前記二次コイルに誘起される高電圧に基づいてグランドに向けて放電する点火プラグと、
前記スイッチング素子と直流的に分離されたコンデンサ及び第一ツェナーダイオードを有し、前記点火プラグの放電時に、前記高電圧に基づいて前記第一ツェナーダイオードの降伏電圧のレベルまで前記コンデンサが充電されるバイアス回路と、
前記コンデンサの放電電流を検出する電流検出回路と、を有して構成され、
前記二次コイルと前記第一ツェナーダイオードとの間に、前記第一ツェナーダイオードとは逆向きに、降伏電圧が第一ツェナーダイオードとほぼ同一である第二ツェナーダイオードを配置したことを特徴とするイオン電流検出装置。
An ignition coil in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled;
A switching element for controlling ON / OFF of the current of the primary coil;
A spark plug that discharges toward ground based on a high voltage induced in the secondary coil during the OFF operation of the switching element;
A capacitor and a first Zener diode separated from the switching element in a DC manner are provided, and the capacitor is charged to a breakdown voltage level of the first Zener diode based on the high voltage when the spark plug is discharged. A bias circuit;
A current detection circuit for detecting a discharge current of the capacitor,
A second Zener diode having a breakdown voltage substantially the same as that of the first Zener diode is disposed between the secondary coil and the first Zener diode in a direction opposite to the first Zener diode. Ion current detector.
前記コンデンサの充電時における高圧側端子と、前記点火プラグの放電時における高圧側端子との間に第一ダイオードを配置して、前記点火プラグの高圧側端子の電位が降下すると前記第一ダイオードがON動作して、前記コンデンサ、前記第一ダイオード、及び前記点火プラグを経由して、前記コンデンサの放電電流が流れるよう構成した請求項1に記載のイオン電流検出装置。   A first diode is disposed between the high-voltage side terminal during charging of the capacitor and the high-voltage side terminal during discharge of the spark plug, and when the potential of the high-voltage side terminal of the spark plug drops, the first diode 2. The ion current detection device according to claim 1, wherein the ion current detection device is configured to perform an ON operation so that a discharge current of the capacitor flows through the capacitor, the first diode, and the spark plug. 前記第一ツェナーダイオード及び前記コンデンサには、前記点火プラグの放電時とは逆方向の電流を阻止する第二ダイオード及び第三ダイオードが、各々接続されている請求項1又は2に記載のイオン電流検出装置。 3. The ion current according to claim 1, wherein a second diode and a third diode are connected to the first Zener diode and the capacitor, respectively, for blocking a current in a direction opposite to that when the spark plug is discharged. Detection device. 前記第三ダイオードは、前記コンデンサとグランドとの間に配置される請求項に記載のイオン電流検出装置。 The ion current detection device according to claim 3 , wherein the third diode is disposed between the capacitor and the ground. 前記電流検出回路は、反転入力端子、非反転入力端子、及び出力端子を有する増幅素子と、前記反転入力端子と前記コンデンサの充電時における低圧側端子とを接続する入力抵抗と、前記反転入力端子と前記出力端子とを接続する検出抵抗とを有して構成され、
前記点火プラグの放電時には、前記入力抵抗と前記コンデンサの両端電圧がほぼ同一の電圧値となるよう構成された請求項1〜の何れかに記載のイオン電流検出装置。
The current detection circuit includes an amplifying element having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, an input resistor connecting the inverting input terminal and a low-voltage side terminal during charging of the capacitor, and the inverting input terminal And a detection resistor connecting the output terminal,
Wherein at the time of discharge of the spark plug, the ion current detecting apparatus according to any one of claims 1-4 in which the voltage across said capacitor and said input resistor are configured to substantially the same voltage value.
JP2008290008A 2008-11-12 2008-11-12 Ion current detector Expired - Fee Related JP5154371B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008290008A JP5154371B2 (en) 2008-11-12 2008-11-12 Ion current detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008290008A JP5154371B2 (en) 2008-11-12 2008-11-12 Ion current detector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010116824A JP2010116824A (en) 2010-05-27
JP5154371B2 true JP5154371B2 (en) 2013-02-27

Family

ID=42304640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008290008A Expired - Fee Related JP5154371B2 (en) 2008-11-12 2008-11-12 Ion current detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5154371B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107166690B (en) * 2017-05-08 2020-01-03 江苏中科睿赛污染控制工程有限公司 Energy-saving control system and operation method of fresh air machine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04203270A (en) * 1990-11-29 1992-07-23 Mitsubishi Electric Corp Ion current sensing device
JP2002021698A (en) * 2000-07-12 2002-01-23 Keihin Corp Current detecting device
JP2002180949A (en) * 2000-12-11 2002-06-26 Diamond Electric Mfg Co Ltd Ignition device of internal combustion engine having ion current detecting device
US6954074B2 (en) * 2002-11-01 2005-10-11 Visteon Global Technologies, Inc. Circuit for measuring ionization current in a combustion chamber of an internal combustion engine
JP2006077763A (en) * 2004-08-12 2006-03-23 Diamond Electric Mfg Co Ltd Ion current detector for internal combustion engine
JP2007309274A (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Denso Corp Combustion condition determining device for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010116824A (en) 2010-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6779517B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
US6186129B1 (en) Ion sense biasing circuit
JP2004156602A (en) Circuit for measuring ionization current in combustion chamber of internal combustion engine
JP4044925B2 (en) Dual stage ionization detection circuit
US9353723B2 (en) Ignition system including a measurement device for providing measurement signals to a combustion engine&#39;s control system
JP2008144657A (en) Ignition device for internal combustion engine ignition control system
JPH09195913A (en) Combustion state detecting device of internal combustion engine
US10947947B2 (en) Ignition apparatus
JP5154371B2 (en) Ion current detector
JP5230351B2 (en) Ion current detector
CN107228040B (en) Capacitive ignition system with ion sensing and AC ringing suppression
JP5154372B2 (en) Ion current detector
JP5410214B2 (en) Ion current detector
JP2019157818A (en) Ion current detection circuit
JP5318701B2 (en) Ion current detector
JP2014070504A (en) Ion current detection device
JP5495739B2 (en) Ion current detector
WO2020121515A1 (en) Ignition device
JP7182902B2 (en) Ion current detection circuit
JP2010116829A (en) Ion current detection device
JP2009030554A (en) Ignition device
JP6811877B2 (en) Ignition system
JP2003227449A (en) Ignition device for internal combustion engine
US11939944B2 (en) Electronic device to control an ignition coil of an internal combustion engine and electronic ignition system thereof for detecting a misfire in the internal combustion engine
US11686282B2 (en) Electronic device to control an ignition coil of an internal combustion engine and electronic ignition system thereof for detecting a preignition in the internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111020

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120726

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120731

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120928

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121113

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121205

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151214

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5154371

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees