JP5154372B2 - Ion current detector - Google Patents
Ion current detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP5154372B2 JP5154372B2 JP2008290009A JP2008290009A JP5154372B2 JP 5154372 B2 JP5154372 B2 JP 5154372B2 JP 2008290009 A JP2008290009 A JP 2008290009A JP 2008290009 A JP2008290009 A JP 2008290009A JP 5154372 B2 JP5154372 B2 JP 5154372B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diode
- capacitor
- spark plug
- zener diode
- 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
Links
Images
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。
図5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. 5 illustrates a circuit configuration of
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
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。
図6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. 6 illustrates the circuit configuration of
図6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. 6, 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6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. 6, 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6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. 6, the reverse current blocking diode D21 and the ON-state discharge preventing diode D20 are indispensable, so that 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.
ここで、イオン電流の検出開始タイミングを早めても、そのことによる他の弊害が生じたのでは、検出開始タイミングを早めることの価値が半減する。 Here, even if the detection start timing of the ionic current is advanced, the value of increasing the detection start timing is halved if other adverse effects occur.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、弊害を生じることなく、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 of the present invention is to provide an ion current detection circuit capable of starting detection of ion current at a quick timing without causing any harmful effects.
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、第一コンデンサC1及び第一ツェナーダイオードZD1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ZD1の降伏電圧に対応して前記第一コンデンサC1が充電されるバイアス回路と、前記第一コンデンサC1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、前記第一コンデンサC1の両端に、補助コンデンサC2及び補助ダイオードD4の直列回路を並列接続して、前記点火プラグの放電時に、前記補助コンデンサC2が充電されると共に、前記第一コンデンサC1が、前記補助ダイオードを経由して充電されるよう構成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 when the switching element is turned off; a first capacitor C1; and a first Zener diode ZD1, and when the spark plug is discharged, A bias circuit that charges the first capacitor C1 in accordance with the breakdown voltage of the first Zener diode ZD1 based on the high voltage; and a current detection circuit that detects a discharge current of the first capacitor C1. A series circuit of an auxiliary capacitor C2 and an auxiliary diode D4 is connected in parallel to both ends of the first capacitor C1. And, during discharge of the spark plug, the with the auxiliary capacitor C2 is charged, the first capacitor C1, and characterized by being configured to be charged via the auxiliary diode.
本発明では、第一ツェナーダイオードZD1や第一コンデンサC1を、スイッチング素子と直流的に分離できるので、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。 In the present invention, since the first Zener diode ZD1 and the first capacitor C1 can be 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.
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。したがって、カソード(cathode)端子は、一般的に、電流の流出端子を意味し、アノード(Anode)端子についても、一般的に電流の流入端子を意味するに過ぎない。 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. Therefore, the cathode terminal generally means a current outflow terminal, and the anode terminal generally only means a current inflow terminal.
本発明では、第一コンデンサと補助コンデンサとが同一タイミングで、同一方向にほぼ同一レベルまで充電され、しかも、第一コンデンサは、補助ダイオードを経由して充電されるので、スイッチング素子のON遷移時に放電方向の電圧が加わっても、第一コンデンサの電荷が放電されることはなく、ON遷移時に弊害が生じない。 In the present invention, the first capacitor and the auxiliary capacitor are charged to substantially the same level in the same direction at the same timing, and the first capacitor is charged via the auxiliary diode. Even if a voltage in the discharge direction is applied, the charge of the first capacitor is not discharged, and no adverse effect occurs at the time of ON transition.
ここで、補助コンデンサの静電容量が、第一コンデンサより格段に小さければ、補助コンデンサからの放電電流による一次コイルへの悪影響が大幅に軽減される。好ましくは、補助コンデンサC2の静電容量は、第一コンデンサC1の1/1000以下とすべきである。但し、補助コンデンサC2の静電容量は、点火プラグの浮遊容量と同等か、やや大きく設定すべきである。 Here, if the capacitance of the auxiliary capacitor is much smaller than that of the first capacitor, the adverse effect on the primary coil due to the discharge current from the auxiliary capacitor is greatly reduced. Preferably, the capacitance of the auxiliary capacitor C2 should be 1/1000 or less that of the first capacitor C1. However, the capacitance of the auxiliary capacitor C2 should be set equal to or slightly larger than the stray capacitance of the spark plug.
また、前記第一コンデンサC1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D1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D1がON動作して、前記第一コンデンサC1、前記第一ダイオードD1、及び前記点火プラグを経由して、前記第一コンデンサC1の放電電流が流れるよう構成するのが好適である。 Further, a first diode D1 is disposed between the high voltage side terminal when the first capacitor C1 is charged and the high voltage side terminal when the spark plug is discharged, so that the potential of the high voltage side terminal of the spark plug drops. Then, it is preferable that the first diode D1 is turned on, and the discharge current of the first capacitor C1 flows through the first capacitor C1, the first diode D1, and the spark plug. is there.
また、前記二次コイルと前記第一ツェナーダイオードZD1との間に、前記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ZD2を配置するのが好適である。このような構成を採ると、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。ここで、第一と第二のツェナーダイオードは、その降伏電圧がほぼ同一に設定されているのが好ましい。 In addition, it is preferable that a second Zener diode ZD2 is disposed between the secondary coil and the first Zener diode ZD1 in the direction opposite to the first Zener diode. By adopting such a configuration, the impedance of the path for discharging the charging charge of the spark plug is reduced. Here, the first and second Zener diodes are preferably set to have substantially the same breakdown voltage.
前記第一ツェナーダイオードZD1及び前記第一コンデンサC1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D2及び第三ダイオードD3が、各々接続されているのが好ましく、特に、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 ZD1 and the first capacitor C1 are preferably connected with a second diode D2 and a third diode D3, respectively, for blocking current in the direction opposite to that during discharge of the spark plug. In particular, the third diode is optimally disposed between the capacitor and ground.
上記した本発明のイオン電流検出装置によれば、弊害を生じることなく、素早いタイミングでイオン電流の検出を開始することができる。 According to the above-described ion current detection device of the present invention, detection of an ion current can be started at a quick timing without causing any harmful effects.
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,C2及びツェナーダイオードZD1,ZD2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
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
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
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C2及びダイオードD3の直列回路と、コンデンサC2に並列接続されるダイオードD4及びコンデンサC1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D1とを有して構成されている。
The
そして、ツェナーダイオードZD1、ダイオードD2、コンデンサC2,C1、ダイオドD3,D4を構成素子とする並列接続回路は、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 including the Zener diode ZD1, the diode D2, the capacitors C2 and C1, and the diodes D3 and D4 is connected to the anode terminal of the Zener diode ZD2, and the other is connected to the ground.
図示の通り、ダイオードD4のカソード端子は、コンデンサC2に接続され、アノード端子は、コンデンサC1に接続されている。そのため、グランドから上向きの電流が流れる場合には、コンデンサC1→ダイオードD4の充電経路だけでなく、コンデンサC2の充電経路が並列に機能することになる。一方、逆向きに電流が流れる場合には、コンデンサC2の放電経路のみが機能する。 As illustrated, the cathode terminal of the diode D4 is connected to the capacitor C2, and the anode terminal is connected to the capacitor C1. Therefore, when an upward current flows from the ground, not only the charging path of the capacitor C1 → the diode D4 but also the charging path of the capacitor C2 functions in parallel. On the other hand, when a current flows in the opposite direction, only the discharge path of the capacitor C2 functions.
この並列接続回路において、コンデンサC1は、イオン電流検出用のバイアス電圧が充電されるチャージコンデンサであって、例えば、0.01〜0.044μF程度の静電容量を有している。一方、コンデンサC2は、スイッチング素子2のON遷移時に、過大な過渡電流が流れない放電経路を形成する補助コンデンサであって、点火プラグPGの浮遊容量Ccと同等か、ややこれより大きい静電容量を有している。
In this parallel connection circuit, the capacitor C1 is a charge capacitor charged with a bias voltage for detecting the ionic current, and has a capacitance of, for example, about 0.01 to 0.044 μF. On the other hand, the capacitor C2 is an auxiliary capacitor that forms a discharge path through which excessive transient current does not flow when the
なお、点火プラグPGの浮遊容量Ccは、例えば20pF程度であり、この場合には、補助コンデンサC2の静電容量は20〜50pF程度である。いずれにしても、チャージコンデンサC1と補助コンデンサC2の静電容量は、C2≪C1であって、1000*C2<C1の関係にある。 The stray capacitance Cc of the spark plug PG is, for example, about 20 pF, and in this case, the capacitance of the auxiliary capacitor C2 is about 20-50 pF. In any case, the electrostatic capacities of the charge capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 are C2 << C1, and 1000 * C2 <C1.
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
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
ダイオードD3は、そのカソード端子がコンデンサC1及びコンデンサC2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D1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D1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→ダイオードD4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D1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D1の経路で放電可能となる。 The diode D3 has a cathode terminal connected to the capacitors C1 and C2, 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 D1. Therefore, when the diode D1 is in the OFF state, the capacitor C1 can be charged by the upward charging current in the drawing along the path of the diode D3 → the capacitor C1 → the diode D4. On the other hand, when the diode D1 is turned on, the charge of the capacitor C1 can be discharged through a path from the capacitor C1 to the diode D1.
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〜図4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4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4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 to 4 are diagrams for explaining the operation content of the ion current detection device according to the embodiment. The time chart of FIG. 4 schematically shows from the timing T1 at which the spark plug PG starts spark discharge to the timing T3 at which detection of ion current is started 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. 4 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4とを参照しつつ説明する。
<Timing T1-Timing T2>
First, the timing after the timing T1 at which the ignition pulse SG falls and the
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及びコンデンサC2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
一方、ダイオードD3とダイオードD1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D1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D1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 D1 is about 1 V corresponding to the forward voltage of the diode D3 at this timing. Therefore, the diode D1 is in the OFF state, and the charge of the capacitor C1 is not discharged via the diode D1. 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4(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. 4B 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4(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4(b)の破線で示すように緩慢となる。 In FIG. 4B, the operation when the diode D ′ is arranged in place of the Zener diode ZD2 is indicated by a 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Cc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
<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D1がON動作して、図3(a)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Vp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 D1 is turned on, and the ionic current i shown in FIG. Note that the potential Vp 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D1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D1→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。なお、このとき、ダイオードD4→コンデンサC2→ダイオードD1の経路でも電流が流れる。 After the diode D1 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 D1, and the spark plug PG, and the detection signal Vout = i * R2 is output from the OP amplifier AMP. At this time, a current also flows in the path of diode D4 → capacitor C2 → diode D1.
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4(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4(b)の破線参照)。 4A and 4B 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. 4 (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.
<スイッチング素子のON遷移時>
続いて、スイッチング素子2が、点火パルスSGの立上りに対応して、ON遷移したときの動作を、図3(b)及び図3(c)に基づいて説明する。
<At ON transition of switching element>
Subsequently, the operation when the switching
スイッチング素子2がON遷移すると、一次コイルL1に、図示の誘起電圧が発生すると共に、二次コイルL2には、逆向きの誘起電圧が発生する。図示の通り、二次コイルL2の誘起電圧は、コンデンサC1の充電電圧と同方向に発生するので、もし補助ダイオードD4や補助コンデンサC2が存在しない場合には、図3(c)に示す短絡経路が機能することになる。
When the switching
そのため、図3(c)に示す回路構成であれば、コンデンサC1の充電電荷が放電して、ツェナーダイオードZD2が降伏状態から復帰するまで、二次コイルL2に過大な短絡電流icが流れる。そして、二次コイルL2の短絡電流icに対応して、一次コイルL1にも、点火コイル1の巻数比に対応した過大電流が流れるので、スイッチング素子2に大きなストレスを与えることになる。
Therefore, in the circuit configuration shown in FIG. 3C, an excessive short-circuit current ic flows through the secondary coil L2 until the charge of the capacitor C1 is discharged and the Zener diode ZD2 returns from the breakdown state. Then, in response to the short-circuit current ic of the secondary coil L2, an excessive current corresponding to the turn ratio of the
しかし、本実施例では、補助ダイオードD4と補助コンデンサC2を設けているので、スイッチング素子2のON遷移時には、例え短絡電流が流れても、それが極めて短時間で収束するので、スイッチング素子2に悪影響を与えることがない。したがって、本実施例によれば、スイッチング素子2のON遷移時にトラブルを生じることなく、イオン電流の検出タイミングを効果的に早めることができる。
However, in this embodiment, since the auxiliary diode D4 and the auxiliary capacitor C2 are provided, even when a short-circuit current flows when the switching
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.
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 第一コンデンサ
ZD1 第一ツェナーダイオード
C2 補助コンデンサ
D4 補助ダイオード
L1 Primary coil L2
Claims (6)
前記第一コンデンサC1の両端に、補助コンデンサC2及び補助ダイオードD4の直列回路を並列接続して、
前記点火プラグの放電時に、前記補助コンデンサC2が充電されると共に、前記第一コンデンサC1が、前記補助ダイオードを経由して充電されるよう構成したことを特徴とするイオン電流検出回路。 Based on 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, and a high voltage induced in the secondary coil when the switching element is turned off And a first capacitor C1 and a first Zener diode ZD1, which correspond to the breakdown voltage of the first Zener diode ZD1 based on the high voltage when discharging the spark plug. A bias circuit for charging the first capacitor C1 and a current detection circuit for detecting a discharge current of the first capacitor C1,
A series circuit of an auxiliary capacitor C2 and an auxiliary diode D4 is connected in parallel to both ends of the first capacitor C1,
An ionic current detection circuit configured to charge the auxiliary capacitor C2 and to charge the first capacitor C1 via the auxiliary diode when the spark plug is discharged.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008290009A JP5154372B2 (en) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | Ion current detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008290009A JP5154372B2 (en) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | Ion current detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010116825A JP2010116825A (en) | 2010-05-27 |
JP5154372B2 true JP5154372B2 (en) | 2013-02-27 |
Family
ID=42304641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008290009A Expired - Fee Related JP5154372B2 (en) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | Ion current detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5154372B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
-
2008
- 2008-11-12 JP JP2008290009A patent/JP5154372B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010116825A (en) | 2010-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6779517B2 (en) | Ignition device for internal combustion engine | |
US6186129B1 (en) | Ion sense biasing circuit | |
JP4044925B2 (en) | Dual stage ionization detection circuit | |
EP2836699B1 (en) | Ignition system including a measurement device for providing measurement signals to a combustion engine's control system | |
JPH09195913A (en) | Combustion state detecting device of internal combustion engine | |
JP6992198B2 (en) | Ignition system for internal combustion engine | |
JP5154371B2 (en) | Ion current detector | |
JP5154372B2 (en) | Ion current detector | |
JPH08135554A (en) | Misfire detecting circuit for internal combustion engine | |
US6263727B1 (en) | Make voltage bias ion sense misfired detection system | |
JP5230351B2 (en) | Ion current detector | |
JP2019157818A (en) | Ion current detection circuit | |
JP5410214B2 (en) | Ion current detector | |
JP5318701B2 (en) | Ion current detector | |
JP5495739B2 (en) | Ion current detector | |
WO2020121515A1 (en) | Ignition device | |
JP7182902B2 (en) | Ion current detection circuit | |
JP2010116829A (en) | Ion current detection device | |
JP2014070504A (en) | Ion current detection device | |
JP3940622B2 (en) | Ignition device for internal combustion engine | |
JP2003286933A (en) | Ignition device for 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 | |
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 | |
JP2000303940A (en) | Combustion state detecting device for internal combustion engine | |
JP6026298B2 (en) | Ion current detector |
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 | Written amendment |
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 (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |