JPH0422743A - 内燃機関燃焼検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、点火プラグのギャップ間に発生ずるイオン
電流に基づいて内燃機関の燃焼状態を検出する装置に関
し、特にイオン電流のｌ／ベルに応じてスレッショルド
レベルを変えることにより信頼性を向上させた内燃機関
燃焼検出装置に関するものである。

［従来の技術１ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等に用いられる内燃
機関は、複数の気筒（例えば、４気筒）により、吸気、
圧縮、爆発及び排気の４サイクルで駆動されており、各
気筒毎のイグナイタによる点火時期及びインジェクタに
よる燃料噴射順序等を最適に制御するため、マイクロコ
ンピュータにより電子的に演算が行われている。このた
め、マイクロコンピュータは、各種運転条件の他に、内
燃機関の回転に同期した気筒毎の基準位置信号及び特定
気筒に対応した気筒識別信号等を取り込み、各気筒毎の
動作位置を識別して最適なタイミングで制御を行ってい
る。又、基準位置信号及び気筒識別信号を発生する手段
としては、内燃機関のカム軸又はクランク軸の回転を検
出して同期信号を発生ずる回転信号発生器が用いられて
いる。

例えば、各気筒の点火制御においては、ピストンで圧縮
された混合気に点火プラグで火花を飛ばして混合気を燃
焼させる必要がある。しかし、燃料状態や点火プラグ状
態等によっては、点火制御された気筒が燃焼できない場
合があり、このような状態が発生すると、他の気筒に対
して異常な負荷がかかり、エンジンの損傷を招くおそれ
がある。

従って、機関の安全を保守するためには、各気筒につい
て確実に燃焼が行われたか否かを点火サイクル毎に検出
する必要があり、従来より、点火プラグのギャップ間に
発生ずるイオン電流を検出して燃焼状態を判別する装置
が提案されている。

第２図は従来の内燃機関燃焼検出装置を示す構成図であ
る。

図において、（１）は内燃機関の駆動軸となるクランク
軸であり、複数の気筒（図示せず）のピストンに連結さ
れて回転駆動されるようになっている。（２）はクラン
ク軸（１）と同期して回転するカム軸、（３）はクラン
ク軸（１）とカム軸（２）とを連結するタイミングベル
トである。

一般的な４サイクルエンジンの場合、クランク軸（１）
の２回転に対して吸入、圧縮、爆発及び排気が行われる
ため、クランク軸（１）の２回転に対してカム軸（２）
が１回転し、カム軸（２）は、各気筒の４サイクル動作
の１周期に同期して１回転するようになっている。従っ
て、４気筒エンジンの場合、各気筒の動作位置は、クラ
ンク軸（１）に対しては１回転の１／２周期分く１８０
）ずつ位相がずれており、カム軸（２）に対しては、１
／４周期ずつ位相がずれている。

（４）はカム軸（２）に連結された回転信号発生器の回
転軸、く５）は回転軸（４）の一端に設ｃｔられな基準
位置検出用の回転円板である。（６）は回転円板（５）
に形成されたスリット状の窓であり、各気筒毎の基準位
置く所定回転角度）に対応するように設けられている。

又、同転円板（５）には、特定気筒に対応した気筒識別
用の窓（図示せず）が必要に応じて設けられている。

（８）は回転円板（５）の一部に対向配置された固定板
で！）る。この固定板（８）には、窓（６）に対向する
フォトカプラセンサ（図示せず）が設けられており、各
気筒毎の基準位ｒｆｌ信号Ｉ、を生成するようになって
いる。ここでは、（６）の回転方向前方側の一端が各気
筒の第１の基準位置に対応し、回転方向後方側の一端が
各気筒の第２の基準位置に対応しており、基準位置信号
りは、第１の基準位置で立ち上がり、第２の基準位置で
立ち下がるパルス波形となる。

（１０）は電子制御装置を構成するマイクロコンビ、ブ
ーツ（以下、ＥＣＵという）であり、基準位置信号りと
、図示しない各種センサからの運転状態信号とに基づい
て、各気筒の燃料制御及び点火制御等を行うようになっ
ている。ＥＣＬＪ（１０）は、判別された気筒順序に従
って各気筒を制御する分配手段を備えている。

（１１）はＥＣＵ（１０）により駆動されるエミッタ接
地のパワー１ヘランジスタ、（］２）は−次コイル側が
パワートランジスタ（〕１）に接続された点火コイル、
（１３）は点火コイル（１２）の二次コイル側に接続さ
れた点火プラグ、（１４）は点火コイル（１２）と点火
プラグ（１３）との間に挿入された逆流防止用のダイオ
ードであり、これら（１１）〜（１４）は点火部を構成
している。尚、点火部は各気筒毎に設けられているか、
ここては、１つの気筒に対する点火部のみを代表的に示
している。

（２０）は点火プラグ（１３）の一端とＥ　ＣＬＪ（１
０）との間に挿入されたイオン電流検出器てあり、点火
プラグ（１３）の一端に接続された逆流防止用のダイオ
ード（２１）と、ダイオード（２Ｊ）のカソードに接続
された負荷抵抗器（２２）と、負荷抵抗器（２２）に直
列接続された陽極接地の直流電源（２３）と、負荷抵抗
器く２２）及び直流電源（２３）からなる直列回路に並
列接続された分圧抵抗器（２４）及び（２５）と、負荷
抵抗器（２２）及び分圧抵抗器（２４）の接続点に挿入
されたコンデンサ（２６）と、分圧抵抗器（２４）及び
（２５）の接続点が比較入力端子（＝）に接続され且つ
出力端子がＥＣＵ（１０）に接続された比較器（２７）
と、電源及びグランド間に直列接続されて中間接続点か
ら比較器（２７）の基準入力端子（＋）にスレッショル
ドＴＨを入力する分圧抵抗器（２８）及び（２９）とを
備えている。

又、分圧抵抗器（２４）及び（２５）は、イオン電流■
に対応した電圧■を生成する電圧生成手段を構成し、分
圧抵抗器（２８）及び（２９）は、燃焼判定基準となる
スレッショルドＴＨを生成するスレッショルド生成手段
を構成している。

以上の構成からなるイオン電流検出器（２０）は、必要
に応じて、特定気筒の点火プラグ（１３）のみ、又は、
各気筒毎の点火プラグ（１３）に設けられている。

次に、第２図に示した従来の内燃機関燃焼検出装置の動
作について説明する。

クランク軸（１）と連動するカム軸〈２）により回転円
板（５）が回転すると、固定板（８）−１−のフォトカ
ブラセンサからは、窓（６）に対応した基準位置信号り
が出力される。この基準位Ｗ信号しは、例えば、各気筒
の第１の基準位置Ｂ７５°で立ち上がり、第２の基準位
’Ｉｔ　Ｂ　５°で立ち下がる波形となる。第１の基準
位１Ｂ７５°は、ＴＤＣ（上死点）から７５°手前のク
ランク角ｍＷであり、制御基準及びイニシャル通電角度
に相当する。又、第２の基準位ｆｆＢ５°は、ＴＤＣか
ら５°手前の位置であり、クランキング時のイニシャル
点火角度に相当する。又、別の気筒識別信号（基準位置
信号りに含まれ得る）は、特定気筒（例えば、＃１気筒
）に対応する基準位置信号し、の発生時に出力される。

こうして得られた基準位置信号りは、運転状態信号と共
にマイクロコンピュータ（１０）に入力される。運転状
態信号としては、例えば、エンジン（クランク）回転数
や、負荷状態（アクセル開度）が入力される。

マイクロコンピュータ（１０）は、基準位置信号りに基
づいて識別された各気筒に対し、点火制御信号を分配し
、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒及び＃２気筒の順にパ
ワートランジスタ（１１）をオンさせる。そして、点火
コイル（１２）の−次コイル電流を所要時間だけ通電し
た後、パワートランジスタ（１１）を遮断し、点火コイ
ル（１２）の二次コイル側を駆動して点火プラグ（１３
）に火花を発生させる。このとき、点火コイル（１２）
に印加される電源電圧は負の高電圧であるが、点火プラ
グ（１３）で放電が行われた後は遮断される。

この放電により２点火プラグ（１３）の周辺で爆発（燃
焼）が起こると、直後に、点火プラグ（１３）のギャッ
プ間に多量の陽イオンが発生ずる。

この陽イオンは、イオン電流Ｉとなり、点火プラグ（１
３）のギャップ間から、直流電源（２３）の負電圧に引
かれて、ダイオード（２１）及び負荷抵抗器（２２）を
介して流れる。

このイオン電流■は、負荷抵抗器（２２）の両端間の電
圧となり、更に、分圧抵抗器（２４）及び（２５）によ
り電圧■に変換され、比較器く２７）の比較入力端子（
−）に入力される。この電圧■は、イオン電流Ｉに相当
し、もし、爆発が起これば高い値となり、爆発が起こら
なければ低い値となる。一方、比較器（２７）の基準入
力端子（＋）には、分圧抵抗器（２８）及び（２９）に
よって予め適切に設定されたスレッショルドＴ　Ｉ−［
が入力されている。

従って、比較器（２７）は、電圧■がスレッショルドＴ
　Ｉ−１より小さければ出力信号をオフとし、電圧値■
がスレッショルドＴ　ＨＬ”Ｊ　Ｊ−であれば出力信号
をオンとし、イオン電ｍｌを検出したときのみオン信号
を出力端子から牛２成してＥ　ＣＵ　（］、　Ｏ）に人
力する６ Ｅ　ＣＩＪ　（１，０＞は、基準位置信号りから識別さ
れた気筒とイオン電流Ｉに相当する電圧■とに基づいて
、点火制御された気筒で正常に燃焼が行われたことを確
認する６ もし、点火制御された気筒が正常であれば、点火プラグ
（１３）の放電により爆発が起こり、点火プラグ（１３
）の間に多くの陽イオンが生成されるが、何らかの支障
があって爆発が起こらなければ、陽イオンはほとんど生
成されない。これにより、気筒の燃焼状態を判別するこ
とができる。

しかしながら、スレッショルドＴＨのレベルは運転状態
が安定しているときのイオン電流■に対応して設定され
ているのに対し、イオン電流■のレベルは、運転状態に
よって異なる。例えば、エンジン回転数が高い場合、又
は、負荷が大きい場合には、イオン電流工にノイズが重
畳するなめ、イオン電流Ｉのレベルが上昇してしまう。

従って、電圧■を一定のスレッショルドＴ　Ｉ−１と比
較した場合、ノイズレベルのみで比較器（２７）がオン
信号を出力する可能性があり、実際には、燃焼が行われ
なくても正常に燃焼が行われたと判定してしまい、前述
したように、機関の損傷を招くおそれがある６ ［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関燃焼検出装置は以−トのように、燃焼状
態判定用のスレッショルドＴ　Ｈのレベルが一定に設定
されているので、運転状態によってイオン電流Ｉのレベ
ルが変化した場合、イオン電流１の判定が正確に行われ
ず、信頼性の高い燃カ゛乙検出が困難になるという問題
点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、イオン電流のレベルが変化しても信頼性を損
なうことのない内燃機関燃焼検出装置を得ることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関燃焼検出装置は、スレッショル
ド生成手段を、内燃機関の運転状態に応じて異なるスレ
ッショルドを生成するスレッショルドレベル可変回路で
構成したものである。

［作用］ この発明による内燃機関燃焼検出装置においては、内燃
機関の運転状態に応じてスレッショルドのレベルを変化
させ、イオン電流のレベル変化に、Ｌらず正確に燃焼状
態を検出する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による内燃機関燃焼検出装置を
示す構成図てあり、図において、（１）〜（２７）は前
述と同様のもので、（＋、る。

（３０）はスレッショルド生成手段となるスレッショル
ドレベル可変回路であり、Ｅ　ＣｔＪ　（］、　０　）
の制御により内燃機関の運転状態に応して異なるスレッ
ショルドを生成するようになっている。

又、ＥＣＵ（１０）は、プログラムの一部が変更されて
おり、運転状態に応じてスレッショルドレベル可変回２
１　（３０）を制御するようになっている。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。

前述と同様に、Ｅ　ＣｔＪ　（１，、０）は、各気筒の
クランク角に対応した基準位置信号Ｉ−７に基づいて、
パワートランジスタ（１１）を駆動し、所定のタイミン
グで点火プラグ（１３）を放電させる。続いて、イオン
電流検出器（２０）は、放電直後に点火プラグ（１３）
のギャップ間に発生するイオン電流■を取り込み、ＥＣ
Ｕ　（１０）は、比較器（２７）の出力信月により、イ
オン電流■のレベルが燃焼レベルであることを判定する
。

このとき、ＥＣＵ＜１０）は、回転数や負荷状態に応じ
てスレッショルドレベル可変回路（３（１）を制御し、
内燃機関の運転状態が定常状態であれば低レベルのスレ
ッショルド１゛Ｉ」を生成させ、回転数が高い状態や負
荷の大きい状態であれば高レベルのスレッショルドＴ　
Ｈを生成させる。

これにより、運転状態によってイオン電流Ｉのレベルが
変化しても、燃焼状態を確実に検出することができる。

Ｕ発明の効果１ 以上のようにこの発明によれば、内燃機関の運転状態に
応じて異なるスレッショルドを生成するスレッショルド
レベル可変回路を設けたので、イオン電流のレベル変化
によｔ、ず正確に燃焼状態を検出することができ、信頼
性の高い内燃機関燃焼検出装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は従
来の内燃機関燃焼検出装置を示す構成図である。 （１０）・・・ＥＣＵ （１３）・・点火プラグ （２０）・・・イオン電流検出器 （２４＞、（２５）・・・分圧抵抗器（電圧生成手段）
（２７）・・・比較器 （３０）・・・スレッショルドレベル可変回路■・・・
イオン電流　　　　Ｖ・・・電圧ＴＨ・・・スレッショ
ルド 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の回転に同期して点火制御される複数の気筒と
   、 これら気筒のうちの少なくとも１つの気筒の点火プラグ
   に設けられたイオン電流検出器と、を備え、 前記イオン電流検出器が、 前記点火プラグから発生するイオン電流のレベルに対応
   した電圧を生成する電圧生成手段と、燃焼判定基準とな
   るスレッショルドを生成するスレッショルド生成手段と
   、 前記電圧と前記スレッショルドとを比較して燃焼状態を
   表わす出力信号を生成する比較器と、を含む内燃機関燃
   焼検出装置において、 前記スレッショルド生成手段は、前記内燃機関の運転状
   態に応じて異なるスレッショルドを生成するスレッショ
   ルドレベル可変回路からなることを特徴とする内燃機関
   燃焼検出装置。