JPH09273470A - 燃焼状態検出装置 - Google Patents

燃焼状態検出装置

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JPH09273470A
JPH09273470A JP8298119A JP29811996A JPH09273470A JP H09273470 A JPH09273470 A JP H09273470A JP 8298119 A JP8298119 A JP 8298119A JP 29811996 A JP29811996 A JP 29811996A JP H09273470 A JPH09273470 A JP H09273470A
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combustion
combustion state
voltage
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period
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JP8298119A
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English (en)
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Masao Kano
政雄 加納
Tokio Kohama
時男 小浜
Toru Yoshinaga
融 吉永
Hiroshi Yorita
浩 頼田
Yasuyuki Sato
靖之 佐藤
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Nippon Soken Inc
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の燃焼室の点火前の燃焼状態、特に
プレイグニションを簡単な構成で良好に検出することで
ある。 【解決手段】 本発明の燃焼状態検出装置は、燃焼室に
設けられた点火プラグ１と、点火プラグ１で点火用の放
電を発生させるイグニションコイル２１と、充電期間に
イグニションコイル２１を充電する直流電源２２Ａと、
直流電源２２Ａのイグニションコイル２１への電圧の印
加を周期的に入切するスイッチ手段４と、スイッチ手段
４を充電期間の前に作動せしめる電圧印加制御手段８Ａ
と、対向電極１１，１２間を流れる燃焼イオン電流に応
じた燃焼イオン信号を検出するイオン電流検出手段６
と、下限値以上の上記燃焼イオン検出信号が入力すると
燃焼状態をプレイグニションと判定する燃焼状態解析手
段８１Ａとを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】内燃機関の燃焼状態を検出す
る燃焼状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の自動車等のガソリンエンジンでは
燃焼室内の燃焼状態を検出し、検出結果に基づいて点火
時期や空気燃料比等をフィードバック制御して燃焼状態
を良好に保つことが行われている。かかるフィードバッ
ク制御としてノッキングを回避するノックコントロール
システムがよく知られている。ノックコントロールシス
テムは燃焼室における圧力振動を検出するノッキングセ
ンサをシリンダブロックに設けてノッキング時の異常な
圧力振動からノッキングを検出し、ノッキングが発生し
たときには点火時期を遅角せしめることにより燃焼温度
を下げ、ノッキングの拡大を回避できるようになってい
る。また設定した点火時期よりも前に自発火するプレイ
グニションはノッキングと同様に点火プラグやピストン
等を熔損させる場合があり、ノックコントロールシステ
ムで用いられるノッキングセンサを使って検出すること
が考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらプレイグ
ニションにはノッキングにより点火プラグが昇温し誘発
する場合と、燃焼室内に付着したデポジットにより燃焼
室の断熱性が高められ誘発する場合があり、後者は上記
ノッキングセンサで検出されないため暴走性プレイグニ
ションに移行するおそれがある。
【０００４】そこで本発明は点火時期よりも前の燃焼室
の燃焼状態を正確に検出することができる燃焼状態検出
装置を提供することを目的とする。また本発明は点火時
期前後の総合的な燃焼室の燃焼状態を正確に検出するこ
とができ、しかも簡単な構成の燃焼状態検出装置を提供
することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
れば、内燃機関の燃焼室に設けられ、電圧印加手段によ
り電圧が印加される一対の対向電極と、該対向電極を流
れる電流から上記対向電極間に存在する燃焼イオンの増
減を検出して燃焼状態を判定する燃焼イオン検出手段
と、点火プラグの放電前に上記電圧が印加されるように
上記電圧印加手段を制御する電圧印加制御手段とを具備
することにより次の作用効果を奏する。
【０００６】上記点火プラグが点火する前の期間に燃焼
（プレイグニション）が起きると、これにより上記燃焼
室内に発生する燃焼イオンで上記対向電極間のコンダク
タンスが増加する。上記電圧印加手段が上記点火プラグ
の放電前に上記電圧を上記対向電極間に印加すること
で、上記コンダクタンスは上記燃焼イオン検出手段によ
り上記電流から検出されるから燃焼イオンの増減が検出
できる。したがってプレイグニションが検出できる。
【０００７】請求項２記載の発明によれば、上記燃焼イ
オン検出手段を上記電流を入力とする前段のイオン電流
検出手段と、後段の燃焼状態解析手段とで構成すること
により、イオン電流検出手段で上記電流から検出された
燃焼イオン電流に応じた燃焼イオン信号に基づいて上記
燃焼状態解析手段が燃焼状態を検出できる。
【０００８】請求項３記載の発明によれば、上記燃焼状
態解析手段をプレイグニション基準値を越える大きな上
記燃焼イオン信号があったとき、プレイグニションと判
定するように設定することにより、簡単にプレイグニシ
ョンの有無が判定できる。
【０００９】請求項４記載の発明によれば、上記電圧印
加手段を上記点火プラグの対向電極間に交流電圧を印加
する交流電圧印加手段と、イグニションコイルと、上記
放電に先立つ充電期間に上記イグニションコイルを充電
する直流電源とで構成し、かつ上記電圧印加制御手段を
充電期間の前に上記交流電圧印加手段が作動するように
設定することにより、上記点火プラグの対向電極間に、
充電期間の前には交流電圧が印加され、上記充電期間に
は上記直流電源から上記イグニションコイルを介して直
流電圧が印加される。しかして上記対向電極には上記点
火プラグの放電前に連続して電圧が印加される。
【００１０】請求項５記載の発明によれば、上記電圧印
加制御手段を上記交流電圧印加手段が放電後に再び作動
するように設定することにより放電後の燃焼状態を検出
できる。
【００１１】請求項６記載の発明によれば、上記電圧印
加手段は、上記対向電極を上記点火プラグの対向電極と
して用い、イグニションコイルと、充電期間に上記イグ
ニションコイルを充電する出力電流可変な直流電源と、
上記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、低
速回転では上記出力電流の大きさが小さくなるように直
流電源を制御する充電電流制御手段とを具備し、上記電
圧印加制御手段を上記対向電極に電圧の印加が開始され
るクランク角度が一定になるように上記電圧印加手段を
制御するように設定することにより、内燃機関が低速回
転でも上記対向電極に電圧が印加されるクランク角度範
囲が上記点火プラグの点火時期側に偏しないようにす
る。したがって上記点火時期から相当進角した時期に発
生するプレイグニションも検出できる。また低速回転で
は上記対向電極に電圧の印加が開始されるクランク角度
を一定にすると上記対向電極間に電圧が印加される時間
が長くなるが上記出力電流の大きさを小さくすることで
イグニションコイルにおける過充電が回避できる。
【００１２】請求項７記載の発明によれば、上記電圧印
加手段に上記対向電極間に交流電圧を印加する交流電圧
印加手段を具備せしめるとともに、上記電圧印加制御手
段を上記放電期間の終了後、上記交流電圧印加手段が作
動するように設定することにより、放電期間後に上記対
向電極間に交流電圧が印加され、放電期間後の燃焼状態
を検出することができる。
【００１３】請求項８記載の発明によれば、上記燃焼状
態解析手段を、上記放電期間の終了後において、下限値
を越える大きな上記燃焼イオン信号のとき、完全失火と
判定するように設定することにより完全失火が検出でき
る。
【００１４】請求項９記載の発明によれば、上記燃焼状
態解析手段を、上記放電期間の終了時点から上記燃焼イ
オン信号が予め設定した減衰値となる時点までの時間が
予め設定した基準時間より小さいときに燃焼状態を吹き
消えと判定するように設定することにより、吹き消えが
検出できる。
【００１５】請求項１０記載の発明によれば、上記燃焼
状態解析手段を、上記燃焼イオン信号の減衰速度が予め
設定したノッキング基準値より大きいときに燃焼状態を
ノッキングと判定するように設定することにより、ノッ
キングが検出できる。
【００１６】請求項１１記載の発明によれば、上記交流
電圧印加手段を、上記直流電源と、イグニションコイル
と、直流電源のイグニションコイルへの通電を所定の周
期で入切するスイッチ手段とで構成することにより、上
記直流電源と上記イグニションコイルとを、上記点火プ
ラグの対向電極へ交流電圧、直流電圧を印加するための
共通の部材として用いることができ、上記電圧印加手段
の構成が簡単になる。
【００１７】請求項１２記載の発明によれば、上記イオ
ン電流検出手段を、上記対向電極の電流を検出する電流
検出手段と、上記交流電圧印加手段が作動時に上記燃焼
イオン信号として上記電流の波形変化量を検出する電流
波形検出手段とを具備する構成とすることにより、上記
交流電圧が上記対向電極間に印加され上記対向電極を流
れる電流を上記電流検出手段が検出する。検出される電
流は上記交流電圧に応じた一定の周期変化とともに上記
対向電極間に存在する燃焼イオンの増減により変化する
から燃焼イオンの増減による上記電流の波形変化量を上
記電流波形検出手段が燃焼イオン信号として検出する。
しかして燃焼イオンの量の増減を正確に検出することが
できる。
【００１８】請求項１３記載の発明によれば、上記電流
波形検出手段を、上記検出電流制御手段により上記電流
検出手段にて上記交流電圧に対し所定の位相で上記電流
を検出する構成とすることにより、上記交流電圧に応じ
た一定の周期変化を含まない燃焼イオンの量の増減のみ
による電流の波形変化量を検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）本発明の燃焼状態検出装置を図１に示
す。内燃機関の燃焼室の点火プラグ１には対向電極１
１、１２が設けてあり、対向電極の一方１１には電圧印
加手段２Ａを構成するイグニションコイルたるトランス
２１の二次巻線２１ｂが接続してある。
【００２０】電圧印加手段２Ａは、トランス２１の一次
巻線２１ａの一方の端子には直流電源たるバッテリ２２
Ａが接続してあり、他方の端子にはスイッチングトラン
ジスタ２３のコレクタが接続してある。スイッチングト
ランジスタ２３のベ−スには周波数３０kHz の矩形波信
号（以下、発振器信号という）を発生する発振器２５の
出力が電圧印加制御手段８Ａの２入力のＯＲゲ−ト回路
２４の一方の入力端子２４１を介して入力するようにし
てある。スイッチングトランジスタ２３と発振器２５と
がバッテリ２２から印加される電圧のＯＮ−ＯＦＦを行
なうスイッチ手段４を構成する。そしてトランス２１、
バッテリ２２Ａ、スイッチ手段４により、ＯＲゲート回
路２４の他方の入力端子２４２の入力信号がＬレベルの
とき交流電圧印加手段３Ａが形成される。
【００２１】発振器２５、ＯＲゲート回路２４の他方の
入力端子２４２には電圧印加制御手段８Ａの電子式制御
装置（ＥＣＵ）８１Ａが接続してあり、発振器２５をＯ
Ｎ−ＯＦＦ制御することで交流電圧印加手段３Ａの作動
を制御するとともに、点火信号９３（Ｈレベルの矩形信
号）をＯＲゲート回路２４の他方の入力端子２４２に出
力しスイッチングトランジスタ２３をＯＮしイグニショ
ンコイル２１に充電電流を流すようになっている。
【００２２】対向電極１１，１２間に存在する燃焼イオ
ンを検出する燃焼イオン検出手段５は、トランス２１の
二次巻線２１ｂの他方の端子と対向電極の他方１２の間
に対向電極１１、１２に流れる電流を検出する電流検出
手段たる検出抵抗６１が設けてあり、検出抵抗６１の二
次巻線２１ｂ側は電流波形検出手段７のサンプルホ−ル
ド回路７１に入力するようにしてある。上記発振器２５
はその出力がトリガー信号としてサンプルホ−ルド回路
７１に入力するようにしてあり、電流波形検出手段７の
一部を構成している。検出抵抗６１の二次巻線２１ｂ側
とサンプルホ−ルド回路７１の出力側はＥＣＵ８１Ａに
それぞれ燃焼イオン信号として入力している。
【００２３】ＥＣＵ８１Ａは燃焼状態解析手段としても
機能し、発振器２５の作動時にはサンプルホールド回路
７１から、ＥＣＵ８１Ａが点火信号９３をＯＲゲート回
路２４の他方の入力端子２４２に出力しているときには
検出抵抗６１から出力される燃焼イオン信号に基づいて
プログラム上で燃焼状態を判定するようになっている。
ＥＣＵ８１Ａにはクランク角センサ８２の出力が入力
し、ＥＣＵ８１Ａが上記内燃機関のクランク角度を演算
するようになっている。またＥＣＵ８１Ａは放電期間中
に検出抵抗６１の二次巻線２１ｂ側の出力を測定して放
電を検出するようになっている。
【００２４】次に上記燃焼状態検出装置の作動を図１、
図２、図３、図４により説明する。図２はＥＣＵ８１Ａ
の作動を示すフローチャートで、図３、図４は装置全体
の作動を示すタイムチャ−トである。ＥＣＵ８１Ａは、
クランク角度が圧縮９０°ＢＴＤＣになるとＥＣＵ８１
Ａ内に第１の角度信号９１を立てる（ステップ１０１、
図３の（Ａ））。次いで点火信号９３の有無を確認し、
点火信号９３が出力されていなければ（ステップ１０
２）ステップ１０３で発振器２５が作動する（図３の
（Ｃ））。発振器２５から発振器信号がＯＲゲ−ト回路
２４を介してスイッチングトランジスタ２３のベ−スに
入力すると、これによりトランス２１の一次巻線２１ａ
の両端間にバッテリ２２電圧のＯＮ−ＯＦＦが３０kHz
で繰り返される。しかして電磁誘導によりトランス２１
の二次巻線２１ｂには上記発振器信号の周波数と同じ周
波数の交流電圧が発生し、点火プラグ１の対向電極１
１、１２間に印加される（図３の（Ｄ））。
【００２５】図４（Ａ）は発振器２５から出力される上
記発振器信号を示すもので、図４（Ｂ）は上記電極１
１，１２間に印加される交流電圧を示すものである。交
流電圧はスイッチングトランジスタ２３やトランス２
１、これらの実装状態における浮遊容量により、上記矩
形波信号とくらべ波形がなまり、かつ位相が矩形波信号
に対し約９０°遅れる。
【００２６】印加された交流電圧により対向電極１１、
１２に電流が流れる。図４（Ｃ）は上記電流のうち容量
電流成分を示すもので、上記交流電圧の時間微分に比例
した電流である。容量電流成分は上記矩形波信号のＨレ
ベルからＬレベルへの変化が起きる位相で０となる。サ
ンプルホールド回路７１は発振器２５の発振器信号のＨ
レベルからＬレベルへの変化をトリガ−信号として入力
信号をホールドするから容量電流成分が０のときの上記
電流がホールドされる。
【００２７】プレイグニションが起きると燃焼室内に燃
焼イオンが発生し点火プラグ１の対向電極１１，１２間
に存在する燃焼イオンにより上記容量電流に加えて燃焼
イオン電流が形成される。図４（Ｄ）は上記電流の燃焼
イオン電流成分を示すもので、実線は燃焼イオンが多い
場合を示し、破線は燃焼イオンが少ない場合を示してい
る（以下のタイムチャ−トについても同様とする。）。
燃焼イオン電流は燃焼イオンの量に比例した振幅で上記
交流電圧と同位相で振動し、上記発振器信号がＨレベル
からＬレベルに変化する位相で最大となる。容量電流と
燃焼イオン電流の和が対向電極１１、１２を流れる電流
である。図４（Ｅ）は、上記電流を示すもので、燃焼イ
オンの量が多い場合と少ない場合とで電流の波形が異な
るものとなる。電流は検出抵抗６１における上記電流の
大きさに比例した電圧降下として検出され（以下、検出
された電圧を検出出力と記す。）、サンプルホ−ルド回
路７１に入力する。
【００２８】サンプルホ−ルド回路７１は上述のごとく
発振器２５の上記発振器信号がＨレベルからＬレベルに
変化するとき、検出出力をホ−ルドする。上記電流の時
間的な波形変化は交流電圧の印加による一定の周期的な
変化と燃焼イオンの量が増減したことによる変化の両方
を含むから、サンプルホ−ルド回路７１が、交流電圧に
対する所定の位相である上記発振器信号のＨレベルから
Ｌレベルへの変化時にホ−ルドした検出抵抗６１の検出
出力は燃焼イオンの量の変化を正確に示している。しか
も上記発振器信号がＨレベルからＬレベルに変化するタ
イミングは上述のとおり容量電流が０で燃焼イオン電流
がピーク値になるときであるから効率よく電流の波形変
化を検出することができる。サンプルホ−ルド回路７１
でホールドされた燃焼イオン信号たる燃焼イオン電流ピ
ーク値はＥＣＵ８１Ａに入力する。
【００２９】設定点火時期から逆算した充電期間の開始
時期になるとＥＣＵ８１Ａは、点火信号９３を出力する
（ステップ１０２、図３（Ｂ））とともに、発振器２５
を停止する（ステップ１０４、図３（Ｃ））。点火信号
９３が出力されている充電期間はＯＲ回路２４の出力が
Ｈレベルになるから、スイッチングトランジンスタ２３
がＯＮし、バッテリ２２からトランス２１の一次巻線２
１ａに充電電流が流れる。これによりトランス２１の二
次巻線２１ｂに数百Ｖの直流電圧が発生し、点火プラグ
１の対向電極１１，１２間に印加される。
【００３０】プレイグニションが起きると対向電極１
１，１２間に存在する燃焼イオンにより直流の燃焼イオ
ン電流が形成され、検出抵抗６１の両端に検出出力が現
れる。燃焼イオン信号たる検出出力はＥＣＵ８１Ａに入
力する。
【００３１】ＥＣＵ８１Ａは充電期間よりも前の期間に
はサンプルホールド回路７１から入力した燃焼イオン信
号により、充電期間には検出抵抗６１から入力した燃焼
イオン信号によりプレイグニションの発生の有無を判定
する。すなわち各期間で入力した燃焼イオン信号を各期
間ごとに設定したプレイグニション基準値と比較し、プ
レイグニション基準値より大きな燃焼イオン信号があれ
ばプレイグニションが発生したものと判定する。なおプ
レイグンション基準値は予め実験を行っておき、その結
果から設定する。
【００３２】またトランス２１の一次巻線２１ａに充電
電流が流れることにより、充電期間中にはトランス２１
に放電用のエネルギーが蓄積される。次いで点火信号９
３の出力が停止して（図３（Ｂ））ＯＲゲート回路２４
の他方の入力がＨレベルからＬレベルに変わるとＯＲゲ
ート回路２４の出力がＬレベルに変化し、スイッチング
トランジスタ２３がＯＦＦする。しかしてトランス２１
の一次巻線２１ａを流れる電流が遮断され、一次巻線２
１ａに逆起電力が発生し、二次巻線２１ｂに約２０ｋＶ
の高電圧が発生して点火プラグ１の対向電極１１，１２
間に印加される。これにより対向電極１１，１２間に放
電が起き、図略の内燃機関の燃焼室の混合ガスに点火す
る。
【００３３】検出抵抗６１の両端には放電中、放電電流
に比例した電圧降下が発生する。ＥＣＵ８１Ａは上記電
圧降下から上記放電電流を検出し、これが０になる（ス
テップ１０５、図３の（Ｅ））とＥＣＵ８１Ａが放電期
間の終了と判断する（ステップ１０６）。
【００３４】次いでＥＣＵ８１Ａは再び発振器２５を作
動せしめて（ステップ１０８）、スイッチングトランジ
スタ２３がＯＮ−ＯＦＦを繰り返し、充電期間より前の
時期と同様に点火プラグ１の対向電極１１，１２間に交
流電圧が印加され検出抵抗６１の検出出力からサンプル
ホールド回路７１が燃焼イオン信号として燃焼イオン電
流ピーク値をＥＣＵ８１Ａに出力する。
【００３５】図５は放電後の燃焼状態等を示すもので、
（Ａ）は１燃焼サイクル中の燃焼室の筒内圧の経時変化
である。実線は正常燃焼を示し、一点鎖線はノッキング
が発生した燃焼を示し、破線は吹き消えを示している
（（Ｂ）、（Ｃ）でも同じ）。いずれの燃焼も筒内圧
は、点火後上昇し最大となった後は減衰するという傾向
は同じであるが正常燃焼と比較すると、ノッキングが発
生している燃焼では強い燃焼が起こるため急上昇して大
きな最大値となり急激に減衰する。吹き消えをする場合
では燃焼が拡大する途中で減衰、失火するため、筒内圧
は上昇する途中で減衰に転じる。
【００３６】図５（Ｂ）は上記燃焼サイクル中における
燃焼イオン電流成分の経時変化を示すもので点火プラグ
１の対向電極１１，１２間に交流電圧が印加されている
ので上述のごとく発振器２５から出力される発振器信号
の周波数で振動する。
【００３７】図５（Ｃ）はサンプルホールド回路７１か
ら出力される燃焼イオン電流ピーク値の経時変化で、上
述のごとく図５（Ｂ）に示した燃焼イオン電流の振幅で
ある。燃焼イオン電流ピーク値は燃焼量の多い点火直後
で最も大きな値を示した後筒内圧の低下（図５（Ａ））
とともに減少するが燃焼状態により傾向が異なる。燃焼
状態が完全失火の場合には燃焼が起きないので、燃焼イ
オン電流ピーク値は実質的に０で最大値Ｉp が極めて小
さい。吹き消えの場合には燃焼イオン電流ピーク値は正
常燃焼に比べて点火後の減衰期間ＴR が短い。ノッキン
グの場合には燃焼イオン電流ピーク値は最大値Ｉp が高
くかつ減衰時間ＴR が速い。
【００３８】先ずＥＣＵ８１Ａは上記燃焼イオン電流ピ
ーク値を入力として点火後に入力する燃焼イオン電流ピ
ーク値の最大値を記憶し更新するとともに、燃焼イオン
電流ピーク値を所定値Ｉr と比較する。
【００３９】図略の排気弁の開弁時期になるとＥＣＵ８
１Ａは検出終了を示す第２の角度信号９２を立てる。第
２の角度信号９２が立つと（ステップ１０８、図３の
（Ａ））発振器２５を停止して（ステップ１０９）この
燃焼サイクルにおける対向電極１１，１２への電圧の印
加が終了する。そしてステップ１０１に戻って次の燃焼
サイクルの第１の角度信号９１待ちとなる。
【００４０】ＥＣＵ８１Ａは第２の角度信号９２が立つ
と燃焼イオン電流ピーク値の上記傾向の違いから燃焼状
態を判定する。
【００４１】図６は燃焼状態の判定手順を示すもので、
先ず排気弁の開弁時期における燃焼イオン電流ピーク値
の最大値Ｉp を検出し（ステップ２０１）、Ｉp を予め
記憶した下限値たるＩr と比較する（ステップ２０
２）。Ｉp がＩr より小さければ完全失火と判定する
（ステップ２０８）。Ｉp がＩr より大きければＩp が
Ｉrを下回るまでの時間（以下、減衰期間ＴR という）
を計測する（ステップ２０３）。次いでＴR を基準時間
Ｔr と比較して（ステップ２０４）、ＴR がＴr より小
さければ吹き消えと判定する（ステップ２０９）。ステ
ップ２０４でＴR がＴr より大きければＩp をＴR で除
して減衰速度ＶR を計算する（ステップ２０５）。次い
でＶR をノッキング基準値Ｖr と比較し（ステップ２０
６）、ＶR がＶr より大きければノッキングと判定する
（ステップ２１０）。ステップ２０６でＶR がＶr より
小さければ正常燃焼と判定する（ステップ２０７）。
【００４２】以上のごとく本発明の燃焼状態検出装置で
は放電期間の前後の燃焼状態を検出することができる。
【００４３】なお放電期間より前の対向電極１１，１２
への電圧の印加を交流と直流の両用としたが、充電期間
を長く設定し、過充電にならないようにトランスの一次
巻線に流す充電電流を小さく構成することで放電前の対
向電極への電圧の印加を直流電圧のみで行なうこともで
きる。
【００４４】（第２実施形態）本発明の別の燃焼状態検
出装置を図７に示す。図７の燃焼状態検出装置は図１に
示した燃焼状態検出装置において、電圧印加制御手段８
Ａに代えて別の電圧印加制御手段８Ｂとしたもので、図
中、同一番号を付した部分については実質的に同じ作動
をするので相違点を中心に説明する。
【００４５】図において電圧印加制御手段８ＢのＥＣＵ
８１Ｂは図１のＥＣＵ８Ａと実質的に同じ作動をする。
発振器２５はＥＣＵ８１Ｂとは無関係に常時、発振器信
号を出力するように構成してある。発振器２５の出力側
とＯＲゲート回路２４の入力側との間にスイッチング回
路８３が設けてあり、発振器２５の出力側とＯＲゲート
回路２４の入力側との通電と遮断を切り替えるようにな
っている。スイッチング回路８３には上記通電と遮断を
切り替えるスイッチング駆動信号を出力するスイッチン
グ信号形成回路８４が結線してある。
【００４６】スイッチング信号形成回路８４は４入力１
出力に構成してある。スイッチング信号形成回路８４の
４入力は、第１の入力９４が２入力のＥＯＲゲート回路
８５から出力されるようになっており、ＥＯＲゲート回
路８５の一方の入力はＥＣＵ８１Ａから出力される第１
の角度信号９１と点火信号９３とを入力とするＡＮＤゲ
ート回路８６の出力で、ＥＯＲゲート回路８５の他方の
入力は第１の角度信号９１としてある。第２の入力９５
は点火信号９３としてある。第３の入力９６は点火信号
９３を入力とするディレイ回路８７から出力されるディ
レイ信号（Ｈレベルの矩形信号）で、ディレイ回路８７
は点火信号９３の出力が停止すると、点火プラグ１の設
計上の放電時間だけ経過後にディレイ信号をスイッチン
グ信号形成回路８４へ出力するようになっている。第４
の入力９７はＥＣＵ８１Ａから出力される第２の角度信
号９２としてある。スイッチング信号形成回路８４は第
１、第３の入力９４，９６がＨレベルになるとスイッチ
ング駆動信号をスイッチング回路８３へ出力し、第２、
第４の入力９５，９７がＨレベルになるとスイッチング
駆動信号の出力を停止するようになっている。
【００４７】上記燃焼状態検出装置の作動を図８のタイ
ムチャートにより説明する。点火信号９３が出力される
前に第１の角度信号９１が出力される（図８の（Ａ），
（Ｂ））と、点火信号９３と第１の角度信号９１とを入
力とするＡＮＤゲート回路８６の出力はＬレベルであ
る。そしてＡＮＤゲート回路８６の出力（Ｌレベル）と
第１の角度信号９１とを入力とするＥＯＲゲート回路８
５の出力がＨレベルとなる。しかしてスイッチング信号
形成回路８４はスイッチング駆動信号をスイッチング回
路８３に出力する（図８の（Ｆ））。そしてスイッチン
グ回路８３により発振器２５とＯＲゲート回路２４とが
通電され、発振器２５の発振器信号がＯＲゲート回路２
４を介してスイッチングトランジスタ２３のベースに入
力しスイッチングトランジスタ２３がバッテリ２２Ａの
ＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。しかして第１実施形態と同様
に点火プラグ１の対向電極１１，１２に交流電圧が印加
される（図８の（Ｇ））。
【００４８】次いでスイッチング信号形成回路８４の第
２の入力９５に点火信号９３が入力する（図８の
（Ｂ））とスイッチング駆動信号の出力が停止し、発振
器２５とＯＲゲート回路２４とが遮断されて発振器２５
の発振器信号のＯＲゲート回路２４への出力が停止す
る。点火信号９３は所定の充電時間出力され、点火信号
９３が出力されている間（充電期間）、スイッチングト
ランジスタ２３がＯＮする。これにより第１実施形態と
同様にトランス２１に充電用のエネルギーが蓄積される
とともに、点火プラグ１の対向電極１１，１２間に数百
Ｖの直流電圧が印加される（図８の（Ｇ））。
【００４９】点火信号９３の出力が停止するとスイッチ
ングトランジスタ２３がＯＦＦし、点火プラグ１の対向
電極１１，１２間で放電が行われる。また点火信号９３
の出力が停止すると、点火信号９３を入力とするディレ
イ回路８５がディレイ時間経過後にディレイ信号を出力
する（図８の（Ｅ））。スイッチング信号形成回路８４
は第３の入力９６に上記ディレイ信号が入力するとスイ
ッチング回路８３にスイッチング駆動信号を再び出力す
る。上記ディレイ時間は設計上の放電時間に設定されて
いるから放電終了後に再び発振器２５とＯＲゲート回路
２４とが通電し、点火プラグ１の対向電極１１，１２に
交流電圧が印加される（図８の（Ｇ））。
【００５０】クランク角が図略の排気弁の開弁時期にな
るとＥＣＵ８１Ａは第２の角度信号９２を出力する（図
８の（Ａ））。スイッチング信号形成回路８４は第４の
入力９７に第２の角度信号９２が入力するとスイッチン
グ回路８３へのスイッチング駆動信号の出力を停止す
る。しかして発振器２５とＯＲゲート回路２４とが遮断
され点火プラグ１の対向電極１１，１２への交流電圧の
印加が停止する。
【００５１】このように点火プラグ１の対向電極１１，
１２に第１実施形態と同様に点火プラグ１の対向電極１
１，１２間に充電期間の前と放電期間の終了後に交流電
圧が印加され、充電期間に直流電圧が印加される。しか
してこれらの電圧の印加により点火プラグ１の対向電極
１１，１２間に存在する燃焼イオンを検出して放電期間
前にはプレイグニションの有無を、放電期間後には吹き
消えやノッキング等を検出することができる。
【００５２】なお図９に示すように、スイッチング信号
形成回路８４の第１の入力は第１の角度信号９１が点火
信号９３と重なるタイミングで発せられたとき（図９の
（Ａ），（Ｂ））はＡＮＤ回路８６の出力がＨレベルと
なる（図９の（Ｃ））からＥＯＲゲート回路８５の出力
はＨレベルとはならない（図９の（Ｄ））。したがって
スイッチング信号形成回路８４からスイッチング駆動信
号は発せられず（図９の（Ｆ））、発振器２５とＯＲゲ
ート回路２４とは遮断されたままで放電期間が終了する
までは点火プラグ１の対向電極１１，１２間には交流電
圧は印加されない。（図９の（Ｇ））
【００５３】なおサンプルホールド回路７１のトリガー
信号を発振器２５から直接取り出すようにすればサンプ
ルホールド回路７１が常時作動するので充電期間の前、
充電期間、放電期間の後のいずれにおいても燃焼イオン
信号はサンプルホールド回路７１の出力から得ることが
できる。
【００５４】（第３実施形態）本発明の更に別の燃焼状
態検出装置を図１０に示す。図１０の燃焼状態検出装置
は図１の電圧印加手段２Ａを別の電圧印加手段２Ｂにし
たもので、図中、同一番号を付した部分については実質
的に同じ作動をするので相違点を中心に説明する。
【００５５】図において、電圧印加手段２Ｂの直流電源
２２Ｂはバッテリ２２Ａの出力側にバッテリ２２Ａ、ト
ランス２１の一次巻線２１ａに直列に可変抵抗器２６が
設けてある。可変抵抗器２６は充電電流制御手段たるＥ
ＣＵ８１Ｃから出力される抵抗値制御信号９８を入力と
してこれに基づいて抵抗値が変更される。可変抵抗器２
６の抵抗値が変化することでトランス２１の一次巻線２
１ａに出力される出力電流たる充電電流が変更されるよ
うになっている。
【００５６】またＥＣＵ８１Ｃは実質的に図１のＥＣＵ
８１Ａと同じ作動をするがクランク角センサ８２の出力
信号から内燃機関の回転数を演算するようになってい
る。
【００５７】上記燃焼状態検出装置の作動を図１０、図
１１により説明する。図１１は装置のタイムチャート
で、クランク角度が圧縮９０°ＢＴＤＣになるとＥＣＵ
８１Ｃから点火信号９３が出力される（図１１の
（Ａ））。点火信号９３が出力されている充電期間はＯ
Ｒ回路２４の出力はＨレベルであるからスイッチングト
ランジンスタ２３がＯＮし、トランス２１の一次巻線２
１ａにバッテリ２２から充電電流が流れる。これにより
トランス２１の二次巻線２１ｂに数百Ｖの直流電圧が発
生し、点火プラグ１の対向電極１１，１２間に印加され
る（図１１の（Ｄ））。対向電極１１，１２間に印加さ
れた直流電圧により圧縮９０°ＢＴＤＣの時点から放電
が開始されるまでの間、対向電極１１，１２間に存在す
る燃焼イオンによる燃焼イオン電流が流れ、検出抵抗６
１に検出出力が発生する。
【００５８】内燃期間の回転数は通常、絶えず変化する
から圧縮９０°ＢＴＤＣから点火時期までの時間は変動
し、上記回転数が低ければ長くなる。ＥＣＵ８１Ｃはク
ランク角センサ８２の出力から演算した回転数が所定の
基準値を下回る場合には可変抵抗器２６の抵抗値を上げ
る。これによりバッテリ２２からトランス２１の一次巻
線２１ａに流れる電流値は小さくなるから充電期間が長
くなっても、トランス２１における過充電が回避され
る。そして適性な規模の放電が行われ点火プラグ１の劣
化等が防止される。
【００５９】放電が終了し放電電流が０になる（図１１
の（Ｅ））とＥＣＵ８１Ｃは、第１実施形態と同様に再
び発振器２５を作動せしめ、スイッチングトランジスタ
２３がＯＮ−ＯＦＦを繰り返し、点火プラグ１の対向電
極１１，１２間に交流電圧が印加される。
【００６０】なお上記各実施形態では対向電極として点
火プラグの対向電極を用いたが、点火プラグとは別に専
用の対向電極を燃焼室内に設けてもよい。この場合、充
電期間の前と充電期間のいずれにおいても交流電圧を対
向電極へ印加する。
【００６１】また装置の作動期間を圧縮９０°ＢＴＤＣ
から排気弁の開弁時期までとしたが必ずしもこれに限定
されるものではなくプレイグニションやノッキング等が
起こり得ると認められる範囲が検出範囲となるのであれ
ばよい。
【００６２】また電流波形検出手段はサンプルホールド
回路と、対向電極に印加される交流電圧に同期している
発振器とで構成したが、電流波形の例えば交流電圧の各
周期ごとに検出出力が所定値（例えば０）となる位相を
検出する構成とし、上記位相の変化から対向電極を流れ
る電流の波形変化を検出するようにしてもよい。
【００６３】またプレイグニションの判定はＥＣＵ内の
プログラム上で行なうようにしたが、検出抵抗の検出出
力を入力とするピークホールドモニタとコンパレータと
で構成し、コンパレータでピークホールドモニタの出力
電圧と、プレイグニション基準値に対応する基準電圧を
比較するようにしてもよい。また失火や吹き消え、ノッ
キングについても公知の電子回路で構成することができ
る。
【００６４】またプレイグニションの検出だけが必要で
あれば、放電終了後の対向電極への交流電圧の印加は不
要である。この場合、第３実施形態では対向電極へ交流
電圧を印加するための発振器、ＯＲゲート回路等は省略
することができる。
【００６５】またサンプルホ−ルド回路では発振器信号
がＨレベルからＬレベルに変化する位相で検出出力をホ
−ルドしたがＬレベルからＨレベルに変化する位相でホ
−ルドしても燃焼イオン電流の大きさは最大となる。ま
た大きな検出出力が必要ではないときは他の位相でホ−
ルドしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼状態検出装置の回路図である。
【図２】本発明の燃焼状態検出装置の作動を示す第１の
フローチャ−トである。
【図３】本発明の燃焼状態検出装置の作動を示す第１の
タイムチャ−トである。
【図４】本発明の燃焼状態検出装置の作動を示す第２の
タイムチャ−トである。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の燃焼状態検
出装置の作動を示す第１、第２、第３のグラフである。
【図６】本発明の燃焼状態検出装置の作動を示す第２の
フローチャ−トである。
【図７】本発明の別の燃焼状態検出装置の回路図であ
る。
【図８】本発明の別の燃焼状態検出装置の作動を示す第
１のタイムチャ−トである。
【図９】本発明の別の燃焼状態検出装置の作動を示す第
２のタイムチャ−トである。
【図１０】本発明の更に別の燃焼状態検出装置の回路図
である。
【図１１】本発明の更に別の燃焼状態検出装置の作動を
示すタイムチャ−トである。
【符号の説明】
１ 点火プラグ １１，１２ 対向電極 ２Ａ，２Ｂ 電圧印加手段 ３Ａ，３Ｂ 交流電圧印加手段 ４ スイッチ手段 ２１ トランス（イグニションコイル） ２２Ａ バッテリ（直流電源） ２２Ｂ 直流電源 ５ 燃焼イオン検出手段 ６ イオン電流検出手段 ６１ 検出抵抗（電流検出手段） ７ 電流波形検出手段 ７１ サンプルホールド回路（検出電流制御手段） ８Ａ，８Ｂ 電圧印加制御手段 ８１Ａ 電子式制御装置（燃焼状態解析手段） ８１Ｃ 電子式制御装置（充電電流制御手段、燃焼状態
解析手段） ８２ クランク角センサ（回転数検出手段）
フロントページの続き (72)発明者 頼田 浩 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 佐藤 靖之 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼室に設けられた一対の対
    向電極と、上記電極間に電圧を印加する電圧印加手段
    と、該電圧印加手段による上記電圧の印加により上記対
    向電極を流れる電流から上記対向電極間に存在する燃焼
    イオンの増減を測定して燃焼状態を検出する燃焼イオン
    検出手段と、上記電圧印加手段が点火プラグで放電が行
    われる放電期間の前に作動するように上記電圧印加手段
    を制御する電圧印加制御手段とを具備することを特徴と
    する燃焼状態検出装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の燃焼状態検出装置におい
    て、上記燃焼イオン検出手段を、上記電流から燃焼イオ
    ンの増減で変化する燃焼イオン電流に応じた燃焼イオン
    信号を検出するイオン電流検出手段と、上記燃焼イオン
    信号に基づいて燃焼状態を解析する燃焼状態解析手段と
    で構成した燃焼状態検出装置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の燃焼状態検出装置におい
    て、上記燃焼状態解析手段を、上記燃焼イオン信号が予
    め設定したプレイグニション基準値を越えるとプレイグ
    ニションと判定するように設定した燃焼状態検出装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３いずれか記載の燃焼状
    態検出装置において、上記対向電極は上記点火プラグの
    放電用の対向電極を用い、上記電圧印加手段は上記対向
    電極間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、上記
    放電期間に上記対向電極間に直流電圧を印加して上記対
    向電極間に放電を発生せしめるイグニションコイルと、
    上記放電に先立つ充電期間にイグニションコイルを充電
    して上記放電に用いられるエネルギーを上記イグニショ
    ンコイルに蓄積せしめる直流電源とで構成し、かつ上記
    電圧印加制御手段を充電期間の前には上記交流電圧印加
    手段が上記対向電極間に上記交流電圧を印加するように
    設定した燃焼状態検出装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の燃焼状態検出装置におい
    て、上記電圧印加制御手段を上記放電期間の終了後、再
    び上記交流電圧印加手段が作動するように設定し、放電
    期間後の燃焼状態を検出するようにした燃焼状態検出装
    置。
  6. 【請求項６】 請求項３記載の燃焼状態検出装置におい
    て、上記対向電極は上記点火プラグの放電用の対向電極
    を用い、上記電圧印加手段は、上記放電期間に上記対向
    電極間に直流電圧を印加して上記対向電極間に放電を発
    生せしめるイグニションコイルと、上記放電期間に先立
    つ充電期間にイグニションコイルを充電して上記放電に
    用いられるエネルギーを上記イグニションコイルに蓄積
    せしめる出力電流可変な直流電源と、上記内燃機関の回
    転数を検出する回転数検出手段と、上記回転数が小さい
    ほど上記出力電流の大きさが小さくなるように上記直流
    電源を制御する充電電流制御手段とを具備し、上記電圧
    印加制御手段を、上記充電期間が開始するクランク角度
    が一定になるように設定した燃焼状態検出装置。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の燃焼状態検出装置におい
    て、上記電圧印加手段は上記対向電極間に交流電圧を印
    加する交流電圧印加手段を具備し、上記電圧印加制御手
    段を上記放電期間の終了後、上記交流電圧印加手段が作
    動するように設定し、放電期間後の燃焼状態を検出する
    ようにした燃焼状態検出装置。
  8. 【請求項８】 請求項６または７いずれか記載の燃焼状
    態検出装置において、上記燃焼状態解析手段を、上記放
    電期間より後から上記検出期間の終了時点までの期間に
    おける上記燃焼イオン信号の最大値を予め設定した下限
    値と比較し、上記燃焼イオン信号の最大値が上記下限値
    より小さいと燃焼状態を完全失火と判定するように設定
    した燃焼状態検出装置。
  9. 【請求項９】 請求項６ないし８いずれか記載の燃焼状
    態検出装置において、上記燃焼状態解析手段を、上記放
    電期間の終了時点から、上記燃焼イオン信号が予め設定
    した減衰値となる時点までの時間を計測し、上記時間が
    予め設定した基準時間より小さいと燃焼状態を吹き消え
    と判定するように設定した燃焼状態検出装置。
  10. 【請求項１０】 請求項６ないし９いずれか記載の燃焼
    状態検出装置において、上記燃焼状態解析手段を、上記
    放電期間の終了時点から上記検出期間の終了時点までの
    期間における上記燃焼イオン信号の減衰速度が予め設定
    したノッキング基準値より大きいと燃焼状態をノッキン
    グと判定するように設定した燃焼状態検出装置。
  11. 【請求項１１】 請求項６ないし１０いずれか記載の燃
    焼状態検出装置において上記交流電圧印加手段を、上記
    直流電源と、上記イグニションコイルと、上記直流電源
    の上記イグニションコイルへの通電を所定の周期で入切
    するスイッチ手段とで構成した燃焼状態検出装置。
  12. 【請求項１２】 請求項６ないし１１いずれか記載の燃
    焼状態検出装置において、上記イオン電流検出手段は上
    記対向電極を流れる電流を検出する電流検出手段と、上
    記交流電圧印加手段が作動時に上記対向電極間に存在す
    る燃焼イオンの増減による上記電流の波形変化量を検出
    する電流波形検出手段とを具備し、上記波形変化量を上
    記燃焼イオン信号とした燃焼状態検出装置。
  13. 【請求項１３】 請求項６ないし１２いずれか記載の燃
    焼状態検出装置において、上記電流波形検出手段は、上
    記交流電圧に対して所定の位相で上記電流検出手段にて
    電流を検出するよう制御する検出電流制御手段を具備
    し、所定の位相で検出された上記電流を上記燃焼イオン
    信号としたことを特徴とする燃焼状態検出装置。
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