JPH10170405A - 燃焼状態検出装置 - Google Patents
燃焼状態検出装置Info
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- JPH10170405A JPH10170405A JP34670496A JP34670496A JPH10170405A JP H10170405 A JPH10170405 A JP H10170405A JP 34670496 A JP34670496 A JP 34670496A JP 34670496 A JP34670496 A JP 34670496A JP H10170405 A JPH10170405 A JP H10170405A
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Abstract
る燃焼イオンの量の増減を、簡単な構成で精度よく検出
し燃焼状態を正確に判断することである。 【解決手段】 点火用電圧印加手段2Aにより放電可能
電圧が印加される点火プラグ1の対向電極11、12
に、測定用電圧印加手段2Bが、放電しない低い交流電
圧を印加する構成とする。測定用電圧印加手段2Bの作
動時に電流検出手段4より出力される電流信号から対向
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5Aと、燃焼イオンの挙動よりノッキン
グ等の燃焼状態を解析する燃焼状態解析手段6Aとを設
ける。制御手段31,32が、TDCになると放電を終
了せしめ、その後測定用電圧印加手段2Bを作動せしめ
るようにすることで、検出期間を機関回転数によらない
安定したものにする。
Description
態を検出する燃焼状態検出装置に関する。
ける燃料と空気の混合ガスの燃焼により得ている。燃焼
室に導入された混合ガスの点火は、イグニションコイル
に通電して放電用エネルギーを蓄積し、燃焼サイクルの
然るべきタイミングでイグニションコイルから燃焼室内
に設けられた点火プラグの対向電極間に高電圧を印加し
て火花放電を発生することにより行われる。燃焼状態は
車両の走行状態により絶えず変化しているため燃焼状
態、特に異常燃焼を検出し、検出結果に基づいて点火プ
ラグの点火時期や空気燃料比等を制御して燃焼状態を良
好に保つことが行われている。燃焼状態の検出をする技
術として、放電終了後に点火プラグの対向電極間に電圧
を印加し対向電極間に流れる電流から燃焼イオンの量を
検出するようにしたものがある。
ョンコイルに蓄積されるエネルギーは略一定であり、点
火のための放電時間も常にほぼ等しい。このため放電終
了時期が機関の回転数に応じて遅角し、高回転域におい
て放電が例えば上死点(TDC)後まで続くこともあ
る。このような場合、筒内圧がピークとなるタイミング
の前後における燃焼イオンの挙動を精度よく検出できな
いおそれがある。このため上記制御に用いるには十分な
ものではなく、検出精度の高い燃焼状態の検出技術を利
用した燃焼状態検出装置が望まれていた。
らず安定して燃焼イオンの挙動を正確に検出して燃焼状
態を解析することができ、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。
は、点火用電圧印加手段から放電可能な高電圧が印加さ
れる点火プラグの一対の対向電極に、放電可能電圧より
も低い交流電圧を印加せしめる測定用電圧印加手段を設
ける。制御手段により放電が略一定のクランク角度にな
ると終了し、その後測定用電圧印加手段が作動すると、
電流検出手段より出力される電流信号から対向電極間に
存在する燃焼イオンの量の増減を検出する燃焼イオン検
出手段と、これより出力される燃焼イオン信号の挙動か
ら燃焼状態を解析する燃焼状態解析手段とを設ける。
と、その後測定用電圧印加手段が作動する。しかして機
関の回転数に関係なく、燃焼イオンの検出可能な期間が
安定化する。よって測定用の対向電極を別に設けない簡
単な構成で、精度よく燃焼イオンの量の増減を知ること
ができる。
うに上死点に設定することで、燃焼室内の混合ガスへ確
実に着火するとともに、筒内圧のピーク前後における燃
焼状態の検出を精度よく行うことができる。
印加手段が上記点火プラグの対向電極間に交流電圧を印
加する構成とすることで、点火プラグの放電終了時期が
容易に制御できる。
印加手段と上記測定用電圧印加手段とは、直流電源が一
次側巻線に接続され上記点火プラグの対向電極が二次側
巻線に接続されたトランスと、直流電源からのトランス
の一次側巻線への給電を断続せしめるスイッチング手段
とを共用し、放電期間においては第1のスイッチング信
号発生手段がスイッチング手段を高周波でオンオフ作動
せしめてトランスの二次側電圧が放電可能電圧となるよ
うにし、放電終了時期になると制御手段により第1のス
イッチング信号発生手段から第2のスイッチング信号発
生手段に切り換えられて第2のスイッチング信号発生手
段がスイッチング手段を第1のスイッチング信号発生手
段よりも高い周波数でオンオフ作動せしめてトランスの
二次側電圧を放電可能電圧よりも低くする。
とで、トランスとスイッチング手段とが共用され、電圧
値の切り換えが2つのスイッチング信号発生手段により
スイッチング手段の作動周波数を変更するだけでよいの
で、構成が一層簡単である。
印加手段は、自励式の発振回路の発振出力を上記点火プ
ラグの対向電極間に印加せしめるように構成し、放電期
間においては高い供給電圧の電源から発振回路に給電し
て放電可能な電圧の発振出力を得、放電終了時期になる
と制御手段により低い供給電圧の電源から発振回路に給
電して発振出力を放電可能な電圧よりも低くする。
とで発振回路が共用され、電圧値の切り換えが発振回路
への供給電圧を変更するだけでよいので、構成が一層簡
単である。
1に示す。点火プラグ1は内燃機関の燃焼室に面して対
向電極11、12が設けてあり、対向電極の一方11に
は点火用電圧印加手段2Aを構成するトランス22の二
次側巻線22bが接続してある。一方、対向電極の他方
12は、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4を介してトランス22の二次
側巻線22bの他方の端子と接続してある。
の一次側巻線22aの中点に直流電源たるバッテリ21
が接続されトランス22に給電するようになっている。
一次側巻線22aの両端にはそれぞれにダイオード23
1,232とトランジスタ241,242とが直列に接
続してあり、各トランジスタ241,242のエミッタ
は接地されている。
ートランジスタで、バッテリ21のトランス22への給
電を断続するもので、これらトランジスタ241,24
2のベースには第1のスイッチング信号発生手段26か
ら制御用の信号が入力せしめてある。第1のスイッチン
グ信号発生手段26は、第1の発振器261の出力信号
がANDゲート回路2621および入力抵抗251を介
して一方のトランジスタ241のベースに入力せしめて
ある。他方のトランジスタ242のベースには、第1の
発振器261の出力信号が、インバータ回路263によ
り反転してANDゲート回路2622および入力抵抗2
52を介して入力せしめてある。第1の発振器261は
10kHz の矩形パルスを出力する無安定マルチバイブ
レータで、この周波数でトランジスタ241,242が
オンオフするようになっている。各トランジスタ24
1,242のベースに入力する矩形パルスは互いに反転
作動するから、トランジスタ241とトランジスタ24
2とは位相が180°ずれている。
ジスタ241,242のオンオフにより、トランス22
の二次側巻線22bには高電圧が発生する。ここでトラ
ンス22の二次側電圧は点火プラグ1の対向電極11,
12間に放電が発生する電圧としてある。またトランス
22は一次側巻線22aの巻数が5回程度のもので、自
己インダクタンスを抑えている。
方の入力端子には制御手段たる放電期間制御部31から
所定のタイミングで所定の長さの矩形信号が入力し、矩
形信号が入力している期間中のみ第1の発振器261か
らの矩形パルスがトランジスタ241,242のベース
に入力せしめてあり、上記期間中のみトランス22の二
次側巻線22bに接続された点火プラグ1の対向電極1
1,12間に高電圧が印加され、放電可能としてある。
251,252には、それぞれ第1の発振器261が発
する矩形パルスとは別の信号が第2のスイッチング信号
発生手段27から入力するようになっている。第2のス
イッチング信号発生手段27は、無安定マルチバイブレ
ータである第2の発振器271の出力信号がANDゲー
ト回路2721を介して一方のトランジスタ241の入
力抵抗251に入力せしめてある。他方の入力抵抗25
2には、第2の発振器271の出力信号がインバータ回
路273により反転してANDゲート回路2722を介
して入力せしめてある。
方の入力端子には制御手段たる測定期間制御部32から
所定のタイミングで所定の長さの矩形信号が入力し、矩
形信号が入力している期間中のみ、第2の発振器271
が発する矩形パルスが入力抵抗251,252を介して
トランジスタ241,242のベースに入力するように
なっている。測定期間制御部32は、その矩形信号の立
ち上がりのタイミングが放電期間制御部31が発する矩
形信号の立ち下がりとなるように設定してあり、立ち下
がりのタイミングがATDC90°に設定されている。
しかして放電期間制御部31の出力がHからLに変わる
タイミングで第2の発振器271が発する矩形信号によ
りトランジスタ241,242が30kHz でプッシュ
プル作動し、トランス22の二次側巻線22bに電圧が
誘起される。第2のスイッチング信号発生手段27は、
入力抵抗251,252からトランス22までの構成を
点火用電圧印加手段2Aと共用して測定用電圧印加手段
2Bを構成している。
高周波数側で出力電圧が低下する周波数特性を有する。
トランス22はトランジスタ241,242の作動周波
数が30kHz のとき、対向電極11,12間電圧は1
00〜500Vで、放電しないようにしてある。
22b側が、燃焼イオン検出手段5Aを構成するサンプ
ルホールド回路51の入力端子と結線され、検出抵抗4
における電圧降下分が電流信号としてサンプルホールド
回路51に入力するようになっている。
ルド回路51が第2の発振器271からANDゲート回
路2721を介して矩形信号が入力するようにしてあ
り、矩形信号のHレベルからLレベルへの変化がトリガ
ーとなって検出抵抗4から出力される電流信号をホール
ドするようになっている。サンプルホ−ルド回路51の
出力は燃焼状態解析手段たる解析部6Aに入力するよう
にしてある。
の出力がピ−クホ−ルドモニタ61に入力せしめてあ
る。ピ−クホ−ルドモニタ61は現在までの最大値をホ
ールドし、ホ−ルド値が1燃焼サイクル開始時にはリセ
ットするようにしてある。
を二値判定する比較部62を構成するコンパレ−タ62
1の+入力端子に入力するようにしてある。コンパレ−
タ621の−入力端子には可変抵抗器623が接続して
ある。可変抵抗器623は、可変抵抗器623における
バッテリ622の電圧降下が、失火と認められる燃焼イ
オン電流のピ−ク値の下限値に相当するように予め調整
してある。コンパレ−タ621の出力は判定部64に入
力するようにしてある。
設けてあり、その+入力端子にサンプルホ−ルド回路5
1の出力が入力するようにしてある。コンパレ−タ63
は−入力端子が燃焼イオン信号の0に対応する接地電圧
としてある。コンパレ−タ63の出力は判定部64に入
力するようにしてある。判定部64はコンピュータで構
成され、これらの入力する信号に基づき燃焼状態を判定
するものである。
る。まず吸気管を経て燃焼室に導入される燃料と空気の
混合ガスに着火するイグナイタとしての機能について説
明する。
運転状態により変化し、図略の制御用コンピュータにお
いて開始時期および放電時間が演算され、放電期間制御
部31が開始時期および放電時間を規定するHレベルの
矩形信号を発する(図2の(A))。これにより第1の
発振器261から出力される10kHz の矩形波信号
(図2の(B))によりトランジスタ241,242が
オンオフ作動を開始する。
は、放電開始時の容量放電(ブレークダウン、図2の
(E)中、矢印)後、10kHz の交流の高電圧による
放電が行われる(図2の(E))。
について説明する。放電開始時期は、例えばエンジン回
転数600(rpm)のアイドリング時においてはBT
DC60°とする。また低負荷時、エンジン回転数15
00(rpm)、吸気負圧300(mmHg )において
はBTDC40°とする。中負荷時、エンジン回転数2
000(rpm)、吸気負圧200(mmHg )におい
てはBTDC25°とする。
エンジンは、混合ガスの濃度が高くEGR量も減らして
運転されている。かかる条件下では放電開始と同時に点
火がされるので、放電開始時期を必要以上に進角する
と、ノッキングを生じ運転不能となるおそれがある。そ
こで高負荷時は、例えばエンジン回転数1000(rp
m)においてBTDC5°とする。エンジン回転数20
00(rpm)においてBTDC10°とする。エンジ
ン回転数3000(rpm)においてBTDC25°と
する。
示すもので、aが低負荷時、bが中負荷時、cが高負荷
時のものである。低負荷側ほど失火率は高いが、低負荷
時においても放電時間ATを10msとすれば5%以下
にでき、エンジンが安定して運転を維持できる。そこで
確実な点火が行えるように制御用コンピュータに最適放
電開始時期、必要最小限の放電時間をマップとして記憶
しておき、エンジン回転数、吸気負圧に応じて最適放電
開始時期、必要最小限の放電時間を放電期間制御部31
に出力する。放電期間制御部31は、これら放電開始時
期および放電時間に基づいて矩形信号を出力するが、矩
形信号の立ち上がりは放電開始時期に、立ち下がりはク
ランク角センサよりTDCを検知してTDCとなるよう
に設定する。
一例を示すもので、それぞれ低負荷時、中負荷時、高負
荷時の場合を示している。また同じ条件下におけるイグ
ニションコイルによる直流電圧印加方式の点火装置の放
電期間を併せて示す。なお図中、ACA点火は本実施形
態を示し、普通点火は直流電圧印加方式の点火装置を示
す。本実施形態は交流電圧による連続放電のため、イグ
ニションコイルによる直流電圧印加方式の普通点火に比
して進角の自由度が大きく、特に低負荷域において高い
燃費を実現することができる。また進角しても確実な着
火が行われるのでTDCで放電期間を終了しても問題は
生じない。また燃焼室温度が高くなるTDC以後に放電
しないので点火プラグの電極の消耗が抑えられる。
遅角化の進んだ近年のエンジンでは、放電終了時期をT
DCに固定するのでは着火が困難になる。このようなエ
ンジンでは、放電終了時期をTDC後として着火に必要
な放電時間を確保する。例えば着火に必要な放電時間は
1.5ms程度であるから、アイドリング時のエンジン
回転数を600rpmとすればこれをクランク角度に換
算すると5.4°CAとなる。そこで放電開始時期が例
えばBTDC5°以降となる場合には放電終了時期を放
電時間が1.5msとなるように設定する。なお放電期
間をこのように設定することにより、アイドリング時に
放電終了時期がTDC以降となる場合があるが、アイド
リング時には燃焼速度が遅いため、TDC後に燃焼イオ
ンの測定が開始されても検出される燃焼イオンの増減の
挙動が正確さを損ねるということはない。
Lレベルに変化し(図2の(B))、測定期間制御部3
2から矩形信号が出力され(図2の(C))、第2の発
振器271より出力される30kHz の矩形波信号によ
りトランジスタ241,242がオンオフ作動し(図2
の(D))、トランス22の二次側巻線22bに、電磁
誘導により矩形波信号と同じ周波数で、点火プラグ1の
対向電極11,12間に放電が生じないレベルの低い電
圧の交流電圧が印加される(図2の(E))。トランス
22は一次側巻線22aの巻数を少なくして自己インダ
クタンスが抑えてあるから、印加電圧の切り換えすなわ
ち放電から測定への移行は即座に行われる。
図7の(A)は第1の発振器271が出力する矩形波信
号を示すもので、図7の(B)は電極11,12間に印
加する交流電圧を示すものである。交流電圧はトランジ
スタ241,242やトランス22、これらの実装状態
における浮遊容量により、矩形波信号とくらべ波形がな
まり100〜500V程度の正弦波となる。この正弦波
は位相が矩形波信号に対し約90°遅れる。
12に電流が流れる。図7(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
した電流となるから交流電圧の周波数が高いほど振幅が
大きくなる。また容量電流成分は燃焼イオンの量によら
ず振幅と交流電圧に対する位相が一定で、トリガーたる
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。図7の(D)は、対向電極11,1
2間に存在する燃焼イオンにより流れる燃焼イオン電流
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
ン電流が正側に比べ負側に微小電流しか流れていないの
はマイナスの燃焼イオンがプラスの燃焼イオンよりはる
かに存在量が少ないためと認められる。燃焼イオン電流
は、振幅が対向電極11,12間に存在してキャリアと
なる燃焼イオンの量に比例するとともに、上記交流電圧
と同位相で振動し、上記矩形波信号がHレベルからLレ
ベルに変化する位相で最大となる。
11、12を流れる電流である。図7の(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
場合とで波形が異なるものとなる。電流は検出抵抗4に
おける電圧降下として検出され、電流信号としてサンプ
ルホールド回路51に入力する。サンプルホ−ルド回路
51は上記発振器信号がHレベルからLレベルへ変化す
る時に入力した信号をホ−ルドする。検出抵抗4で検出
される電流は同一位相では容量電流成分の大きさが一定
で、1周期中では上記発振器信号がHレベルからLレベ
ルへ変化する時に容量電流が0で燃焼イオン電流が正側
に流れる時のピ−ク値と等しい。サンプルホ−ルド回路
41がホ−ルドした信号は、発振器271から出力され
る矩形波信号がHレベルからLレベルへ変化する時に入
力した信号であるから上記交流電圧による周期的な変化
を伴わず、また容量電流成分も含まない燃焼イオン電流
のピ−ク値となる。しかして燃焼イオン電流が効率よく
抽出される。
(A)は1燃焼サイクル中の燃焼室の筒内圧の経時変化
を示すもので、実線は正常燃焼を示し、破線は吹き消え
を示している(図8(B)、図8(C)において同
じ)。いずれの燃焼も筒内圧は、点火後上昇し最大値と
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、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、筒内圧は正常燃焼よりも速
く減衰に転じる。
燃焼イオン電流の経時変化を示すもので、交流電圧を印
加した電流であるから一定の周期で振動している。上記
のとおりサンプルホ−ルド回路51(図1)の出力は上
記交流電圧による周期的な変化を伴わず、容量電流成分
も含まない燃焼イオンの量のみで増減する燃焼イオン電
流のピ−ク値である。
オン電流ピ−ク値の経時変化の様子を示すものである。
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−ク値は実質的に0である。ピークホールドモニタ
61より出力される燃焼イオン電流ピ−ク値の最大値I
p が、可変抵抗器623により設定される下限値Irよ
り小さければコンパレータ621はLレベルを出力し、
判定部64が完全失火と判定する。吹き消えの場合には
正常燃焼に比べて点火から消火するまでの減衰期間TR
が短い。判定部64はコンパレータ63がHレベルから
Lレベルに変わるまでの時間をカウントして減衰期間T
R を得、これが正常な燃焼と認められる減衰期間の下限
値Tr より短かければ吹き消えと判定する。
ず、略一定のクランク角度以降の燃焼状態が検出される
から、測定用の対向電極を別に設けることなく、精度よ
く燃焼イオンの量の増減を知り、正確に燃焼状態を判断
することができる。
検出装置の一部を図9に示す。図9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、燃焼イオン
検出手段5Aを別の構成の燃焼イオン検出手段5Bに代
え、別の燃焼イオン信号を出力するようにしたものであ
り、また解析部6Aを解析部6Bに代え、ノッキングを
検出するようにしたものである。なお第1実施形態と実
質的に同じ要素については図1と同一番号を付し、第1
実施形態との相違点を中心に説明する。
電圧降下として出力する電流信号がコンパレータ52を
介して積分回路53に入力するようにしてある。積分回
路53を構成するコンデンサ531の両端子間にはアナ
ログスイッチ56が設けてあり、積分回路53の積分区
間を与えるリセット信号を出力するようになっている。
アナログスイッチ56には、これを作動せしめる第3の
発振器54がカウンタ55を介して入力するようにして
ある。また積分回路53の出力は反転回路57に入力せ
しめてある。反転回路57の出力はサンプルホ−ルド回
路58に入力せしめてあり、サンプルホールド回路58
はコンパレ−タ52の出力がHレベルからLレベルに変
化すると反転回路57の出力のホ−ルド値を更新するよ
うになっている。
オン信号として、解析部6Bを構成するバンドパスフィ
ルタ65に入力せしめてある。バンドパスフィルタ65
は出力がノッキング振幅の最大値を検出するピ−クホ−
ルドモニタ66に入力するようにしてあり、ピ−クホ−
ルドモニタ66はバンドパスフィルタ65の出力の最大
値を更新し、そのホ−ルド値が1燃焼サイクル開始時に
リセットするようにしてある。ピ−クホ−ルドモニタ6
6の出力は判定部67に入力するようにしてある。
ず、燃焼イオン検出手段5Bの作動を図9と、図10の
タイムチャ−トにより説明する。
示す矩形波信号が発せられると第1実施形態のごとく図
10(D)に示す燃焼イオン電流が流れる。実線は燃焼
イオンが多量に発生している場合を示し、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)。図略の対向電極には図10の
(E)に示す電流が流れる。検出抵抗4には、電流信号
として上記電流に比例した電圧降下が発生する。燃焼イ
オン電流は負側には僅かしか出力されないから、検出抵
抗4で検出される電流は、正値を出力している期間が燃
焼イオン電流に応じて大きく変化する。本実施形態は電
流が正値をとる時間(以下、位相差という)を燃焼イオ
ン信号とするものである。検出抵抗4の電圧降下である
電流信号が、コンパレ−タ52の+入力端子に入力す
る。コンパレ−タ52は−入力端子が接地電位としてあ
るから上記+入力端子に入力する電流信号が正の時にH
レベルを出力する。図10の(F)はコンパレ−タ52
の出力を示すもので、Hレベルを出力している期間が上
記位相差と等しい。
に入力し、積分回路53はコンパレ−タ52のHレベル
信号を積分する。アナログスイッチ56が積分回路53
を構成するコンデンサ531をリセットすると積分回路
53の出力は0となる。図10の(H)は第3の発振器
54の出力を示すもので、周波数300kHz の矩形波を
発生する。図10の(I)はカウンタ55の出力を示す
もので、コンパレ−タ52の出力がLレベルの間、カウ
ンタ55は第3の発振器54の3パルス毎に1パルスの
Hレベル信号を発し、上記アナログスイッチ56を作動
する。
がHレベルを出力している時間に比例した負値の鋸波信
号を出力する。該鋸波信号を反転回路57が符号を反転
し正値とする。図10の(J)は反転回路57の出力を
示すもので、波高値が位相差に比例する。コンパレ−タ
52がHレベルからLレベルに変化するタイミングに、
反転回路57の出力を、サンプルホ−ルド回路58がホ
−ルドし燃焼イオン信号として出力する。図10の
(K)はサンプルホ−ルド回路58の出力を示すもの
で,燃焼イオン電流の増加(図10の(D))により検
出抵抗4で検出される電流が正から負に変化するタイミ
ングの時間遅れるに比例して増加する。
1(A)は燃焼室における筒内圧とクランク角の関係を
示すもので,クランク角が進むと筒内圧は上昇してその
後一転して減少する傾向を示す。図11(B)は上記サ
ンプルホ−ルド回路58の出力すなわち上記位相差とク
ランク角との関係を示すもので、筒内圧と同様にクラン
ク角が進むと位相差は上昇してその後一転して減少する
傾向を示す。このように筒内圧と位相差の間には対応関
係が認められる。図11(A)に示されるようにノッキ
ングによる異常振動が筒内圧が高くなるクランク角で発
生していれば、同時に燃焼イオン電流もノッキングによ
る異常振動が生じており、図11(B)に示されるよう
に上記位相差が異常振動する。
数kHz の周波数域に集中しており、該周波数域の振動を
サンプルホ−ルド回路58の出力からバンドパスフィル
タ65が分離する。図11(C)はバンドパスフィルタ
65の出力を示すもので、バンドパスフィルタ65はノ
ッキング振動成分のみ通過し数kHz の周波数以外の振動
成分と直流成分を除去する。バンドパスフィルタ65を
通過したノッキング振動成分はピ−クホ−ルドモニタ6
6に入力し、ピ−クホ−ルドモニタ66は点火時からの
ノッキング振動の最大値すなわちノッキング振動の振幅
の最大値を更新または保持する。燃焼サイクル終了時に
は1燃焼サイクル中におけるノッキング振動の振幅の最
大値(図例ではP2)が判定部67に入力し、判定部6
7は、入力する上記最大値の大きさからノッキングの強
さを判定する。
Hz に限定されるものではないが、ノッキング時の周波
数が数kHz であることから10数kHz 以上であるこ
とが望ましい。
定用電圧印加手段、制御手段は、上記各実施形態とは別
の構成とすることもできる。図12に本発明の第3の実
施形態を示す。点火プラグ1の一方の電極11は、発振
回路たる圧電式高周波発振部71から電圧が印加される
構成としてある。圧電式高周波発振部71に給電する電
源部72は、電圧の異なる一対の電源721,722か
らなり、電圧の高い方721が点火用で、低い方722
が測定用である。これら電源721,722と圧電式高
周波発振部71間には切り換えスイッチ73が介設して
ある。切り換えスイッチ73は制御手段たる制御用コン
ピュータ74により制御される。
施形態の制御用コンピュータと同じもので、放電期間お
よび測定期間を決定し、所定のタイミングで切り換えス
イッチ73を点火用電源721側と測定用電源722側
のいずれかに切り換えるものである。圧電式高周波発振
部71と点火用電源721とで点火用電圧印加手段7A
を構成し、圧電式高周波発振部71と測定用電源722
とで測定用電圧印加手段7Bを構成する。
チ73からの電源電圧を入力として100回巻程度の小
型の巻線トランス711が設けてある。巻線トランス7
11の一次側巻線711aは一方の端子が切り換えスイ
ッチ73と接続してあり、他方の端子がトランジスタ7
12を介して接地してある。
は一方の端子が、検出抵抗4の一端に接続され、端子の
出力電圧が電流信号として図略のサンプルホールド回路
に出力される。二次側巻線711bは他方の端子が直列
に接続した圧電素子714,715を介してトランジス
タ712のベースにフィードバックしている。トランジ
スタ712のベースと切り換えスイッチ73間には抵抗
713が介設してある。
圧電式振動子で、振動部を円柱形状に成形してその両端
面に銀電極を焼き付けたものである。まったく同一の組
成および形状とすることにより略同じ共振特性としてい
る。圧電素子714,715の接続中点には点火プラグ
1の一方の電極11が接続してある。
73が何れかの電源721,722と圧電式高周波発振
部71とを接続すると、その際に生じるトランジスタ7
12のベース電圧の微小な変動によりトランジスタ71
2のコレクタ−エミッタ間が導通し、巻線トランス71
1の一次側巻線711aへ通電する。これにより巻線ト
ランス711の二次側巻線711bには相互誘導作用に
よる電圧が誘起される。この誘起電圧が圧電素子714
に印加されると圧電素子714は伸縮し、伸縮に対する
圧電効果によりその両端面電極7141,7142にそ
れぞれ符号の異なる同量の電荷が発生する。
るが、値が小さいので、Q=CV(Q:電荷、C:静電
容量、V:電圧)の関係より電極11,12間に点火用
の高電圧が得られる。
り同時に伸縮しているが、伸縮により両端面電極715
1,7152に発生する電荷は互いに逆極性となる。す
なわち端面電極7151と端面電極7152とでは電圧
が180度位相がずれ、電極7151が正のとき電極7
152は負である。
容量の大きな電源72に結線されているから逆相の電圧
によりトランジスタ712が非導通となる。これにより
巻線トランス711の一次側巻線711aの通電が遮断
し、二次側巻線711bには上記の場合と逆の極性の電
圧が誘起され、この誘起電圧により、圧電素子714の
両端面電極7141,7142には上記の場合とは逆の
符号の電荷が帯電する。しかして圧電素子714の電極
7142電圧は反転し負となる。また圧電素子715の
端面電極7152電圧は反転し正となり、トランジスタ
712のベース側電圧がトランジスタ712をスイッチ
ングするレベルとなり、この電圧レベルにより抵抗71
3からのベース電流が制御され、トランジスタ712が
再び導通する。
出力をトランジスタ712に帰還せしめることにより上
記動作が交互に繰り返され、圧電素子714,715の
共振周波数を発振周波数とする自励発振回路が成立す
る。圧電素子714,715の接続中点には高周波交流
電圧が発生し、点火プラグ1の電極11,12間に印加
される。このとき圧電式高周波発振部71に給電する電
源が点火用電源721のときは電極11,12間電圧が
放電可能電圧となるように、また測定用電源722のと
きは電極11,12間電圧が放電可能電圧未満となるよ
うに巻線トランス711の巻線比、圧電素子714,7
15の仕様等を設定しておく。
同様に放電開始時期になると切り換えスイッチ73を制
御して点火用電源721と圧電式高周波発振部71とを
接続する。点火プラグ1の電極11,12間に高周波の
放電可能な高電圧が印加され点火プラグ1の対向電極1
1,12間の放電により混合ガスに着火する。TDCに
なると制御用コンピュータ74は切り換えスイッチ73
を測定用電源722側に切り換える。放電可能電圧より
も低い高周波電圧が点火プラグ1の電極11,12間に
印加され、検出抵抗4により燃焼イオンの量に応じた電
流が検出される。ATDC90°になると制御用コンピ
ュータ74は切り換えスイッチ73を制御して電源72
1,722を圧電式高周波発振部71から切り離す。
するには、第1、第2実施形態の構成が基本的に用いら
れ得る。例えば第1実施形態のごとくサンプルホールド
回路により検出抵抗4の出力電圧をトランジスタ712
のオンオフに基づいて圧電素子714,715の振動周
期の所定の位相でホールドすればよい。
DCに設定したが必ずしもこれに限定されるものではな
い。放電終了時期は、要求される精度に応じて燃焼状態
の解析に必要な測定期間が得られるように適宜設定し得
る。
加するようにしたが、イグニションコイルを用いた従来
の直流電圧印加方式の点火装置にも適用できる。この場
合、放電終了時期に点火プラグの電極への給電線を接地
せしめる等して強制的に放電を遮断すればよい。
る。
する第1のタイムチャートである。
する第1のグラフである。
する第2のグラフである。
する第3のグラフである。
する第4のグラフである。
する第2のタイムチャートである。
状態検出装置の作動を説明する第5,第6,第7のグラ
フである。
である。
明するタイムチャートである。
第2の燃焼状態検出装置の作動を説明するグラフであ
る。
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 内燃機関の燃焼室内に面して一対の対向
電極が設けられた点火プラグと、対向電極間に放電が可
能な高電圧を印加して放電を発生させる点火用電圧印加
手段と、対向電極間に放電可能電圧よりも低い交流電圧
を印加する測定用電圧印加手段と、上記対向電極を流れ
る電流を検出し電流信号を出力する電流検出手段と、上
記電流信号から上記対向電極間に存在する燃焼イオンの
量の増減を検出してこれに対応した燃焼イオン信号を出
力する燃焼イオン検出手段と、燃焼イオン信号の挙動か
ら燃焼状態を解析する燃焼状態解析手段と、点火プラグ
の対向電極間の放電をクランク角度で略一定の時期に終
了してその後測定用電圧印加手段を作動せしめる制御手
段とを具備する燃焼状態検出装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の燃焼状態検出装置におい
て、上記制御手段は、放電終了時期をクランク角度の上
死点に設定した燃焼状態検出装置。 - 【請求項3】 請求項1または2いずれか記載の燃焼状
態検出装置において、上記点火用電圧印加手段が上記点
火プラグの対向電極間に印加する電圧を交流電圧とした
燃焼状態検出装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の燃焼状態検出装置におい
て、上記点火用電圧印加手段は、直流電源が一次側巻線
に接続され上記点火プラグの対向電極が二次側巻線に接
続されたトランスと、直流電源からのトランスの一次側
巻線への給電を断続せしめるスイッチング手段と、スイ
ッチング手段を高周波でオンオフ作動せしめる第1のス
イッチング信号発生手段とで構成し、上記測定用電圧印
加手段は、点火用電圧印加手段と共用する上記トランス
および上記スイッチング手段と、スイッチング手段を第
1のスイッチング信号発生手段よりも高い周波数でオン
オフ作動せしめる第2のスイッチング信号発生手段とで
構成するとともに、第1のスイッチング信号発生手段の
オンオフ周波数をトランスの二次側電圧が放電可能電圧
となるように設定し、第2のスイッチング信号発生手段
のオンオフ周波数をトランスの二次側電圧が放電可能電
圧よりも低くなるように第1のスイッチング信号発生手
段のオンオフ周波数よりも高く設定し、かつ上記制御手
段は、放電終了時期になると第2のスイッチング信号発
生手段により上記スイッチング手段がオンオフ作動する
ように設定した燃焼状態検出装置。 - 【請求項5】 請求項3記載の燃焼状態検出装置におい
て、上記点火用電圧印加手段は、自励式の発振回路であ
ってその発振出力を上記点火プラグの対向電極間に印加
せしめる発振回路と、発振回路への供給電圧が異なる一
対の発振回路用の電源と、電源をいずれかに切り換える
切り換え手段とで構成するとともに、上記一対の電源
は、一方の供給電圧を発振出力が放電可能電圧となるよ
うに設定し、他方の供給電圧を発振出力が放電可能電圧
未満となるように設定し、かつ上記制御手段は、放電終
了時期になると電圧の低い電源に切り換えるように設定
した燃焼状態検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34670496A JP3761654B2 (ja) | 1996-12-10 | 1996-12-10 | 燃焼状態検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10170405A true JPH10170405A (ja) | 1998-06-26 |
JP3761654B2 JP3761654B2 (ja) | 2006-03-29 |
Family
ID=18385256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP34670496A Expired - Lifetime JP3761654B2 (ja) | 1996-12-10 | 1996-12-10 | 燃焼状態検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3761654B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002138933A (ja) * | 2000-09-21 | 2002-05-17 | Daimlerchrysler Ag | 直接噴射ガソリン駆動内燃機関を作動する方法 |
JP2012502225A (ja) * | 2008-09-09 | 2012-01-26 | ルノー・エス・アー・エス | 内燃機関用無線周波数点火システムにおけるイオン化電流測定デバイス |
US20150068490A1 (en) * | 2012-01-27 | 2015-03-12 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Multi-fuel engine with variable valve timing |
JP2015200258A (ja) * | 2014-04-10 | 2015-11-12 | 株式会社デンソー | 点火装置 |
JP2015200253A (ja) * | 2014-04-10 | 2015-11-12 | 株式会社デンソー | 点火装置 |
-
1996
- 1996-12-10 JP JP34670496A patent/JP3761654B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002138933A (ja) * | 2000-09-21 | 2002-05-17 | Daimlerchrysler Ag | 直接噴射ガソリン駆動内燃機関を作動する方法 |
JP2012502225A (ja) * | 2008-09-09 | 2012-01-26 | ルノー・エス・アー・エス | 内燃機関用無線周波数点火システムにおけるイオン化電流測定デバイス |
US20150068490A1 (en) * | 2012-01-27 | 2015-03-12 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Multi-fuel engine with variable valve timing |
JP2015200258A (ja) * | 2014-04-10 | 2015-11-12 | 株式会社デンソー | 点火装置 |
JP2015200253A (ja) * | 2014-04-10 | 2015-11-12 | 株式会社デンソー | 点火装置 |
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