JPH11159430A - 内燃機関用のイオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ツェナーダイオード等の電圧制限素子の削減
を行うことによってコストダウンを図ることができる内
燃機関用のイオン電流検出装置を得る。 【解決手段】 一次側コイルＬ１と点火制御回路５との
間にダイオード４を設けると共に、ダイオード４と点火
制御回路５との接続部と、二次側コイルＬ２とコンデン
サ２２との接続部とをダイオード２３で接続することに
よって、点火制御回路５のスイッチング回路部７に使用
されるスイッチング素子であるパワートランジスタ１
１，１２を点火コイル３による逆起電圧から保護するツ
ェナーダイオード１３を、イオン電流供給用のコンデン
サ２２の電圧制限にも使用するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼に
よって生じる燃焼ガスの電離をイオン電流として検出
し、その燃焼状態を検出するイオン電流検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、内燃機関用のイオン電流検出
装置の従来例を示した概略の回路図である。図１０にお
いて、独立配電方式の点火装置２００に、イオン電流検
出装置３００が接続されている。点火装置２００は、自
動車用バッテリ等の電源２０１、点火コイル２０２、点
火制御回路２０３及びシリンダ内に設けられた点火プラ
グ２０４で構成されており、点火制御回路２０３は、ス
イッチング回路部２１０、抵抗２１１及びスイッチング
回路部２１０の制御を行う制御回路部２１２で形成され
ている。

【０００３】スイッチング回路部２１０は、ダーリント
ン接続されたｎｐｎパワートランジスタ（以下、パワー
トランジスタと呼ぶ）２１５，２１６、ツェナーダイオ
ード２１７及び抵抗２１８，２１９で形成されている。
また、イオン電流検出装置３００は、イオン電流の検出
を行うイオン電流検出回路部３０１、コンデンサ３０２
及びツェナーダイオード３０３で形成されている。

【０００４】点火装置２００において、点火コイル２０
２の一次側コイルＬａの一端は電源２０１から電源供給
が行われ、一次側コイルＬａの他端は点火制御回路２０
３を介して接地されている。点火コイル２０２の二次側
コイルＬｂの一端は点火プラグ２０４を介して接地さ
れ、他端は、イオン電流検出装置３００に、すなわちツ
ェナーダイオード３０３のカソードに接続されると共に
コンデンサ３０２の一端にそれぞれ接続されている。ツ
ェナーダイオード３０３のアノードは接地され、コンデ
ンサ３０２の他端はイオン電流検出回路部３０１に接続
されている。なお、図１０では、ツェナーダイオード３
０３のアノードを接地したが、該アノードをイオン電流
検出回路部３０１に接続してもよい。

【０００５】点火制御回路２０３において、パワートラ
ンジスタ２１５及び２１６の各コレクタは接続され、該
接続部に点火コイル２０２の一次側コイルＬａの一端が
接続されている。パワートランジスタ２１６のエミッタ
はパワートランジスタ２１５のベースに接続され、パワ
ートランジスタ２１５のエミッタは抵抗２１１を介して
接地されている。パワートランジスタ２１６のベースは
制御回路部２１２に接続され、パワートランジスタ２１
５のベース‐エミッタ間には抵抗２１８が、パワートラ
ンジスタ２１６のベース‐エミッタ間には抵抗２１９が
それぞれ接続されている。通常、点火制御用のパワート
ランジスタには、スイッチング制御回路２１０の回路が
同じチップ内に形成されている。

【０００６】また、ツェナーダイオード２１７は、カソ
ードがパワートランジスタ２１６のコレクタに、アノー
ドがパワートランジスタ２１６のベースに接続され、点
火コイル２０２の一次側コイルＬａによる逆起電圧から
パワートランジスタ２１５及び２１６を保護している。
抵抗２１１とパワートランジスタ２１５のエミッタとの
接続部、及び抵抗２１１の接地側は、制御回路２１２に
接続されている。制御回路部２１２には、各種のエンジ
ン動作情報をもとに点火時期の制御を行うエンジン制御
ユニット（図示せず）からの制御信号が入力され、該制
御信号によってパワートランジスタ２１５，２１６のス
イッチング動作の制御が行われる。

【０００７】上記のような構成において、エンジン制御
ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）からの制御信号により
パワートランジスタ２１５及び２１６がオンすることに
よって、点火コイル２０２の一次側コイルＬａに数アン
ペア〜十数アンペア程度の電流が流れる。一次側コイル
Ｌａに一定時間の通電を行った後、ＥＣＵからの制御信
号に従って、パワートランジスタ２１５及び２１６をオ
フさせて一次側コイルＬａの通電を急峻に遮断すると、
一次側コイルＬａとパワートランジスタ２１５及び２１
６との接続部に逆起電圧が発生する。しかし、ツェナー
ダイオード２１７によって、パワートランジスタ２１６
のコレクタ−ベース間は、通常約３００〜４００Ｖに制
限されるように構成されている。

【０００８】点火コイル２０２の一次側コイルＬａに逆
起電圧が発生した際、二次側コイルＬｂには、一次側コ
イルＬａと二次側コイルＬｂとの巻線比に比例した電圧
が発生する。例えば、通常、二次側コイルＬｂの巻数を
一次側コイルＬａの巻数の約１００倍にすることから、
二次側コイルＬｂには約３０ｋＶの電圧が発生する。二
次側コイルＬｂは、点火プラグ２０４側に負の電圧が、
コンデンサ３０２及びツェナーダイオード３０３が接続
される側には正の電圧が発生するように接続されてい
る。点火プラグ２０４による点火時に、コンデンサ３０
２に保持された電圧がツェナーダイオード３０３のツェ
ナー電圧以下の場合には、コンデンサ３０２に、ツェナ
ー電圧を超える場合は、ツェナーダイオード３０３のカ
ソードからアノードに向かって数十ミリアンペア〜百数
十ミリアンペアの電流が流れる。

【０００９】このようにして、点火コイル２０２の二次
側コイルＬｂの一端の電位がツェナーダイオード３０３
のツェナー電圧(通常１００〜４００Ｖ)以下に制限され
ることで、点火プラグ２０４における二次側コイルＬｂ
側の電極の電位は約−３０ｋＶとなり、点火プラグ２０
４の電極間に３０ｋＶの電圧が生じて電気火花が発生す
る。このようにして発生した電気火花により、シリンダ
内の燃料と空気の混合気は燃焼を起こし、該燃焼による
高温下でシリンダ内に存在する分子は電離（イオン化）
され、これに電圧を印加すると、イオンの作用で電流が
流れる。この電流はイオン電流と呼ばれ、シリンダ内の
燃焼状態に応じて敏感に変化するため、イオン電流を検
出することにより燃焼状態を検出できることが知られて
いる。

【００１０】このような、点火動作が行われた後、点火
コイル２０２の一次側コイルＬａの逆起電圧が急速に減
衰し、同時に二次側コイルＬｂの両端電圧も急速に減衰
し、最終的には二次側コイルＬｂの両端電圧はゼロとな
る。このとき、二次側コイルＬｂの電位はコンデンサ３
０２に保持された電圧が印加され、該電圧は、点火時の
動作によりツェナーダイオード３０３のツェナー電圧に
ほぼ等しくなっており、点火プラグ２０４にツェナーダ
イオード３０３のツェナー電圧と同じ電圧が印加され
る。

【００１１】点火直後においては、上記電離状態にある
シリンダ内の点火プラグ２０４に、コンデンサ３０２の
保持電荷相当の電圧が印加されると、イオン電流が流れ
る。該イオン電流の供給はコンデンサ３０２が行うた
め、コンデンサ３０２のイオン電流検出回路部３０１側
にもイオン電流と同一の電流が流れる。該電流を検出し
て、イオン電流に含まれる信号の処理を行う。イオン電
流はシリンダ内の温度や圧力等に敏感に反応することが
知られており、イオン電流の絶対量を比較することで燃
焼が正常に行われたか否かを検出する装置が、本願発明
の出願人によって出願された特開平７‐２１７５１９号
公報で開示されている。また、シリンダ内での圧力異常
によって生じるノッキングを、イオン電流に重畳する振
動波形成分を抽出して検出する回路が、本願発明の出願
人によって出願された特開平９‐１５１０１号公報で開
示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のイオン
電流検出装置では、イオン電流の供給を行うコンデンサ
３０２の電圧を制限するためのツェナーダイオード３０
３といった電圧制限素子は、コンデンサ３０２に対して
１つずつ必要であり、点火時に流れる数十ミリアンペア
〜百数十ミリアンペアの電流と１００〜４００Ｖ程度の
制限電圧とから大きな電力損失が発生する。このため、
ツェナーダイオード３０３のような電圧制限素子は、こ
のような電力損失に耐えるだけの放熱構造を有したもの
を使用する必要があり、コストアップの要因となってい
た。

【００１３】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたものであり、ツェナーダイオード等の電圧
制限素子の削減を行うことによってコストダウンを図る
ことができる内燃機関用のイオン電流検出装置を得るこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
用のイオン電流検出装置は、一次側コイルに印加された
電圧により二次側コイルに高電圧を発生させる点火コイ
ルと、該点火コイルに発生した高電圧によりシリンダ内
の燃料に点火する点火プラグとを備えた内燃機関におけ
る、燃焼時に発生するイオン電流を検出する内燃機関用
のイオン電流検出装置において、一次側コイルへの通電
制御を行うスイッチング素子に対する一次側コイルの逆
起電圧を制限する電圧制限手段と、二次側コイルを介し
て点火プラグにイオン電流検出用の電圧を印加するコン
デンサと、該コンデンサから点火プラグに印加された電
圧に基づいて生じるイオン電流を検出するイオン電流検
出手段と、コンデンサを電圧制限手段に接続する接続手
段とを備え、電圧制限手段は、コンデンサの電圧制限を
も行うようにするものである。

【００１５】また、この発明に係る内燃機関用のイオン
電流検出装置は、請求項１において、コンデンサは、点
火プラグの点火時に流れる電流によって充電され、該充
電により保持された電圧を点火終了直後の点火プラグに
印加し、電圧制限手段は、充電時にコンデンサに印加さ
れる電圧の制限を行うものである。

【００１６】また、この発明に係る内燃機関用のイオン
電流検出装置は、請求項１又は請求項２のいずれかにお
いて、接続手段は、一次側コイルとスイッチング素子と
を順方向に接続する第１ダイオードと、コンデンサと電
圧制限手段とを順方向に接続する第２ダイオードとから
なるものである。

【００１７】また、この発明に係る内燃機関用のイオン
電流検出装置は、請求項１から請求項３のいずれかにお
いて、電圧制限手段は、ツェナーダイオードであるもの
である。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、図面に示す実施の形態に基
づいて、本発明を詳細に説明する。 実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１における
内燃機関用のイオン電流検出装置の例を示した概略の回
路図であり、図１において、独立配電方式の点火装置１
に、イオン電流検出装置２０が接続されている。点火装
置１は、自動車用バッテリ等の電源２、点火コイル３、
ダイオード４、点火制御回路５及びシリンダ内に設けら
れた点火プラグ６で構成されており、点火制御回路５
は、スイッチング回路部７、抵抗８及びスイッチング回
路部７の制御を行う制御回路部９で形成されている。

【００１９】スイッチング回路部７は、ダーリントン接
続されたｎｐｎパワートランジスタ（以下、パワートラ
ンジスタと呼ぶ）１１，１２、ツェナーダイオード１３
及び抵抗１４，１５で形成されている。また、イオン電
流検出装置２０は、イオン電流の検出を行うイオン電流
検出回路部２１、コンデンサ２２及びダイオード２３で
形成されている。

【００２０】点火装置１において、点火コイル３の一次
側コイルＬ１の一端は電源２から電源供給が行われ、一
次側コイルＬ１の他端はダイオード４及び点火制御回路
５を介して接地されている。点火コイル３の二次側コイ
ルＬ２の一端は点火プラグ６を介して接地され、他端
は、イオン電流検出装置２０に、すなわちコンデンサ２
２の一端に接続されると共にダイオード２３のアノード
にそれぞれ接続されている。ダイオード２３のカソード
は、ダイオード４のカソードとパワートランジスタ１
１，１２の各コレクタとツェナーダイオード１３のカソ
ードとの接続部に接続され、コンデンサ２２の他端はイ
オン電流検出回路部２１に接続されている。

【００２１】点火制御回路５において、パワートランジ
スタ１１及び１２の各コレクタは接続され、該接続部に
ダイオード４及び２３の各カソードが接続されている。
パワートランジスタ１２のエミッタはパワートランジス
タ１１のベースに接続され、パワートランジスタ１１の
エミッタは抵抗８を介して接地されている。パワートラ
ンジスタ１２のベースは制御回路部９の出力ａに接続さ
れ、パワートランジスタ１１のベース‐エミッタ間には
抵抗１４が、パワートランジスタ１２のベース‐エミッ
タ間には抵抗１５がそれぞれ接続されている。

【００２２】また、ツェナーダイオード１３は、カソー
ドがパワートランジスタ１２のコレクタに、アノードが
パワートランジスタ１２のベースに接続され、点火コイ
ル３の一次側コイルＬ１による逆起電圧からパワートラ
ンジスタ１１及び１２を保護している。抵抗８とパワー
トランジスタ１１のエミッタとの接続部は、制御回路部
９の入力ｂに接続され、抵抗８の接地側は、制御回路９
の入力ｃに接続されている。制御回路部９の入力ｄに
は、各種のエンジン動作情報をもとに点火時期の制御を
行うエンジン制御ユニット（図示せず）からの制御信号
が入力され、該制御信号によってパワートランジスタ１
１，１２のスイッチング動作の制御が行われる。

【００２３】図２は、制御回路部９の例を示した回路図
である。図２において、制御回路部９は、エンジン制御
ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）から入力される制御信
号に応じてパワートランジスタ１１及び１２のスイッチ
ング動作を制御するスイッチング制御回路３１と、抵抗
８によってパワートランジスタ１１のエミッタ電流が電
圧に変換され、該変換された電圧に応じてパワートラン
ジスタ１１のエミッタ電流を制限する電流制限回路３２
とで構成されている。スイッチング制御回路３１は、コ
ンパレータ３３、基準電圧発生回路３４及び駆動回路３
５で形成され、電流制限回路３２は、演算増幅器（以
下、オペアンプと呼ぶ）３６、基準電圧発生回路３７及
びｎｐｎトランジスタ３８で形成されている。

【００２４】スイッチング制御回路３１において、制御
回路部９の入力ｄをなすコンパレータ３３の一方の入力
はＥＣＵに接続され、他方の入力と接地との間には基準
電圧発生回路３４が接続されている。コンパレータ３３
の出力は、駆動回路３５の入力に接続され、制御回路部
９の出力ａをなす駆動回路３５の出力はパワートランジ
スタ１２のベースに接続されている。また、電流制限回
路３２において、制御回路部９の入力ｂをなすオペアン
プ３６の一方の入力は、パワートランジスタ１１のエミ
ッタと抵抗８との接続部に接続され、オペアンプ３６の
他方の入力と制御回路部９の入力ｃとの間には基準電圧
発生回路３７が接続されている。オペアンプ３６の出力
は、ｎｐｎトランジスタ３８のベースに接続され、ｎｐ
ｎトランジスタ３８のコレクタは、制御回路部９の出力
ａに接続され、ｎｐｎトランジスタ３８のエミッタは、
制御回路部９の入力ｃに接続されている。

【００２５】ＥＣＵからの制御信号は、コンパレータ３
３によって基準電圧発生回路３４から入力されている基
準電圧を基にして波形整形処理が行われ、駆動回路３５
は、該波形整形が行われた信号に応じてパワートランジ
スタ１１及び１２をオンさせてスイッチングさせるため
に必要な電流をパワートランジスタ１２のベースに供給
する。抵抗８によってパワートランジスタ１１のエミッ
タ電流は電圧に変換され、オペアンプ３６は、該変換さ
れた電圧と、基準電圧発生回路３７から入力されている
基準電圧とを比較し、パワートランジスタ１１のエミッ
タ電流が所定値を超えるとｎｐｎトランジスタ３８をオ
ンさせて、駆動回路３５からパワートランジスタ１２に
供給されているベース電流を接地にバイパスさせること
により、パワートランジスタ１１のエミッタ電流の制限
を行う。

【００２６】上記のような構成において、ＥＣＵからの
制御信号によりパワートランジスタ１１及び１２がオン
することによって、点火コイル３の一次側コイルＬ１に
数アンペア〜十数アンペア程度の電流が流れる。一次側
コイルＬ１に一定時間の通電を行った後、ＥＣＵからの
制御信号に従って、パワートランジスタ１１及び１２を
オフさせて一次側コイルＬ１の通電を急峻に遮断する
と、一次側コイルＬ１とパワートランジスタ１１，１２
の各コレクタとの接続部に逆起電圧が発生する。しか
し、ツェナーダイオード１３によって、パワートランジ
スタ１２のコレクタ−ベース間は、通常約３００〜４０
０Ｖに制限されるように構成されている。

【００２７】点火コイル３の一次側コイルＬ１に逆起電
圧が発生した際、二次側コイルＬ２には、一次側コイル
Ｌ１と二次側コイルＬ２との巻線比に比例した電圧が発
生する。例えば、通常、二次側コイルＬ２の巻数を一次
側コイルＬ１の巻数の約１００倍にすることから、二次
側コイルＬ２には約３０ｋＶの電圧が発生する。二次側
コイルＬ２は、点火プラグ６側に負の電圧が、コンデン
サ２２が接続される側には正の電圧が発生するように接
続されている。

【００２８】点火プラグ６による点火時に、コンデンサ
２２に保持された電圧がツェナーダイオード１３のツェ
ナー電圧以下（厳密に言うと該ツェナー電圧にダイオー
ド２３の順方向電圧を加えた電圧以下であるが、ダイオ
ード２３の順方向電圧はツェナーダイオード１３のツェ
ナー電圧と比較して小さいことからこれを無視して説明
する。）の場合にはコンデンサ２２に、ツェナー電圧を
超える場合はツェナーダイオード１３のカソードからア
ノードに向かって数十ミリアンペア〜百数十ミリアンペ
アの電流が流れる。

【００２９】このようにして、点火コイル３の二次側コ
イルＬ２の一端の電位がツェナーダイオード１３のツェ
ナー電圧以下に制限されることで、点火プラグ６におけ
る二次側コイルＬ２側の電極の電位は約−３０ｋＶとな
り、点火プラグ６の電極間に３０ｋＶの電圧が生じて電
気火花が発生する。このようにして発生した電気火花に
より、シリンダ内の燃料と空気の混合気は燃焼を起こ
し、該燃焼による高温下でシリンダ内に存在する分子は
電離（イオン化）され、これに電圧を印加すると、イオ
ンの作用でイオン電流が流れる。該イオン電流は、シリ
ンダ内の燃焼状態に応じて敏感に変化するため、イオン
電流を検出することにより燃焼状態等を検出できる。

【００３０】このような、点火動作が行われた後、点火
コイル３の一次側コイルＬ１の逆起電圧が急速に減衰
し、同時に二次側コイルＬ２の両端電圧も急速に減衰
し、最終的には二次側コイルＬ２の両端電圧はゼロとな
る。このとき、二次側コイルＬ２の電位はコンデンサ２
２に保持された電圧が印加され、該電圧は、点火時の動
作によりツェナーダイオード１３のツェナー電圧にほぼ
等しくなっており、点火プラグ６にツェナーダイオード
１３のツェナー電圧と同じ電圧が印加される。

【００３１】点火直後においては、上記電離状態にある
シリンダ内の点火プラグ６に、コンデンサ２２の保持電
荷相当の電圧が印加されると、イオン電流が流れる。該
イオン電流の供給はコンデンサ２２が行うため、コンデ
ンサ２２のイオン電流検出回路部２１側にもイオン電流
と同一の電流が流れる。イオン電流検出回路部２１は、
上述したように該イオン電流を検出して、イオン電流に
含まれる信号の処理を行う。

【００３２】図３は、イオン電流検出回路部２１の例を
示した回路図である。図３において、イオン電流検出回
路部２１は、ダイオード４１，４２、検出したイオン電
流を電圧に変換するイオン電流‐電圧変換回路４３、及
び該イオン電流‐電圧変換回路４３で電圧に変換された
信号に対して所定の処理を行う信号処理回路４４で構成
されている。イオン電流‐電圧変換回路４３は、ｐｎｐ
トランジスタ５１〜５３、抵抗５４及び電源回路５５で
形成されている。

【００３３】ｐｎｐトランジスタ５１〜５３でカレント
ミラー回路を形成しており、ｐｎｐトランジスタ５１及
び５２のベースは互いに接続され、該接続部はｐｎｐト
ランジスタ５３のエミッタに接続され、ｐｎｐトランジ
スタ５３のコレクタは接地されている。ｐｎｐトランジ
スタ５１及び５２の各エミッタはそれぞれ接続されて電
源回路５５に接続されている。ｐｎｐトランジスタ５１
のコレクタは、ｐｎｐトランジスタ５３のベース、ダイ
オード４１のカソード及びダイオード４２のアノードに
それぞれ接続され、該接続部はコンデンサ２２に接続さ
れている。また、ダイオード４１のアノード及びダイオ
ード４２のカソードは接地され、ｐｎｐトランジスタ５
２のコレクタは抵抗５４を介して接地され、該コレクタ
と抵抗５４との接続部は信号処理回路４４に接続されて
いる。

【００３４】イオン電流‐電圧変換回路４３は、イオン
電流を検出し、検出したイオン電流を電圧に変換する回
路である。イオン電流‐電圧変換回路４３において、電
源回路５５は、ｐｎｐトランジスタ５１のコレクタとｐ
ｎｐトランジスタ５３のベースとの接続部の電圧が０Ｖ
になるような電圧、例えば１.４Ｖの電源電圧を供給し
ている。このことから、イオン電流は、ｐｎｐトランジ
スタ５１のコレクタ→コンデンサ２２→点火コイル３の
二次側コイルＬ２の経路で点火プラグ６に向かって流れ
るため、ｐｎｐトランジスタ５１〜５３で形成されたカ
レントミラー回路によって、イオン電流に比例した電流
が抵抗５４に流れる。イオン電流は抵抗５４の電圧降下
の変動に変換され、信号処理回路４４は、該変換された
電圧降下の変動を示す信号に対して所定の信号処理を行
う。

【００３５】なお、イオン電流検出回路部２１における
他の例として、図４〜図６で示した各回路があり、該各
回路は公知であり簡単に説明する。また、図４〜図６で
は、図３と同じものは同じ符号で示している。図４にお
いて、イオン電流検出回路部２１は、イオン電流を検出
すると共に検出したイオン電流を電圧に変換する抵抗６
１、イオン電流による抵抗６１の電圧降下を増幅する増
幅回路６２、及び該増幅回路６２で増幅された信号に対
して所定の処理を行う信号処理回路４４で構成されてい
る。増幅回路６２は、オペアンプ６５及び抵抗６６，６
７で形成されている。

【００３６】抵抗６１は、一端がコンデンサ２２に接続
され、他端は接地されている。オペアンプ６５及び抵抗
６６，６７は非反転増幅回路を形成しており、オペアン
プ６５の反転入力は、抵抗６６を介して接地されると共
に、抵抗６７を介してオペアンプ６５の出力に接続され
ている。オペアンプ６５の非反転入力は、コンデンサ２
２と抵抗６１との接続部に接続されている。このような
構成において、イオン電流は、点火プラグ６に正の電圧
を印加した際に流れる電流であることから、イオン電流
は抵抗６１を介して接地に流れ、抵抗６１に正の電圧降
下を発生させる。該電圧降下を増幅回路６２で増幅し、
該増幅したイオン電流の電圧信号に対して信号処理回路
４４で所定の信号処理を行う。

【００３７】また、図５で示すように、コンデンサ２２
と抵抗６１との接続部にカソードが接続されると共にア
ノードが接地されたダイオード６８と、コンデンサ２２
と抵抗６１との接続部にアノードが接続されると共にカ
ソードが接地されたダイオード６９とを、図４で示した
イオン電流検出回路部２１に追加することにより、抵抗
６１の電圧降下をダイオード６８又は６９の順方向電圧
に抑制することができる。このため、イオン電流の信号
処理上、不要な範囲での過大な電流が流れているときの
抵抗６１の電圧降下を小さくするとことができ、抵抗６
１の抵抗値を大きくすることができることから、増幅回
路６２等を構成しやすくすることができる。

【００３８】図６では、イオン電流検出回路部２１は、
コンデンサ２２から電流を流出させるためのダイオード
７１、コンデンサ２２へ電流を流入させるダイオード７
２、増幅回路７３及び該増幅回路７３で増幅された信号
に対して所定の処理を行う信号処理回路４４で構成され
ている。増幅回路７３は、オペアンプ７５及び抵抗７
６，７７で形成されている。ダイオード７１は、コンデ
ンサ２２にカソードが接続されると共にアノードが接地
され、ダイオード７２は、コンデンサ２２にアノードが
接続されると共にカソードが接地されている。

【００３９】オペアンプ７５及び抵抗７６，７７は反転
増幅回路を形成しており、オペアンプ７５の非反転入力
は接地されている。オペアンプ７５の反転入力は、抵抗
７６を介して、コンデンサ２２とダイオード７１のカソ
ードとダイオード７２のアノードとの接続部に接続さ
れ、更に抵抗７７を介してオペアンプ７５の出力に接続
されている。このような構成は、特開平７‐２１７５１
９号公報で開示されており、イオン電流は抵抗７７の電
圧降下として現れ、接地基準の信号に変換されてオペア
ンプ７５の出力にはイオン電流に比例した電圧が発生す
る。抵抗７６を短絡又は十分に抵抗値を小さくすると、
オペアンプ７５におけるイマジナリショートによってイ
オン電流検出回路部２１の入力インピーダンスを低くし
た状態で電流‐電圧変換比率を高くとることができる。
このため、配線浮遊容量等の浮遊容量の影響を受けにく
くすることができる。

【００４０】ここで、本実施の形態１における上記説明
においては、点火制御回路５におけるスイッチング回路
部７にパワートランジスタ１１及び１２を使用したが、
該各パワートランジスタのスイッチング駆動を行うため
には、数十ミリアンペア程度の電流をパワートランジス
タ１２のベースに入力する必要があった。このようなこ
とから、パワートランジスタ１１及び１２の代わりにパ
ワーＭＯＳＦＥＴを使用してもよく、図７は、パワーＭ
ＯＳＦＥＴを使用したスイッチング回路部７の例を示し
た回路図である。図７では、図１で示したスイッチング
回路部７のパワートランジスタ１１及び１２をＮＭＯＳ
トランジスタ８１に代えている。このようにすることに
よって、スイッチング回路部７で必要とする駆動電流を
削減することができる。

【００４１】また、パワートランジスタ１１及び１２の
代わりにＩＧＢＴを使用してもよく、図８は、ＩＧＢＴ
を使用したスイッチング回路部７の例を示した回路図で
ある。図８では、図１で示したスイッチング回路部７の
パワートランジスタ１１及び１２をＩＧＢＴ８５に代え
ている。このようにすることによって、パワーＭＯＳＦ
ＥＴを使用した場合と同様にスイッチング回路部７で必
要とする駆動電流を削減することができる。更に、ＩＧ
ＢＴはパワーＭＯＳＦＥＴよりも電流を流す能力が大き
いことから、小型のＩＧＢＴ素子を使用することがで
き、パワーＭＯＳＦＥＴを使用した場合よりもスイッチ
ング回路部７を小型化することができる。

【００４２】また、本実施の形態１の説明では、独立配
電方式の点火装置を使用した場合を例にして説明した
が、高圧配電方式の点火装置に対しても使用することが
できる。図９は、本発明の実施の形態１における内燃機
関用のイオン電流検出装置の他の例を示した概略の回路
図である。なお、図９では、４気筒のエンジンに適用し
た高圧配電方式の点火装置に使用した場合において、図
１で示したイオン電流検出装置に対応させた例を示して
おり、図１と同じものは同じ符号で示しており、ここで
はその説明を省略すると共に、図１との相違点のみ説明
する。

【００４３】図９における図１との相違点は、図１の点
火プラグ６を、ダイオード９１〜９４、ディストリビュ
ータ（配電器）９５及び点火プラグ９６〜９９に置き換
えたことにあり、これに伴って図１の点火装置１を点火
装置９０としたことにある。図９において、点火装置９
０は、自動車用バッテリ等の電源２、点火コイル３、ダ
イオード４，９１〜９４、点火制御回路５、ディストリ
ビュータ９５及び点火プラグ９６〜９９で構成されてい
る。

【００４４】点火コイル３の二次側コイルＬ２の一端は
ダイオード９１〜９４の各アノード及びディストリビュ
ータ９５のロータに接続されている。ダイオード９１〜
９４の各カソードは、ディストリビュータ９５における
対応する端子にそれぞれ接続されている。更にダイオー
ド９１のカソードは点火プラグ９６を、ダイオード９２
のカソードは点火プラグ９７を、ダイオード９３のカソ
ードは点火プラグ９８を、ダイオード９４のカソードは
点火プラグ９９をそれぞれ介して接地されている。

【００４５】このような構成において、点火コイル３の
二次側コイルＬ２に発生する高電圧の点火プラグ９６〜
９９への配分はディストリビュータ９５によって行わ
れ、各点火プラグ９６〜９９での放電は、図１の説明と
同様に負電圧で行われ、点火動作が終了すると共にダイ
オード９１〜９４を介して各点火プラグ９６〜９９にそ
れぞれ電圧が印加されてイオン電流の検出が図１の場合
と同様にして行われる。このようにすることにより、様
々な点火装置に本実施の形態１におけるイオン電流検出
装置２０を適用することができる。

【００４６】上記のように、本実施の形態１における内
燃機関用のイオン電流検出装置は、点火制御回路５のス
イッチング回路部７に使用されるスイッチング素子を点
火コイル３による逆起電圧から保護するツェナーダイオ
ード１３を、イオン電流供給用のコンデンサ２２の電圧
制限にも使用するようにした。このことから、大きな電
力損失に耐えるだけの放熱構造を有したツェナーダイオ
ードの削減を行うことができ、コストの低減を図ること
ができる。

【００４７】

【発明の効果】請求項１に係る内燃機関用のイオン電流
検出装置は、一次側コイルへの通電制御を行うスイッチ
ング素子に対する一次側コイルの逆起電圧を制限する電
圧制限手段を、イオン電流供給用のコンデンサの電圧制
限にも使用するようにした。このことから、イオン電流
供給用のコンデンサごとに設けられていた電圧制限手段
を削減することができ、コストの低減を図ることができ
る。

【００４８】請求項２に係る内燃機関用のイオン電流検
出装置は、請求項１において、具体的には、電圧制限手
段は、点火プラグの点火時に流れる電流による充電時
に、コンデンサに印加される電圧の制限を行う。このこ
とから、大きな電力損失に耐えるだけの構造を有した電
圧制限手段の削減を行うことができ、コストの低減を図
ることができる。

【００４９】請求項３に係る内燃機関用のイオン電流検
出装置は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、
具体的には、接続手段を第１ダイオード及び第２ダイオ
ードの２つのダイオードで形成した。このことから、安
価な素子を使用して簡単な回路で接続手段を構成するこ
とができる。

【００５０】請求項４に係る内燃機関用のイオン電流検
出装置は、請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
具体的には、電圧制限手段はツェナーダイオードである
ことから、大きな電力損失に耐えるだけの放熱構造を有
したツェナーダイオードの削減を行うことができ、コス
トの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１における内燃機関用の
イオン電流検出装置の例を示した概略の回路図である。

【図２】 図１における制御回路部９の例を示した回路
図である。

【図３】 図１におけるイオン電流検出回路部２１の例
を示した回路図である。

【図４】 図１におけるイオン電流検出回路部２１の他
の例を示した回路図である。

【図５】 図１におけるイオン電流検出回路部２１の他
の例を示した回路図である。

【図６】 図１におけるイオン電流検出回路部２１の他
の例を示した回路図である。

【図７】 図１におけるスイッチング回路部７の他の例
を示した回路図である。

【図８】 図１におけるスイッチング回路部７の他の例
を示した回路図である。

【図９】 本発明の実施の形態１における内燃機関用の
イオン電流検出装置の他の例を示した概略の回路図であ
る。

【図１０】 内燃機関用のイオン電流検出装置の従来例
を示した概略の回路図である。

【符号の説明】

１，９０ 点火装置、 ２ バッテリ、 ３ 点火コイ
ル、 ４，２３，９１〜９４ ダイオード、 ５ 点火
制御回路、 ６，９６〜９９ 点火プラグ、７ スイッ
チング回路部、 １１，１２ パワートランジスタ、
１３ ツェナーダイオード、 ２０ イオン電流検出装
置、 ２１ イオン電流検出回路部、２２ コンデン
サ、 ９５ ディストリビュータ、 Ｌ１ 点火コイル
３の一次側コイル、 Ｌ２ 点火コイル３の二次側コイ
ル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側コイルに印加された電圧により二
   次側コイルに高電圧を発生させる点火コイルと、該点火
   コイルに発生した高電圧によりシリンダ内の燃料に点火
   する点火プラグとを備えた内燃機関における、燃焼時に
   発生するイオン電流を検出する内燃機関用のイオン電流
   検出装置において、 上記一次側コイルへの通電制御を行うスイッチング素子
   に対する一次側コイルの逆起電圧を制限する電圧制限手
   段と、 上記二次側コイルを介して点火プラグにイオン電流検出
   用の電圧を印加するコンデンサと、 該コンデンサから点火プラグに印加された電圧に基づい
   て生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、 上記コンデンサを上記電圧制限手段に接続する接続手段
   とを備え、 上記電圧制限手段は、上記コンデンサの電圧制限をも行
   うことを特徴とする内燃機関用のイオン電流検出装置。
2. 【請求項２】 上記コンデンサは、点火プラグの点火時
   に流れる電流によって充電され、該充電により保持され
   た電圧を点火終了直後の点火プラグに印加し、上記電圧
   制限手段は、上記充電時にコンデンサに印加される電圧
   の制限を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機
   関用のイオン電流検出装置。
3. 【請求項３】 上記接続手段は、一次側コイルとスイッ
   チング素子とを順方向に接続する第１ダイオードと、コ
   ンデンサと電圧制限手段とを順方向に接続する第２ダイ
   オードとからなることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２のいずれかに記載の内燃機関用のイオン電流検出装
   置。
4. 【請求項４】 上記電圧制限手段は、ツェナーダイオー
   ドであることを特徴とする請求項１から請求項３のいず
   れかに記載の内燃機関用のイオン電流検出装置。