JPH09137769A

JPH09137769A - 内燃機関の燃焼状態検出装置

Info

Publication number: JPH09137769A
Application number: JP29504495A
Authority: JP
Inventors: Shinji Oyabu; 真二大薮
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1997-05-27

Abstract

(57)【要約】【課題】点火コイルユニットとイオン電流検出ユニッ
トとが断線（未接続）時に点火コイルユニット内の回路
が高電圧となることを防止すること。【解決手段】点火コイルユニット（イグナイタ内蔵コ
イル）１０とイオン電流検出ユニット２０とが独立した
構成であり、その間が断線（未接続を含む）したときに
も、点火コイルユニット１０内に配設された回路素子と
してのツェナダイオード１１を環流路として点火２次電
流Ｉ2 が環流される。このように、点火コイルユニット
１０内において、点火コイル１３の２次巻線１３ｂの低
圧側が高電圧となることが防止されるため、点火コイル
ユニット１０の回路構成を高耐圧としなくても損傷する
ことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼状
態から失火検出等を行う内燃機関の燃焼状態検出装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の燃焼状態検出装置に関
連する先行技術文献としては、特開平４−１９１４６５
号公報にて開示されたものが知られている。このもので
は、点火プラグの燃焼イオン情報を検出するイオン電流
検出ユニットを点火コイルユニットに内蔵する技術が示
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、点火コイル
ユニットとイオン電流検出ユニットとが独立している構
成で、点火コイルの２次巻線の低圧側が接続不良等によ
り未接続状態となると、点火コイル及びイグナイタとし
ての制御回路等が点火時に発生する高電圧にて損傷して
しまうという不具合があった。

【０００４】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、点火コイルユニットとイオン
電流検出ユニットとが独立している構成において、点火
コイルユニットとイオン電流検出ユニットとが断線（未
接続）時に点火コイルユニット内の回路が高電圧となる
ことを防止可能な内燃機関の燃焼状態検出装置の提供を
課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の内燃機関の燃
焼状態検出装置では、点火コイルユニットとイオン電流
検出ユニットとが独立して電気配線されているものにお
いて、その配線が断線（未接続を含む）したときにも、
点火コイルユニット内に配設された回路素子を環流路と
して点火２次電流が環流される。このため、点火コイル
ユニット内において、点火コイルの２次巻線の低圧側が
高電圧となることが防止される。

【０００６】請求項２の内燃機関の燃焼状態検出装置で
は、請求項１の構成における回路素子が、点火コイルの
２次巻線の低圧側に接続されたツェナダイオードとされ
るため、点火コイルで発生した２次電流がツェナダイオ
ードを介して環流される。

【０００７】請求項３の内燃機関の燃焼状態検出装置で
は、請求項１の構成における回路素子が、所定以上の高
電圧がかかることで導通される例えば、火花ギャップと
されるため、点火コイルで発生した２次電流が回路素子
を介して環流される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
の実施例に基づいて説明する。

【０００９】〈実施例１〉図１は本発明の第１実施例に
かかる内燃機関の燃焼状態検出装置の１気筒分の構成を
示す回路図であり、図２は図１の回路構成を４気筒から
なる内燃機関の点火装置全体に適用したときの概略構成
を示す回路ブロック図である。なお、図２のイオン電流
検出ユニット２００には、図１のイオン電流検出ユニッ
ト２０の４気筒分を１つにまとめた代表的な構成を示
す。また、図２のイオン電流検出ユニット２００は、図
１に示すイオン電流検出ユニット２０と同様に代表的な
点火コイル２次電流充電方式であり、検出されたイオン
電流ＩION は演算増幅器にて反転増幅されたのち、ＯＵ
Ｔ１端子〜ＯＵＴ４端子を介してＥＣＵ（Electronic C
ontrol Unit:電子制御ユニット）３０のＩＮ１端子〜Ｉ
Ｎ４端子へ送られる。

【００１０】図１おいて、点火コイルユニット１０は点
火コイル１３とイグナイタ制御回路１４とスイッチング
素子としてのパワートランジスタ１５とが一体に形成さ
れたイグナイタ内蔵コイルを用いて構成されている。点
火コイル１３の１次巻線１３ａの一端はバッテリ電源＋
Ｂに接続され、他端はパワートランジスタ１５を介して
ＧＮＤ端子に接続されている。このパワートランジスタ
１５のゲートはＩＧＴ端子から入力される点火信号に基
づきイグナイタ制御回路１４によってオン／オフ制御さ
れる。

【００１１】点火コイルユニット１０内では、イオン電
流検出ユニット２０との間の断線（未接続）時に２次電
流Ｉ2 を環流するための回路素子としてのツェナダイオ
ード１１のカソードが点火コイル１３の２次巻線１３ｂ
の低圧側、即ち、イオン電流ＩION が出力されるＩＯＮ
端子側に接続されている。また、このツェナダイオード
１１には直列で逆向き（順方向）に点火オン着火防止用
としてのツェナダイオード１２が＋Ｂ端子を介してバッ
テリ電源＋Ｂに接続（＋Ｂ結線）されている。そして、
２次巻線１３ｂの高圧側であるＶ2 端子は点火プラグ１
に接続されている。なお、ツェナダイオード１１の結線
は、勿論、１次巻線１３ａの高圧側、即ち、パワートラ
ンジスタ１５のコレクタ側でもよい。

【００１２】そして、点火コイルユニット１０のＩＯＮ
端子と接続されるイオン電流検出ユニット２０のＩＯＮ
１端子側は、イオン電流検出用電源としてのコンデンサ
２１がイオン電流充電用ダイオードとしてのツェナダイ
オード２２と並列に接続されている。また、ＩＯＮ１端
子と接続されたコンデンサ２１の反対側には、イオン電
流検出抵抗２３の一端と点火２次電流パス用ダイオード
としてのツェナダイオード２４のアノード側が並列に接
続されている。そして、イオン電流検出抵抗２３の他端
は反転増幅器としての演算増幅器２５の反転（−）端子
側に接続され、ツェナダイオード２４のカソード側は演
算増幅器２５の非反転（＋）端子側及びイオン電流検出
ユニット２０のＧＮＤ端子に接続されている。また、演
算増幅器２５の出力端子はイオン電流検出ユニット２０
のＯＵＴ１端子と接続されている。なお、演算増幅器２
５の反転（−）端子と出力端子との間にはゲイン調整用
としての抵抗２６が接続されている。

【００１３】次に、その動作について説明する。

【００１４】図１及び図２において、周知のように、Ｅ
ＣＵ３０からの点火信号ＩＧＴがイグナイタ内蔵コイル
である点火コイルユニット１０のＩＧＴ端子に送出さ
れ、イグナイタ制御回路１４を介しパワートランジスタ
１５により１次巻線１３ａが通電後遮断される。する
と、点火プラグ１の−（マイナス）放電による点火コイ
ルユニット１０内の２次巻線１３ｂを流れる２次電流Ｉ
2 が点火コイルユニット１０のＩＯＮ端子からＩＯＮ１
端子を介してイオン電流検出ユニット２０内のツェナダ
イオード２２に流れる。このツェナダイオード２２に並
列に接続されたコンデンサ２１が２次電流Ｉ2 により充
電される。このコンデンサ２１に充電された電気量がイ
オン電流検出用電源となる。

【００１５】点火プラグ１近傍に火炎が成長すると、コ
ンデンサ２１から点火プラグ１にイオン電流ＩION が流
れ、このイオン電流ＩION がイオン電流検出抵抗２３に
て負の出力電圧として検出される。この検出された電圧
は反転増幅器としての演算増幅器２５にて反転増幅され
たのち、ＥＣＵ３０に送出され、燃焼状態・ノック等が
検出される。

【００１６】上述の動作説明からも明らかなように、こ
のような２次電流を環流する回路素子としてのツェナダ
イオード１１，１２は、通常動作時は何の機能も果たさ
ないものである。ここで、図２の構成において、点火コ
イルユニット１０ａ〜１０ｄの各ＩＯＮ端子とイオン電
流検出ユニット２００のＩＯＮ１端子〜ＩＯＮ４端子ま
たはイオン電流検出ユニット２００全体をつなぎ忘れた
場合について説明する。

【００１７】ＥＣＵ３０のＩＧＴ１端子〜ＩＧＴ４端子
からの点火信号ＩＧＴにより点火コイルユニット１０ａ
〜１０ｄが動作しても点火２次電流Ｉ2 がイオン電流検
出ユニット２００側に流れることができない。このとき
には、この２次電流Ｉ2 は図１に示すツェナダイオード
１１を介して＋Ｂ端子に流れる。したがって、ＩＯＮ端
子が浮いていても何ら悪影響を及ぼすことなく内燃機関
の正規点火が実行される。ＥＣＵ３０がイオン電流検出
入力であるＩＮ１端子〜ＩＮ４端子からの入力がなく、
オープンなことに気付いたのち、点火コイルユニット１
０ａ〜１０ｄとイオン電流検出ユニット２００とを正し
く接続し直すことで正常状態に復帰させることができ
る。

【００１８】一方、図２に示す点火コイルユニット１０
ａ〜１０ｄ内に点火２次電流Ｉ2 を流す環流路がない場
合を考える。この場合には、ＥＣＵ３０からの点火信号
ＩＧＴにより点火コイルユニット１０ａ〜１０ｄが動作
しても点火２次電流Ｉ2 がイオン電流検出ユニット２０
側に流れることができなくて、正規点火が実行されな
い。このため、点火コイルユニット１０ａ〜１０ｄのＩ
ＯＮ端子が高電圧となり、この電圧に十分に耐え得る設
計にしないと点火コイルユニット１０ａ〜１０ｄ内の回
路に損傷を生じ元の状態に復帰できないのである。

【００１９】図３は本発明の第１実施例にかかる内燃機
関の燃焼状態検出装置の１気筒分の構成の変形例を示す
回路図である。なお、図中、上述の実施例と同様の構成
または相当部分からなるものについては同一符号及び同
一記号を付してその詳細な説明を省略する。

【００２０】図３の点火コイルユニット４０において、
点火放電は＋（プラス）放電に設定され、環流電流はＧ
ＮＤ端子に対して流れ、環流のためのツェナダイオード
１１と直列に点火オン着火防止ダイオードとしてのツェ
ナダイオード１２が逆向きに接続された構成となってい
る。また、イオン電流検出ユニット５０において、イオ
ン電流検出用電源としてのコンデンサ２１は−（マイナ
ス）電圧に充電され、演算増幅器２５からの出力は同相
増幅回路を用いたＯＵＴ１端子からＥＣＵ３０へ送出さ
れる。なお、ツェナダイオード２２′，２４′は、ツェ
ナダイオード１１，１２と同様に逆向きに接続された構
成となっている。

【００２１】このように、本実施例の内燃機関の燃焼状
態検出装置は、内燃機関の点火プラグ１（１ａ〜１ｄ）
に点火火花を発生させる点火コイル１３を有する点火コ
イルユニット１０（１０ａ〜１０ｄ），４０と、点火コ
イルユニット１０（１０ａ〜１０ｄ），４０に接続され
点火コイル１３の２次巻線１３ｂを流れる２次電流Ｉ2
を環流する閉回路を形成し、点火コイル１３の２次巻線
１３ｂ側に発生するイオン電流ＩION を検出するイオン
電流検出ユニット２０（２００），５０と、点火コイル
ユニット１０（１０ａ〜１０ｄ），４０内に配設され点
火コイルユニット１０（１０ａ〜１０ｄ），４０とイオ
ン電流検出ユニット２０（２００），５０との間の断線
（未接続）時に２次電流Ｉ2 を環流するツェナダイオー
ド１１からなる回路素子とを具備するものである。

【００２２】また、本実施例の内燃機関の燃焼状態検出
装置は、回路素子を点火コイル１３の２次巻線１３ｂの
低圧側に接続されたツェナダイオード１１とするもので
ある。

【００２３】したがって、点火コイルユニット１０（１
０ａ〜１０ｄ），４０とイオン電流検出ユニット２０
（２００），５０とが断線（未接続を含む）しても、回
路素子としてのツェナダイオード１１を環流路として点
火２次電流Ｉ2 が環流されることになる。

【００２４】このため、点火コイルユニット１０（１０
ａ〜１０ｄ），４０内において、２次巻線１３ｂの低圧
側が高電圧となることが防止され、点火コイルユニット
１０（１０ａ〜１０ｄ），４０の回路構成を高耐圧とし
なくても損傷することがない。

【００２５】〈実施例２〉図４は本発明の第２実施例に
かかる内燃機関の燃焼状態検出装置の１気筒分の構成を
示す回路図であり、図５は図４の回路構成を４気筒から
なる内燃機関の点火装置全体に適用したときの概略構成
を示す回路ブロック図である。なお、図４では、点火コ
イルユニット６０のみの構成を示し、その点火オン着火
防止ダイオード及びイオン電流検出ユニットは省略され
ている。また、図中、上述の実施例と同様の構成または
相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号
を付してその詳細な説明を省略する。

【００２６】図４及び図５において、点火コイルユニッ
ト６０（６０ａ〜６０ｄ）は点火コイル１３のみからな
る。この点火コイルユニット６０（６０ａ〜６０ｄ）で
は、図１及び図３の点火コイルユニット１０（１０ａ〜
１０ｄ），４０がイグナイタを内蔵したものであるのに
対して、ＥＣＵ７０側がイグナイタ機能を受持ってい
る。

【００２７】なお、イオン電流検出ユニット２００全体
をＥＣＵ７０に内蔵することも考えられるが、イオン電
流検出ユニット２００とＥＣＵ７０とを一体化したもの
では、点火２次電流Ｉ2 がＥＣＵ７０にも流れて点火サ
ージによる誤動作を起こすためＥＣＵ７０が機能しなく
なることが容易に推測できる。

【００２８】このように、本実施例の内燃機関の燃焼状
態検出装置は、内燃機関の点火プラグ１ａ〜１ｄに点火
火花を発生させる点火コイル１３を有する点火コイルユ
ニット１０（１０ａ〜１０ｄ），４０と、点火コイルユ
ニット１０（１０ａ〜１０ｄ），４０に接続され点火コ
イル１３の２次巻線１３ｂを流れる２次電流Ｉ2 を環流
する閉回路を形成し、点火コイル１３の２次巻線１３ｂ
側に発生するイオン電流ＩION を検出するイオン電流検
出ユニット２０（２００），５０と、点火コイルユニッ
ト１０（１０ａ〜１０ｄ），４０内に配設され点火コイ
ルユニット１０（１０ａ〜１０ｄ），４０とイオン電流
検出ユニット２０（２００），５０との間の断線（未接
続）時に２次電流Ｉ2 を環流するツェナダイオード１１
からなる回路素子とを具備するものである。

【００２９】したがって、点火コイルユニット６０（６
０ａ〜６０ｄ）とイオン電流検出ユニット２００とが断
線（未接続を含む）しても、回路素子としてのツェナダ
イオード１１を環流路として点火２次電流Ｉ2 が環流さ
れることになる。

【００３０】このため、点火コイルユニット６０（６０
ａ〜６０ｄ）内において、２次巻線１３ｂの低圧側が高
電圧となることが防止され、点火コイルユニット６０
（６０ａ〜６０ｄ）の回路構成を高耐圧としなくても損
傷することがない。

【００３１】〈実施例３〉図６は本発明の第３実施例に
かかる内燃機関の燃焼状態検出装置の１気筒分の構成を
示す回路図である。なお、図６では、点火コイルユニッ
ト８０のみの構成を示し、イオン電流検出ユニットは省
略されている。また、図中、上述の実施例と同様の構成
または相当部分からなるものについては同一符号及び同
一記号を付してその詳細な説明を省略する。

【００３２】図６は点火コイルユニット８０における点
火２次電流Ｉ2 を環流する回路素子を、図１に示す点火
コイルユニット１０内のツェナダイオード１１に替え
て、回路基板上の隣接する電極間で沿面放電を生じて導
通する火花ギャップ１６にて構成したものである。火花
ギャップ１６は例えば、点火コイル１３のコネクタの端
子間に設ける構成が低コストであり、点火オン着火防止
対策として常時、火花ギャップに火花が飛ぶ構成では実
用化されていないが、異常時のみの火花放電であれば十
分実用に耐え得ると言える。

【００３３】図７は図６の火花ギャップ１６をセラミッ
ク基板９１上で実現した従来実施のものであり、セラミ
ック基板９１上にギャップ抵抗と呼ばれる耐火花サージ
回路保護用抵抗９３が配設されている。これは、導体配
線９２間に０．１〜０．２ｍｍ程度のギャップを設け、
その上面に高抵抗体を印刷したもので、この高抵抗体の
沿面放電を利用して火花サージを回避するものである。

【００３４】また、図８は図６の火花ギャップ１６をセ
ラミック基板９１上に配設されたチップコンデンサ９５
の下面を利用して導体配線９２間で実現した本発明によ
るものであり、抵抗体を用いていないので、イオン電流
検出用電源としてのコンデンサ２１が放電することを防
止するものである。

【００３５】この他、点火コイルユニット８０内で点火
２次電流Ｉ2 を環流する回路素子としては、バリスタや
放電管を使用することも考えられる。この場合には、素
子そのものが大きくなるためセラミック基板上に実装す
るには不向きである。

【００３６】このように、本実施例の内燃機関の燃焼状
態検出装置は、回路素子を所定以上の高電圧がかかるこ
とで導通する火花ギャップ１６とするものである。

【００３７】したがって、点火コイルユニット８０とイ
オン電流検出ユニットとが独立して電気配線されている
もので、その間が断線（未接続を含む）しても、回路素
子としての火花ギャップ１６を環流路として点火２次電
流Ｉ2 が環流されることになる。

【００３８】このため、点火コイルユニット８０内にお
いて、点火コイル１３の２次巻線１３ｂの低圧側が高電
圧となることが防止され、点火コイルユニット８０の回
路構成を高耐圧としなくても損傷することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例にかかる内燃機関
の燃焼状態検出装置の１気筒分の構成を示す回路図であ
る。

【図２】図２は図１の回路構成を４気筒からなる内燃
機関の点火装置全体に適用したときの概略構成を示す回
路ブロック図である。

【図３】図３は本発明の第１実施例にかかる内燃機関
の燃焼状態検出装置の１気筒分の構成の変形例を示す回
路図である。

【図４】図４は本発明の第２実施例にかかる内燃機関
の燃焼状態検出装置の１気筒分の構成を示す回路図であ
る。

【図５】図５は図４の回路構成を４気筒からなる内燃
機関の点火装置全体に適用したときの概略構成を示す回
路ブロック図である。

【図６】図６は本発明の第３実施例にかかる内燃機関
の燃焼状態検出装置の１気筒分の構成を示す回路図であ
る。

【図７】図７は図６の火花ギャップの構成を示す説明
図である。

【図８】図８は図６の火花ギャップの他の構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

１点火プラグ１０点火コイルユニット（イグナイタ内蔵コイル）１１ツェナダイオード（回路素子）１２（点火オン着火防止用）ツェナダイオード１３点火コイル１３ａ１次巻線１３ｂ２次巻線１４イグナイタ制御回路１５パワートランジスタ（スイッチング素子）２０イオン電流検出ユニット２１コンデンサ（イオン電流検出用電源）２２（イオン電流充電用）ツェナダイオード２３イオン電流検出抵抗２４ツェナダイオード（点火２次電流パス用ダイオ
ード）２５演算増幅器２６（ゲイン調整用）抵抗３０ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の点火プラグに点火火花を発生
させる点火コイルを有する点火コイルユニットと、前記点火コイルユニットに接続され前記点火コイルの２
次巻線を流れる２次電流を環流する閉回路を形成し、前
記点火コイルの前記２次巻線側に発生するイオン電流を
検出するイオン電流検出ユニットと、前記点火コイルユニット内に配設され前記点火コイルユ
ニットと前記イオン電流検出ユニットとの間の断線時に
前記２次電流を環流する回路素子とを具備することを特
徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項２】前記回路素子は、前記点火コイルの前記
２次巻線の低圧側に接続されたツェナダイオードである
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態
検出装置。
【請求項３】前記回路素子は、所定以上の高電圧がか
かることで導通する素子であることを特徴とする請求項
１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。