JPH06207575A - ガソリン機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 点火プラグの電極間の電圧変化の検出におい
て、ノイズの影響をなくし、ガソリン機関の燃焼状態を
正確に検出する。 【構成】 点火プラグの火花放電後に、点火プラグの電
極間の電圧を検出するセンサ５０の極大値の通過を極大
値通過検出部２１で検出し、その所定時間後にピークホ
ールド回路３５のリセットを解除する。点火装置のノイ
ズは、点火コイル等の特性に応じてその減衰特性が決ま
っているため、所定時間を適切に設定しておくことによ
って、ノイズの減衰直後に、センサ５０の検出電圧をホ
ールドでき、そのホールドされた電圧に基づいてその後
の電圧変化の基準電圧を設定するため、正確な電圧変化
を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガソリン機関の燃焼状
態を、火花放電終了後に点火プラグの浮遊静電容量に充
電される電荷の電圧の変化に基づいて検出するガソリン
機関の燃焼状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリン機関では、点火コイルの二次回
路には、火花放電終了後にも起電力が生じ、点火プラグ
の浮遊静電容量には、その起電力に応じた電圧が充電さ
れる。ここで、点火プラグの電極間のイオン密度は、ガ
ソリン機関における着火あるいは失火等の燃焼状態に応
じて異なり、また、着火した場合には、その燃焼状態に
応じて異なる。この結果、火花放電終了後に点火プラグ
に生じる電圧の減衰特性は、着火の有無あるいは燃焼状
態に応じて異なる変化を示す。このため、火花放電終了
後の点火プラグの電圧の変化を検出して、その電圧の減
衰特性に基づいて燃焼状態を検出するものがある。この
点火プラグの電圧の減衰特性に基づく従来の燃焼状態検
出装置では、電圧の減衰特性を検出する方法として、火
花放電終了後の点火プラグのピーク電圧情報を基準値と
して記憶保持（ホールド）し、この基準値に対するその
後の電圧の低下の程度を検出している。ここで、基準値
となるピーク電圧情報は、火花放電終了後に記憶保持す
る必要があるが、火花放電が終了する時点は、点火装置
の点火タイミングに対してガソリン機関の回転速度にほ
ぼ対応した遅れがあるため、点火タイミングから回転速
度に対応した遅れ時間を与えられて作動するピークホー
ルド回路等により、ピーク電圧情報を記憶保持してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、火花放電終了後の点火プラグのピーク電圧情報を記
憶保持（ホールド）するものでは、点火コイルと点火プ
ラグとが接続されているため、点火コイルにおける静電
容量による正規の電圧に点火コイルによる誘導電圧が重
畳して高くなった場合には、その誘導電圧によって点火
コイルの電圧にピーク状のノイズが現れるため、そのノ
イズが記憶保持されると点火コイルの電圧がその後急激
に低下したかの如く誤って検出され、あるいは、点火コ
イルの二次コイルと点火プラグとの間に逆流防止のため
のダイオードを設けた場合には、ダイオードのツェナー
効果によって、電圧の低下が制限された場合に、ホール
ドされる電圧が高くなり、正確な減衰特性が検出できな
いという問題がある。

【０００４】本発明は、ガソリン機関の燃焼状態検出装
置において、点火装置のノイズの影響をなくし、正確な
電圧変化を検出することによって、ガソリン機関の燃焼
状態に応じて異なる点火プラグの電圧の減衰特性を正確
に検出することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、一次電流の断
続によって火花放電用の高電圧を生じる点火コイルの二
次回路に点火プラグを接続した点火装置に、前記点火プ
ラグにおける火花放電終了後の前記点火プラグの放電電
極間の電圧変化を検出する電圧変化検出手段を設け、前
記電圧変化に基づいてガソリン機関の燃焼状態を検出す
るガソリン機関の燃焼状態検出装置において、前記電圧
変化検出手段は、前記点火コイルの二次回路の電圧の極
大値の通過を検出する極大値通過検出手段と、この極大
値通過検出手段により前記極大値の通過を検出した所定
時間後の前記点火プラグの前記放電電極間の電圧情報を
記憶保持する電圧値記憶手段と、この電圧値記憶手段に
記憶保持された前記電圧値に基づいて設定される前記電
圧変化の検出のための基準値とその後の前記放電電極間
の電圧情報とを比較する比較手段とを備えたことを技術
的手段とする。

【０００６】

【作用】本発明では、点火プラグの放電電極間の電圧の
変化を検出する電圧変化検出手段は、火花放電終了後
に、点火コイルの二次回路の電圧の極大値が通過したか
否かを判別して、電圧の極大値の通過が検出された所定
時間後に、点火プラグの放電電極間の電圧情報を記憶保
持する。ここで、火花放電後の放電電極間の電圧は、一
旦上昇して極大値を示し、その後低下するため、極大値
を通過したことが検出された所定時間後に電極間電圧を
検出して、その電圧情報を記憶保持し、電圧がこの電圧
情報に基づいて設定される基準値（例えば、この電圧情
報に対する所定の割合）に低下するまでの経過時間に基
づいて燃焼状態を検出することができる。また、電極間
電圧に、点火回路からの誘導電圧によるピーク状のノイ
ズが重畳しても、このノイズのピーク形状は、一般に点
火回路の点火コイル等の特性によって一義的に現れるも
のであるため、極大値の通過後に記憶保持するまでの上
記の所定時間を点火コイル等の特性に基づいて適宜設定
おくことによって、重畳したノイズが通過した直後に、
電極間の正しい電圧情報を記憶保持することができる。

【０００７】

【発明の効果】本発明では、火花放電終了後に点火プラ
グの放電電極間に現れる電圧情報のうち、ノイズが重畳
している可能性がある時間分だけ遅れた時期に、速やか
に電圧情報を記憶保持するため、ノイズ成分が加わった
電圧情報が記憶保持されることがない。この場合、電圧
波形の極大値の通過を検出して、その所定時間後に電圧
情報の記憶保持を行うため、燃焼状態を検出するための
基準値を設定するのに適した電圧情報の記憶保持が遅れ
ることがなく、その後の燃焼状態に応じた電圧情報の変
化が現れる前に速やかに記憶保持することができる。な
お、ノイズの継続時間は、電極間の電圧の変化に対して
微小時間であるため、ノイズ波形全体の通過に相当する
時間の経過直後に電圧情報を記憶保持するように上記の
所定時間を設定しておけば、ガソリン機関のイオン密度
の影響を受ける前の電圧情報を、燃焼状態を検出するた
めの基準値とするのに適した電圧情報として、正しく記
憶保持することができる。従って、ガソリン機関の燃焼
状態を正確に検出することができる。

【０００８】

【実施例】次に本発明を図に示す実施例に基づいて説明
する。図１は、本発明のガソリン機関の燃焼状態検出装
置の一実施例を示すもので、点火装置１０、燃焼状態検
出回路２０およびセンサ５０からなる。点火装置１０に
おいて、１は点火コイル、２は配電器、３は気筒数の点
火プラグ、４１はスイッチング素子のトランジスタ、４
２はシグナルジェネレータ、Ｖは車載電源である。

【０００９】各点火プラグ３の電極間の電圧を検出する
ためのセンサ５０は、配電器２と各点火プラグ３とを接
続する各プラグコードの絶縁被覆を誘電体として、各プ
ラグコードの中心の導体に対応して設けられた導体との
間の静電容量によりそれぞれ形成されたセンサ用コンデ
ンサ５１と、各センサ用コンデンサ５１と直列接続され
て点火プラグ３の電極間の電圧を分圧するための分圧回
路を形成するためのコンデンサ５２と、コンデンサ５２
の放電用にコンデンサ５２に並列に接続されて設けられ
た抵抗器５３とからなる。

【００１０】ここで、各コンデンサ５１は、その静電容
量が例えば１ｐＦのものであり、コンデンサ５２は、そ
の静電容量が３０００ｐＦとなっており、これらのコン
デンサ５１、５２からなる分圧回路により、点火プラグ
３の電極間電圧が１／３０００に分圧され、最高３万ボ
ルトの高電圧が、１０ボルトオーダーに変換される。ま
た、抵抗器５３は、３Ｍオームの抵抗値を有し、これに
よってコンデンサ５２の放電回路の時定数が９ｍｓ（ミ
リ秒）に設定されている。

【００１１】センサ５０の後段に設けられた燃焼状態検
出回路２０は、図２に示すとおり、極大値通過検出部２
１と、電圧変化検出部２２と、燃焼状態検出部２３とか
らなる。極大値通過検出部２１は、点火タイミング信号
に応じて決められた時期に、センサ５０の出力をピーク
ホールドし、センサ５０の出力がピークホールドされた
値に対して所定値だけ小さくなったときをセンサ５０の
出力の極大値が通過した時点を判別する。具体的には、
図２に示すとおり、ピークホールド回路３１と、シグナ
ルジェネレータ４２からの点火タイミング信号に応じて
リセット信号を発し、その５０μｓ（マイクロ秒）経過
後にピークホールド回路３１のリセットを解除するリセ
ット回路３２と、リセット回路３２のリセット解除後に
ピークホールド回路３１にホールドされた電圧を分圧
（例えば、９／１０）する分圧回路３３と、センサ５０
の出力を分圧回路３３の出力と比較して、センサ５０の
出力が分圧回路３３の出力より小さくなったときを、セ
ンサ５０の出力の極大値が通過したと判別するための比
較回路３４とからなる。

【００１２】電圧変化検出部２２は、極大値通過検出部
２１においてセンサ５０の出力の極大値が通過したこと
が検出された所定時間後に、センサ５０の出力を基準電
圧（基準値）を設定するための電圧情報としてピークホ
ールドし、センサ５０の出力がピークホールドされた電
圧情報に対して所定の割合まで小さくなるときを検出
し、センサ５０の出力の減衰速度の情報とする。具体的
には、図２に示すとおり、ピークホールド回路３５と、
シグナルジェネレータ４２からの点火タイミング信号に
応じてピークホールド回路３５のリセット信号を発し、
その後上記の極大値通過検出部２１においてセンサ５０
の出力の極大値が通過したことが検出された時にピーク
ホールド回路３５のリセットを解除するリセット回路３
６と、リセット回路３６のリセットが解除されてから所
定時間Ｔ０後にピークホールド回路３５にホールドされ
た電圧を分圧（例えば、２／３）して燃焼状態の検出の
ための基準電圧とする分圧回路３７と、センサ５０の出
力を分圧回路３７の出力である基準電圧と比較して、セ
ンサ５０の出力が分圧回路３７の出力より小さくなった
ときを、センサ５０の出力が、所定の低下をしたときと
判別するための比較回路３８とからなる。

【００１３】この電圧変化検出部２２において、ピーク
ホールド回路３５によってセンサ５０の電圧がホールド
されるタイミングとなる極大値の通過後の所定時間Ｔ０
の設定は、本実施例では、リセット回路３６によりリセ
ット解除信号がピークホールド回路３５に与えられてか
らピークホールド回路３５がピークホールド動作を行う
までに要する時定数によって、例えば１０μｓ（マイク
ロ秒）が設定されている。この結果、所定時間Ｔ０を計
時するための計時回路を別途設ける必要がないため、回
路構成が簡単になり、安価な装置とすることができる。
なお、この所定時間Ｔ０は、センサ５０に検出される点
火コイル１の二次回路の電圧に、点火コイル１による誘
導ノイズが重畳された場合に、そのノイズが消滅するの
に要する時間であって、点火コイル１のノイズの持続特
性に基づいて設定されたものである。

【００１４】燃焼状態検出部２３は、極大値が通過した
ことが検出された後に、センサ５０の出力が所定の割合
まで低下するまでの時間、すなわち比較回路３８の出力
として現れる信号の継続時間をマイクロコンピュータに
より検出し、その所要時間に応じて、ガソリン機関の各
気筒における着火、失火の判別と、着火時における燃焼
状態の検出を行い、その結果を、例えば、空燃比制御、
燃料噴射制御等のガソリン機関の制御において利用す
る。

【００１５】次に、以上の構成からなる本実施例の燃焼
状態検出装置の作用を、ガソリン機関の作動と合わせ
て、図３を参考に説明する。シグナルジェネレータ４２
の点火タイミング信号によりトランジスタ４１がオン、
オフすると、点火コイル１の一次回路には、パルス電流
が流れる。このパルス電流の断続により、点火コイル１
の二次コイルには、二次電圧が生じ、点火プラグ３で
は、パルス電流の終了時点の時刻ｔ１で発生した高電圧
ａにより火花放電が開始し、続いて誘導放電が起こり、
この火花放電は、ガソリン機関の回転速度に応じた時間
Ｔ１だけ持続し、点火コイル１の電気エネルギーの低減
とともに時刻ｔ２で終了する。

【００１６】火花放電終了後、点火コイル１に残存する
電気エネルギーにより、二次電圧は昇圧し始め、ガソリ
ン機関の回転速度に応じた高電圧（低速運転では２〜３
キロボルト、高速運転では５〜８キロボルト）の極大値
ｂまで昇圧したのちに降圧する。この火花放電終了後の
二次電圧は、点火プラグ３の放電電極間の静電容量（通
常１０〜２０ｐＦ）に充電された電荷を示し、極大値ｂ
を含む尖形波形が通過した後の二次電圧波形は、正常に
着火した場合には、実線ｃに示すとおり速やかに低下
し、失火の場合には、実線ｄに示すとおり、着火の場合
に比べて緩やかに低下する。また、着火した場合におい
ては、燃焼によって点火プラグ３の放電電極間に生じた
イオン密度に応じて、点火プラグ３の充電電荷の放電状
態に差が生じ、空燃比がリーンの状態で着火した場合等
には、例えば、破線ｅに示すように、実線ｃの正常着火
の場合と比べて遅く低下する。

【００１７】一方、以上のとおり変化する二次電圧に基
づいて燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置２０では、
シグナルジェネレータ４２からの点火タイミング信号に
応じて、時刻ｔ１付近でリセット回路３２がピークホー
ルド回路３１のリセットを開始し、また、リセット回路
３６がピークホールド回路３５のリセットを開始し、そ
の５０μｓ（マイクロ秒）後にピークホールド回路３１
のリセットを解除する。この結果、ピークホールド回路
３１は、火花放電終了後の尖形波形の極大値ｂの電圧を
ピークホールドし、センサ５０の検出電圧が極大値ｂの
９／１０の電圧まで下がると、比較回路３４からリセッ
ト回路３６へピークホールド回路３５のリセットを解除
するための信号が送出される。

【００１８】リセット回路３６は、比較回路３４のリセ
ット解除信号に応じてピークホールド回路３５のリセッ
トを解除し、ピークホールド回路３５は、リセット解除
の信号を受けて、ピークホールドの動作の時定数によっ
て所定時間Ｔ０（例えば１０マイクロ秒）だけ遅れてセ
ンサ５０の検出電圧をホールドする。この結果、ピーク
ホールド回路３５は、火花放電終了後の極大値ｂを含む
尖形波形が通過した直後のセンサ５０の検出電圧を、燃
焼状態を検出するための基準電圧を設定するための電圧
情報としてホールドする。

【００１９】比較回路３８は、センサ５０の検出電圧
が、記憶された電圧情報に応じて分圧回路３７で分圧さ
れた基準電圧（破線ｆ）より低くなるか否かを判別し、
センサ５０の検出電圧が基準電圧より高い間だけ、その
旨を示す信号（例えば、ハイレベル信号）を送出する。
燃焼状態検出回路２３では、電圧変化検出部２２の比較
回路３８から送出される信号の継続時間Ｔ２を検出し、
その継続時間Ｔ２から、着火あるいは失火の判別と、着
火における燃焼状態の判別を行う。以上のとおり、本実
施例では、火花放電終了後に点火プラグ３の静電容量に
よる電極間の電圧に基づいて燃焼状態の検出を行うもの
において、電極間の電圧を検出するセンサ５０に検出さ
れる電圧のうち、点火コイル１の誘導電圧によるノイズ
が含まれる可能性がある時間が通過した直後に、燃焼状
態を検出するための基準電圧を設定するための電圧をホ
ールド（記憶保持）するため、正確な燃焼状態の検出を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼状態検出装置が適用された点火装
置を示す回路図である。

【図２】本発明の燃焼状態検出装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】本発明の燃焼状態検出装置の作用を説明するた
めのタイムチャートである。

【符号の説明】

１ 点火コイル ３ 点火プラグ １０ 点火装置 ２０ 燃焼状態検出回路（ガソリン機関の燃焼状態検出
装置） ２１ 極大値通過検出部（極大値通過検出手段） ２２ 電圧変化検出部（電圧変化検出手段） ３５ ピークホールド回路（電圧値記憶保持手段） ３８ 比較回路（比較手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次電流の断続によって火花放電用の高
   電圧を生じる点火コイルの二次回路に点火プラグを接続
   した点火装置に、前記点火プラグにおける火花放電終了
   後の前記点火プラグの放電電極間の電圧変化を検出する
   電圧変化検出手段を設け、前記電圧変化に基づいてガソ
   リン機関の燃焼状態を検出するガソリン機関の燃焼状態
   検出装置において、 前記電圧変化検出手段は、 前記点火コイルの二次回路の電圧の極大値の通過を検出
   する極大値通過検出手段と、 この極大値通過検出手段により前記極大値の通過を検出
   した所定時間後の前記点火プラグの前記放電電極間の電
   圧情報を記憶保持する電圧値記憶手段と、 この電圧値記憶手段に記憶保持された前記電圧値に基づ
   いて設定される前記電圧変化の検出のための基準値とそ
   の後の前記放電電極間の電圧情報とを比較する比較手段
   とを備えたことを特徴とするガソリン機関の燃焼状態検
   出装置。