(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側コイルに流れる１次電流が導通・遮断されることにより点火プラグへ供給する２次電圧を２次側コイルに発生する点火コイルと、
前記１次電流が導通されたときに２次側コイルに発生する第１の２次電圧へ重畳する第１の高電圧と、前記１次電流が遮断されたときに２次側コイルに発生する第２の２次電圧へ重畳する第２の高電圧とを生成して前記２次側コイルへ出力する昇圧回路と、
前記２次側コイルを介して燃焼室内を流れるイオン電流を検出するイオン電流検出部と、
前記イオン電流検出部から出力されるイオン電流検出信号に応じて、前記１次側コイルに流れる１次電流および前記昇圧回路を制御して前記点火プラグに重ね放電を行わせる制御部と、
を備え、
前記イオン電流検出部は、
前記２次側コイルから出力する第２の２次電圧、および、前記昇圧回路から出力する第１ならびに第２の高電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出し、
前記制御部は、
前記第１の２次電圧が発生するとき、
該第１の２次電圧と重畳することにより、前記第１の２次電圧を小さくして前記イオン電流検出電圧を生成する第１の高電圧を前記昇圧回路から出力させ、
前記第２の２次電圧が発生するとき、
前記第２の２次電圧に重畳して前記点火プラグに重ね放電を行わせる第２の高電圧を前記昇圧回路から出力させる、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記１次側コイルに１次電流を導通させる前に、前記昇圧回路から前記第１の高電圧を出力させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に搭載される重ね放電型の内燃機関用点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両に搭載される内燃機関には、燃費改善のために燃焼室内へ燃料を噴射して希薄燃焼を行う直噴型や、排気ガス浄化のために高ＥＧＲによって稼動するものが採用されている。これらの内燃機関においては、混合気に点火することが難しいことから、高エネルギの点火装置を備える必要がある。
希薄な混合気や、ＥＧＲガスを多く含む混合気に点火するときには、電流遮断方式の点火コイルによって放電電圧を発生させ、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路を用いて昇圧した高電圧を、２次側コイルから出力された放電電圧に重畳して点火プラグへ印加し、重ね放電による点火が行われる（例えば、特許文献１参照）。
このように構成された点火装置は、点火コイルの１次側コイルに流れる電流を遮断したときに２次側コイルに発生する数［ｋＶ］の高電圧を点火プラグへ供給し、当該点火プラグの放電電極間に絶縁破壊を発生させる。また、上記の２次側コイルから放電電流が流れ始めた後、点火プラグの放電電極間に発生した放電火花を維持し得る電圧以上の直流電圧、例えば５００［Ｖ］程度の電圧やそれ以上の高電圧を昇圧回路によって生成する。この直流電圧を上記の２次側コイルの出力電圧に重畳して点火プラグへ供給し、当該点火プラグの放電火花を維持するようにしている。このような点火方式によると、点火プラグに比較的長い時間に亙って大きな放電エネルギを供給することができるため、燃焼室内の混合気に効率良く点火することができ、内燃機関が稼動する際の燃費も向上する。
また、内燃機関に使用する点火装置には、混合気の燃焼時に発生するイオン電流を検出し、検出したイオン電流値をＥＣＵ等の制御部へ出力するものがある。
上記のＥＣＵは、イオン電流値の大きさから燃焼状態を判断して、稼動中の内燃機関が安定するように点火装置の動作を制御する（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−６８３７２号公報
【特許文献２】特開平４−１９４３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の重ね放電型の点火装置は上記のように構成されており、この装置に使用する点火コイルには、１次電流が導通された際に発生する２次電圧の出力を阻止し、１次電流が遮断された際に発生する２次電圧（放電電圧）を出力するように高圧ダイオードが２次側コイルに接続されている。
そのため、前述のＤＣ−ＤＣコンバータなどの昇圧回路は、高圧ダイオードによって極性が定められる放電電圧と同極性の直流高電圧を出力するように回路接続されており、点火プラグが放電火花を発生するときには放電電流が一方向に流れる。
また、燃焼状態を検知するために、イオン電流を検出するセンサとして点火プラグを用いる場合、イオン電流検出回路は２次側コイルを介して上記の点火プラグへ接続することになる。
上記のイオン電流検出回路は、燃焼の開始から終了までに生じるイオン電流を検出するため、点火プラグに火花を発生させた電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を２次側コイルを介して点火プラグに印加する。
しかし、上記のように逆極性のイオン電流検出電圧を印加するように回路を構成すると、２次側コイルやイオン電流検出回路を電流経路とするイオン電流が高圧ダイオードによって阻止されてしまう。
そのため、イオン電流を検出する回路を備える場合には、上記の高圧ダイオードによる電流方向の制限を抑えなければならず、あるいは高圧ダイオードを除いて回路構成することになる。そのため、１次電流が導通した際に発生する２次電圧を遮断することが難しくなり、過早着火が発生してしまうという問題点があった。
また、上記の１次電流が導通した際に発生する２次電圧を抑制するためには、点火コイルの１次側と２次側の巻数比や交換効率等を小さく抑えることが考えられるが、内燃機関用点火装置として最低限の点火性能を有するように構成した場合でも、１次電流を導通させた際に例えば１［ｋＶ］程度の２次電圧が発生してしまうため、過早着火の発生を防ぐことが難しいという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、１次電流導通時に発生する２次電圧を抑制するとともに、イオン電流を検出して重ね放電の制御を行う内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る内燃機関用点火装置は、１次側コイルに流れる１次電流が導通・遮断されることにより点火プラグへ供給する２次電圧を２次側コイルに発生する点火コイルと、前記１次電流が導通されたときに２次側コイルに発生する第１の２次電圧へ重畳する第１の高電圧と、前記１次電流が遮断されたときに２次側コイルに発生する第２の２次電圧へ重畳する第２の高電圧とを生成して前記２次側コイルへ出力する昇圧回路と、前記２次側コイルを介して燃焼室内を流れるイオン電流を検出するイオン電流検出部と、前記イオン電流検出部から出力されるイオン電流検出信号に応じて、前記１次側コイルに流れる１次電流および前記昇圧回路を制御して前記点火プラグに重ね放電を行わせる制御部と、を備え、前記イオン電流検出部は、前記２次側コイルから出力する第２の２次電圧、および、前記昇圧回路から出力する第１ならびに第２の高電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出し、前記制御部は、前記第１の２次電圧が発生するとき、前記昇圧回路を制御して、重畳することにより前記第１の２次電圧を小さくし、前記点火プラグに放電火花が発生することを防ぐ前記第１の高電圧を出力させ、前記第２の２次電圧が発生するとき、前記昇圧回路を制御して、前記第２の２次電圧に重畳して前記点火プラグに重ね放電を行わせる前記第２の高電圧を出力させる、ことを特徴とする。
また、前記制御部は、前記１次側コイルに１次電流を導通させる前に前記昇圧回路から前記第１の高電圧を出力させる、ことを特徴とする。
また、前記制御部は、前記第１の２次電圧と重畳することにより、該第１の２次電圧を小さくして前記イオン電流検出電圧を生成する第１の高電圧を前記昇圧回路から出力させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、重ね放電による高エネルギの点火を行って直接的な着火性の向上を図ること、および、イオン電流を検出して燃焼状態を把握し、この燃焼状態に対応した点火制御を行うことによって間接的な着火性の向上を図ることを兼ね備えることが可能になり、またさらに過早着火を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、参考例による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。
図２は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。
図３は、図２の点火コイルユニットの構成を示す回路図である。
図４は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。
図５は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。
図６は、実施例２による内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
参考例
初めに、本発明による内燃機関用点火装置の基本的な重ね放電について説明する。
図１は、参考例による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。図示した内燃機関用点火装置１は、本発明の内燃機関用点火装置と同様に、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０や倍電圧回路２０を備え、点火コイル３０の出力電圧に重畳する高電圧を生成するように構成されている。
内燃機関用点火装置１は、前述のようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、倍電圧回路２０、点火コイル３０を備え、また、重ね時間制御部４０を備えて構成されており、内燃機関のシリンダブロック等に固定された点火プラグ６０、および、図示を省略したＥＣＵ（エンジン制御ユニット）に接続されている。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧を例えば高耐圧配線を必要としない程度の電圧（例えば交流５００［Ｖ］）へ昇圧するように構成されている。
倍電圧回路２０は、例えば、それぞれ６個のコンデンサおよびダイオードを用いて、入力した交流電圧を整流して６倍の直流電圧に昇圧する多段倍電圧整流回路である。倍電圧回路２０の入力点はＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点に接続され、倍電圧回路２０の高電位側の出力点は、高圧ダイオード５０のカソードならびに内燃機関のシリンダブロックなどのグランド（以下、ＧＮＤと記載する）部分に接続されている。
また、倍電圧回路２０の低電位側の出力点、もしくはＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の片側の出力点は、高圧ダイオード５０のアノードと点火コイル３０の２次側コイル３２との接続点に接続される。
点火コイル３０は、点火コイル本体を構成する１次側コイル３１と２次側コイル３２、またスイッチトランジスタ３３を備えている。
１次側コイル３１の一端は、図示を省略したバッテリ等から直流電圧ＶＢが供給されるように配線接続されており、他端はスイッチトランジスタ３３の開閉接点の一端に接続されている。スイッチトランジスタ３３の開閉接点の他端はＧＮＤに接続されている。
２次側コイル３２は、一端がシリンダブロック等に固定された点火プラグ６０の頭部電極に接続され、他端が高圧ダイオード５０のアノードに接続されている。即ち、上記の高圧ダイオード５０は、２次側コイル３２に直列接続されている。
スイッチトランジスタ３３は、自身の制御端子（例えばスイッチトランジスタ３３にＩＧＢＴを使用した場合にはゲート端子）に、図示を省略したエンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵと記載する）から点火信号が入力される。
重ね時間制御部４０は、プロセッサ等の制御デバイスと、制御プログラムや制御データ等を記憶するメモリなどによって構成されており、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御するように配線接続されている。また、重ね時間制御部４０は、前述のＥＣＵから点火信号を入力するように配線接続されている。この点火信号は、ＥＣＵが生成する制御信号であり、内燃機関の燃焼行程における点火タイミングを示すものである。
次に、動作について説明する。
重ね放電を行う内燃機関用点火装置１の動作は、点火信号が有意を示したとき、例えばｏｆｆを示すローレベルからｏｎを示すハイレベルに遷移したとき、この信号の立ち上がりタイミングでスイッチトランジスタ３３がｏｎ状態となって１次側コイル３１に１次電流が流れ始める。この１次電流は、点火信号がｏｎを示すハイレベルの期間において導通し、上記の点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したタイミングで遮断される。
１次電流が遮断されると、２次側コイル３２に発生した２次電圧、即ち放電火花を誘起する放電電圧が点火プラグ６０へ出力される。このとき流れる放電電流は、高圧ダイオード５０によって電流方向が規制されている。
また、重ね時間制御部４０は、前述の点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したとき、重ね時間制御信号をｏｆｆレベルからｏｎレベルに遷移させる。また、このように重ね時間制御信号が遷移するとＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が動作を開始する。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、重ね時間制御信号がｏｎからｏｆｆへ遷移するまでの間、交流電圧を生成して倍電圧回路２０へ出力する。
倍電圧回路２０は、入力した交流電圧を整流すると共に昇圧して直流の高電圧を生成し、２次側コイル３２へ出力することにより前述の２次電圧（放電電圧）に重畳して点火プラグ６０へ印加する。
このような電圧が供給された点火プラグ６０は、重ね時間制御信号が有意を示している期間において放電火花を維持する。
倍電圧回路２０から出力された高電圧によって流れる放電電流は、図１の矢印Ａが示すように流れる。
上記の放電電流は、２次側コイル３２に発生した放電電圧によって流れ始め、その後、上記の放電電圧と同極性の高電圧が倍電圧回路２０から出力され、この高電圧が放電電圧に重畳されることによって流れる。
倍電圧回路２０が高電圧を生成すると、放電電流は倍電圧回路２０の高電位側の出力点から出力されて、高圧ダイオード５０のカソードへ即ちＧＮＤへ流れ、当該ＧＮＤレベルとなるシリンダブロックなどを介して点火プラグ６０のＧＮＤ側放電電極から頭部電極へ流れる。
この後、放電電流は点火プラグ６０の頭部電極から２次側コイル３２を介して倍電圧回路２０の低電位側の出力点、即ち、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の片側の出力端へ帰還する。
上記のように放電電流が流れて点火プラグ６０に放電火花が発生し、燃焼室内で混合気が燃焼すると、正負のいずれかの電荷を有する（陽と陰の）各イオンが発生する。
このとき、点火プラグ６０の放電電極間に電位差が存在すると、上記のイオンが正負の電荷ごとに分かれて各放電電極に移動する。このようにイオン電荷が移動することによって、例えば図１に示した矢印Ｂのようにイオン電流が流れる。イオン電流の流れる方向は、点火プラグ６０の各放電電極が有する電位によって定まる。例えば、放電火花を発生させる電圧が点火プラグ６０の放電電極間に生じていると、イオン電流は図１に示したように点火プラグ６０の頭部電極から２次側コイル３２へ流れ、さらに高圧ダイオード５０を介してＧＮＤへ流れる。即ち放電電流とイオン電流は、タイミングは異なるが回路上の同一部分を流れる。
【実施例１】
【０００９】
図２は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。この図は、４気筒の内燃機関に用いる点火装置の一例を示したもので、図示した内燃機関用点火装置２は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａ、ＡＣスイッチ１１、重ね時間制御部４０ａを各々１つ備え、また、４つの点火コイルユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを備えている。なお、本発明の内燃機関用点火装置は、気筒数と同じ数の点火コイルユニットを備え、例えば６気筒の内燃機関に使用するものは、６個の点火コイルユニットを備える。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａは、直流電圧を交流電圧に変換出力するインバータと、このインバータが生成した交流電圧を昇圧する回路（例えば昇圧トランスを含む昇圧回路）を備えている。詳しくは、上記のインバータは、重ね時間制御部４０ａからの制御信号に応じて、例えば図示を省略したバッテリから供給される直流電圧ＶＢ、または重ね時間制御部４０ａなどの回路デバイスの電源電圧５［Ｖ］と同様な直流電圧を用いて、所定の周波数を有する、例えば３０［ｋＨｚ］の交流電圧を生成する構成を有している。また、上記の昇圧回路は、インバータが生成した交流電圧を、高耐圧配線を必要としない程度の電圧へ昇圧する構成を有している。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａは、出力する交流電圧の大きさを重ね時間制御部４０ａの制御信号に応じて変化させるように構成されており、例えば第１レベルの交流電圧や、第１レベルの交流電圧よりも大きな第２レベルの交流電流を出力する構成を有している。
なお、ここで例示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａが生成する交流電圧の周波数は、倍電圧回路２０の回路定数等に適合するように設定されたものである。
ＡＣスイッチ１１は、例えば半導体素子によって構成されており、内燃機関の気筒数または点火プラグ６０と同数のｏｎ／ｏｆｆ接点を有している。
また、ＡＣスイッチ１１は、重ね時間制御部４０ａから制御信号を入力し、各シリンダに備えられた点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄを個別にＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａの出力端子と接続し、各々の点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄに、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａから出力される第１レベルの交流電圧ならびに第２レベルの交流電圧を、それぞれ供給する構成を有する。
重ね時間制御部４０ａは、プロセッサ等の制御デバイスと、制御プログラムや制御データ等を記憶するメモリなどによって構成されており、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａ、ＡＣスイッチ１１、および、各点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄの動作を制御するように配線接続されている。また、重ね時間制御部４０ａは、図示を省略したＥＣＵから点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄに対応する各点火信号を入力するように配線接続されている。
点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄは、内燃機関のシリンダヘッドに設置された点火プラグ６０の頭部電極にそれぞれ直接接続するように構成されている。例えば４気筒の内燃機関において、点火コイルユニット１２ａは１気筒目の点火プラグ６０に接続され、点火コイルユニット１２ｂは２気筒目の点火プラグ６０に、点火コイルユニット１２ｃは３気筒目の点火プラグ６０に、点火プラグユニット１２ｄは４気筒目の点火プラグ６０に接続される。
図３は、図２の点火コイルユニットの構成を示す回路図である。この図は、点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄの回路構成を示している。点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄは、いずれも同様に構成されており、ここでは点火コイルユニット１２ａを例示して説明する。
点火コイルユニット１２ａは、倍電圧回路２０、点火コイル３０ａ、スイッチトランジスタ３３、高圧ダイオード５０、イオン電流検出回路１００、イオン電流経路抵抗１５０を備え、さらに図示を省略したプラグキャップを備えて一体構成されている。
点火コイルユニット１２ａは、内燃機関の本体、例えばヘッドカバー等に設置すると、シリンダヘッド等に固定されている点火プラグ６０の頭部電極へ上記のプラグキャップが接続するように構成されている。プラグキャップは絶縁素材によって構成されており、その内部には点火コイル３０ａの２次側コイル３２が発生した放電電圧を伝導する導電部材が配置固定されている。
倍電圧回路２０は、参考例で説明したものと同様に、例えばそれぞれ６個のダイオードとコンデンサによって構成された多段倍電圧整流回路であり、図２に示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａから出力された交流電圧を整流するとともに６倍の電圧に昇圧する構成を有している。
点火コイル３０ａは、参考例で説明した点火コイル３０と同様に１次側コイル３１と２次側コイル３２を備え、１次側コイル３１の一端には例えば電圧ＶＢが供給され、当該１次側コイル３１の他端にはスイッチトランジスタ３３のスイッチ接点の一端が接続されている。また、このスイッチ接点の他端はＧＮＤ接続されている。
スイッチトランジスタ３３の制御端子、例えばスイッチトランジスタ３３としてＩＧＢＴを用いた場合には、当該ＩＧＢＴのゲート端子は重ね時間制御部４０ａの点火時期制御信号出力端子に接続される。なお、点火コイル３０ａは、参考例で説明した点火コイル３０のようにスイッチトランジスタ３３を含めて構成してもよい。
２次側コイル３２の一端は前述のように点火プラグ６０の頭部電極に接続されており、２次側コイル３２の他端は倍電圧回路２０の低電位側の出力点、ならびに高圧ダイオード５０のアノードに接続されている。
倍電圧回路２０は、高電位側の出力点を高圧ダイオード５０のカソードへ接続し、後述するツェナーダイオード１０２、ダイオード１０３、およびシリンダブロック等のＧＮＤ部分を介して点火プラグ６０へ出力電圧が印加されるように接続されている。
また、倍電圧回路２０は、低電位側の出力点を２次側コイル３２の片端へ接続して点火プラグ６０と回路接続されている。即ち、倍電圧回路２０の各出力点は、当該倍電圧回路２０が生成した高電圧が、２次側コイル３２から出力される放電電圧と同極性となって点火プラグ６０へ供給されるように、２次側コイル３２ならびに高圧ダイオード５０と接続されている。
高圧ダイオード５０は、スイッチトランジスタ３３がｏｆｆからｏｎへ遷移したとき２次側コイル３２に発生する電圧によって電流が流れることを防ぐもので、前述のように自身の極性を定めて２次側コイル３２に直列接続されており、当該２次側コイル３２に流れる電流の方向を規制している。即ち、高圧ダイオード５０は、２次側コイル３２から点火プラグ６０へ出力される放電電圧の極性を制限している。
なお、高圧ダイオード５０は、点火プラグ６０へ印加される放電電圧等に対する耐性を有している。
イオン電流検出回路１００は、イオン電流の検出に使用する電力（電荷）を蓄積するコンデンサ１０１、コンデンサ１０１の両端電圧を制限するツェナーダイオード１０２、放電電流の経路を構成するダイオード１０３、イオン電流の経路を構成する抵抗１０４およびダイオード１０５、イオン電流の大きさを表す信号を生成するオペアンプ１０６などによって構成されている。
コンデンサ１０１は、前述のようにイオン電流を検出する際に用いる電力を蓄積する電源であり、一端子を高圧ダイオード５０のカソードに接続し、他端子をダイオード１０３のアノードに接続している。
コンデンサ１０１と高圧ダイオード５０のカソードとの接続点には、ツェナーダイオード１０２のカソードが接続され、さらに、倍電圧回路２０の高電位側の出力点が接続されている。
コンデンサ１０１とダイオード１０３の接続点には、ツェナーダイオード１０２のアノードが接続され、さらに抵抗１０４の一端が接続されている。
ツェナーダイオード１０２は、例えば、内燃機関用点火装置２の動作環境において降伏電圧がＤＣ７５［Ｖ］であり、また２次側コイル３２ならびに倍電圧回路２０から出力される放電電流を流すことが可能な耐性を有する。
抵抗１０４の他端には、ダイオード１０５のカソードおよびオペアンプ１０６の反転入力端子が接続されている。オペアンプ１０６の非反転入力端子および低電位側（マイナス）電源端子、ダイオード１０５のアノード、ダイオード１０３のカソードはＧＮＤに接続されている。
オペアンプ１０６は、電源として電圧ＶＢが供給され、並列接続された抵抗およびコンデンサによって構成された負帰還路を備えて積分回路を形成している。また、オペアンプ１０６の出力端子には、当該オペアンプ１０６から出力されるイオン電流検出信号を、例えば重ね時間制御部４０ａなどの制御手段へ入力するための抵抗等が接続されている。
高圧ダイオード５０にはイオン電流経路抵抗１５０が並列接続されている。このイオン電流経路抵抗１５０は、例えば数百［ｋΩ］〜数［ＭΩ］の抵抗値を有し、倍電圧回路２０の出力点間が短絡状態にならない程度であり、なおかつイオン電流を検出する際に妨げとならない程度の抵抗値を有するものである。
イオン電流検出回路１００は、イオン電流経路抵抗１５０と高圧ダイオード５０のアノードとの接続点と、点火プラグ６０のＧＮＤ側電極との間に接続されて、２次側コイル３２やイオン電流経路抵抗１５０を含めて形成されるイオン電流経路内に設けられている。
次に、動作について説明する。
図４は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。この図は、重ね放電を行う際に内燃機関用点火装置２の各部で観測される信号波形等を示したタイミングチャートである。
図中、最上段に示した波形は、図示を省略したＥＣＵ等から出力される点火信号である。その下方に示した波形は、重ね時間制御部４０ａから出力され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａの動作を制御する重ね時間制御信号である。その下方には、点火コイル３０ａの１次側コイル３１に流れる１次電流（点火コイル１次電流）、２次側コイル３２に発生する２次電圧（点火コイル２次電圧）、倍電圧回路２０から出力される高電圧（倍電圧回路出力電圧）、点火プラグ６０の放電電極間に生じる電圧（点火プラグ放電波形）を上段から順に示している。
重ね時間制御部４０ａは、入力した点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移すると、当該点火信号に対応する例えば点火コイルユニット１２ａとＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａとを接続するＡＣスイッチ１１の接点を導通状態に制御する。また、第１レベルの高電圧を示す重ね時間制御信号を生成し、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａを制御して第１レベルの交流電圧を生成させ、ＡＣスイッチ１１を介して点火コイルユニット１２ａへ供給する。この第１レベルの交流電圧を入力した点火コイルユニット１２ａの倍電圧回路２０は、当該第１レベルの交流電圧を整流するとともに昇圧を行って第１レベルの高電圧を生成し、前述の出力点間に出力する。この第１レベルの高電圧は、上記の点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移した時点から出力される。
第１レベルの高電圧は、１次側コイル３１に１次電流が導通した時点で２次側コイル３２に発生する２次電圧（以下、１次電流が導通した時点、即ち１次電流がｏｆｆ状態からｏｎ状態へ遷移したときに発生する２次電圧をＯＮ電圧と記載する）と当該第１レベルの高電圧を回路上で重ね合せた場合に、ＯＮ電圧の絶対値を小さくする電圧値を有する。
なお、上記の第１レベルの高電圧は、例えば第１レベルの高電圧のみを点火プラグ６０へ印加したとき、当該点火プラグ６０の放電電極間において絶縁破壊が発生しない、即ち放電電流が流れない電圧である。
また、点火信号が前述のようにｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移したとき、重ね時間制御部４０ａは、遷移時点から期間ｔ１が経過した後に、当該点火信号に対応する例えば点火コイルユニット１２ａへ有意を示す点火時期制御信号を出力して、点火コイルユニット１２ａのスイッチトランジスタ３３をｏｎ状態へ遷移させ、点火コイルユニット１２ａの１次側コイル３１に１次電流を導通させる。即ち、倍電圧回路２０から第１レベルの高電圧の出力を開始させた後、点火コイル３０に１次電流を導通させる。
上記の期間ｔ１は、例えば、点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移してＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａおよび倍電圧回路２０が起動され、第１レベルの高電圧が安定して出力されるまでの所要時間である。
１次電流が導通したとき（ｏｆｆ状態からｏｎ状態へ遷移した時点）に発生するＯＮ電圧は、１次電流が遮断されたときに発生する放電電圧とは逆極性を有しており、上記のように１次電流がｏｆｆ状態からｏｎ状態へ遷移した時点で最も大きな値になり、その後１次電流が流れている間は１次側コイル３１と２次側コイル３２の巻線比に応じた電圧値になる。
上記のＯＮ電圧が発生するときには、既にＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａおよび倍電圧回路２０が稼動しており、２次側コイル３２の他端と高圧ダイオード５０のアノードとの接続点には、倍電圧回路２０から低電位側の第１レベルの高電圧が印加されている。また、高電位側の第１レベルの高電圧はツェナーダイオード１０２およびダイオード１０３を介してＧＮＤに印加されていることから、２次側コイル３２と点火プラグ６０との間に形成された閉回路において、ＯＮ電圧に対して逆極性の第１レベルの高電圧が重畳され、ＯＮ電圧の発生時に点火プラグ６０の放電電極間に生じる電圧は絶対値が小さくなる。そのため、ＯＮ電圧が発生している期間においては点火プラグ６０に放電火花が発生することを防ぐことができる。
詳しくは、ＯＮ電圧によって流れるべき電流は高圧ダイオード５０によって抑制される。また上記のようにＯＮ電圧には逆極性の第１の高電圧が重畳されることから、イオン電流経路抵抗１５０を介して点火プラグ６０へ印加される電圧は放電火花が発生しない程度の小さいもの（好ましくは零）になり、過早着火の発生を防ぐことができる。
ＥＣＵ等から出力された点火信号がｏｎレベルからｏｆｆレベルへ遷移すると、重ね時間制御部４０ａは、点火時期制御信号の信号レベルを変化させてスイッチトランジスタ３３をｏｆｆ状態に遷移させ、１次側コイル３１に流れている１次電流を遮断する。この１次電流の遮断によって２次側コイル３２には例えば３［ｋＶ］の放電電圧（２次電圧）が発生し、点火プラグ６０に放電火花が発生する。
また、重ね時間制御部４０ａは、点火信号がｏｎレベルからｏｆｆレベルへ遷移したとき、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａを制御して第２レベルの交流電圧を生成させ、点火プラグユニット１２ａの倍電圧回路２０へ出力させる。このとき、倍電圧回路２０は、第１レベルの高電圧の出力動作を行っていることから、当該回路を構成する各コンデンサには既に電荷が蓄積されており、第２レベルの交流電圧を入力すると速やかに第２レベルの高電圧を出力する。
第２レベルの高電圧は、前述の第１レベルの高電圧と同じ回路中の接続点へ出力され、２次側コイル３２が発生した放電電圧に重畳されて点火プラグ６０に生じている放電火花を維持する。
例えば、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａが第２レベルの交流電圧として５００［Ｖ］の交流電圧を出力すると、倍電圧回路２０は第２レベルの高電圧として３［ｋＶ］の直流電圧を生成する。
このとき、重ね時間制御部４０ａは、１次電流が遮断された時点から予め設定された所定期間が経過するまで、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａから点火プラグユニット１２ａへ第２レベルの交流電圧を供給させ、倍電圧回路２０から第２レベルの高電圧を出力させる。
稼働する内燃機関において、特に燃焼室内の流動が高い場合やＥＧＲを高く作用させたとき、失火することなく確実に放電火花を維持するためには、点火コイル３０ａが発生する放電電圧と同様な高電圧を供給することが好ましい。そのため、ここで例示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａおよび倍電圧回路２０は、点火コイル３０ａの出力電圧３［ｋＶ］と同様な高電圧を発生している。
図５は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。この図は、内燃機関用点火装置２が稼動して点火プラグ６０に重ね放電を行わせるとき、当該装置の回路内に流れる放電電流と、シリンダ内の混合気が燃焼したときに発生するイオン電流を示している。図中、矢印Ａは放電電流が流れる経路を示し、矢印Ｂはイオン電流が流れる経路を示している。
前述のように、１次電流が遮断されて２次側コイル３２に放電電圧が発生し、また倍電圧回路２０が第２レベルの高電圧を出力して、上記の放電電圧に第２レベルの高電圧を重畳して点火プラグ６０に放電火花を発生させているとき、点火プラグ６０および点火コイルユニット１２ａを構成する回路には図示した矢印Ａのように放電電流が流れる。
また、２次側コイル３２が放電電圧を発生したときには、この放電電圧によってコンデンサ１０１が充電される。
２次側コイル３２が放電電圧を発生したときに流れる放電電流は、２次側コイル３２に接続された高圧ダイオード５０の順方向に出力され、ツェナーダイオード１０２およびダイオード１０３を介してＧＮＤへ流れる。
この後、上記の放電電流は、ＧＮＤ部分を構成するシリンダブロック等を介して、点火プラグ６０のＧＮＤ側の放電電極に達し、さらに点火プラグ６０の頭部電極から２次側コイル３２へ流れる。
また、倍電圧回路２０が第２レベルの高電圧を出力しているときに流れる放電電流は、倍電圧回路２０の高電位側の出力点からツェナーダイオード１０２、およびダイオード１０３を介してＧＮＤへ流れる。この後、ＧＮＤであるシリンダブロック等を介して点火プラグ６０へ流れ、放電火花を維持して点火プラグ６０の頭部電極から２次側コイル３２へ流れ、２次側コイル３２と高圧ダイオード５０のアノードとの接続点から倍電圧回路２０の低電位側の出力点（ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａの片側の出力点）へ帰還する。
なお、倍電圧回路２０から出力される電流は、点火コイル３０ａが放電電圧を発生したときに２次側コイル３２から出力される電流の順方向に流れる。即ち、倍電圧回路２０の出力電流はマイナス電流となる。
また、前述のように倍電圧回路２０の高電位側の出力点はツェナーダイオード１０２のカソードに接続されており、倍電圧回路２０の出力電圧はコンデンサ１０１にも印加される。
コンデンサ１０１は、前述のように２次側コイル３２から放電電圧が印加され、さらに倍電圧回路２０から出力される各高電圧が印加されて充電が行われる。これらの充電動作により、コンデンサ１０１は、高圧ダイオード５０のカソードと接続する第１端子が高電位側（プラス側）となり、ダイオード１０３のアノードと接続する第２端子が低電位側（マイナス側）となって電力を蓄積する。
上記の充電動作は、コンデンサ１０１の両端電圧がツェナーダイオード１０２の降伏電圧に達するまで行われる。
２次側コイル３２が発生した放電電圧や倍電圧回路２０が生成した第２レベルの高電圧によって流れる放電電流は、ツェナーダイオード１０２、ダイオード１０３などを介して点火プラグ６０へ流れ、前述の重ね放電が行われる。
重ね放電を終了するとき、即ち、倍電圧回路２０から第２レベルの高電圧の出力が停止すると、コンデンサ１０１に蓄積されている電荷が放出されて、コンデンサ１０１の両端電圧がイオン電流経路抵抗１５０、２次側コイル３２、ダイオード１０３やＧＮＤ部分を介して点火プラグ６０の放電電極間に印加される。
コンデンサ１０１の高電位側の第１端子は、前述のように高圧ダイオード５０のカソードに接続されていることから、コンデンサ１０１の第１端子から２次側コイル３２へ流れるイオン電流が阻止される。
そこで、上記のコンデンサ１０１と２次側コイル３２との間をイオン電流経路抵抗１５０で接続して、前述の極性を有するイオン電流検出電圧をコンデンサ１０１から上記の各回路素子を介して点火プラグ６０の放電電極間に印加し、また上記のイオン電流が流れる経路を確保する。
このように、点火プラグ６０にイオン電流検出電圧が印加されて２つの放電電極に正負いずれかの電位が生じると、燃焼室内のイオンが自身の電荷に応じていずれかの放電電極へ移動する。
イオン電流検出電圧を、点火コイル３０ａから出力される放電電圧や倍電圧回路２０から出力される高電圧に対して、逆極性となるように点火プラグ６０へ印加することにより、具体的には点火プラグ６０の放電電極のうち、中心電極にプラス電圧を印加することによって、燃焼開始から終了に至るまでに発生するイオン電流を測定することができる。
そのため、内燃機関用点火装置２は、２次側コイル３２や倍電圧回路２０の出力電圧によって流れる放電電流（矢印Ａ）に対して、イオン電流（矢印Ｂ）が逆方向に流れるように回路構成されている。即ち、２次側コイル３２が発生する放電電圧、および、倍電圧回路２０が生成する第１レベルの高電圧ならびに第２レベルの高電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を点火プラグ６０へ印加するように回路構成されている。
上記のように、各イオン電荷が移動することによって流れたイオン電流は、点火プラグ６０のＧＮＤ接続点から、シリンダブロックなどのＧＮＤ部分を介してイオン電流検出回路１００のＧＮＤ接続点へ流れる。イオン電流検出回路１００は、ダイオード１０５のアノード等からイオン電流を入力する。このイオン電流は、ダイオード１０５のカソードから抵抗１０４を介してコンデンサ１０１の低電位側の第２端子へ帰還する。
イオン電流が抵抗１０４を通過するときに生じる電圧信号は、積分回路を形成しているオペアンプ１０６へ入力される。上記のイオン電流の大きさを示す電圧信号を入力したオペアンプ１０６は、経時変化するイオン電流を時間積分して電荷量を表すイオン電流検出信号を生成する。上記の電荷量は、燃焼室内で混合気が燃焼する際に発生したイオン量を示すものである。
燃焼室内で混合気が長い期間にわたって燃焼したときには、イオン電流も長い間流れる。このことから、混合気が完全燃焼したとき、もしくは完全燃焼に近似するときにはイオン電流が長期間流れる。このことからイオン電流検出回路１００は、イオン電流の時間積分を行って１回の燃焼行程において発生したイオン量（電荷量）を求めている。
イオン電流検出回路１００から出力されたイオン電流検出信号は、例えば重ね時間制御部４０ａやＥＣＵなどの制御部へ入力され、燃焼効率が向上し、また内燃機関の運転状態が安定するように、点火時期、重ね放電時間、重ね放電電流の大きさなどを調整（設定）する際に用いられる。
以上のように、この実施例１によれば、重ね時間制御部４０ａがＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を制御して倍電圧回路２０から第１レベルの高電圧を出力させ、１次側コイル３１に１次電流が流れるときに発生するＯＮ電圧に第１レベルの高電圧を重畳して、ＯＮ電圧の絶対値を小さくするようにしたので、過早着火の発生を防ぐことができる。
また、２次側コイル３２に倍電圧回路２０の出力点を接続して重ね放電を行う回路構成において、放電電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を用いてイオン電流を検出するように構成したので、イオン電流を精度よく検出して重ね放電を適切に制御することができる。
また、検出したイオン電流の大きさに応じて重ね放電を制御することにより、燃焼状態に応じて重ね放電を行って内燃機関の運転効率を向上させることが可能になる。
なお、図２に示した内燃機関用点火装置２の構成は一例であり、倍電圧回路２０を点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄにそれぞれ備えて、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａから各点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄへ重ね放電に用いる電圧を供給する構成に限定されない。
【実施例２】
【００１０】
この発明の実施例２による内燃機関用点火装置は、図２および図３等に示した内燃機関用点火装置２と同様な回路構成を有している。ここでは、実施例１で説明したものと同様な構成について重複説明を省略する。
次に、動作について説明する。
ここでは、実施例１による内燃機関用点火装置と同様な動作について重複説明を省略し、実施例２の内燃機関用点火装置の特徴となる動作を説明する。
図６は、実施例２による内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。この図は、重ね放電を行う際に実施例２による内燃機関用点火装置２の各部で観測される信号波形等を示したタイミングチャートである。
図中、最上段に示した波形は、図示を省略したＥＣＵ等から出力される点火信号である。その下方に示した波形は、重ね時間制御部４０ａから出力され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａの動作を制御する重ね時間制御信号である。その下方には、点火コイル３０ａの１次側コイル３１に流れる１次電流（点火コイル１次電流）、２次側コイル３２に発生する２次電圧（点火コイル２次電圧）、倍電圧回路２０から出力される高電圧（倍電圧回路出力電圧）、点火プラグ６０の放電電極間に生じる電圧（点火プラグ放電波形）を上段から順に示している。
実施例２による重ね時間制御部４０ａは、実施例１で説明したものと同様に、点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移すると、１次側コイル３１に１次電流を導通させる前にＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａおよび倍電圧回路２０を稼動させて第１の高電圧を発生させておき、２次側コイル３２に発生したＯＮ電圧に上記の第１の高電圧を重畳して、当該ＯＮ電圧を小さくする。なお、上記の第１の高電圧は、点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移し、ｏｎレベルを所定期間維持した後、ｏｆｆレベルへ遷移するまでの期間に倍電圧回路２０から出力されるものであり、ＯＮ電圧の増減に対して反転した増減をするものである。
ここで、実施例２の重ね時間制御部４０ａが出力する、第１の高電圧を生成するための重ね時間制御信号は、上記のＯＮ電圧の変動に対応するように生成されたもので、この重ね時間制御信号によって制御されたＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａは、ＯＮ電圧を小さくするように増減する第１の交流電圧を生成する。また、この第１の交流電圧を用いて倍電圧回路２０が生成する第１の高電圧は、図６の「倍電圧回路出力電圧」に示したように変動し、好ましくはＯＮ電圧の極性を反転させたもののように変動する。
ＯＮ電圧は、１次電流が導通した瞬間に急峻に増大する。倍電圧回路２０が出力する第１の高電圧は、上記のＯＮ電圧が発生した瞬間のピーク電圧に対応するパルス状の高電圧部分を含んでいる。重ね時間制御部４０ａは、特にこのパルス状の高電圧等を遅延なく発生させるため、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａを制御してＯＮ電圧が発生する以前から（図６に示した期間ｔ１において）所定の高電圧を倍電圧回路２０から出力させておく。また、上記のパルス状の高電圧を出力した後においても、経時変化するＯＮ電圧に対応した所定の電圧を出力させる。
上記のような第１の高電圧をＯＮ電圧に重畳することにより、１次側コイル３１に１次電流が導通されているとき、即ち図６に示した期間ｔ２において点火プラグ６０に印加される電圧の絶対値が小さくなり、過早着火の発生が抑止される。
また、重ね時間制御部４０ａは、点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移して期間ｔ１が経過した後、スイッチトランジスタ３３を制御して１次側コイル３１に１次電流を導通し、点火信号がｏｎレベルからｏｆｆレベルへ遷移したタイミングで上記の１次電流を遮断する。この１次電流の遮断により２次側コイルに放電電圧が発生する。
重ね時間制御部４０ａは、１次電流を遮断したときＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａを制御して、実施例１で説明したものと同様に倍電圧回路２０から第２の高電圧を出力させ、２次側コイル３２が発生した放電電圧に重畳して点火プラグ６０に重ね放電を行わせる。
実施例２による内燃機関用点火装置２は、図６に示したように、２次側コイル３２に発生する放電電圧や倍電圧回路２０から出力される各高電圧とは逆極性の電圧Ｖｄ１をイオン電流検出電圧として点火プラグ６０へ印加している。
上記の電圧Ｖｄ１は、実施例１で説明したようにコンデンサ１０１に蓄積された電力によって供給され、イオン電流経路抵抗１５０、２次側コイル３２を介して、放電電圧や第２レベルの高電圧の出力後に点火プラグ６０へ印加されている。即ち、電圧Ｖｄ１は、実施例１で説明したイオン電流検出電圧である。なお、コンデンサ１０１に関する充電動作は、実施例１で説明したものと同様である。
重ね放電が終了した後にコンデンサ１０１から出力されるイオン電流検出電圧（電圧Ｖｄ１）を点火プラグ６０へ印加し、このときイオン電流検出回路１００がイオン電流を検出する動作は、実施例１で説明したものと同様に行われる。
また、点火コイル３０ａに１次電流が導通されたときに発生するＯＮ電圧は、前述のイオン電流検出電圧と同極性であることから、実施例２の内燃機関用点火装置２は、適当な大きさの第１の高電圧をＯＮ電圧に重畳することによって、当該ＯＮ電圧と同極性であって電圧変動を抑えた電圧Ｖｄ２を生成し、これをイオン電流検出電圧として使用する。
電圧Ｖｄ２を生成するために重ね時間制御部４０ａ、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａ、および倍電圧回路２０が生成する第１の高電圧は、前述のようにパルス状の高電圧部分を含むＯＮ電圧を小さくするように電圧レベルが変化し、好ましくは重ね合わせたＯＮ電圧を一定値の直流電圧にするものである。
また、上記の第１の高電圧をＯＮ電圧に重ね合わせて生成した電圧Ｖｄ２は、点火プラグ６０に印加するイオン電流検出電圧として使用可能な電圧レベルを有しており、例えば電圧Ｖｄ１と同様な電圧値である。
倍電圧回路２０は、第１の高電圧の出力を、ＧＮＤ部分と２次側コイル３２、高圧ダイオード５０、およびイオン電流経路抵抗１５０の接続点との間に行う。この接続点には高電位側となる第１の高電圧が印加され、２次側コイル３２に発生したＯＮ電圧と重畳されて、電圧Ｖｄ２（イオン電流検出電圧）となって点火プラグ６０へ印加される。
なお、点火プラグ６０に電圧Ｖｄ２が印加されて、イオン電流検出回路１００がイオン電流を検出する際の動作は、前述の電圧Ｖｄ１を印加した場合と同様である。
ＯＮ電圧から電圧Ｖｄ２を生成し、これを点火プラグ６０に印加することにより、１次電流が点火コイル３０ａに流れている期間ｔ２においてもイオン電流を検出することが可能になる。
重ね時間制御部４０ａは、上記の電圧Ｖｄ２が生成されて点火プラグ６０へ印加されたときにイオン電流検出回路１００から出力されるイオン電流検出信号を用いて燃焼室内の状況を検知し、例えば実施例１で説明したものと同様に重ね放電を行う期間などを調整する。
以上のように、この実施例２によれば、１次側コイル３１に１次電流が導通されたときに発生するＯＮ電圧に、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａおよび倍電圧回路２０が生成する第１の高電圧を重畳し、当該ＯＮ電圧を小さくしてイオン電流検出電圧として用いるようにしたので、ＯＮ電圧による過早着火を防ぐことができる。また、点火コイル３０ａに１次電流が流れる期間においても、イオン電流を検出して燃焼室内の状況を検知することができ、ＯＮ電圧以外の要因による過早着火も検出することができる。
また、点火プラグ６０に放電火花を発生させる各高電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を点火プラグ６０へ印加するようにしたので、精度よくイオン電流を検出することができ、この検出されたイオン電流に基づいて内燃機関の燃焼状況に適切に対応した点火制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００１１】
１      内燃機関用点火装置
２      内燃機関用点火装置
１０    ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
１０ａ  ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
１１    ＡＣスイッチ
１２ａ  点火コイルユニット
１２ｂ  点火コイルユニット
１２ｃ  点火コイルユニット
１２ｄ  点火コイルユニット
２０    倍電圧回路
３０    点火コイル
３０ａ  点火コイル
３１    １次側コイル
３２    ２次側コイル
３３    スイッチトランジスタ
４０    重ね時間制御部
４０ａ  重ね時間制御部
５０    高圧ダイオード
６０    点火プラグ
１００  イオン電流検出回路
１０１  コンデンサ
１０２  ツェナーダイオード
１０３  ダイオード
１０４  抵抗
１０５  ダイオード
１０６  オペアンプ
１５０  イオン電流経路抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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