(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側コイルに流れる電流をオン・オフすることにより点火プラグへ供給する放電電圧を２次側コイルに発生させる点火コイルと、
前記２次側コイルから出力される放電電圧の極性を制限する高圧ダイオードと、
直流の高電圧を生成し、前記２次側コイルから出力される放電電圧と同極性となるように前記高電圧の出力点を前記高圧ダイオードに接続させた昇圧回路と、
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、
前記高圧ダイオードの両端間を接続し、前記昇圧回路の出力点が短絡とならず、かつ、前記イオン電流検出部の検出動作の妨げとならない抵抗値を有するイオン電流経路抵抗と、
前記２次側コイルに発生した放電電圧へ前記昇圧回路が生成した高電圧を重畳して重ね放電を前記点火プラグに行わせる制御を、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行う制御部と、
を備え、
前記イオン電流検出部は、
前記重ね放電の終了後、前記２次側コイルおよび前記昇圧回路から出力する電圧とは逆極性のイオン電流検出用電圧を、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを介して前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出する、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記２次側コイルは、
一端が前記点火プラグの第１電極に接続され、
他端が前記高圧ダイオードのアノードおよび前記イオン電流経路抵抗の一端に接続され、
前記イオン電流検出部は、
前記高圧ダイオードのカソードおよび前記イオン電流経路抵抗の他端の接続点と前記点火プラグの第２電極との間に接続され、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを含むイオン電流経路に備えられる、
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。
【請求項３】
前記制御部は、
前記イオン電流検出部から入力するイオン電流が良好な燃焼状態を示すように前記昇圧回路を制御して前記高電圧を出力する期間を調整する、
ことを特徴とする請求項１また２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記イオン電流検出部から入力するイオン電流が良好な燃焼状態を示すように前記昇圧回路を制御して前記高電圧の大きさを調整する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項５】
前記２次側コイルに流れる放電電流を検出する放電電流検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記放電電流検出部から入力する放電電流値が任意の電流値となるように前記昇圧回路を制御して前記高電圧の大きさを調整する、
ことを特徴とする請求項４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、自動車などに搭載する内燃機関の点火装置であって、重ね放電を行う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は、燃費改善のためにリーンバーンによる運転や、排気ガス浄化のために高ＥＧＲによる運転を行っている。これらの運転においては、混合気の着火性が良好ではないことから、高エネルギの点火装置を備える必要がある。
上記のように希薄な混合気や、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発生させた放電電圧に、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いて昇圧した高電圧を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）。
上記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放電維持電圧値以上の直流電圧、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、内燃機関の燃焼室に吸気された混合気への着火性が向上し、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】
従来の重ね放電を行う点火装置は上記のように構成されており、点火コイルの２次側コイルから出力される放電電圧にＤＣ−ＤＣコンバータなどの昇圧回路から出力される高電圧を重畳するため、２次側コイル等に流れる放電電流を監視して定電流制御を行うと、上記の昇圧回路から出力される高電圧を点火コイルの出力電圧に画一的に重畳することになる。
そのため、高ＥＧＲをかけた場合のように混合気の着火性が低下する状況下では、上記の放電電流が途切れて失火が生じ易くなり、また完全燃焼状態に遷移することが難しくなる。また、低い比率でＥＧＲをかけた場合には過剰な放電電流を流すことになり、またさらに、予め設定された一定時間において重ね放電を行うため、点火動作に要するエネルギ効率が好ましくないという問題点があった。
また、上記のように２次側コイルに昇圧回路を接続した回路構成においてイオン電流を検出する場合には、点火プラグへ供給する放電電流とイオン電流検出時に点火プラグに流れる電流が逆向きになる。
詳しくは、イオン電流検出回路は、イオン電流検出用の電源として電荷を充電するコンデンサを備えている。コンデンサに蓄積されている電力は、点火プラグの火花放電が終了した後、２次側コイルを介して点火プラグへ供給される。そのため、コンデンサからイオン電流検出用の電圧を点火プラグへ出力するときには、放電火花を発生させる放電電流に対して逆方向の電流が流れることになるが、上記の点火コイルには、出力する放電電圧の極性を制限する高圧ダイオードが接続されており、上記のイオン電流検出用電圧によって流れるイオン電流が高圧ダイオードによって抑止されてしまう。
このことから、２次側コイルに昇圧回路等を接続して重ね放電を行う点火装置には、点火プラグをイオンセンサとして用いたイオン電流検出回路等を備えることができず、双方とも着火性を改善する技術でありながら、共存することができな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、イオン電流を検出して内燃機関の燃焼状態を認識し、この燃焼状態に応じて重ね放電を行うことにより、燃焼効率を向上させるとともに消費電力を抑制する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電流をオン・オフすることにより点火プラグへ供給する放電電圧を２次側コイルに発生させる点火コイルと、前記２次側コイルから出力される放電電圧の極性を制限する高圧ダイオードと、直流の高電圧を生成し、前記２次側コイルから出力される放電電圧と同極性となるように前記高電圧の出力点を前記高圧ダイオードに接続させた昇圧回路と、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、前記高圧ダイオードの両端間を接続し、前記昇圧回路の出力点が短絡とならず、かつ、前記イオン電流検出部の検出動作の妨げとならない抵抗値を有するイオン電流経路抵抗と、前記２次側コイルに発生した放電電圧へ前記昇圧回路が生成した高電圧を重畳して重ね放電を前記点火プラグに行わせる制御を、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行う制御部とを備え、前記イオン電流検出部は、前記重ね放電の終了後、前記２次側コイルおよび前記昇圧回路から出力する電圧とは逆極性のイオン電流検出用電圧を、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを介して前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出することを特徴とする。
また、前記２次側コイルは、一端が前記点火プラグの第１電極に接続され、他端が前記高圧ダイオードのアノードおよび前記イオン電流経路抵抗の一端に接続され、前記イオン電流検出部は、前記高圧ダイオードのカソードおよび前記イオン電流経路抵抗の他端の接続点と前記点火プラグの第２電極との間に接続され、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを含むイオン電流経路に備えられることを特徴とする。
また、前記制御部は、前記イオン電流検出部から入力するイオン電流が良好な燃焼状態を示すように前記昇圧回路を制御して前記高電圧を出力する期間を調整することを特徴とする。
また、前記制御部は、前記イオン電流検出部から入力するイオン電流が良好な燃焼状態を示すように前記昇圧回路を制御して前記高電圧の大きさを調整することを特徴とする。
また、前記２次側コイルに流れる放電電流を検出する放電電流検出部をさらに備え、前記制御部は、前記放電電流検出部から入力する放電電流値が任意の電流値となるように前記昇圧回路を制御して前記高電圧の大きさを調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、イオン電流を検出して実際の燃焼状態に対応した重ね放電を行うことにより、混合気の燃焼効率を向上させることができる。
【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、この発明の実施例２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６は、図５の点火コイルユニットの構成を示す回路図である。
【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、さらに、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および２次側コイル３２、ならびに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の一端は、シリンダブロック等に固定されている点火プラグ６０の頭部電極に接続されており、他端は高圧ダイオード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の制御端子、例えばＩＧＢＴをスイッチトランジスタ３３として使用した場合にはゲート端子に図示を省略したＥＣＵ（エンジン制御ユニット）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流れ続け、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２次電圧が発生し、即ち点火プラグ６０に放電火花を誘起する放電電圧が発生する。
また、重ね時間制御部４０は、上記の点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したとき、重ね時間制御信号をｏｆｆを示すレベルからｏｎを示す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ともに昇圧して直流の高電圧を生成し、２次側コイル３２へ出力して前述の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、上記の放電電圧に重畳された倍電圧回路２０から出力される高電圧によって流れる。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。さらに、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、点火プラグ６０に発生した放電火花によって燃焼室内で混合気が燃焼すると、正負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、前述のように放電火花を発生させる電圧を印加したとき、この電圧方向が点火プラグ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内燃機関用点火装置１の回路の同一部分を流れることになる。
【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、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、ＡＣスイッチ１１、重ね時間制御部４０ａ、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気筒の内燃機関に用いるものは、６個の点火コイルユニットを備える。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、直流電圧を交流電圧に変換出力するインバータ、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、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］の交流電圧を生成し、さらにこの交流電圧を、高耐圧配線を必要としない程度の電圧（例えば５００［Ｖ］）へ昇圧するように構成されている。なお、ここで例示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０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（開閉）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１０の出力端子と接続させる構成を有する。
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１０およびＡＣスイッチ１１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６０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１０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のゲート端子に前述のＥＣＵ等から点火信号が入力され、また、この点火信号を入力する図２に示した重ね時間制御部４０ａに接続される。なお、点火コイル３０ａは、前述の点火コイル３０と同様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、昇圧生成した直流の重ね放電用高電圧を、後述するツェナーダイオード１０２、ダイオード１０３、ＧＮＤ部分を介して点火プラグ６０へ供給するように接続されており、また、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へ遷移したときに２次側コイル３２に電圧が発生す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。
また、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などに対応する高耐圧の構成を有している。
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の両端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の出力点が短絡状態にならない程度、また、点火信号がｏｆｆからｏｎへ遷移したときに２次側コイル３２に発生する２次電圧によって放電電流が流れることを抑止することができる程度であり、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。
内燃機関用点火装置２は、図示を省略したＥＣＵ等から入力した点火信号が有意を示すと、当該点火信号に対応する例えば点火コイルユニット１２ａのスイッチトランジスタ３３がｏｆｆ状態からｏｎ状態へ遷移し、１次側コイル３１に１次電流が流れる。この後、上記の点火信号が有意を示さなくなると、スイッチトランジスタ３３がｏｆｆ状態に遷移し、上記の１次電流が遮断されて２次側コイル３２に例えば３［ｋＶ］程度の放電電圧が発生し、点火プラグ６０へ供給される。
上記の放電電圧が印加された点火プラグ６０は、放電電極間に放電火花を発生させる。
一方、重ね時間制御部４０ａは、いずれかの点火信号が有意を示すと、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を駆動して５００［Ｖ］の交流電圧を生成させる。また、ＡＣスイッチ１１を制御して有意を示した点火信号に対応する接点を閉じる。すると、上記の点火信号に対応する例えば点火コイルユニット１２ａに、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から上記の交流電圧が供給される。
点火コイルユニット１２ａの倍電圧回路２０は、上記の交流電圧を入力すると、自身を構成する各ダイオードによって整流を行うとともに各コンデンサに電荷を蓄積して昇圧を行い、例えば直流３［ｋＶ］の高電圧を生成する。
このとき、点火プラグ６０には、前述の２次側コイル３２から出力された放電電圧によって放電火花が発生しており、放電電流が流れている。
なお、燃焼室内の混合気は、概ね１．４［ｋＶ］の高電圧を点火プラグ６０へ供給すると点火（燃焼）が安定するため、倍電圧回路２０は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力電圧を用いて１．４［ｋＶ］以上の高電圧を発生するように構成されている。
また、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１０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、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。
２次側コイル３２から放電電圧が出力されると、倍電圧回路２０から前述の直流高電圧が出力され、上記の２次側コイル３２が発生した放電電圧に、倍電圧回路２０から出力された高電圧が重畳される。また、上記の２次側コイル３２が発生した放電電圧によってコンデンサ１０１が充電される。
上記の２次側コイル３２が発生した放電電圧によって流れる放電電流は、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、放電電流は、ＧＮＤとなっているシリンダブロック等を介して、点火プラグ６０のＧＮＤ側の放電電極に達する。このとき点火プラグ６０は放電火花を発生しているので、点火プラグ６０の放電電極間を流れた放電電流は頭部電極へ達し、当該頭部電極から２次側コイル３２へ流れる。
また、倍電圧回路２０が高電圧を出力しているときには、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、前述のようにＧＮＤであるシリンダブロック等を介して点火プラグ６０へ流れて放電火花を維持し、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１０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、２次側コイル３２から流れる電流に対して順方向に流れる。換言すると、倍電圧回路２０の出力電流はマイナス電流となる。
重ね時間制御部４０ａは、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、およびＡＣスイッチ１１を制御して、例えば重ね放電期間が適当な長さとなるように、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が生成する交流電圧を点火コイルユニット１２ａに供給する。この制御により、点火コイルユニット１２ａの倍電圧回路２０から前述の放電電流が流れ、点火プラグユニット１２ａと接続されている点火プラグ６０の放電火花が所定期間維持（延長）され、重ね放電が行われる。
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から出力される高電圧はコンデンサ１０１にも印加される。即ち、２次側コイル３２から放電電圧が印加され、また倍電圧回路２０から高電圧が印加されることによって、コンデンサ１０１に充電が行われる。この充電により、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、上記の両端電圧が降伏電圧に達すると、２次側コイル３２が発生した放電電圧や倍電圧回路２０が生成した高電圧によって流れる放電電流が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。
倍電圧回路２０から点火プラグ６０へ流れていた放電電流が消失して重ね放電が終了すると、倍電圧回路２０から出力されていた高電圧が無くなり、コンデンサ１０１に蓄積されている電荷が放出され、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、また、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（高電位側）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、コンデンサ１０１と２次側コイル３２との間にイオン電流経路抵抗１５０を備えて、点火プラグ６０の放電電極間にイオン電流検出用の電圧を印加し、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にイオン電流検出用の電圧が印加されて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。
イオン電流検出用電圧を、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り、燃焼開始から燃焼終了に至るまでに発生したイオン電流を測定することが可能になる。
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が発生させた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）が逆方向へ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、例えば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。イオン電流検出回路１００は、イオン電流の時間積分を行うことにより、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、重ね放電時間や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、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、２次側コイル３２に流れる電流方向を規制する高圧ダイオードに並列接続されたイオン電流経路抵抗を備えたので、放電電流とは逆方向に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路１００を、２次側コイルならびに倍電圧回路２０の出力側に備えることができ、イオン電流を精度よく検出して重ね放電を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、当該内燃機関用点火装置２は、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１０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】
図５は、この発明の実施例２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、図２と同様に４気筒の内燃機関に用いる点火装置を例示したもので、図示した内燃機関用点火装置３は、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、ＡＣスイッチ１１、重ね時間制御部４０ｂ、４つの点火コイルユニット１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを備えている。
なお、重ね時間制御部４０ｂは、前述の重ね時間制御部４０ａと同様にプロセッサやメモリ等によって構成され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０およびＡＣスイッチ１１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４０ｂは、点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄから、後述する放電電流検出用抵抗２００によって検出される放電電流検出信号と、イオン電流検出回路１１０から出力されるイオン電流検出信号とを入力するように配線接続されている。
図６は、図５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１３ａ〜１３ｄの回路構成を示している。点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄは、いずれも同様に構成されている。ここでは点火コイルユニット１３ａを例示して説明する。また、図３に示したものと同様に構成された部分に同じ符号を使用し、その部分の重複説明を省略する。
点火コイルユニット１３ａ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１１０、イオン電流経路抵抗１５０を備え、さらに実施例１で説明したものと同様なプラグキャップ（図示省略）を備えて一体構成されている。
イオン電流検出回路１１０は、前述のイオン電流検出回路１００と同様に、コンデンサ１０１、ツェナーダイオード１０２、ダイオード１０３、抵抗１０４、ダイオード１０５、オペアンプ１０６などを備え、さらにダイオード１０３のカソードとＧＮＤ接続点との間に放電電流検出用抵抗２００を備えている。
ダイオード１０３のカソードと放電電流検出用抵抗２００との接続点は、重ね時間制御部４０ｂの、例えば所定の入力ポートに接続されている。
また、点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄは、イオン電流検出回路１１０から出力されるイオン電流検出信号が各々重ね時間制御部４０ｂへ入力されるように接続配線されている。
なお、イオン電流検出回路１１０は、２次側コイル３２に流れる電流を検出する放電電流検出用抵抗２００を備えた以外は、前述のイオン電流検出回路１００と同様に回路構成されている。
次に、動作について説明する。
ここでは、実施例１で説明したものと同様に動作する部分の重複説明を省略し、内燃機関用点火装置３の特徴となる動作を説明する。
重ね時間制御部４０ｂは、ＥＣＵ（図示省略）等から入力した点火信号によって点火コイル３０ａが放電電圧を発生し、上記の点火信号に応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を制御して倍電圧回路２０から高電圧を出力させて重ね放電を行うとき、即ち点火プラグ６０が放電火花を発生しているときに２次側コイル３２に流れる２次電流（放電電流）を、放電電流検出用抵抗２００を用いて検出する。
また、重ね時間制御部４０ｂは、点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄの各イオン電流検出回路１１０から出力されるイオン電流検出信号を入力し、各シリンダの燃焼状態を監視する。
重ね時間制御部４０ｂは、例えば、予め自らに設定されている電流基準値と、上記の放電電流検出用抵抗２００を用いて検出した放電電流検出信号が示す値（以下、放電電流値と記載する）とを比較し、この比較結果に基づいて放電電流値が電流基準値となるようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御する。具体的には、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０に含まれるインバータ回路の動作においてＰＷＭｄｕｔｙ等の調整を行い、放電電流値を電流基準値へ近付けるように、好ましくは電流基準値と等しくなるようにフィードバック制御を行う。
ここで、イオン電流検出回路１１０から入力したイオン電流検出信号が燃焼状態の悪化を示したとき、放電電流検出用抵抗２００から入力する放電電流値が増大するように、例えば前述のようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御して倍電圧回路２０から出力する高電圧を増大させる。
また、重ね時間制御部４０ｂが、燃焼状態を良好にするためイオン電流検出信号を用いて重ね放電を制御するとき、重ね放電を行う期間を調整し、即ち、倍電圧回路２０から高電圧を出力する期間を延長または短縮する制御を行ってもよい。またさらに、この重ね放電期間の調整と上記の放電電流の調整とを併せて行い、燃焼状態を良好にする制御を行うようにしてもよい。
また、イオン電流検出信号が、燃焼状態が良好であることを示しているときには、任意のタイミングで上記の放電電流を小さくし、具体的には、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御して倍電圧回路２０から出力する高電圧を小さくし、または高電圧の出力期間を短縮して、燃焼状態を良好に維持することができる限界値を探る制御を行い、消費電力を低減して省エネルギ化を図る。
このように、重ね時間制御部４０ｂは、イオン電流を検出して燃焼状態を監視し、また２次側コイル３２に流れる放電電流を監視しながら、重ね放電期間や重ね放電時に流れる放電電流の大きさを調整し、例えばこれらの調整した値を記憶更新することにより、学習的に上記の重ね放電期間の長さや放電電流の大きさを最適化し、重ね放電の動作制御に用いる。
以上のように、この実施例２によれば、放電電流検出部（放電電流検出用抵抗２００）によって検出された放電電流値を任意の値となるように調整するとき、重ね時間制御部４０ｂが、イオン電流検出回路１１０から入力したイオン電流検出信号が良好な燃焼状態を示すようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに倍電圧回路２０を制御するようにしたので、シリンダの燃焼効率を良好にしながら点火動作に要する消費電力を抑制することが可能になる。
なお、図５に示した内燃機関用点火装置３の構成は一例であり、当該内燃機関用点火装置３は、倍電圧回路２０を点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄにそれぞれ備え、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から各点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄ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。
【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
３      内燃機関用点火装置
１０    ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
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
１３ａ  点火コイルユニット
１３ｂ  点火コイルユニット
１３ｃ  点火コイルユニット
１３ｄ  点火コイルユニット
２０    倍電圧回路
３０    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
４０ｂ  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
２００  放電電流検出抵抗
【図１】
0005610455.tif 000002
【図２】
0005610455.tif 000003
【図３】
0005610455.tif 000004
【図４】
0005610455.tif 000005
【図５】
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【図６】
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