(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側コイルに流れた電流により２次側コイルに高電圧を発生する点火コイルと、
バッテリ電圧を所定電圧に昇圧する第１昇圧回路と、
前記第１昇圧回路の出力電圧によって充電したキャパシタから放電電流を前記１次側コイルに出力する容量放電回路と
前記第１昇圧回路の出力電圧から点火プラグの放電火花を維持する直流高電圧を生成する第２昇圧回路と、
前記第１昇圧回路、第２昇圧回路、および、前記容量放電回路を制御する制御部と、
燃焼室内に生じるイオン電流を検出し、前記制御部が燃焼状態を認識して前記第１昇圧回路、容量放電回路、および、第２昇圧回路の動作による重ね放電を制御するときに用いるイオン電流検出信号を生成するイオン電流検出部と、
前記容量放電回路および前記第２昇圧回路の各動作によって前記２次側コイルから点火プラグへ出力される高電圧の極性を制限する高圧ダイオードと、
前記高圧ダイオードの両端間を接続し、前記イオン電流が流れる経路を成すイオン電流経路抵抗と、
を備え、
前記制御部は、
外部からの点火信号に応じて前記第１昇圧回路を動作させ、
前記点火信号が示すタイミングで前記容量放電回路から放電電流を出力させて前記２次側コイルに接続された点火プラグに放電火花を発生させ、
前記第２昇圧回路が生成した直流高電圧を前記２次側コイルへ出力させて前記容量放電回路からの放電電流によって発生した高電圧に重畳し、前記点火プラグに発生した放電火花を維持させ、
前記イオン電流検出部は、
前記点火プラグへの高電圧出力が終了した後、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】
前記容量放電回路の放電電流によって前記２次側コイルに発生する主放電パルス電圧の極性と、前記第２昇圧回路から前記２次側コイルへ出力される直流高電圧の極性が同一である、
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、自動車などに搭載する内燃機関の点火装置であって、容量放電に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には、バッテリ等の電源電圧が降下した場合でも一定の高電圧を発生させる容量放電式の点火装置を用いたものがある。この容量放電式点火装置は、電源から他の負荷へ大きな電流が供給される場合でも確実に高電圧を発生させることができ、また、内燃機関を高回転で運転する場合には、電流遮断式の点火装置に比べて遅延することなく、安定した放電火花を発生させることができるため、特に高回転型の内燃機関に用いられることが多い。
しかしながら、容量放電式の点火装置は、火花放電を発生させている時間が電流遮断式に比べて短く、キャパシタの容量や点火コイルの特性などを調整しても放電時間を理想的な程度まで延長することが難しい。
昨今の自動車などに用いられる内燃機関は、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による運転を行うことが多くなっており、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ため高エネルギの点火装置を備えることが必要になっている。
上記のように着火性が良好ではない混合気を燃焼させるため、容量放電によって高エネルギの放電火花を発生させておき、さらに自励サイリスタ直列インバータ回路によって点火コイルに１次電流を供給して放電火花の発生時間を延長する点火装置がある（例えば、特許文献１参照）。
この点火装置は、点火コイルに複数の１次巻線を備え、それぞれの１次巻線に自励サイリスタ直列インバータ回路と容量放電回路を接続しておき、容量放電回路が発生した電圧と自励サイリスタ直列インバータ回路が発生した電圧とを上記の１次巻線に出力して点火コイルの２次巻線に高電圧を発生させ、重ね放電を点火プラグに行わせている。
詳しくは、上記の容量放電回路は、キャパシタの放電電流を点火コイルの１次巻線へ出力することによって２次巻線に数［ｋＶ］の高電圧を発生させ、当該高電圧を点火プラグへ供給する。このとき点火プラグの放電電極間において絶縁破壊が発生し、即ち放電火花の発生によって放電電流が流れる。また、上記の放電電流が流れ始めると、自励サイリスタ直列インバータ回路は、励振動作によって発生した電流を上記の１次巻線へ出力し、２次巻線に５００［Ｖ］程度の高電圧を発生させて点火プラグへ供給する。このように各高電圧を点火プラグへ供給して重ね放電を行い、放電火花を一定時間維持させている。
このような重ね放電を行うことにより、点火プラグに比較的長い時間に亙って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、また燃焼効率が高まることにより内燃機関が稼動する際の燃費も向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７４９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の内燃機関用点火装置は、容量放電回路と自励サイリスタ直列インバータ回路を点火コイルの１次巻線に接続しているので、放電火花を発生させる高電圧、ならびに放電火花を維持する高電圧は、いずれも点火コイルの２次巻線において発生させている。上記のような回路構成では、放電火花を維持するための高電圧を一定時間発生し続けるためには１次巻線に流れる電流方向を反転させる必要がある。そのため、前述のように自励サイリスタ直列インバータ回路から交流電圧が１次巻線に印加されている。このことから、２次巻線に発生する高電圧は所定の周期で極性が反転し、点火プラグに流れる放電電流は流れる方向が反転を繰り返すものになる。そのため、上記の高電圧によって維持されている放電火花は、厳密には火花強度が変化していることから、燃焼室内の混合気流動が強い状態などにおいて失火を起こす可能性があるという問題点があった。
また、自励サイリスタ直列インバータ回路の出力電圧によって十分な大きさの高電圧を発生させるためには、相当な大きさの点火コイルが必要になり、点火装置の小型化を図ることが困難になる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、容量放電式の点火回路によって発生させた放電火花を、適当な放電時間となるように重ね放電によって維持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次側コイルに流れた電流により２次側コイルに高電圧を発生する点火コイルと、バッテリ電圧を所定電圧に昇圧する第１昇圧回路と、前記第１昇圧回路の出力電圧によって充電したキャパシタから放電電流を前記１次側コイルに出力する容量放電回路と、前記第１昇圧回路の出力電圧から点火プラグの放電火花を維持する直流高電圧を生成する第２昇圧回路と、前記第１昇圧回路、第２昇圧回路、および、前記容量放電回路を制御する制御部とを備え、前記制御部は、外部からの点火信号に応じて前記第１昇圧回路を動作させ、前記点火信号が示すタイミングで前記容量放電回路から放電電流を出力させて前記２次側コイルに接続された点火プラグに放電火花を発生させ、前記第２昇圧回路が生成した直流高電圧を前記２次側コイルへ出力させて前記容量放電回路からの放電電流によって発生した高電圧に重畳し、前記点火プラグに発生した放電火花を維持させることを特徴とする。
また、前記容量放電回路の放電電流によって前記２次側コイルに発生する主放電パルス電圧の極性と、前記第２昇圧回路から前記２次側コイルへ出力される直流高電圧の極性が同一であることを特徴とする。
また、燃焼室内に生じるイオン電流を検出し、前記制御部が燃焼状態を認識して前記第１昇圧回路、容量放電回路、および、第２昇圧回路の動作による重ね放電を制御するときに用いるイオン電流検出信号を生成するイオン電流検出部を備えることを特徴とする。
また、前記容量放電回路および前記第２昇圧回路の各動作によって前記２次側コイルから点火プラグへ出力される高電圧の極性を制限する高圧ダイオードと、前記高圧ダイオードの両端間を接続し、前記イオン電流が流れる経路を成すイオン電流経路抵抗とを備え、前記イオン電流検出部は、前記点火プラグへの高電圧出力が終了した後、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。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、高エネルギの放電火花に直流高電圧を重畳するようにしたので、着火性が高くない混合気を高い効率で燃焼させることができる。
また、イオン電流を検出して点火動作を制御するようにしたので、実際の燃焼状態に応じた火花放電を行って燃焼効率を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の概略構成を示す説明図である。
図２は、この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の概略構成を示す説明図である。
図３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。
【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。
【実施例１】
【０００９】
図１は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の概略構成を示す説明図である。図１の内燃機関用点火装置１は、点火装置本体２および点火コイルユニット３によって構成されている。点火装置本体２には、例えば１２［Ｖ］の直流電圧を供給するバッテリ４が接続されており、点火コイルユニット３には点火プラグ５が接続されている。
点火装置本体２は、バッテリ４から供給される直流電力を入力するＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、図示を省略したＥＣＵ（エンジン制御ユニット）から出力される点火信号を入力する重ね時間制御部１１、点火コイルユニット３へ電流を出力する容量放電回路１２を備えている。
上記の点火信号は、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や火花放電を行う期間長さ等を示すものである。
点火コイルユニット３は、倍電圧回路２０および点火コイル２１を備えている。また、点火コイルユニット３は、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おり、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５の頭部電極へ上記のプラグキャップが接続するように形成されている。
上記のプラグキャップは、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２１の２次側コイル２３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。また、前述のヘッドカバー等に設置された状態で導電部材が点火プラグ５の頭部電極に接続するように形成されている。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、昇圧トランス３０を備え、例えば、昇圧トランス３０の１次側巻線の中間タップにバッテリ４の高電位側（プラス側）電極を接続している。昇圧トランス３０の１次側巻線には、スイッチトランジスタ３１，３２が接続され、図示を省略したインバータ回路が構成されている。
例えば、スイッチトランジスタ３１，３２としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合、昇圧トランス３０の１次側巻線の両端には、スイッチトランジスタ３１，３２の各ドレインが接続される。スイッチトランジスタ３１，３２の各ソースはグランド（以下、ＧＮＤと記載する）に接続され、即ち、バッテリ４の低電位側（マイナス側）電極へ接続されている。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、スイッチトランジスタ３１、３２の各ゲートに、重ね時間制御部１１からの制御信号に応じてｏｎ・ｏｆｆ状態を交互に繰り返す制御電圧が入力され、昇圧トランス３０の２次側巻線に所定の周波数の交流電圧が発生するように回路構成されている。
重ね時間制御部１１は、前述の点火信号に応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０のスイッチトランジスタ３１，３２の各スイッチ動作を制御するように回路構成されている。
また、重ね時間制御部１１は、例えばフォトカプラ３３を備えており、前述の点火信号が有意を示したとき、フォトカプラ３３の発光ダイオードを動作させて、フォトカプラ３３のフォトトランジスタが接続されている容量放電回路１２を稼動させるように回路構成されている。
容量放電回路１２は、ダイオード３４、点火用キャパシタ３５、サイリスタ３６、ならびに回路各部の電圧や電流等を調整する複数の抵抗などによって構成されており、入力側に昇圧トランス３０の２次側巻線が接続されている。
ダイオード３４は、アノードを昇圧トランス３０の２次側巻線の一端に接続し、カソードを抵抗３７を介して点火用キャパシタ３５の一端に接続している。また、上記の点火用キャパシタ３５の一端には、サイリスタ３６のアノードが接続されている。
点火用キャパシタ３５の他端は、点火装置本体２と点火コイルユニット３を接続する配線ケーブル等によって点火コイル２１に接続され、詳しくは点火コイル２１の１次側コイル２２の一端に接続されている。１次側コイル２２の他端は、点火装置本体２と点火コイルユニット３を接続する配線ケーブル等によって点火装置本体２に備えられたサイリスタ３６のカソードならびに昇圧トランス３０の２次側巻線の他端などに接続されている。また、これらの接続点はＧＮＤ接続されている。
サイリスタ３６のゲートは、例えば抵抗器を介してフォトカプラ３３を構成するフォトトランジスタのエミッタに接続されており、例えば複数の抵抗器によって生成された制御用電流（制御信号）を、フォトカプラ３３のフォトトランジスタを介して入力するように回路接続されている。
点火プラグユニット３の倍電圧回路２０は、例えばそれぞれ６個のキャパシタおよびダイオードを用いて、交流の入力電圧を整流しながら６倍の直流電圧に昇圧する多段倍電圧整流回路であり、点火コイル２１の２次側コイル２３へ極性がマイナスの高電圧を印加するように回路接続されている。具体的には、倍電圧回路２０の出力点、即ち上記のマイナスの高電圧を出力する部分は、２次側コイル２３の一端に接続されている。
また、倍電圧回路２０は、点火装置本体２と点火プラグユニット３とを接続する配線ケーブル等によって昇圧トランス３０の２次側巻線に接続されている。詳しくは、倍電圧回路２０の第１入力点は、昇圧トランス３０の２次側巻線の一端とダイオード３４のアノードとの接続点に接続されている。また、倍電圧回路２０の第２入力点は、昇圧トランス３０の２次側巻線の他端（ＧＮＤ接続側）に接続されている。
また、倍電圧回路２０の出力点と２次側コイル２３の一端との接続点には、高圧ダイオード４０のアノードが接続されている。高圧ダイオード４０のカソードは、倍電圧回路２０の第２入力点（倍電圧回路２０のＧＮＤレベル部分）に接続されている。点火コイル２１の２次側コイル２３の他端は、点火プラグ５の頭部電極へ接続されている。
高圧ダイオード４０は、点火コイル２１の２次側コイル２３に流れる電流の方向を規制し、２次側コイル２３から点火プラグ６０へ印加される放電電圧の極性を制限している。
この、高圧ダイオード４０は、２次側コイル２３に発生する高電圧ならびに倍電圧回路２０が生成する高電圧に対応する高耐圧の構成を有している。
次に、動作について説明する。
内燃機関用点火装置１の重ね時間制御部１１は、外部から入力した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にＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を起動し、交流電圧の出力を開始させる。詳しくは、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０のスイッチトランジスタ３１，３２を交互にｏｎ・ｏｆｆさせて、昇圧トランス３０の２次側巻線に、例えば高耐圧や漏電対策が必要とならない程度に昇圧された交流電圧を発生させる。具体的には、バッテリ４から供給された直流電圧ＶＢ＋を例えば周波数が３０［ｋＨｚ］で５００［Ｖ］の交流電圧に昇圧して容量放電回路１２へ出力する。なお、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から出力される電圧は、５００［Ｖ］程度であることから当該ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点に接続する、即ち点火装置本体２と点火コイルユニット３とを接続する各配線ケーブルには、高耐圧ケーブルに比べて低コストのものを使用することが可能である。また、これらの配線ケーブルは、漏電対策などを考慮することなく設置することが可能である。
容量放電回路１２は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から入力した５００［Ｖ］の交流電圧をダイオード３４によって整流し、また抵抗３７などによって電流値を適当に制限し、また所望の充電電圧となるように調整して点火用キャパシタ３５に電荷を充電する。このとき、サイリスタ３６は遮断状態に制御されている。なお、上記の充電は、点火用キャパシタ３５の両端電圧が点火コイル２１の性能に対応した電圧となるように充電すれば良く、点火コイル２１が一般的な性能を有する場合には、例えば点火用キャパシタ３５の両端電圧が２００〜５００［Ｖ］程度となるように充電する。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、生成した５００［Ｖ］の交流電圧を、前述の配線ケーブル等を介して点火プラグユニット３へ供給し、倍電圧回路２０の２つの入力点間へ入力する。
倍電圧回路２０は、前述のようにマイナス極性の高電圧を生成するように回路構成されており、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から出力された５００［Ｖ］の交流電圧を、当該倍電圧回路２０を構成する各ダイオードで整流するとともにそれぞれのキャパシタに電荷を蓄積し、例えば６倍に昇圧して出力点に−３［ｋＶ］の直流高電圧を発生させる。
重ね時間制御部１１は、前述の点火信号が示すタイミングで点火プラグ５に放電火花が発生するように、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を稼動させて点火用キャパシタ３５の充電を完了させると、フォトカプラ３３の発光ダイオードを発光させ、当該フォトカプラ３３のフォトトランジスタを導通状態に制御する。
容量放電回路１２に回路接続されているフォトカプラ３３のフォトトランジスタが導通することにより、サイリスタ３６のゲートに前述の制御信号が入力され、当該サイリスタ３６が導通状態になる。サイリスタ３６が導通することによって点火用キャパシタ３５から電荷が放電され、前述の配線ケーブルを介して点火コイルユニット３へ点火用キャパシタ３５から放電電流が流れる。
詳しくは、点火コイル２１の１次側コイル２２に点火用キャパシタ３５からの放電電流が流れ、２次側コイル２３に例えば−３［ｋＶ］の高電圧が誘起されて点火プラグ５に放電火花が発生する。
この放電火花が発生するころには、倍電圧回路２０を構成する各キャパシタに電荷が蓄積され、当該倍電圧回路２０から例えば−３［ｋＶ］の高電圧が２次側コイル２３を介して点火プラグ５へ印加される。
なお、点火用キャパシタ３５の放電電流によって２次側コイル２３に誘起する高電圧、詳しくは最大電圧となる部分（主放電パルス電圧）と、倍電圧回路２０から出力される直流高電圧は、いずれもＧＮＤに対してマイナス電圧となる同一極性を有しており、これらの高電圧が重畳されたとき点火プラグ５には同一方向に放電電流が流れる。
また、上記の点火プラグ５に流れる放電電流は、高圧ダイオード４０の順方向に流れ、当該高圧ダイオード４０を介して点火装置本体２へ、詳しくはＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点へ帰還する。
このようにして、容量放電回路１２からの放電電流によって発生した主放電パルス電圧に、倍電圧回路２０からの直流高電圧を重畳し、点火プラグ５に重ね放電を行わせて放電火花の発生時間を延長する。
燃焼室内の混合気は、概ね１．４［ｋＶ］の高電圧を点火プラグ５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、燃焼室内において混合気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２１が発生する高電圧と同様な電圧を倍電圧回路２０から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においては、容量放電回路１２によって点火コイル２１から出力される高電圧（−）３［ｋＶ］と同様な高電圧を発生させている。
重ね時間制御部１１は、例えば、入力した点火信号が有意を示している期間中においてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を稼動させ、倍電圧回路２０から高電圧を出力させる。即ち、点火信号がｏｎを示している間、点火プラグ５に発生した放電火花を維持し、点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移するとＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力動作を停止させ、点火プラグ５の放電火花を消し去る。
以上のように、実施例１によれば、容量放電回路１２によって点火コイル２１の１次側コイル２２に高電圧を印加して２次側コイルに高電圧を発生させ、この高電圧によって点火プラグ５に放電火花を発生させ、倍電圧回路２０が生成した直流の高電圧を２次側コイル２３に供給して点火プラグ５に発生した放電火花を維持するようにしたので、短時間に高エネルギの放電火花を発生させた後、この放電火花を適当な期間維持することができ、混合気へ確実に点火して燃焼を進行させることが可能になる。
また、希薄な混合気や高ＥＧＲによる混合気についても失火を防いで燃焼させることが可能になることから、燃費の向上や排気ガスの浄化を図ることができる。
また、燃焼室内の混合気の流動が高い場合でも点火プラグ５の放電火花を維持して失火することなく混合気を燃焼させることができる。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０によって昇圧した電圧を容量放電回路１２へ入力し、この昇圧した電圧によって点火用キャパシタ３５に蓄積させた電荷を１次側コイル２２へ放電し、また倍電圧回路２０が生成した高電圧を２次側コイル２３へ供給するようにしたので、１次側コイル２２等を小さく構成することが可能になり、点火コイル２１の小型化を図ることができる。
【実施例２】
【００１０】
図２は、この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の概略構成を示す説明図である。図１に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その部分について重複説明を省略する。図２の内燃機関用点火装置１ａは、点火装置本体２ａにイオン電流検出回路５０を備え、また、点火プラグユニット３ａにイオン電流経路抵抗４１を備えている。また、他の部分は前述の内燃機関用点火装置１と同様に構成されている。
イオン電流経路抵抗４１は、高圧ダイオード４０に対して並列接続されており、倍電圧回路２０の入力点（イオン電流検出回路５０が接続されている側の入力点）と出力点との間が短絡状態とならず、且つ、イオン電流検出回路５０が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し、例えば数百［ｋΩ］〜数［ＭΩ］の抵抗値を有する。
イオン電流検出回路５０は、電源用キャパシタ５１の一端を、昇圧トランス３０の２次側巻線の他端に接続しており、この接続点にはツェナーダイオード５２のカソードを接続している。電源用キャパシタ５１の他端およびツェナーダイオード５２のアノードは、ダイオード５３のアノードおよび抵抗５５の一端に接続されている。
電源用キャパシタ５１は、イオン電流検出用電圧を供給する電源であり、当該イオン電流の検出に必要な電力を蓄積する容量を有する。ツェナーダイオード５２は、電源用キャパシタ５１の両端電圧を制限するもので、例えばこの両端電圧を７５［Ｖ］に制限する特性（降伏電圧）を有し、また、点火プラグ５に流れる放電電流を流すことができる電流容量を備えている。
また、イオン電流検出回路５０は、イオン電流の大きさを示すイオン電流検出信号を生成するオペアンプ５６を備えている。
オペアンプ５６の反転入力端子は、抵抗５５の他端およびダイオード５４のカソードが接続されている。また、オペアンプ５６の非反転入力端子は、ダイオード５３のカソード、ダイオード５４のアノードとともにＧＮＤ接続されている。
また、オペアンプ５６の反転入力端子と出力端子との間には、並列接続されたキャパシタ５７と抵抗５８とを接続して負帰還路が形成されており、オペアンプ５６を用いた積分回路が構成されている。
上記のように構成されたイオン電流検出回路５０は、２次側コイル２３やイオン電流経路抵抗４１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。
前述の内燃機関用点火装置１と同様な動作については重複説明を省略し、内燃機関用点火装置１ａの特徴となる動作を主として説明する。
図３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。
内燃機関用点火装置１ａは、重ね時間制御部１１が外部から入力した点火信号に応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を稼動させ、昇圧トランス３０から例えば５００［Ｖ］に昇圧された交流電圧を出力する。この交流電圧は、容量放電回路１２および倍電圧回路２０へ入力される。
重ね時間制御部１１の制御によってＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が起動すると、容量放電回路１２が点火用キャパシタ３５に充電を行う。この充電が終了すると、重ね時間制御部１１がフォトカプラ３３を制御して点火用キャパシタ３５から点火コイル２１の１次側コイル２２へ放電電流を出力させ、点火プラグ５に放電火花を発生させる。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から交流電圧が供給された倍電圧回路２０は、入力した交流電圧を整流するとともに昇圧を行って直流高電圧を生成し、点火コイル２１の２次側コイル２３へ出力して点火プラグ５に生じている放電火花を維持する。
上記の容量放電回路１２から放電電流が出力され、点火コイル２１の２次側コイル２３に誘起された高電圧によって点火プラグ５に放電電流が流れたとき、当該放電電流は点火プラグ５の頭部電極から２次側コイル２３へ、さらに高圧ダイオード４０のアノードへ向かって流れ、当該高圧ダイオード４０を介して昇圧トランス３０の２次側巻線、即ちＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点へ帰還する。
また、倍電圧回路２０が高電圧を２次側コイル２３へ供給したときにも、点火プラグ５に流れる放電電流は、２次側コイル２３から高圧ダイオード４０のアノードへ向かって流れ、容量放電回路１２の動作によって流れた放電電流と同様に、高圧ダイオード４０を介してＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点へ帰還する。
また、容量放電回路１２および倍電圧回路２０の動作によって点火プラグ５に流れた放電電流は、前述のように２次側コイル２３および高圧ダイオード４０を流れた後、イオン電流検出回路５０の電源用キャパシタ５１へ流れて、当該電源用キャパシタ５１に電荷が充電される。この充電により電源用キャパシタ５１の両端電圧が例えば７５［Ｖ］になると、ツェナーダイオード５２に逆電流が流れるようになり、電源用キャパシタ５１の両端電圧が一定に維持される。なお、上記の逆電流はダイオード５３を介してＧＮＤ部分へ流れる。
重ね時間制御部１１の制御によってＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力動作が停止し、点火プラグ５の放電火花が消えると、イオン電流検出回路５０は、前述の放電電流（充電電流）が消失することから、電源用キャパシタ５１に蓄積している電荷を放電する。即ち、電源用キャパシタ５１から２次側コイル２３を介して点火プラグ５にイオン電流検出用電圧が印加される。
前述のように点火プラグ５に放電火花が発生し、放電電流が流れて燃焼室内の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５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イオン電流が流れる。
このことから、点火プラグ５に放電火花を発生させるための高電圧を印加していないとき、当該点火プラグ５の放電電極間にイオン電流検出用電圧を供給することによって上記のイオン電流を検出することができる。
また、イオン電流検出用電圧を、容量放電回路１２の動作によって点火コイル２１から出力される高電圧や倍電圧回路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５へ印加する。具体的には、点火プラグ５の放電電極の中心電極にプラス電圧を印加する。このように、逆極性のイオン電流検出用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し、検出値の精度を高める。
内燃機関用点火装置１ａは、点火プラグ５の放電電極間に流れる放電電流に対して、イオン電流が逆方向に流れるように回路構成されており、電源用キャパシタ５１の両端電圧、即ちイオン電流検出用電圧は、２次側コイル２３が発生する高電圧や倍電圧回路２０が生成する高電圧とは逆極性となるように点火プラグ５へ印加されている。
詳しくは、点火プラグ５や２次側コイル２３に流れていた放電電流が無くなると、前述のように電源用キャパシタ５１から電荷が放出され、当該電源用キャパシタ５１の両端電圧がイオン電流経路抵抗４１と２次側コイル２３を介して、またダイオード５３やＧＮＤ部分を介して点火プラグ５の放電電極間に印加される。
電源用キャパシタ５１の高電位側の第１端子、即ち昇圧トランス３０の２次側巻線の他端は、高圧ダイオード４０のカソードに接続されているため、高圧ダイオード４０と並列接続されたイオン電流経路抵抗４１を備えてイオン電流が流れる経路を確保する。
電源用キャパシタ５１が前述のように電荷を放電し、点火プラグ５の頭部電極ならびに放電電極の中心電極に高電位側（＋）電圧を供給し、点火プラグ５のＧＮＤ側放電電極には低電位側（−）電圧を供給する。
このようにイオン電流検出用電圧を点火プラグ５へ印加することにより、イオン電流は点火プラグ５のＧＮＤ側放電電極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５０のＧＮＤ接続点へ到達し、ダイオード５４のアノードへ入力される。内燃機関用点火装置１ａにおいて、電源用キャパシタ５１から点火プラグ５へ印加されたイオン電流検出用電圧によって生じるイオン電流は、図３に示したイオン電流経路Ａのように流れる。
上記のようにダイオード５４から入力したイオン電流は抵抗５５を介して電源用キャパシタ５１の低電位側の第２端子へ帰還する。このとき、オペアンプ５６は、抵抗５５にイオン電流が流れることによって発生した電圧を入力し、この電圧信号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・出力する。上記の電荷量は、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５０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５０から出力されたイオン電流検出信号は、例えばＥＣＵや重ね時間制御部１１などの制御部へ入力され、燃焼効率が向上するとともに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。
例えば、重ね時間制御部１１などの制御部が、イオン電流検出回路５０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、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１１等が、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ようにしてもよい。
例えば重ね時間制御部１１が、イオン電流検出回路５０によって検出されたイオン電流を用いて燃焼状態を監視し、また図示されない電流検出手段を用いて２次側コイル２３に流れる放電電流を監視し、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、またさらに、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ようにしてもよい。
以上のように、この実施例２によれば、２次側コイル２３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２３に流れる電流方向を規制する高圧ダイオード４０に並列接続されたイオン電流経路抵抗４１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５０を備えて、点火プラグ５をイオン電流センサとして使用し、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。
また、イオン電流検出回路５０から出力され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を制御することにより、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も可能になる。
【符号の説明】
【００１１】
１，１ａ    内燃機関用点火装置
２，２ａ    点火装置本体
３，３ａ    点火コイルユニット
４          バッテリ
５          点火プラグ
１０        ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
１１        重ね時間制御部
１２        容量放電回路
２０        倍電圧回路
２１        点火コイル
２２        １次側コイル
２３        ２次側コイル
３１，３２  スイッチトランジスタ
３３        フォトカプラ
３４        ダイオード
３５        点火用キャパシタ
３６        サイリスタ
３７        抵抗
４０        高圧ダイオード
４１        イオン電流経路抵抗
５０        イオン電流検出回路
５１        電源用キャパシタ
５２        ツェナーダイオード
５３，５４  ダイオード
５５        抵抗
５６        オペアンプ
５７        キャパシタ
５８        抵抗
【要約】
容量放電式の点火回路によって発生させた放電火花を、適当な放電時間となるように重ね放電によって維持する内燃機関用点火装置を提供する。
重ね時間制御部１１は、外部からの点火信号に応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を動作させ、点火信号が示すタイミングで容量放電回路１２から放電電流を１次側コイル２２へ出力させて２次側コイル２３に接続された点火プラグ５に放電火花を発生させ、倍電圧回路２０が生成した直流高電圧を２次側コイル２３へ出力させて、容量放電回路１２の放電電流によって発生した高電圧に重畳し、点火プラグ５に発生した放電火花を維持させる。【図１】
0005610457.tif 000002
【図２】
0005610457.tif 000003
【図３】
0005610457.tif 000004