(57)【要約】【課題】イオン電流に含まれるノイズを低減することができる点火装置を提供する。【解決手段】２次側コイル１３に電気的に接続されると共に、ステム３４との間に第２ギャップ２９を形成する放電電極２４と、２次側コイル１３とステム３４との間に接続されると共に、２次側コイル１３側からステム３４側にイオン電流が流れるように第２ギャップ２９に並列に接続されたダイオード素子２５と、を点火装置１０に備える。そして、２次側コイル１３側に発生させたプラグ放電用電圧を放電電極２４に印加することにより第２ギャップ２９に放電を起こさせ、この放電に基づく放電電圧をステム３４に印加することにより第１ギャップ３６に放電を起こさせる。【選択図】図２
2011007124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）に電流を流して前記点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）に電流を誘導させることで点火プラグ（３０）の第１ギャップ（３６）に放電を起こさせるものであり、前記放電により燃料が燃焼する際に前記第１ギャップ（３６）に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出器（１８）を備えた点火装置であって、
前記点火プラグ（３０）と前記２次側コイル（１３）との間に、前記第１ギャップ（３６）と直列の第２ギャップ（２９）が設けられ、さらに、前記第２ギャップ（２９）に並列にダイオード素子（２５）が接続されており、
前記ダイオード素子（２５）は、前記２次側コイル（１３）側から前記点火プラグ（３０）側に前記イオン電流が流れると共に前記点火プラグ（３０）の放電時に前記第２ギャップ（２９）に放電が発生する極性となるように、前記第２ギャップ（２９）に並列に接続されていることを特徴とする点火装置。
【請求項２】
点火プラグ（３０）に対し、点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）に電流を流して前記点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）側にプラグ放電用電圧を発生させることで前記点火プラグ（３０）の第１ギャップ（３６）に放電を起こさせるものであり、
前記放電により燃料が燃焼する際に前記第１ギャップ（３６）に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出器（１８）を備えた点火装置であって、
前記２次側コイル（１３）に電気的に接続されると共に、前記点火プラグ（３０）との間に第２ギャップ（２９）を形成する放電電極（２４）と、
前記２次側コイル（１３）と前記点火プラグ（３０）との間に接続されると共に、前記２次側コイル（１３）側から前記点火プラグ（３０）側に前記イオン電流が流れるように前記第２ギャップ（２９）に並列に接続されたダイオード素子（２５）と、を備え、
前記２次側コイル（１３）側に発生した前記プラグ放電用電圧が前記放電電極（２４）に印加されることにより前記第２ギャップ（２９）に放電が起こり、この放電に基づく放電電圧が前記点火プラグ（３０）に印加されることにより前記第１ギャップ（３６）に放電が起こるようになっていることを特徴とする点火装置。
【請求項３】
筒状の主体金具（３１）と、前記主体金具（３１）内に保持された絶縁碍子（３２）と、前記絶縁碍子（３２）の一端側（３２ａ）に保持された中心電極（３３）と、前記絶縁碍子（３２）の他端側（３２ｂ）に保持されると共に前記中心電極（３３）に電気的に接続されたステム（３４）と、前記主体金具（３１）の一端に溶接されると共に第１ギャップ（３６）を介して前記中心電極（３３）の先端部に対向する接地電極（３５）とを有する点火プラグ（３０）に対し、点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）に電流を流して前記点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）側にプラグ放電用電圧を発生させることで前記第１ギャップ（３６）に放電を起こさせるものであり、
前記放電により燃料が燃焼する際に前記第１ギャップ（３６）に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出器（１８）を備えた点火装置であって、
前記２次側コイル（１３）に電気的に接続されると共に、前記ステム（３４）との間に第２ギャップ（２９）を形成する放電電極（２４）と、
前記２次側コイル（１３）と前記ステム（３４）との間に接続されると共に、前記２次側コイル（１３）側から前記ステム（３４）側に前記イオン電流が流れるように前記第２ギャップ（２９）に並列に接続されたダイオード素子（２５）と、を備え、
前記２次側コイル（１３）側に発生した前記プラグ放電用電圧が前記放電電極（２４）に印加されることにより前記第２ギャップ（２９）に放電が起こり、この放電に基づく放電電圧が前記ステム（３４）に印加されることにより前記第１ギャップ（３６）に放電が起こるようになっていることを特徴とする点火装置。
【請求項４】
前記絶縁碍子（３２）の他端側（３２ｂ）が差し込まれる孔部（２１）と、
前記孔部（２１）の底部の一部の凹みとして形成され、前記点火プラグ（３０）のステム（３４）が差し込まれると共に、当該凹みの底面から前記放電電極（２４）のうち前記ステム（３４）と対向する先端部（２４ａ）が露出した凹部（２３）と、
前記孔部（２１）の底部のうち前記凹部（２３）が形成された部分とは異なる部分に前記絶縁碍子（３２）の他端側（３２ｂ）が接触することにより、前記放電電極（２４）と前記ステム（３４）との間に前記第２ギャップ（２９）を形成する段差部（２８）と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載の点火装置。
【請求項５】
前記放電電極（２４）の先端部（２４ａ）は尖っていることを特徴とする請求項３または４に記載の点火装置。
【請求項６】
点火コイル（１１）と、前記点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）側に接続された電源（５０）と、前記点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）の一端側に接続されたイオン電流検出器（１８）と、前記２次側コイル（１３）の他端側に接続された点火プラグ（３０）と、を備え、
前記点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）に前記電源（５０）に基づく電流を流して前記点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）に電流を誘導させることで点火プラグ（３０）の第１ギャップ（３６）に放電を起こさせるものであり、前記放電により燃料が燃焼する際に前記第１ギャップ（３６）に発生する燃焼イオンをイオン電流として前記イオン電流検出器（１８）により検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出システムであって、
前記点火プラグ（３０）と前記２次側コイル（１３）との間に、前記第１ギャップ（３６）と直列の第２ギャップ（２９）が設けられ、さらに、前記第２ギャップ（２９）に並列にダイオード素子（２５）が接続されており、
前記ダイオード素子（２５）は、前記２次側コイル（１３）側から前記点火プラグ（３０）側に前記イオン電流が流れると共に前記点火プラグ（３０）の放電時に前記第２ギャップ（２９）に放電が発生する極性となるように、前記第２ギャップ（２９）に並列に接続されていることを特徴とするイオン電流検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン電流検出機能を備えた点火装置およびイオン電流検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、絶縁碍子に設けられた中心貫通孔に中心電極が保持されると共に絶縁碍子が主体金具により保持されたスパークプラグが知られている。また、主体金具には中心電極と対向するように接地電極が接合されている。そして、中心電極と接地電極との間に高電圧が印加されると、中心電極と接地電極との間に放電が起こり、燃焼室内の混合気が燃焼する。
【０００３】
この際に、スパークプラグに流れるイオン電流を検出することにより、燃焼室での燃焼の有無を判定できるようになっている。イオン電流は、燃焼室で混合気が燃焼するとこの燃焼に伴って発生するイオンによってスパークプラグの中心電極と主体金具（接地電極）との間に流れる電流である。
【０００４】
しかしながら、中心電極に放電電圧が印加されると、当該中心電極と主体金具との間に高電圧が印加されることになるので、この高電圧により絶縁碍子に電荷が溜まる。このため、絶縁碍子に残留した電荷がイオン電流のノイズの原因となり、イオン電流の検出精度が低下してしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１では、絶縁碍子表面に導電性皮膜が形成され、この導電性皮膜と主体金具とが電気的に導通するように構成されたスパークプラグが提案されている。これにより、導電性皮膜を介して絶縁碍子に蓄積された電荷を主体金具に逃がすことができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−６８０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術では、絶縁碍子に形成された導電性皮膜が燃焼室に露出するので、導電性皮膜が燃焼室内の燃焼にさらされ、燃焼が繰り返し行われることで導電性皮膜が絶縁碍子から剥がれてしまうという問題がある。これにより、中心電極に放電電圧が印加されると絶縁碍子に電荷が残留しやすくなるので、この電荷がイオン電流のノイズの原因となってイオン電流の検出精度が低下してしまう。
【０００８】
本発明は上記点に鑑み、イオン電流に含まれるノイズを低減することができる点火装置およびイオン電流検出システム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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）に電流を流して点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）に電流を誘導させることで点火プラグ（３０）の第１ギャップ（３６）に放電を起こさせるものであり、放電により燃料が燃焼する際に第１ギャップ（３６）に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出器（１８）を備えた点火装置であって、点火プラグ（３０）と２次側コイル（１３）との間に、第１ギャップ（３６）と直列の第２ギャップ（２９）が設けられ、さらに、第２ギャップ（２９）に並列にダイオード素子（２５）が接続されており、ダイオード素子（２５）は、２次側コイル（１３）側から点火プラグ（３０）側にイオン電流が流れると共に点火プラグ（３０）の放電時に第２ギャップ（２９）に放電が発生する極性となるように、第２ギャップ（２９）に並列に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
これによると、点火プラグ（３０）には第２ギャップ（２９）の絶縁破壊電圧を超えた電圧が印加されるので、点火プラグ（３０）に電圧が印加されてから第１ギャップ（３６）に放電が起こるまでの時間は、点火プラグ（３０）に電圧が直接印加されてから第１ギャップ（３６）に放電が起こるまでの時間よりも短くなる。このため、点火プラグ（３０）に電圧が印加される時間も短くなるので、点火プラグ（３０）に溜まる電荷の量を低減することができる。したがって、イオン電流に含まれるノイズを低減することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、点火プラグ（３０）に対し、点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）に電流を流して点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）側にプラグ放電用電圧を発生させることで点火プラグ（３０）の第１ギャップ（３６）に放電を起こさせるものであり、放電により燃料が燃焼する際に第１ギャップ（３６）に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出器（１８）を備えた点火装置であって、２次側コイル（１３）に電気的に接続されると共に、点火プラグ（３０）との間に第２ギャップ（２９）を形成する放電電極（２４）と、２次側コイル（１３）と点火プラグ（３０）との間に接続されると共に、２次側コイル（１３）側から点火プラグ（３０）側にイオン電流が流れるように第２ギャップ（２９）に並列に接続されたダイオード素子（２５）と、を備え、２次側コイル（１３）側に発生したプラグ放電用電圧が放電電極（２４）に印加されることにより第２ギャップ（２９）に放電が起こり、この放電に基づく放電電圧が点火プラグ（３０）に印加されることにより第１ギャップ（３６）に放電が起こるようになっていることを特徴とする。
【００１２】
これによると、点火プラグ（３０）には第２ギャップ（２９）の絶縁破壊電圧を超えた放電電圧が印加されるので、点火プラグ（３０）に放電電圧が印加されてから第１ギャップ（３６）に放電が起こるまでの時間は、点火プラグ（３０）にプラグ放電用電圧が直接印加されてから第１ギャップ（３６）に放電が起こるまでの時間よりも短くなる。このため、点火プラグ（３０）に放電電圧が印加される時間も短くなるので、点火プラグ（３０）に溜まる電荷の量を低減することができる。したがって、イオン電流に含まれるノイズを低減することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、筒状の主体金具（３１）と、主体金具（３１）内に保持された絶縁碍子（３２）と、絶縁碍子（３２）の一端側（３２ａ）に保持された中心電極（３３）と、絶縁碍子（３２）の他端側（３２ｂ）に保持されると共に中心電極（３３）に電気的に接続されたステム（３４）と、主体金具（３１）の一端に溶接されると共に第１ギャップ（３６）を介して中心電極（３３）の先端部に対向する接地電極（３５）とを有する点火プラグ（３０）に対し、点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）に電流を流して点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）側にプラグ放電用電圧を発生させることで第１ギャップ（３６）に放電を起こさせるものであり、放電により燃料が燃焼する際に第１ギャップ（３６）に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出器（１８）を備えた点火装置であって、２次側コイル（１３）に電気的に接続されると共に、ステム（３４）との間に第２ギャップ（２９）を形成する放電電極（２４）と、２次側コイル（１３）とステム（３４）との間に接続されると共に、２次側コイル（１３）側からステム（３４）側にイオン電流が流れるように第２ギャップ（２９）に並列に接続されたダイオード素子（２５）と、を備え、２次側コイル（１３）側に発生したプラグ放電用電圧が放電電極（２４）に印加されることにより第２ギャップ（２９）に放電が起こり、この放電に基づく放電電圧がステム（３４）に印加されることにより第１ギャップ（３６）に放電が起こるようになっていることを特徴とする。
【００１４】
これによると、点火プラグ（３０）のステム（３４）には第２ギャップ（２９）の絶縁破壊電圧を超えた放電電圧が印加されるので、ステム（３４）に放電電圧が印加されてから第１ギャップ（３６）に放電が起こるまでの時間は、ステム（３４）にプラグ放電用電圧が直接印加されてから第１ギャップ（３６）に放電が起こるまでの時間よりも短くなる。このため、主体金具（３１）と中心電極（３３）との間に放電電圧が印加される時間も短くなるので、主体金具（３１）と中心電極（３３）との間の絶縁碍子（３２）に溜まる電荷の量を低減することができる。したがって、イオン電流に含まれるノイズを低減することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、絶縁碍子（３２）の他端側（３２ｂ）が差し込まれる孔部（２１）と、孔部（２１）の底部の一部の凹みとして形成され、点火プラグ（３０）のステム（３４）が差し込まれると共に、当該凹みの底面から放電電極（２４）のうちステム（３４）と対向する先端部（２４ａ）が露出した凹部（２３）と、孔部（２１）の底部のうち凹部（２３）が形成された部分とは異なる部分に絶縁碍子（３２）の他端側（３２ｂ）が接触することにより、放電電極（２４）とステム（３４）との間に第２ギャップ（２９）を形成する段差部（２８）と、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
これによると、段差部（２８）により孔部（２１）内における絶縁碍子（３２）の他端側（３２ｂ）の位置および凹部（２３）内のステム（３４）の位置が決まるので、放電電極（２４）の先端部（２４ａ）とステム（３４）との間に容易に第２ギャップ（２９）を形成することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、放電電極（２４）の先端部（２４ａ）は尖っていることを特徴とする。これによると、放電電極（２４）の先端部（２４ａ）が尖っていることにより当該先端部（２４ａ）に電界が集中するので第２ギャップ（２９）で放電が起こりやすくなる。このため、第２ギャップ（２９）の絶縁破壊電圧が一定となり、第２ギャップ（２９）で安定した放電を起こさせることができる。
【００１８】
上記では、点火装置について述べたが、イオン電流検出器（１８）を備えたイオン電流検出システムについても同様のことが言える。すなわち、請求項６に記載の発明では、点火コイル（１１）と、点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）側に接続された電源（５０）と、点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）の一端側に接続されたイオン電流検出器（１８）と、２次側コイル（１３）の他端側に接続された点火プラグ（３０）と、を備え、点火コイル（１１）の１次側コイル（１２）に電源（５０）に基づく電流を流して点火コイル（１１）の２次側コイル（１３）に電流を誘導させることで点火プラグ（３０）の第１ギャップ（３６）に放電を起こさせるものであり、放電により燃料が燃焼する際に第１ギャップ（３６）に発生する燃焼イオンをイオン電流としてイオン電流検出器（１８）により検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出システムであって、点火プラグ（３０）と２次側コイル（１３）との間に、第１ギャップ（３６）と直列の第２ギャップ（２９）が設けられ、さらに、第２ギャップ（２９）に並列にダイオード素子（２５）が接続されており、ダイオード素子（２５）は、２次側コイル（１３）側から点火プラグ（３０）側にイオン電流が流れると共に点火プラグ（３０）の放電時に第２ギャップ（２９）に放電が発生する極性となるように、第２ギャップ（２９）に並列に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
このように、イオン電流検出器（１８）を備えたシステムとして構成した場合にも、点火プラグ（３０）には第２ギャップ（２９）の絶縁破壊電圧を超えた電圧が印加される。このため、点火プラグ（３０）に電圧が印加されてから第１ギャップ（３６）に放電が起こるまでの時間を、点火プラグ（３０）に電圧が直接印加されてから第１ギャップ（３６）に放電が起こるまでの時間よりも短くすることができる。これに伴い、点火プラグ（３０）に電圧が印加される時間も短くなるので、点火プラグ（３０）に溜まる電荷の量を低減することができる。したがって、イオン電流に含まれるノイズを低減することができる。
【００２０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る点火装置の全体断面図である。
【図２】点火プラグに図１に示される点火装置を装着したときの一部断面図である。
【図３】図１に示される点火装置を含んだ点火システムの等価回路図である。
【図４】イオン電流検出器の回路構成を示した図である。
【図５】（ａ）は図３に示されるＸ点の電位の図であり、図５（ｂ）は図３に示されるＹ点の電位の図である。
【図６】（ａ）は点火装置に第２ギャップが設けられていない場合、（ｂ）は点火装置に第２ギャップが設けられた場合、（ｃ）は（ｂ）よりも第２ギャップが大きい場合のＹ点の電位をそれぞれ示した図である。
【図７】点火プラグに印加される放電電圧の波形を示した図である。
【図８】第２ギャップの長さとノイズ発生量との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される点火装置は、例えば、点火コイルやイグナイタが一体化されたスティックコイルである。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る点火装置１０の全体断面図である。図２は、点火プラグ３０に点火装置１０を装着したときの一部断面図である。図３は、図１に示される点火装置１０を含んだ点火システム（イオン電流検出システム）の等価回路図である。
【００２５】
点火装置１０は、図示しないエンジンＥＣＵから入力する点火信号に基づいて、図３に示される点火コイル１１の１次側コイル１２に電流を流して点火コイル１１の２次側コイル１３側にプラグ放電用電圧を発生させることで、点火プラグ３０に放電を起こさせるものである。
【００２６】
一般的に、点火プラグ３０は、図２に示されるように、主体金具３１、絶縁碍子３２、中心電極３３、ステム３４、および接地電極３５を備えて構成されている。絶縁碍子３２は筒状の主体金具３１内に保持されている。また、絶縁碍子３２は貫通した貫通孔を有し、中心電極３３は絶縁碍子３２の一端側３２ａの貫通孔に保持され、ステム３４は絶縁碍子３２の他端側３２ｂの貫通孔に保持されると共に中心電極３３に電気的に接続されている。そして、接地電極３５は、主体金具３１の一端に溶接されると共に第１ギャップ３６を介して中心電極３３の先端部に対向させられている。このような点火プラグ３０はエンジンの気筒ごとに取り付けられている。
【００２７】
一方、点火装置１０は、図１に示されるように、点火コイル１１と、イグナイタ１４と、ケース１５と、ホルダ１６とを備えている。
【００２８】
点火コイル１１は、１次側コイル１２と２次側コイル１３とを備えて構成されている。具体的には、棒状の鉄心の外周に２次側コイル１３が巻かれ、当該２次側コイル１３の外周に１次側コイル１２が巻かれた構成になっている。
【００２９】
点火コイル１１の１次側コイル１２の一端側は、図３に示されるように、点火装置１０の外部の電源５０に接続され、他端側がイグナイタ１４に接続されている。電源５０は車載バッテリである。また、点火コイル１１の２次側コイル１３の一端側がイグナイタ１４に接続され、他端側が図１に示された放電電極２４に電気的に接続されている。
【００３０】
イグナイタ１４は、点火コイル１１の１次側コイル１２に１次電流を流すための電子部品である。このようなイグナイタ１４は、図３に示されるように、スイッチ部１７と、イオン電流検出器１８とを備えている。
【００３１】
スイッチ部１７は、図示しないエンジンＥＣＵから点火信号を入力し、当該点火信号に基づく電流を当該スイッチ部１７に備えられたＩＧＢＴ等のスイッチング素子に入力して当該スイッチング素子を駆動するものである。スイッチング素子がオンされることで、点火コイル１１の１次側コイル１２に電源５０に基づく１次電流が流れるようになっている。
【００３２】
イオン電流検出器１８は、点火プラグ３０の放電により燃料が燃焼する際に第１ギャップ３６に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出するものである。イオン電流検出器１８は、点火コイル１１の２次側コイル１３に接続され、当該２次側コイル１３に流れるイオン電流が入力されるようになっている。
【００３３】
図４は、イオン電流検出器１８の回路構成を示した図である。この図に示されるように、イオン電流検出器１８は、ツェナーダイオード１９とコンデンサ２０とが並列接続されたものとして構成されている。なお、図４ではイオン電流検出器１８の構成の一部としてツェナーダイオード１９とコンデンサ２０とを描いてあるが、実際には抵抗素子や信号増幅回路等の回路も含まれている。図４ではこれら抵抗素子等を省略している。
【００３４】
このようなイオン電流検出器１８の構成では、イオン電流は図４に示される矢印の経路のようにＧＮＤからコンデンサ２０を介して点火コイル１１の２次側コイル１３側に流れる。そして、イオン電流検出器１８にて検出されたイオン電流は、エンジンの正常燃焼、失火、プレイグニッション（早期着火）プラグのくすぶり検出等の燃焼の状態を判定するためのイオン出力信号として、エンジンＥＣＵに出力される。すなわち、コンデンサ２０のＧＮＤ側の電位がイオン出力信号としてエンジンＥＣＵに出力される。これにより、エンジンＥＣＵにて当該イオン出力信号に基づいた上記燃焼の状態の判定が行われる。なお、当該イオン出力信号は、イオン電流検出器１８内の信号増幅回路等により処理された信号である。
【００３５】
ケース１５は、点火装置１０の外観部分であり、樹脂製のものである。ケース１５は、中空筒状をなしており、当該ケースの一端側が開口した孔部２１を有している。この孔部２１は、絶縁碍子３２の他端側３２ｂが差し込まれる部分である。孔部２１の径は、絶縁碍子３２の径とほぼ同じになっている。
【００３６】
また、ケース１５は当該孔部２１の内部に上記の点火コイル１１を内蔵しており、当該ケース１５の他端側にイグナイタ１４を収納している。さらに、ケース１５の他端側にはコネクタ２２が形成されており、配線が接続されるようになっている。
【００３７】
ホルダ１６は、点火プラグ３０に電圧を印加するためのものであり、ケース１５の一端側の孔部２１と点火コイル１１との間に位置するようにケース１５にインサート成形されている。
【００３８】
このようなホルダ１６は、凹部２３と、放電電極２４と、ダイオード素子２５と、端子２６、２７とを備えている。
【００３９】
凹部２３は、ホルダ１６の一端側に設けられ、孔部２１に繋がる部分である。言い換えると、凹部２３は、孔部２１の底部の一部の凹みとして形成された部分である。凹部２３の径は点火プラグ３０のステム３４の径とほぼ同じになっている。この凹部２３に点火プラグ３０のステム３４が差し込まれる。
【００４０】
そして、ケース１５の孔部２１の径は絶縁碍子３２の径と同じであり、凹部２３の径よりも大きいので、孔部２１の内部には当該孔部２１の径と凹部２３の径との差に相当するホルダ１６の一端側の端面が露出している。このホルダ１６の端面が孔部２１の内部の段差部２８としての役割を果たす。つまり、段差部２８は、孔部２１の底部のうち凹部２３が形成された部分とは異なる部分である。
【００４１】
放電電極２４は、点火コイル１１の２次側コイル１３に電気的に接続されると共に、点火プラグ３０のステム３４との間に放電を起こさせるための棒状の電極である。このため、放電電極２４は、凹部２３の底面から露出するようにホルダ１６にインサート成形されている。
【００４２】
また、図２に示されるように、絶縁碍子３２の他端側３２ｂが段差部２８に接触することにより、放電電極２４は所定間隔Ｈを持ってステム３４に対向している。この所定間隔Ｈを第２ギャップ２９という。つまり、放電電極２４とステム３４との間に第２ギャップ２９が形成される。この第２ギャップ２９の長さは、ケース１５の孔部２１に差し込まれた絶縁碍子３２の差し込み量を規定する段差部２８の位置とホルダ１６の凹部２３の深さとにより決まる。
【００４３】
このように、孔部２１内における段差部２８により、ケース１５の孔部２１内における絶縁碍子３２の他端側３２ｂの位置および凹部２３内のステム３４の位置が決まる。したがって、放電電極２４の先端部２４ａとステム３４との間に容易に第２ギャップ２９を形成することができる。また、段差部２８の形成位置を調節することにより、第２ギャップ２９の長さを調節することもできる。
【００４４】
さらに、放電電極２４のうちステム３４に対向する先端部２４ａは尖っている。つまり、放電電極２４の先端部２４ａの最先端とステム３４との間が第２ギャップ２９に相当する。第２ギャップ２９の長さは、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。放電電極２４の先端部２４ａの形状は、例えば角錐形状や円錐形状になっている。
【００４５】
ダイオード素子２５はイオン電流を流すためのものである。このダイオード素子２５は、点火コイル１１の２次側コイル１３とステム３４との間に接続されると共に、２次側コイル１３側からステム３４側にイオン電流が流れるように第２ギャップ２９に並列に接続されている。そして、ダイオード素子２５は、点火プラグ３０の放電時に第２ギャップ２９において放電が発生する様な極性に設置されている。
【００４６】
すなわち、図３に示されるように、点火装置１０および点火システムにおける回路構成としては、点火プラグ３０と２次側コイル１３との間に、第１ギャップ３６と直列の第２ギャップ２９が設けられ、さらに、第２ギャップ２９に並列にダイオード素子２５が接続されている。そして、ダイオード素子２５は、２次側コイル１３側から点火プラグ３０側にイオン電流が流れると共に点火プラグ３０の放電時に第２ギャップ２９に放電が発生する極性となるように、第２ギャップ２９に並列に接続されている。
【００４７】
このように、等価回路という視点では、点火プラグ３０の第１ギャップ３６と点火装置１０の第２ギャップ２９とは直列に位置し、ダイオード素子２５は第２ギャップ２９に並列接続されている。実際には、並列接続とは、上記のように、ダイオード素子２５の一端が放電電極２４に電気的に接続され、ダイオード素子２５の他端が点火プラグ３０のステム３４に電気的に接続されることに対応している。
【００４８】
本実施形態では、点火プラグ３０の第１ギャップ３６で放電が起こった場合、ダイオード素子２５のうち点火プラグ３０側は負電圧となるため、イオン電流検出のためのイオン電流検出器１８からダイオード素子２５への電圧印加は正電圧としなければならない。したがって、図３に示されるように、ダイオード素子２５のアノードは点火コイル１１の２次側コイル１３に電気的に接続され、カソードは点火プラグ３０のステム３４に電気的に接続される。
【００４９】
また、端子２６、２７のうちの一方はダイオード素子２５のアノードと放電電極２４とを電気的に接続するものであり、他方はダイオード素子２５とカソードとステム３４とを電気的に接続するものである。なお、ダイオード素子２５と各端子２６、２７とは導線により接続されている。
【００５０】
各端子２６、２７は、例えばリング状をなしている。そして、一方の端子２６については、当該リングの内壁面が放電電極２４に接触するようにホルダ１６にインサート成形されている。他方の端子２７については、当該リングの内壁面が凹部２３の壁面に露出すると共に凹部２３に差し込まれたステム３４に当該リングの内壁面がステム３４に接触するようにホルダ１６にインサート成形されている。
【００５１】
以上が、本実施形態に係る点火装置１０の全体構成であり、点火システムの全体構成である。
【００５２】
次に、点火装置１０における点火の作動とイオン電流検出の作動について、図を参照して説明する。図５（ａ）は図３に示されるＸ点の電位の図であり、図５（ｂ）は図３に示されるＹ点の電位の図である。Ｘ点の電位は２次側コイル１３と放電電極２４との間の電位であり、Ｙ点の電位は点火コイル１１のステム３４の電位である。以下、Ｘ点の電圧をプラグ放電用電圧といい、Ｙ点の電圧を放電電圧という。
【００５３】
なお、図５に示される各電圧の図は、横軸が時間を示し、縦軸が負電圧を示している。また、以下の動作は、エンジンの気筒ごとに行われる。
【００５４】
点火装置１０および点火システムのおおまかな作動としては、点火コイル１１の１次側コイル１２に電流を流して点火コイル１１の２次側コイル１３に電流を誘導させることで点火プラグ３０の第１ギャップ３６に放電を起こさせる。また、点火プラグ３０での放電により燃料が燃焼する際に第１ギャップ３６に発生する燃焼イオンをイオン電流としてイオン電流検出器１８により検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うこととなる。
【００５５】
本実施形態では、２次側コイル１３側に発生したプラグ放電用電圧が放電電極２４に印加されることにより第２ギャップ２９に放電が起こり、この放電に基づく放電電圧がステム３４に印加されることにより第１ギャップ３６に放電が起こるようになっている。これらプラグ放電電圧および放電電圧は負電圧である。
【００５６】
具体的には、まず、エンジンＥＣＵから例えばハイレベルの点火信号が点火装置１０に入力される。当該点火信号は、イグナイタ１４のスイッチ部１７に入力され、ＩＧＢＴがオンされる。これにより、点火コイル１１の１次側コイル１２に１次電流が流れ、点火コイル１１に磁気エネルギーが蓄えられる。
【００５７】
また、Ｘ点とエンジンとの間には浮遊容量が存在するため、イオン電流検出器１８には、１次側コイル１２に１次電流が流れたことによるイオン電流が点火プラグ３０、ダイオード素子２５、２次側コイル１３、コンデンサ２０、ＧＮＤ、エンジンを経由する経路を流れる。
【００５８】
そして、点火信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点が点火タイミングである。すなわち、１次側コイル１２に流れる１次電流を急激に遮断することにより、点火コイル１１に蓄えられた磁気エネルギーが２次側コイル１３から放電電流として放電電極２４に流れ込む。これにより、図５（ａ）に示されるように、Ｘ点の電位は上昇し、当該電位が第２ギャップ２９の絶縁破壊電圧を超えると、第２ギャップ２９で放電が起こる。
【００５９】
第２ギャップ２９で起こった放電により、当該放電に基づく放電電圧が点火プラグ３０のステム３４に印加される。この場合、図５（ｂ）に示されるように、点火プラグ３０に第２ギャップ２９の絶縁破壊電圧を超えた放電電圧が突然印加される。すなわち、点火プラグ３０のステム３４には、図５（ａ）に示されるように少しずつ上昇した電圧ではなく、初めから高電圧が印加されるのである。
【００６０】
これにより、点火プラグ３０の第１ギャップ３６に放電電圧が印加され、当該放電電圧が第１ギャップ３６の絶縁破壊電圧を超えると燃料が点火され、燃焼室内に燃焼が起こる。上述のように、放電電極２４の先端部２４ａが尖っているので、当該先端部２４ａに電界が集中して第２ギャップ２９で放電が起こりやすくなる。このため、第２ギャップ２９の絶縁破壊電圧が一定となり、第２ギャップ２９で安定した放電を起こすことが可能となる。
【００６１】
そして、点火が行われると、エンジンの燃焼室内には燃料の火炎イオンやＮＯの熱解離イオンの燃焼イオンが発生する。このとき、点火プラグ３０、ダイオード素子２５、２次側コイル１３、ツェナーダイオード１９を通じて電流が流れると共に、ツェナーダイオード１９の両端に電位差が発生するため、コンデンサ２０が充電される。
【００６２】
このコンデンサ２０の充電期間中に図４の矢印の経路に示される電流（アーク電流）が流れ、コンデンサ２０の充電が完了するとコイル残留磁気による電流（コイル残留磁気電流）が流れる。このコイル残留磁気電流が流れた後が、エンジンＥＣＵにおける失火モニタの期間となる。
【００６３】
すなわち、失火モニタの期間では、点火コイル１１に蓄えられた磁気エネルギーが無くなると２次側コイル１３でのコイル残留磁気電流の流れが止まることになるが、このときコンデンサ２０が充電された状態になっているため、コンデンサ２０の両端に電位差が生じている。このため、このコンデンサ２０がイオン検出用のイオン電源としての役割を果たし、点火プラグ３０のギャップに発生しているイオンを通じて、図４中の矢印の経路でイオン電流が流れることになる。このイオン電源の電圧（コンデンサ２０のハイサイド側の電圧）はプラグ放電用電圧と極性が反対である。
【００６４】
エンジンにて正常な燃焼が起こった場合には、失火モニタの期間に正常な燃焼を示すイオン電流が流れる。したがって、エンジンＥＣＵは、失火モニタの期間に入力したイオン出力信号に対するしきい値を用いた判定を行うことで、エンジンにて正常燃焼が行われたことを判定することができる。
【００６５】
また、燃料が燃焼せずに失火してしまった場合、燃焼室内で燃焼は起こらないから、燃焼イオンは発生しない。したがって、図４中の矢印の経路に燃焼イオンによる電流は流れない。したがって、エンジンＥＣＵは、失火モニタの期間に失火時のイオン出力信号がフラットになることをしきい値を用いて判定することにより、失火を検出することができる。
【００６６】
なお、点火タイミングよりも早く燃料に着火して起こるプレイグニッションを検出することもできる。プレイグニッションは通常の燃焼よりも早く起こるので、上記の失火モニタ期間よりも早いプレイグモニタの期間に図４中の矢印の経路に流れるイオン電流を検出することにより、プレイグニッションを検出することもできる。
【００６７】
次に、点火装置１０に設けられた第２ギャップ２９の役割について、図６〜図８を参照して説明する。
【００６８】
図６（ａ）は点火装置１０に第２ギャップ２９が設けられていない場合、図６（ｂ）は点火装置１０に第２ギャップ２９が設けられた場合、図６（ｃ）は図６（ｂ）よりも第２ギャップ２９が大きい場合のＹ点の電位をそれぞれ示している。
【００６９】
図６（ａ）に示されるように、点火装置１０に第２ギャップ２９が設けられていない場合、Ｙ点の電位は少しずつ上昇する。このため、点火プラグ３０の主体金具３１と中心電極３３との間に高電圧が印加され続けるので、高電圧が印加される間、主体金具３１と中心電極３３との間の絶縁碍子３２に電荷が蓄積され続けてしまう。ここで、絶縁碍子３２に電圧が印加される時間をＴとする。
【００７０】
一方、図６（ｂ）に示されるように、点火装置１０に中程度（例えば５ｍｍ程度）の第２ギャップ２９が設けられた場合、上述のように、第２ギャップ２９で起こった放電の後、点火プラグ３０に放電電圧が印加されるので、絶縁碍子３２に電圧が印加される時間Ｔは図６（ａ）に示された第２ギャップ２９が設けられていない場合よりも短くなる。すなわち、ステム３４に放電電圧が印加されてから第１ギャップ３６に放電が起こるまでの時間Ｔは、ステム３４にプラグ放電用電圧が直接印加されてから第１ギャップ３６に放電が起こるまでの時間よりも短くなる。
【００７１】
さらに、図６（ｃ）に示されるように、点火装置１０に大きな（例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度）の第２ギャップ２９が設けられた場合、点火プラグ３０には第２ギャップ２９の長さに応じた絶縁破壊電圧を超えた放電電圧が印加されるので、絶縁碍子３２に電圧が印加される時間Ｔは図６（ｂ）に示された場合よりもさらに短くなる。
【００７２】
このように、第２ギャップ２９の長さを大きくすることにより、点火プラグ３０に印加される放電電圧の時間Ｔが短くなる。
【００７３】
図７は、点火プラグ３０に印加される放電電圧の波形を示したものである。上述のように、第２ギャップ２９を介して点火プラグ３０に放電電圧を印加する場合、点火コイル１１には２次側コイル１３からプラグ放電用電圧が直接印加されないと共に、図７に示される斜線で示された領域の時間は電圧が印加されない。
【００７４】
このため、点火コイル１１には、図７で示された斜線で示された領域に相当する電荷が絶縁碍子３２に残留しないこととなる。図６に示されるように、第２ギャップ２９の長さが大きくなるほど、つまり時間Ｔが短くなるほど斜線で示された領域の面積は大きくなるので、絶縁碍子３２に残留する電荷の量が少なくなる。
【００７５】
図８は、第２ギャップ２９の長さとノイズ発生量との関係を示した図である。第２ギャップ２９の長さが大きくなるほど、図７に示される斜線で示された領域の面積が増加すると共に時間Ｔが短くなるので、絶縁碍子３２に残留する電荷の量が少なくなる。したがって、図８に示されるように、第２ギャップ２９の長さが大きくなるほど、イオン電流に含まれるノイズ発生量が低減する。
【００７６】
このように、第２ギャップ２９は、点火プラグ３０の絶縁碍子３２に電荷を残留させないようにする役割を果たす。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態では、点火装置１０の放電電極２４と点火プラグ３０のステム３４との間に第２ギャップ２９を設け、この第２ギャップ２９に放電を起こさせた後、点火プラグ３０の第１ギャップ３６に放電を起こさせることが特徴となっている。
【００７８】
これによると、点火プラグ３０には点火コイル１１の２次側コイル１３からプラグ放電用電圧が直接印加されずに、第２ギャップ２９の絶縁破壊電圧を超えた放電電圧が印加されるので、点火プラグ３０にプラグ放電用電圧が直接印加された場合よりも放電電圧が印加される時間を短くすることができる。このため、点火プラグ３０に放電電圧が印加される時間も短くなるので、点火プラグ３０に溜まる電荷の量を低減することができる。すなわち、主体金具３１と中心電極３３との間に放電電圧が印加される時間が短くなるので、主体金具３１と中心電極３３との間の絶縁碍子３２に残留する電荷の量を低減することができる。したがって、イオン電流に含まれるノイズを低減することができる。
【００７９】
また、絶縁碍子３２が燃焼室にさらされるプラグ脚長は、通常、絶縁碍子３２から露出する中心電極３３と主体金具３１との間の絶縁碍子３２の長さである。そして、従来のように、絶縁碍子３２に導電性皮膜が形成された場合では、上記のプラグ脚長は中心電極３３から導電性皮膜までの絶縁碍子３２の長さとなるので、絶縁碍子３２に導電性皮膜が形成されていない場合よりもプラグ脚長が短くなってしまう。このため、混合気の燃焼に伴い発生するカーボンが絶縁碍子３２の表面に付着する、いわゆる耐燻り性が悪化してしまう。しかしながら、本実施形態では点火プラグ３０の絶縁碍子に導電性皮膜は必要ないので、プラグ脚長を確保することができ、ひいては点火プラグ３０の耐燻り性が低下することはない。
【００８０】
さらに、従来のように、点火プラグ３０の絶縁碍子３２に銀ペースト等の導電性皮膜を形成するとなると、銀ペーストの面粗度の均一性が良くないので、絶縁碍子３２と主体金具３１とのシールの信頼性が悪化してしまう。しかし、本実施形態では、点火プラグ３０の絶縁碍子３２に導電性皮膜は必要ないので、絶縁碍子３２の表面の面粗度を確保でき、ひいては絶縁碍子３２と主体金具３１とのシールの信頼性を確保することができる。
【００８１】
すなわち、本実施形態に係る点火装置１０を用いることにより、絶縁碍子３２に電荷が残留しないように点火プラグ３０に対して処置を施す必要がない。したがって、従来より用いられている点火プラグ３０をそのまま用いることができる。
【００８２】
（他の実施形態）
第１実施形態では、点火装置１０として、点火コイル１１、イグナイタ１４、放電電極２４、およびダイオード素子２５とがケース１５内に一体化されたスティックコイルが示されているが、点火装置１０の構成の一例を示したものである。すなわち、点火装置１０に点火コイル１１やイグナイタ１４が備えられておらず、少なくとも放電電極２４とダイオード素子２５とが備えられていれば良い。
【００８３】
また、第１実施形態では、放電電極２４がインサート成形されたホルダ１６がケース１５に収納された構造が示されているが、ケース１５とは別体のホルダ１６が用意されずとも、放電電極２４やダイオード素子２５等がケース１５に直接インサート成形された構造でも良い。
【００８４】
第１実施形態では、放電電極２４の先端部２４ａが尖ったものが示されているが、これは先端部２４ａの形状の一例を示したものである。したがって、先端部２４ａが尖っていない放電電極２４を用いても良い。
【符号の説明】
【００８５】
１０    点火装置
１１    点火コイル
１２    １次側コイル
１３    ２次側コイル
１８    イオン電流検出器
２４    放電電極
２５    ダイオード素子
２９    第２ギャップ
３０    点火プラグ
３１    主体金具
３２    絶縁碍子
３２ａ  絶縁碍子の一端側
３２ｂ  絶縁碍子の他端側
３３    中心電極
３４    ステム
３５    接地電極
３６    第１ギャップ
【図１】
2011007124.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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