(57)【要約】コストを抑えた回路構成で重ね放電を行い、各気筒のイオン電流を適確に検出する内燃機関用点火装置を提供する。  重ね放電制御装置２は、有意の点火信号を入力した例えば点火コイルユニット１１に接続するスイッチ部３１を閉じて、倍電圧整流回路の第１回路２５ａの出力電圧を点火コイルユニット１１へ供給する。点火コイルユニット１１の点火コイル５１に放電電圧が発生すると、当該放電電圧に倍電圧整流回路の第２回路２５ｂが生成した高電圧を重畳して点火プラグ５に重ね放電を行わせる。重ね放電を所定期間行わせると、スイッチ部３１を開いて重ね放電制御部２と点火コイルユニット１１との回路接続を遮断し、点火コイルユニット１１のイオン電流検出回路５６からイオン電流検出用電圧を、点火コイル５１の２次巻線を介して点火プラグ５へ供給させてイオン電流を検出する。
2014207943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグに放電火花を発生させる点火コイルユニットと、複数の前記点火コイルユニットの動作を制御する重ね放電制御部と、を有する内燃機関用点火装置であって、
前記点火コイルユニットは、
前記点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を供給する点火コイルと、
外部からの点火信号に応じて前記点火コイルの１次巻線に流れる電流を制御する１次電流制御回路と、
前記点火プラグに発生している放電火花を維持する高電圧を生成する倍電圧整流回路と、
イオン電流検出用電圧を前記点火プラグへ供給し、該点火プラグに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、
を備え、
前記重ね放電制御部は、
前記複数の点火コイルユニットへ供給する電圧を生成する昇圧部と、
前記昇圧部から前記各点火コイルユニットへ供給する電圧を開閉するスイッチ部と、
を備え、
前記点火信号が有意を示すと該点火信号を入力する点火コイルユニットに接続しているスイッチ部を閉じて前記昇圧部からの電圧を該点火コイルユニットへ供給し、
前記有意の点火信号を入力した点火コイルユニットの前記１次電流制御回路が動作して前記点火コイルの２次巻線に前記放電電圧が発生すると、該２次巻線に発生した放電電圧に前記倍電圧整流回路が生成した高電圧を重畳して前記点火プラグに重ね放電を行わせ、
該重ね放電を所定期間行わせると、前記スイッチ部を開いて前記重ね放電制御部と前記点火コイルユニットとの回路接続を遮断し、該点火コイルユニットのイオン電流検出回路からイオン電流検出用電圧を前記点火コイルの２次巻線を介して前記点火プラグへ供給させ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】
前記重ね放電制御部の昇圧部は、
直流電圧から昇圧した交流電圧を生成する昇圧インバータと、
前記倍電圧整流回路を構成する第１回路と、
を含み、
前記昇圧インバータから出力される交流電圧を前記第１回路によって整流した直流電圧を、前記スイッチ部を介して接続されている点火コイルユニットの前記倍電圧整流回路を構成する第２回路へ供給する、
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】
前記第１回路の第１電位出力点に前記スイッチ部のスイッチ接点が接続され、
前記第１回路の第２電位出力点と前記点火コイルユニットの第２回路との接続点に、前記イオン電流が流れ込むことを防ぐ逆流防止ダイオードを備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項４】
前記重ね放電制御部の昇圧部は、
直流電圧から昇圧した交流電圧を生成する昇圧インバータからなり、
前記昇圧インバータから出力される交流電圧を、前記スイッチ部を介して接続されている前記点火コイルユニットの倍電圧整流回路へ供給する、
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】
この発明は、昇圧回路で生成した直流高電圧を点火コイルから出力される放電電圧に重畳し、点火プラグに重ね放電を行わせる内燃機関用点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両搭載の内燃機関として、燃費などの環境性能向上のために直噴エンジンや高ＥＧＲエンジンが採用されているが、これらのエンジンは混合気の着火性があまり良くないため、高エネルギ型の点火装置が必要になる。
そこで、従来から、電流遮断原理によって発生する点火コイルの二次側出力電圧に、ＤＣ−ＤＣコンバータが生成する高電圧を重畳する重ね放電型点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。詳しくは、点火コイルの一次電流を遮断することによって当該点火コイルの二次巻線に数［ｋＶ］の二次電圧を発生させ、この二次電圧を用いて点火プラグの放電間隙に火花放電を励起する。このようにして点火コイルの二次巻線から放電電流を流し始めた後に、点火プラグの放電状態を維持し得る放電維持電圧値以上の直流電圧（例えば５００Ｖ程度、もしくはそれ以上の電圧）を別途に設けた昇圧回路から出力する。昇圧回路の出力電流を点火コイルからの放電電流に加算的に重畳し、点火プラグの放電状態を維持する。
上記の点火方式によると、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得ることができるため、混合気への着火性が向上して燃焼効率が良好になり、ひいては燃費も向上する。
また、多気筒の内燃機関において重ね放電を行う場合には、製造コストなどを低減するために、一つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路から出力された交流電圧を各気筒に設置された整流回路へ振り分け、当該整流回路から出力された直流電流を点火コイルの二次巻線に流れる放電電流へ重畳して重ね放電を実現する点火装置が提案されている。
またさらに、各気筒のイオン電流を検出する構成を備え、点火後に検出したイオン電流から燃焼状態を判別し、この判別結果から内燃機関の運転状態などに適した制御を行って間接的な着火性の向上を図る点火装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−６８３７２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、コストを抑制するためにＤＣ−ＡＣ昇圧回路の出力電圧を各気筒に設置された点火回路へ振り分けるように構成した場合、点火後に各気筒のイオン電流検出を行うとき、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路と各気筒の点火回路とを接続する配線等を介して、他気筒の点火回路にイオン電流が流れ込んでしまう。そのため、燃焼行程を行っていない気筒のイオン電流検出手段が、他の気筒で発生したイオン電流を検出して不適切な動作を誘発することがあり、重ね放電におけるイオン電流検出を低コストで実現することを難しくしてい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、コストを抑えた回路構成で重ね放電を行い、各気筒のイオン電流を適確に検出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、点火プラグに放電火花を発生させる点火コイルユニットと、複数の前記点火コイルユニットの動作を制御する重ね放電制御部と、を有する内燃機関用点火装置であって、前記点火コイルユニットは、前記点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を供給する点火コイルと、外部からの点火信号に応じて前記点火コイルの１次巻線に流れる電流を制御する１次電流制御回路と、前記点火プラグに発生している放電火花を維持する高電圧を生成する倍電圧整流回路と、イオン電流検出用電圧を前記点火プラグへ供給し、該点火プラグに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、を備え、前記重ね放電制御部は、前記複数の点火コイルユニットへ供給する電圧を生成する昇圧部と、前記昇圧部から前記各点火コイルユニットへ供給する電圧を開閉するスイッチ部と、を備え、前記点火信号が有意を示すと該点火信号を入力する点火コイルユニットに接続しているスイッチ部を閉じて前記昇圧部からの電圧を該点火コイルユニットへ供給し、前記有意の点火信号を入力した点火コイルユニットの前記１次電流制御回路が動作して前記点火コイルの２次巻線に前記放電電圧が発生すると、該２次巻線に発生した放電電圧に前記倍電圧整流回路が生成した高電圧を重畳して前記点火プラグに重ね放電を行わせ、該重ね放電を所定期間行わせると、前記スイッチ部を開いて前記重ね放電制御部と前記点火コイルユニットとの回路接続を遮断し、該点火コイルユニットのイオン電流検出回路からイオン電流検出用電圧を前記点火コイルの２次巻線を介して前記点火プラグへ供給させて、前記イオン電流を検出することを特徴とする。
また、前記重ね放電制御部の昇圧部は、直流電圧から昇圧した交流電圧を生成する昇圧インバータと、前記倍電圧整流回路を構成する第１回路と、を含み、前記昇圧インバータから出力される交流電圧を前記第１回路によって整流した直流電圧を、前記スイッチ部を介して接続されている点火コイルユニットの前記倍電圧整流回路を構成する第２回路へ供給することを特徴とする。
また、前記第１回路の第１電位出力点に前記スイッチ部のスイッチ接点が接続され、前記第１回路の第２電位出力点と前記点火コイルユニットの第２回路との接続点に、前記イオン電流が流れ込むことを防ぐ逆流防止ダイオードを備えることを特徴とする。
また、前記重ね放電制御部の昇圧部は、直流電圧から昇圧した交流電圧を生成する昇圧インバータからなり、前記昇圧インバータから出力される交流電圧を、前記スイッチ部を介して接続されている前記点火コイルユニットの倍電圧整流回路へ供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、重ね放電を行う点火装置を低コストで構成することを可能にし、また、各気筒に発生するイオン電流を混同することなく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、この発明の実施例による内燃機関用点火装置の概略構成図である。
図２は、図１の内燃機関用点火装置の回路構成例を示す説明図である。
図３は、図１の内燃機関用点火措置の他の回路構成例を示す説明図である。
図４は、実施例による内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。
図５は、実施例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説明する。
【実施例】
【０００９】
図１は、この発明の実施例による内燃機関用点火装置の概略構成図である。図１の内燃機関用点火装置は、例えば４気筒の内燃機関用に構成されたもので、シリンダヘッドに取付けられた各点火プラグ５に接続固定する４つの点火コイルユニット１１〜１４を備えている。
点火コイルユニット１１〜１４は、それぞれ図示を省略したプラグキャップを備えて構成されており、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。
また、図示した内燃機関用点火装置は、点火コイルユニット１１〜１４の重ね放電に関する制御を行う重ね放電制御装置２を備えている。重ね放電制御装置２は、内燃機関の動作制御を行うエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと記載する）１から、各気筒の点火タイミングを指示する点火信号Ｓ１〜Ｓ４を入力するように配線接続されている。
詳しくは、点火信号Ｓ１は１気筒目に設置される点火コイルユニット１１へ、点火信号Ｓ２は２気筒目に設置される点火コイルユニット１２へ、点火信号Ｓ３は３気筒目に設置される点火コイルユニット１３へ、点火信号Ｓ４は４気筒目に設置される点火コイルユニット１４へ入力するように接続構成されている。
図２は、図１の内燃機関用点火装置の回路構成例を示す説明図である。この図は、重ね放電制御装置２および点火コイルユニット１１〜１４の各部の配線接続、もしくは回路構成を表している。
重ね放電制御装置２および点火コイルユニット１１〜１４は、図示を省略したバッテリを電源として電圧ＶＢを入力するように配線接続されている。
重ね放電制御装置２は、直流の電圧ＶＢを用いて所定の交流電圧を生成するＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０（昇圧インバータ）を有している。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０は、昇圧トランス２１を備え、当該昇圧トランス２１の１次巻線の中間タップに、例えばチョークコイル等を介して電圧ＶＢを入力している。
また、昇圧トランス２１の１次巻線には、当該１次巻線に流れる電流を制御するスイッチトランジスタ２２，２３が接続されている。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０は、スイッチトランジスタ２２，２３が交互にオン・オフするようにスイッチ動作を制御するドライバ回路２４を備えて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。
具体的には、スイッチトランジスタ２２，２３として例えばＭＯＳＦＥＴを用いた場合、昇圧トランス２１の１次巻線の両端にはスイッチトランジスタ２２，２３の各ドレインが接続される。スイッチトランジスタ２２，２３の各ソースはグランド（以下、ＧＮＤと記載する）に接続されている。
また、スイッチトランジスタ２２，２３の各ゲートは、ドライバ回路２４の出力部に接続されており、当該スイッチトランジスタ２２，２３がオン・オフする制御電圧を入力するように回路接続されている。
昇圧トランス２１の２次巻線には、倍電圧整流回路の一部分を構成するキャパシタ４０およびダイオード４１からなる第１回路２５ａが接続されている。
詳しくは、２次巻線の一端にキャパシタ４０の一端が接続され、キャパシタ４０の他端にダイオード４１のアノードが接続されている。ダイオード４１のカソードは昇圧トランス２１の２次巻線の他端に接続されている。
ダイオード４１とキャパシタ４０との接続点には、スイッチトランジスタ３１が接続されている。例えば、スイッチトランジスタ３１にｎチャネルＭＯＳＦＥＴを用いた場合、スイッチトランジスタ３１のソースは、ダイオード４１とキャパシタ４０の接続点に接続され、スイッチトランジスタ３１のドレインは、点火コイルユニット１１に備えられたダイオード４２のカソードに接続されている。
また、スイッチトランジスタ３１のゲートは、当該ゲートをドライブ可能な例えばフォトボル出力タイプのフォトカプラＰＶ１の出力端子に接続されている。
フォトカプラＰＶ１の入力端子は、例えば重ね放電制御装置２の図示を省略した制御手段に接続され、当該制御手段が生成した駆動信号ＰＤ１を入力するように回路接続されている。
点火コイルユニット１１は、前述の倍電圧整流回路の１部分を構成する第２回路２５ｂ、点火コイル５１、１次電流スイッチ５２、逆流防止ダイオード５３、高圧ダイオード５４、イオン電流経路抵抗５５、イオン電流検出回路５６を備えている。
第２回路２５ｂは、ダイオード４２およびキャパシタ４３によって構成されており、ダイオード４２は、アノードをキャパシタ４３の一端に接続し、カソードを前述のように重ね放電制御装置２のスイッチトランジスタ３１に接続している。
キャパシタ４３は、他端を逆流防止ダイオード５３のアノードに接続している。この接続点（第２回路２５ｂの第１出力点）には、重ね放電制御装置２に備えられている昇圧トランス２１の２次巻線の他端、ならびにダイオード４１のカソード、即ち第１回路２５ａの高電位側出力点に接続されており、スイッチトランジスタ３１を介して当該第２回路２５ｂと第１回路２５ａが接続されている。
なお、重ね放電に用いる高電圧をさらに大きくするため、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０の後段に多段倍電圧整流回路を備える場合には、例えば重ね放電制御装置２の第１回路２５ａを図２に示したように回路構成し、点火コイルユニット１１の第２回路２５ｂを、複数のダイオードおよびキャパシタからなる多段倍電圧整流回路として構成して、第１回路２５ａと上記の第２回路２５ｂによって所望の複数倍電圧を生成するように構成する。このように構成すると、重ね放電制御装置２と各点火コイルユニットとを接続する配線ケーブル等が伝導する電圧を低く抑えることができる。
点火コイル５１の１次巻線は、一端に電圧ＶＢが供給され、他端に１次電流スイッチ５２が接続されている。１次電流スイッチ５２に例えばＩＧＢＴを用いた場合、上記の１次巻線の一端に当該１次電流スイッチ５２のコレクタを接続し、エミッタをＧＮＤ接続し、ゲートにはＥＣＵ１等から点火信号Ｓ１を入力するように回路接続する。
点火コイル５１の２次巻線は、一端を点火プラグ５の頭部電極に接続しており、他端を高圧ダイオード５４のアノードに接続している。またさらに、高圧ダイオード５４のアノードは、ダイオード４２とキャパシタ４３の接続点（第２回路２５ｂの第２出力点）に接続している。
また、点火コイル５１の２次巻線の他端には、イオン電流経路抵抗５５の一端が接続されている。イオン電流経路抵抗５５の他端は、高圧ダイオード５４のカソードおよび逆流防止ダイオード５３のカソードに接続されている。
高圧ダイオード５４は、点火コイル５１の２次巻線に流れる電流の方向を規制し、２次巻線から点火プラグ５へ印加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５４は、点火コイル５１の２次巻線に発生する高電圧ならびに第２回路２５ｂから出力する高電圧に対応する高耐圧の構成を有している。
イオン電流経路抵抗５５は、第２回路２５ｂの出力点間（キャパシタ４３の両端）が短絡状態とならず、且つ、イオン電流検出回路５６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５６は、イオン電流の検出に使用する電力（電荷）を蓄積する電源キャパシタ５７、電源キャパシタ５７の両端電圧を制限するツェナーダイオード５８、放電電流の経路を構成するダイオード５９、イオン電流の経路を構成する抵抗６０およびダイオード６１、イオン電流の大きさを表すイオン電流検出信号を生成するオペアンプ６２などによって構成されている。
電源キャパシタ５７は、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、第１の端子を高圧ダイオード５４のカソードとイオン電流経路抵抗５５の接続点に接続し、第２の端子を抵抗６０の一端ならびにダイオード５９のアノードに接続している。
また、電源キャパシタ５７と高圧ダイオード５４のカソードとの接続点には、ツェナーダイオード５８のカソードが接続され、さらに逆流防止ダイオード５３のカソードが接続されている。
電源キャパシタ５７とダイオード５９の接続点には、ツェナーダイオード５８のアノードが接続されている。
ツェナーダイオード５８は、例えば、内燃機関用点火装置の動作環境において降伏電圧がＤＣ７５［Ｖ］であり、またダイオード５９と同様に、点火コイル５１の２次巻線から出力される電流、ならびに第２回路２５ｂから出力される電流を流すことが可能な耐性を有する。
抵抗６０の他端には、ダイオード６１のカソードおよびオペアンプ６２の反転入力端子が接続されている。オペアンプ６２の非反転入力端子および図示を省略した低電位側（マイナス）電源端子、ダイオード６１のアノード、ダイオード５９のカソードはＧＮＤに接続されている。
オペアンプ６２は、高電位側電源端子に図示を省略した電圧ＶＢが供給されており、また、並列接続された抵抗およびキャパシタ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。
オペアンプ６２の出力端子は、当該オペアンプ６２から出力されるイオン電流検出信号を、例えば重ね放電制御装置２などの制御手段へ出力するように配線接続されている。
このように点火コイル５１の２次側には、当該点火コイル５１の２次巻線、第２回路２５ｂ、逆流防止ダイオード５３、高圧ダイオード５４、イオン電流経路抵抗５５、イオン電流検出回路５６、電源キャパシタ５７、およびツェナーダイオード５８によって２次側回路が形成されている。
点火コイルユニット１１は上記のように回路構成されており、また、図示を省略した点火コイルユニット１２〜１４の回路も同様に構成されている。
重ね放電制御装置２は、スイッチトランジスタ３１と同様なスイッチトランジスタ３２〜３４を備えている。スイッチトランジスタ３１ならびにスイッチトランジスタ３２〜３４は、第１回路２５ａの片側の出力点に接続しており、詳しくは、第１回路２５ａの例えば低電位側出力点に各スイッチ接点の一端が接続されている。
具体的には、ダイオード４１のアノードとキャパシタ４０との接続点に、スイッチトランジスタ３２〜３４の各ソースが接続されている。スイッチトランジスタ３２のドレインは、点火コイルユニット１２に備えられた（図示を省略した）ダイオード４２のカソードに接続されている。
同様に、スイッチトランジスタ３３は点火コイルユニット１３に接続され、スイッチトランジスタ３４は点火コイルユニット１４に接続されている。
また、前述のようにスイッチトランジスタ３１にはフォトカプラＰＶ１の出力端子が接続されており、同様にスイッチトランジスタ３２にはフォトカプラＰＶ２の出力端子が接続されている。また同様に、スイッチトランジスタ３３にはフォトカプラＰＶ３の出力端子が接続されており、スイッチトランジスタ３４にはフォトカプラＰＶ４の出力端子が接続されている。
フォトカプラＰＶ２の入力端子は、重ね放電制御装置２の例えば図示を省略した制御手段に接続され、当該制御手段が生成した駆動信号ＰＤ２を入力するように回路接続されている。同様に、フォトカプラＰＶ３の入力端子は駆動信号ＰＤ３を入力し、フォトカプラＰＶ４の入力端子は駆動信号ＰＤ４を入力するように回路接続されている。
また、点火コイルユニット１２の１次電流スイッチ５２には、オン・オフ動作の制御信号として点火信号Ｓ２が入力され、点火コイルユニット１３の１次電流スイッチ５２には点火信号Ｓ３が入力され、点火コイルユニット１４の１次電流スイッチ５２には点火信号Ｓ４が入力されるように配線接続されている。
第１回路２５ａの高電位側出力点（ダイオード４１のカソード）は、前述のように点火コイルユニット１１のキャパシタ４３ならびに逆流防止ダイオード５３に接続されており、同様に点火コイルユニット１２の図示を省略したキャパシタ４３ならびに逆流防止ダイオード５３のアノードに接続されている。また、同様に点火コイルユニット１３，１４の各キャパシタ４３ならびに逆流防止ダイオード５３に接続されている。
なお、重ね放電制御装置２と各点火コイルユニット１１〜１３との間は、配線ケーブル等によって接続されている。
図３は、図１の内燃機関用点火装置の他の回路構成例を示す説明図である。図２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、その説明を省略する。
図３の回路は、重ね放電制御装置２に第１回路２５ａを備えない構成例であり、重ね放電制御装置２から点火コイルユニット１１などへ交流電圧を供給するようにしたものである。
図３の重ね放電制御装置２は、昇圧トランス２１によって昇圧された交流電圧を外部へ出力することから、スイッチトランジスタにＭＯＳＦＥＴを用いた場合、交流電流を確実に遮断するように２つのスイッチトランジスタ７１，７２を（寄生ダイオードの極性を反転させて）直列接続し、同時にオン・オフするように回路構成されている。詳しくは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴのスイッチトランジスタ７１，７２の各ゲートをフォトカプラＰＶ１の出力端子に接続させている。また、スイッチトランジスタ７１のソースを昇圧トランス２１の２次巻線の一端に接続し、当該スイッチトランジスタ７１のドレインをスイッチトランジスタ７２のドレインに接続させている。また、スイッチトランジスタ７２のソースを、点火コイルユニット１１の倍電圧整流回路２５ｃの入力点に接続し、昇圧トランス２１の出力電圧を倍電圧整流回路２５ｃへ入力するように配線接続されている。
図３の点火コイルユニット１１は、図２に示した第２回路２５ｂに替えて、倍電圧整流回路２５ｃを備えている以外は、図２の点火コイルユニット１１と同様に回路構成されている。
なお、図３には点火コイルユニット１１のみを図示しているが、図示を省略した点火コイルユニット１２〜１４も、当該点火コイルユニット１１と同様に回路構成されており、また、これらのユニットはそれぞれ点火信号Ｓ２〜Ｓ４を入力するように配線接続されている。
また、図３には、点火コイルユニット１１と接続するスイッチトランジスタ７１，７２のみを図示しているが、当該図３の重ね放電制御装置２は、スイッチトランジスタ７１，７２に相当し、同様に回路接続された２個１組みのスイッチトランジスタを、図示を省略した点火コイルユニット１２〜１４毎に備えている。
次に、動作について説明する。
ここでは、代表して図２のように構成された内燃機関用点火装置点において、点火コイルユニット１１の動作を説明する。なお、図３に示した他の構成例においても、昇圧トランス２１と倍電圧整流回路２５ｃとの間に交流電流が流れることを除いて、ここで説明するものと同様に動作する。
図４は、この実施例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、各点火コイルユニット１１〜１４の点火動作を制御する点火信号Ｓ１〜Ｓ４、および、重ね放電制御装置２のスイッチトランジスタ３１〜３４のオン・オフ動作を制御する駆動信号ＰＤ１〜ＰＤ４の各信号レベルの遷移を表したタイミングチャートである。
内燃機関を稼動させるとき、ＥＣＵ１は各気筒の点火タイミングを表す点火信号Ｓ１〜Ｓ４を生成し、各点火コイルユニット１１〜１４に対応させて出力する。
また、点火信号Ｓ１〜Ｓ４は重ね放電制御装置２へ入力されており、当該重ね放電制御装置２の例えば制御手段が点火信号Ｓ１〜Ｓ４を用いて駆動信号ＰＤ１〜ＰＤ４を生成している。
重ね放電制御装置２の制御手段は、入力した点火信号Ｓ１〜Ｓ４の各々が有意を示したとき、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０を稼動させる。具体的には、ドライバ回路２４を制御してスイッチトランジスタ２２とスイッチトランジスタ２３を交互にオン・オフさせ、昇圧トランス２１から所定の交流電圧を出力させる。
点火信号Ｓ１がローレベルからハイレベルに遷移して有意を示すと、点火コイルユニット１１の１次電流スイッチ５２がオフからオンへ遷移し、点火コイル５１の１次巻線に１次電流が流れる。点火信号Ｓ１がハイレベルからローレベルへ遷移すると、１次電流スイッチ５２がオフへ遷移して点火コイル５１の１次電流が遮断され、このタイミングで当該点火コイル５１の２次巻線に放電電圧が発生する。この放電電圧は点火プラグ５に印加され、当該点火プラグ５の放電電極間に火花放電が発生し、点火コイル５１の２次巻線、高圧ダイオード５４、ツェナーダイオード５８、ダイオード５９、内燃機関の例えばシリンダブロック等のＧＮＤ部分を介して当該点火プラグ５に放電電流が流れる。
一方、重ね放電制御装置２の制御手段は、前述のように点火信号Ｓ１がローレベルからハイレベルへ遷移すると、この遷移タイミングに同期して例えばローレベルからハイレベルへ遷移する駆動信号ＰＤ１を生成する。
駆動信号ＰＤ１が有意を示すハイレベルになると、フォトカプラＰＶ１の出力端子から所定電圧が出力されてスイッチトランジスタ３１がオン状態になり、重ね放電制御装置２と点火コイルユニット１１が回路接続される。
また、重ね放電制御装置２の制御手段は、点火信号Ｓ１がローレベルからハイレベルへ遷移し、さらにローレベルに遷移して点火コイル５１から放電電圧が点火プラグ５へ印加され、点火プラグ５に放電火花が発生している最中に、重ね放電用の高電圧が点火プラグ５へ供給されるように、適当なタイミングでドライバ回路２４を制御してスイッチトランジスタ２２，２３を交互にオン・オフさせる。このスイッチ動作により、昇圧トランス２１の１次巻線に流れる電流方向が交互に替わり、当該昇圧トランス２１の２次巻線に電圧ＶＢを昇圧した所定の交流電圧が発生する。
上記の交流電圧は、第１回路２５ａに入力され、直流電圧に整流される。第１回路２５ａから直流電圧が出力されるとき、駆動信号ＰＶ１は前述のようにハイレベルとなっていることから、当該第１回路２５ａからの直流電圧は、オン状態のスイッチトランジスタ３１を介して、またさらに、重ね放電制御装置２と点火コイルユニット１１とを接続する配線ケーブル等を介して点火コイルユニット１１の第２回路２５ｂへ供給される。
点火コイルユニット１１へ入力された直流電圧は、第２回路２５ｂによって昇圧されて点火コイル５１の２次巻線、もしくは２次側回路を介して点火プラグ５へ供給される。
換言すると、重ね放電制御装置２は、点火信号Ｓ１がハイレベルからローレベルへ遷移する時点において、倍電圧整流回路（第１回路２５ａおよび第２回路２５ｂ）から重ね放電用の直流高電圧を点火コイル５１の２次側回路へ出力することができるようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０の動作を開始させる。
図５は、この実施例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、図２の点火コイルユニット１１の回路に流れる電流を示したものである。
第２回路２５ｂから出力する高電圧は、ツェナーダイオード５８のツェナー電圧よりも十分大きいことから、第２回路２５ｂの出力電流は、図５の矢印Ａが示すように、逆流防止ダイオード５３の順方向に流れ、ツェナーダイオード５８の逆方向に流れる。さらに、第２回路２５ｂの出力電流は、ダイオード５９から内燃機関のＧＮＤ部分を介して点火プラグ５へ流れ、点火コイル５１の２次巻線に流れる放電電流と同方向へ流れる。換言すると、１次電流の遮断によって点火コイル５１の２次巻線に誘起する高電圧、詳しくは最大電圧となる部分（主放電パルス電圧）と、第２回路２５ｂ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。なお、点火プラグ５に生じている点火火花を維持する時間長さは、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０の動作期間を制御することによって調整することができる。
また、前述のようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０が稼働し、倍電圧整流回路（第１回路２５ａおよび第２回路２５ｂ）から高電圧の出力が開始すると、逆流防止ダイオード５３を介して電源キャパシタ５７に上記の高電圧が印加され、当該電源キャパシタ５７の充電が行われる。
電源キャパシタ５７の充電が進行して、当該電源キャパシタ５７の両端電圧がツェナーダイオード５８のツェナー電圧に達すると、ツェナーダイオード５８に逆電流が流れるようになり、前述のように第２回路２５ｂの第１出力点から点火プラグ５へマイナスの高電圧が供給される。
重ね放電制御装置２の制御手段は、所定期間が経過するとＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０の出力動作を停止し、点火プラグ５の重ね放電を終了させる。また、駆動信号ＰＤ１をハイレベルからローレベルへ遷移させ、スイッチトランジスタ３１をオフ状態に制御し、重ね放電制御装置２と点火コイルユニット１１との回路接続を遮断する。詳しくは、倍電圧整流回路を構成する第１回路２５ａのキャパシタ４０とダイオード４１の接続点と、第２回路２５ｂのダイオード４２との接続を遮断する。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０の動作が停止すると、第２回路２５ｂから出力されていた高電圧が消失し、電源キャパシタ５７への充電電圧供給が停止する。
上記のように充電電圧が印加されなくなると、電源キャパシタ５７に蓄積されているエネルギ（電荷）が放出される。換言すると、電源キャパシタ５７の両端電圧は、イオン電流経路抵抗５５、点火コイル５１の２次巻線、また、ダイオード５９を介してイオン電流検出用電圧となって点火プラグ５の放電電極間に印加され、当該放電電極間にイオン電流が流れる。
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発生し、図５の矢印Ｂが示すように点火コイル５１の２次側回路を流れる。
詳しくは、電源キャパシタ５７の高電位側端子からイオン電流経路抵抗５５および点火コイル５１の２次巻線を介してイオン電流検出用電圧が点火プラグ５の頭部電極に印加される。この電圧印加によって、燃焼室内のイオン量に応じた値のイオン電流が点火プラグ５の放電電極間に生じ、このイオン電流が点火プラグ５から内燃機関のＧＮＤ部分を介してイオン電流検出回路５６へ流れる。
また、点火コイル５１の２次側回路は、点火プラグ５の放電電極間に点火火花を発生す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、電源キャパシタ５７の両端電圧、即ちイオン電流検出用電圧は、点火コイル５１の２次巻線が発生する高電圧や第２回路２５ｂ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。
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。
イオン電流検出回路５６は、点火プラグ５からシリンダブロックなどのＧＮＤ部分を介して流れてきたイオン電流を、ダイオード６１のアノードから入力する。このようにイオン電流検出回路５６へ入力したイオン電流は、ダイオード６１から抵抗６０を流れて電源キャパシタ５７の低電位側端子へ帰還する。
また、イオン電流検出回路５６は、イオン電流が流れることによって抵抗６０に生じた電圧をオペアンプ６２へ入力し、この電圧信号を時間積分して燃焼室内に生じたイオン量を表すイオン電流検出信号を生成する。このイオン電流検出信号は、混合気が燃焼する際に発生したイオン量を示すもので、例えばＥＣＵ１または重ね放電制御装置２などの制御手段へ送出され、当該制御手段がイオン電流検出直前の燃焼状態を把握して以降の点火動作等の制御処理に用いる。
イオン電流検出信号から燃焼状態を認識した制御手段は、次回の燃焼行程において容易に点火することができ、また、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、重ね放電の動作期間、混合気の空燃比などを調整する。
前述のようにイオン電流が電源キャパシタ５７の高電位側端子からイオン電流経路抵抗５５へ流れるとき、点火コイルユニット１１の第２回路２５ｂは電圧出力を停止している。換言すると、重ね放電制御装置２に備えられたスイッチトランジスタ３１がオフ状態に制御され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０等から点火コイルユニット１１への電圧出力が停止されている。
上記のようにスイッチトランジスタ３１がオフ状態になっていることから、イオン電流経路抵抗５５を流れるイオン電流は、当該イオン電流経路抵抗５５と接続されている第２回路２５ｂの第２出力点へ、もしくは第２回路２５ｂのダイオード４２を介して重ね放電制御装置２へ向かって流れず、点火コイル５１の２次巻線へ向かって流れる。
また、前述のように電源キャパシタ５７とツェナーダイオード５８との接続点、即ち第２回路２５ｂの第１出力点は、第１回路２５ａを介して昇圧トランス２１の２次巻線に接続されており、電流経路抵抗５５と電源キャパシタ５７との接続点から第２回路２５ｂの第１出力点へ分岐する電流経路が存在する。
そのため、当該接続点、即ちツェナーダイオード５８および電源キャパシタ５７等の接続点と倍電圧整流回路２５の第１出力点との間に逆流防止ダイオード５３を設け、上記のイオン電流が重ね放電制御装置２のＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０へ流れ込まないようにしている。
以上のように、この実施例によれば、重ね放電制御装置２と各点火コイルユニット１１〜１４との回路接続をオン・オフするスイッチトランジスタ３１〜３４を備えたので、点火プラグ５の火花放電が終了した後、イオン電流を検出する際に、点火プラグユニット１１〜１４内の回路を流れるイオン電流が重ね放電制御装置２へ流れ込むことを防ぎ、各気筒のイオン電流を正確に検出することができる。
また、重ね放電制御装置２から各点火コイルユニット１１〜１４へ直流電圧を供給する場合、スイッチトランジスタ３１〜３４が接続されていない倍電圧整流回路（第２回路２５ｂ）の出力点に、逆流防止ダイオード５３を備えたので、イオン電流がイオン電流検出回路５６から倍電圧整流回路（第２回路２５ｂ）へ流れることを防ぐことができ、電源キャパシタ５７から供給されるイオン電流検出用電圧を効率良く点火プラグ５へ印加することができ、イオン電流の検出精度を良好にすることができる。
また、点火コイル５１が放電電圧を誘起し、この放電電圧によって点火プラグ５に放電火花を発生させ、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０および倍電圧整流回路（第１回路２５ａおよび第２回路２５ｂ）によって生成した直流の高電圧を点火コイル５１の２次巻線に供給して、点火プラグ５に発生させた放電火花を維持するようにしたので、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、点火コイル５１の２次巻線に第２回路２５ｂの出力点を接続して重ね放電を行う回路構成において、上記の２次巻線に流れる電流方向を規制する高圧ダイオード５４に並列接続されたイオン電流経路抵抗５５を備え、また、前述の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５６を備えたので、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５６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２０ならびに倍電圧整流回路２５ａ，２５ｂの動作を制御することにより、シリンダの燃焼効率を良好に維持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】
【００１０】
１      ＥＣＵ
２      重ね放電制御装置
５      点火プラグ
１１    点火コイルユニット
１２    点火コイルユニット
１３    点火コイルユニット
１４    点火コイルユニット
２０    ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
２１    昇圧トランス
２２    スイッチトランジスタ
２３    スイッチトランジスタ
２４    ドライバ回路
２５ａ  第１回路
２５ｂ  第２回路
２５ｃ  倍電圧整流回路
３１    スイッチトランジスタ
３２    スイッチトランジスタ
３３    スイッチトランジスタ
３４    スイッチトランジスタ
４０    キャパシタ
４１    ダイオード
４２    ダイオード
４３    キャパシタ
５１    点火コイル
５２    一次電流スイッチ
５３    逆流防止ダイオード
５４    高圧ダイオード
５５    イオン電流経路抵抗
５６    イオン電流検出回路
５７    電源キャパシタ
５８    ツェナーダイオード
５９    ダイオード
６０    抵抗
６１    ダイオード
６２    オペアンプ
７１    スイッチトランジスタ
７２    スイッチトランジスタ
【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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【国際調査報告】
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