(57)【要約】【目的】点火プラグの中心電極に常に電圧が印加されることを抑制しつつ、点火プラグの電極間におけるイオン電流の発生、検出が可能な内燃機関用点火装置を提供する。【構成】内燃機関用点火装置１はイオン電流検出用スイッチ４３を備えている。そして、点火用高電圧発生時に、イオン電流検出用スイッチ４３がイオン電流の通電経路を遮断状態とすることで、イオン電流検出回路２４の内部電源５２と点火プラグ１３とを電気的に切り離した状態（絶縁状態）としている。このため、イオン電流検出用電圧が、点火プラグ１３の中心電極６１に常に印加されることを防止できる。この結果、火花放電時以外に、点火プラグ１３の中心電極６１に電圧が印加されることが防止され、点火プラグ１３のくすぶりを防止することができる。【選択図】      図１
2004353503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線及び二次巻線を有し、上記一次巻線に流れる一次電流を遮断することで上記二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、
上記点火コイルの上記一次巻線に流れる上記一次電流の通電・遮断を行う点火用スイッチング手段と、
上記二次巻線の点火用高電圧発生端に接続されて、上記点火用高電圧により発生する放電電流が流れることで自身の電極間に火花放電を発生する点火プラグと、を備えた内燃機関用点火装置であって、
上記二次巻線と上記点火プラグとを接続する上記放電電流の通電経路上に直列接続され、上記点火プラグの上記放電電流の通電を許容し、上記一次巻線への通電時に上記二次巻線に発生する電流の通電を阻止する逆火防止手段と、
上記逆火防止手段と上記点火プラグとを接続する通電経路に接続され、上記点火プラグに印加される上記点火用高電圧と同一極性のイオン電流検出用電圧を上記点火プラグに印加するための電圧印加手段と、
上記イオン電流検出用電圧の印加により上記点火プラグの上記電極間に流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出手段と、
上記電圧印加手段と、上記逆火防止手段と上記点火プラグとを接続する通電経路と、を接続する上記イオン電流の通電経路上に直列接続され、外部指令に基づき、上記点火用高電圧の発生時に上記イオン電流検出用電圧を印加するための通電経路を開放状態とし、イオン電流検出時に上記イオン電流検出用電圧を印加するための通電経路を導通状態とするためのイオン電流検出用スイッチング手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
一次巻線及び二次巻線を有し、上記一次巻線に流れる一次電流を遮断することで上記二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、
上記点火コイルの上記一次巻線に流れる上記一次電流の通電・遮断を行う点火用スイッチング手段と、
上記二次巻線の点火用高電圧発生端に接続されて、上記点火用高電圧により発生する放電電流が流れることで自身の電極間に火花放電を発生する点火プラグと、を備えた内燃機関用点火装置であって、
上記二次巻線の上記点火用高電圧発生端と該二次巻線の該点火用高電圧発生端とは反対側の他端との間の二次巻線中間部位に接続され、上記点火プラグに印加される上記点火用高電圧と同一極性のイオン電流検出用電圧を上記点火プラグに印加するための電圧印加手段と、
上記イオン電流検出用電圧の印加により上記点火プラグの上記電極間に流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出手段と、
上記一次巻線の一端と上記二次巻線の上記他端とを接続する上記放電電流の通電経路上に直列接続され、上記点火プラグの上記放電電流の通電を許容し、上記二次巻線側から上記一次巻線側への上記イオン電流の通電を阻止する逆流防止手段と、
上記電圧印加手段と上記二次巻線の上記二次巻線中間部位とを接続する上記イオン電流の通電経路上に直列接続され、外部指令に基づき、上記点火用高電圧の発生時に上記イオン電流検出用電圧を印加するための通電経路を開放状態とし、イオン電流検出時に上記イオン電流検出用電圧を印加するための通電経路を導通状態とするためのイオン電流検出用スイッチング手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、点火コイルに発生した点火用高電圧を印加することで点火プラグの電極間に火花放電を発生させると共に、火花放電の終了後にイオン電流を発生させる機能を備えた内燃機関用点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジン等に使用される内燃機関においては、点火プラグによる火花放電により混合気が燃焼すると、その燃焼に伴ってイオンが発生することから、点火プラグの火花放電により混合気が燃焼した後に、その点火プラグの電極間に電圧を印加することでイオン電流が流れる。そして、イオンの発生量は混合気の燃焼状態によって変化することから、このイオン電流を検出し、解析処理を行うことによって、失火検知やノッキング検出等を行うことができる。
【０００３】
従来より、このイオン電流を発生させる機能を備えた内燃機関用点火装置として、例えば、図４に示すような内燃機関用点火装置１０１が知られている。この内燃機関用点火装置１０１では、二次巻線３４の一端（点火用高電圧発生端）に点火プラグ１３の中心電極６１が電気的に接続されている。また、二次巻線３４の一端と点火プラグ１３とにより形成される通電経路に、イオン電流検出回路１１３が接続されている。このイオン電流検出回路１１３は、内部電源１１５により点火プラグ１３に対してイオン電流検出用電圧を印加し、検出抵抗４７の両端電圧に基づきイオン電流４２を検出して、判別回路５５がイオン電流検出結果信号２４を図示しない電子制御装置に対して出力するように構成されている。尚、印加電圧制限用ツェナーダイオード５３は、判別回路５５に最大許容入力電圧値を越える過大な電圧の信号が入力されるのを防止することで、判別回路５５の破損を防止している。
【０００４】
そして、このように構成される内燃機関用点火装置１０１においては、点火用高電圧の印加によりイオン電流検出回路１１３が破損するのを防止するために、点火用高電圧発生時における放電電流２２がイオン電流検出回路１１３に流入することを防止するための流入防止用ダイオード１１７を備えている。この流入防止用ダイオード１１７は、放電電流２２がイオン電流検出回路１１３に漏洩することを防ぐことから、点火用高電圧発生時における点火プラグ１３への供給エネルギが低下することを防ぐ効果を有している（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０９−２２８９４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す従来の内燃機関用点火装置１０１においては、点火プラグ１３の中心電極６１に、イオン電流検出用電圧（内部電源１１５の電圧、約１００〜３００［Ｖ］程度）が常に印加されるようになっていた。このため、火花放電時以外でも点火プラグ１３の中心電極６１に電圧が印加されることになり、火花放電時以外に点火プラグに電圧が印加されないものに比べ、帯電した導電性物質（粒子）等が中心電極６１に付着し易く、点火プラグ１３がくすぶり易い傾向にあった。
【０００７】
本発明は、上記した問題に鑑みなされたものであり、点火プラグの中心電極に常に電圧が印加されることを抑制しつつ、点火プラグの電極間におけるイオン電流の発生、検出が可能な内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記課題を解決するためになされた本発明の内燃機関用点火装置は、一次巻線及び二次巻線を有し、上記一次巻線に流れる一次電流を遮断することで上記二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、上記点火コイルの上記一次巻線に流れる上記一次電流の通電・遮断を行う点火用スイッチング手段と、上記二次巻線の点火用高電圧発生端に接続されて、上記点火用高電圧により発生する放電電流が流れることで自身の電極間に火花放電を発生する点火プラグと、を備えた内燃機関用点火装置であって、上記二次巻線と上記点火プラグとを接続する上記放電電流の通電経路上に直列接続され、上記点火プラグの上記放電電流の通電を許容し、上記一次巻線への通電時に上記二次巻線に発生する電流の通電を阻止する逆火防止手段と、上記逆火防止手段と上記点火プラグとを接続する通電経路に接続され、上記点火プラグに印加される上記点火用高電圧と同一極性のイオン電流検出用電圧を上記点火プラグに印加するための電圧印加手段と、上記イオン電流検出用電圧の印加により上記点火プラグの上記電極間に流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出手段と、上記電圧印加手段と、上記逆火防止手段と上記点火プラグとを接続する通電経路と、を接続する上記イオン電流の通電経路上に直列接続され、外部指令に基づき、上記点火用高電圧の発生時に上記イオン電流検出用電圧を印加するための通電経路を開放状態とし、イオン電流検出時に上記イオン電流検出用電圧を印加するための通電経路を導通状態とするためのイオン電流検出用スイッチング手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の内燃機関用点火装置では、イオン電流検出回路と、逆火防止手段と点火プラグを接続する通電経路と、を接続するイオン電流の通電経路にイオン電流検出用スイッチング手段を備えている。このため、イオン電流検出用電圧が点火プラグの中心電極に常に印加されることを防止できる。この結果、火花放電時以外に点火プラグの中心電極に電圧が印加されることが防止され、点火プラグのくすぶりを防止することができる。
【００１０】
イオン電流波形から内燃機関の燃焼状態（失火やノッキング等）の検出を行う場合、正確なイオン電流波形を検出する必要がある。イオン電流検出回路の接続位置としては、点火コイルの二次巻線の点火用高電圧発生端とは反対側の他端（低電圧端）に接続することが考えられるが、この場合、イオン電流通電経路上に点火コイルが存在することになる。点火コイルはインダクタンス成分と静電容量成分とを有しており、これらの成分により電気的フィルタの効果を持ち、この結果、正確なイオン電流波形が得られにくい可能性がある。これに対し、本発明の内燃機関用点火装置では、イオン電流検出回路を逆火防止手段と点火プラグとを接続する通電経路上（二次巻線の点火用高電圧発生端側）に接続している。このため、イオン電流通電経路上に点火コイルが存在しないので、イオン電流波形が点火コイルによる電気的フィルタ効果の影響を受けず、正確なイオン電流波形の検出が可能となる。
【００１１】
また、本発明の内燃機関用点火装置では、点火コイルの二次巻線の一端（点火用高電圧発生端）と点火プラグとを接続する放電電流の通電経路上に逆火防止手段を備えており、放電電流（二次電流）の通電経路において通電可能な電流方向を一方向に制限している。このため、この逆火防止手段が、一次巻線への通電時に二次巻線の両端に発生する電圧による通電を阻止することによって、一次巻線への通電時において点火プラグの電極間（中心電極と接地電極との間）に火花放電が発生することを防止している。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた他の本発明の内燃機関用点火装置は、一次巻線及び二次巻線を有し、上記一次巻線に流れる一次電流を遮断することで上記二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、上記点火コイルの上記一次巻線に流れる上記一次電流の通電・遮断を行う点火用スイッチング手段と、上記二次巻線の点火用高電圧発生端に接続されて、上記点火用高電圧により発生する放電電流が流れることで自身の電極間に火花放電を発生する点火プラグと、を備えた内燃機関用点火装置であって、上記二次巻線の上記点火用高電圧発生端と該二次巻線の該点火用高電圧発生端とは反対側の他端との間の二次巻線中間部位に接続され、上記点火プラグに印加される上記点火用高電圧と同一極性のイオン電流検出用電圧を上記点火プラグに印加するための電圧印加手段と、上記イオン電流検出用電圧の印加により上記点火プラグの上記電極間に流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出手段と、上記一次巻線の一端と上記二次巻線の上記他端とを接続する上記放電電流の通電経路上に直列接続され、上記点火プラグの上記放電電流の通電を許容し、上記二次巻線側から上記一次巻線側への上記イオン電流の通電を阻止する逆流防止手段と、上記電圧印加手段と上記二次巻線の上記二次巻線中間部位とを接続する上記イオン電流の通電経路上に直列接続され、外部指令に基づき、上記点火用高電圧の発生時に上記イオン電流検出用電圧を印加するための通電経路を開放状態とし、イオン電流検出時に上記イオン電流検出用電圧を印加するための通電経路を導通状態とするためのイオン電流検出用スイッチング手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の内燃機関用点火装置では、イオン電流検出回路と、二次巻線の点火用高電圧端とこれとは反対側の他端（低電圧端）との間の二次巻線中間部位とを接続する通電経路にイオン電流検出用スイッチング手段を備えている。このため、イオン電流検出用電圧が点火プラグの中心電極に常に印加されることを防止できる。この結果、火花放電時以外に点火プラグの中心電極に電圧が印加されることが防止され、点火プラグのくすぶりを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の内燃機関用点火装置では、イオン電流検出回路を、二次巻線の点火用高電圧端とこれとは反対側の他端（低電圧端）との間の二次巻線中間部位に接続している。このため、点火コイルの二次巻線の他端（低電圧端）にイオン電流検出回路を接続する場合では、イオン電流通電経路上に点火コイル全体が存在するのに比べ、本発明の内燃機関用点火装置では、イオン電流通電経路上に点火コイルの一部のみが存在することになる。従って、イオン電流通電経路上に存在する点火コイルの電気的フィルタ効果を低減することができ、その結果、精度の高いイオン電流波形の検出が可能となる。尚、イオン電流検出回路は、二次巻線であって点火用高電圧発生端及びこれとは反対側の他端（低電圧端）の間の二次巻線中間部位に接続されていれば良く、所望の特性が得られるように接続点を適宜選択できる。
【００１５】
尚、本発明の内燃機関用点火装置及び他の本発明の内燃機関用点火装置において、イオン電流検出用スイッチング手段は、自身の内部線路を短絡状態又は開放状態とするよう構成されたスイッチを用いて構成することができる。つまり、イオン電流検出用スイッチング手段は、自身が短絡状態となることで通電経路を導通状態とし、自身が開放状態となることで通電経路を開放状態とするのである。
【００１６】
ところで、イオン電流を発生させるために点火プラグの電極間に電圧を印加する際には、中心電極が負極性、接地電極が正極性となるように電圧を印加する場合に比べて、中心電極が正極性、接地電極が負極性となるように電圧を印加する場合の方が、より多くのイオンが捕捉でき、大きなイオン電流が発生可能となることが知られている。これは、体積の大きい陽イオンが電子の供給を受けるにあたり、中心電極よりも表面積の大きい接地電極から電子の供給を受けることで、より多くの電子の交換、移動が可能となるからである。
【００１７】
つまり、上述した本発明の内燃機関用点火装置及び他の本発明の内燃機関用点火装置において、イオン電流検出用電圧により点火プラグの中心電極に印加される電圧極性は、正極性の方が好まれる。尚、点火用高電圧発生時の二次巻線の端部の正負極性は、点火コイルにおける一次巻線および二次巻線のそれぞれの巻線方向を調整することで設定することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下に、本発明の第１の実施形態を図面と共に説明する。
まず、図１は、本実施形態１のイオン電流検出機能を備えた内燃機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。尚、本実施形態１では、１気筒分について説明を行うが、本発明は複数の気筒を備える内燃機関についても適用でき、各気筒毎の内燃機関用点火装置の基本構成は同様である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態１の内燃機関用点火装置１は、定電圧（例えば、電圧１２［Ｖ］）を出力する電源装置１１（バッテリ１１）と、中心電極６１と接地電極６３（外側電極６３ともいう）とを備えて内燃機関の気筒に装着される点火プラグ１３と、一次巻線３３と二次巻線３４とを備えて点火用高電圧を発生する点火コイル１５と、一次巻線３３と直列接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ）を有するイグナイタ１７と、イグナイタ１７を駆動制御するための第１指令信号２０を出力する電子制御装置１９（以下、ＥＣＵ１９と呼ぶ）と、を備えている。
【００２０】
更に、内燃機関用点火装置１は、逆火防止用ダイオード３１のカソードに接続され、内部電源５２により点火プラグ１３にイオン電流検出用電圧を印加し、イオン電流検出用電圧の印加により点火プラグ１３の電極間に発生するイオン電流４２を検出するイオン電流検出回路４１を備えている。
【００２１】
これらのうち、イグナイタ１７は、点火コイル１５の一次巻線３３への通電・遮断を行うために、ＥＣＵ１９からの第１指令信号２０に基づいてスイッチング動作する半導体素子からなるスイッチング素子であり、本実施形態１の内燃機関に備えられる点火装置はフルトランジスタ型点火装置である。また、イグナイタ１７は、ゲートがＥＣＵ１９の第１指令信号２０の出力端子に接続され、コレクタが一次巻線３３に接続され、エミッタが電源装置１１の負極と同電位のグランドに接地されている。尚、点火装置としては、上記フルトランジスタ型点火装置に限られず、例えば、コンデンサ型点火装置を適用しても良い。
【００２２】
そして、点火コイル１５の一次巻線３３は、一端が電源装置１１の正極に接続され、他端がイグナイタ１７のコレクタに接続されている。また、二次巻線３４は、点火用高電圧発生時における低圧側端部（低電圧端）３５が一次巻線３３の端部のうち電源装置１１の正極と接続される端部と接続され、高圧側端部（点火用高電圧発生端）３６が逆火防止用ダイオード３１のアノードに接続されている。尚、点火用高電圧発生時の二次巻線３４の端部の正負極性は、点火コイル１５における一次巻線３３及び二次巻線３４のそれぞれの巻線方向を調整することで設定することができる。
【００２３】
また、逆火防止用ダイオード３１は、アノードが二次巻線３４に接続され、カソードが点火プラグ１３の中心電極６１に接続されており、二次巻線３４から点火プラグの中心電極６１に向かう電流の通電を許容し、点火プラグ１３の中心電極６１から二次巻線３４に向かう電流の通電を阻止している。
【００２４】
更に、点火プラグ１３は、中心電極６１と接地電極６３とが互いに対向して配置されて、中心電極６１と接地電極６３との間に火花放電を発生させる火花放電ギャップを形成するよう構成されており、接地電極６３は、電源装置１１の負極と同電位のグランドに接地されている。
【００２５】
また、逆火防止用ダイオード３１と点火プラグ１３との接続点は、イオン電流検出回路４１に接続されている。
次に、イオン電流検出回路４１は、逆流防止用ダイオード５１、イオン電流検出用スイッチ４３、内部電源５２、検出抵抗４７、判別回路５５を備えている。
【００２６】
まず、イオン電流検出用スイッチ４３は、一端が逆流防止用ダイオード５１を介して逆火防止用ダイオード３１のカソード（逆火防止用ダイオード３１と点火プラグ１３との接続点）に接続され、他端が内部電源５２の正極に接続されている。また、検出抵抗４７は、一端が電源装置１１の負極と同電位のグランドに接続され、他端が内部電源５２の負極に接続されている。更に、逆流防止用ダイオード５１は、アノードがイオン電流検出用スイッチ４３に接続され、カソードが逆火防止用ダイオード３１と点火プラグ１３との接続点に接続されており、内部電源５２から点火プラグの中心電極６１に向かう電流の通電を許容し、二次巻線３４からイオン電流検出用スイッチ４３に向かう電流の通電を阻止している。つまり、逆流防止用ダイオード５１、イオン電流検出用スイッチ４３、内部電源５２、検出抵抗４７は、この順番で直列に接続されて、逆火防止用ダイオード３１のカソード（逆火防止用ダイオード３１と点火プラグ１３との接続点）とグランドとの間に配置されている。
【００２７】
また、イオン電流検出用スイッチ４３は、ＥＣＵ１９からの検出指令信号２３に基づいて自身の内部経路が短絡状態又は開放状態となるように構成されている。尚、イオン電流検出用スイッチ４３は、検出指令信号２３がハイレベルになると短絡状態となり、検出指令信号２３がローレベルになると開放状態となる。
【００２８】
尚、検出抵抗４７は、イオン電流発生時の両端電圧が過度に小さくならないよう、判別回路５５への入力信号として適した電圧範囲内となるように抵抗値が設定されている。
また、判別回路５５は、検出端子５６が内部電源５２の負極と検出抵抗４７との接続点に接続され、基準端子５７が電源端子１１の負極と同電位のグランドに接続され、出力端子５８がＥＣＵ１９におけるイオン電流検出結果信号２４の入力端子に接続されている。そして、判別回路５５は、検出抵抗４７の両端電圧（実際には、内部電源５２の負極と検出抵抗４７との接続点の電位）に基づき、点火プラグ１３の電極間（中心電極６１と接地電極６３との間）に発生するイオン電流４２を検出し、検出したイオン電流４２に応じて変動するイオン電流検出結果信号２４を出力するように構成されている。
【００２９】
尚、イオン電流発生時は、検出抵抗４７と点火プラグ１３とがイオン電流４２の通電経路において直列接続されることから、検出抵抗４７の両端電圧は、イオン電流４２の電流値に比例した値を示す。また、判別回路５５は、出力するイオン電流検出結果信号２４の変動範囲が、ＥＣＵ１９に入力可能な範囲を逸脱しないように構成されている。
【００３０】
次に、このように構成された内燃機関用点火装置１において、点火プラグ１３に火花放電を発生されるための動作について説明する。
まず、ＥＣＵ１９から出力させる第１指令信号２０がローレベル（一般にグランド電位）である場合には、ゲート−エミッタ間への電圧印加が行われずイグナイタ１７はオフ状態（遮断状態）となり、イグナイタ１７によって一次巻線３３に電流（一次電流２１）が流れることはない。また、ＥＣＵ１９から出力される第１指令信号２０がハイレベル（一般に定電圧電源からの供給電圧５［Ｖ］）である場合には、ゲート−エミッタ間への電圧印加が行われてイグナイタ１７はオン状態（通電状態）となり、イグナイタ１７によって一次巻線３３に電流（一次電流２１）が流れる。この一次電流２１の通電継続に伴い、点火コイル１５に磁束エネルギが蓄積される。
【００３１】
そして、第１指令信号２０がハイレベルであり一次巻線３３に一次電流２１が流れている状態で、第１指令信号２０がローレベルになると、イグナイタ１７がオフ状態となり、一次巻線３３への一次電流２１の通電が急峻に遮断（停止）される。すると、点火コイル１５における磁束密度が急激に変化して、電磁誘導により二次巻線３４に点火用高電圧（約４０［ｋＶ］）が発生し、この点火用高電圧が点火プラグ１３に印加されることで、点火プラグ１３の電極６１−６３間に火花放電が発生する。
【００３２】
尚、点火コイル１５は、一次巻線３３への通電を遮断（停止）することで、二次巻線３４のうち高圧側端部３６が高電位となり、低圧側端部３５が低電位となる点火用高電圧を発生するように構成されている。これにより、点火プラグ１３の中心電極６１が高圧電位（正極電位）となり、接地電極６３が低圧電位（負極電位）となるように、点火プラグ１３に点火用高電圧が印加されて、点火プラグ１３の電極６１−６３間に火花放電が発生する。
【００３３】
このとき、火花放電に伴い二次巻線３４に流れる二次電流２２（放電電流２２）は、二次巻線３４から逆火防止用ダイオード３１、点火プラグ１３の中心電極６１、接地電極６３の順に通過し、更にグランド、電源装置１１を介して二次巻線３４に戻る方向に流れる。そして、点火プラグ１３における火花放電の継続に伴い、点火コイル１５に蓄積されたエネルギが消費されていき、このエネルギが火花放電の継続に必要な量を下回ると、点火プラグ１３における火花放電が自然終了する。
【００３４】
次に、内燃機関用点火装置１において、点火プラグ１３の電極間にイオン電流検出用電圧を印加するための動作と、イオン電流検出用電圧の印加により発生するイオン電流４２を検出するための動作について説明する。
点火プラグ１３において火花放電が継続している間は、イオン電流検出用スイッチ４３が開放状態となっている。そして、火花放電が自然終了した後に、イオン電流検出用スイッチ４３が短絡状態になることで、イオン電流検出回路４１の内部電源５２の電圧（１００〜３００［Ｖ］程度）が点火プラグ１３の電極６１−６３間に印加される。
内部電源５２の電圧印加時に、燃焼室内にイオンが存在する場合には、点火プラグ１３の電極間にイオンの発生量に応じたイオン電流が流れることになる。これにより、内部電源５２、イオン電流検出用スイッチ４３、逆流防止用ダイオード５１、点火プラグ１３、グランド、検出抵抗４７の順に、イオンの発生量に応じた電流値の電流が流れ、検出抵抗４７の両端電圧は、イオン電流に応じた電圧値を示すことになる。尚、イオンは混合気（燃料）の燃焼に伴う電離作用により発生するため、混合気が正常燃焼したときは燃焼室内にイオンが存在する。
【００３５】
また、内部電源５２の電圧印加時に、燃焼室内にイオンが存在しない場合には、イオン電流検出用スイッチ４３が短絡状態となっても、点火プラグ１３の電極間にはイオン電流は流れず、検出抵抗４７の両端に電圧は発生しない。尚、イオンは混合気（燃料）の燃焼に伴う電離作用により発生するため、失火して混合気が正常燃焼しないときには燃料室内にイオンは発生しない。
【００３６】
そして、点火プラグ１３の電極６１−６３間にイオン電流が発生すると、検出電流の大きさに比例した電圧が検出抵抗４７の両端に発生して、検出抵抗４７の両端電圧が検出電流（イオン電流）の大きさに比例して変化することになる。
【００３７】
このように検出電流が流れることで検出抵抗４７の両端電圧が変化すると、判別回路５５は、検出した検出抵抗４７の両端電圧に基づきイオン電流検出結果信号２４をＥＣＵ１９に出力する。尚、判別回路５５は、ＥＣＵ１９の入力端子の入力レンジに応じた範囲内で検出抵抗４７の両端電圧と同様の変化を示すイオン電流検出結果信号２４を出力端子５８から出力する。つまり、判別回路５５は、ＥＣＵ１９に対してイオン電流に応じて変動するイオン電流検出結果信号２４を出力している。
【００３８】
次に、内燃機関用点火装置１のＥＣＵ１９において実行されるイオン電流検出処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
尚、ＥＣＵ１９は、内燃機関の火花放電発生時期（点火時期）、燃料噴射量、アイドル回転数（アイドル回転速度）等を総合的に制御するためのものであり、以下に説明するイオン電流検出処理の他に、別途、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力），回転速度（エンジン回転数）、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理等を実行している。
【００３９】
また、図２に示すイオン電流検出処理は、例えば、内燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行されており、更に、点火制御のための処理も併せて実行している。
【００４０】
そして、内燃機関が始動され、内燃機関の運転状態に基づいて定められる一次巻線通電開始時期となってイオン電流検出処理が開始されると、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）では、第１指令信号２０をローレベルからハイレベルに変化させる処理を実行して、一次巻線３３への通電を開始する。つまり、Ｓ１１０の処理により、第１指令信号２０がローレベルからハイレベルに切り換わると、イグナイタ１７がオン状態となり、点火コイル１５の一次巻線３３への一次電流２１の通電が開始される。
【００４１】
そして、続くＳ１２０では、クランク角センサからのクランク角度検出信号に基づき、Ｓ１１０における一次巻線３３への通電開始時点から一次電流通電時間が経過した火花放電発生時期ｔｓに達したか否かを判断しており、否定判定される場合には、同ステップを繰り返し実行することで、火花放電発生時期ｔｓになるまで待機する。そして、Ｓ１２０にて、火花放電発生時期ｔｓに達したと判断されると、Ｓ１３０に移行する。
【００４２】
Ｓ１３０では、第１指令信号２０をハイレベルからローレベルに反転させ、この結果、イグナイタ１７がターンオフして一次電流２１が遮断され、点火コイル１５の磁束密度が急激に変化して二次巻線３４に点火用高電圧が発生し、点火プラグ１３の電極６１−６３間に火花放電が発生する。
【００４３】
次のＳ１４０では、火花放電が自然終了する時期以降となるように予め設定されたイオン電流検出開始時期ｔｉに達したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、イオン電流検出開始時期ｔｉになるまで待機する。
【００４４】
そして、Ｓ１４０にて、イオン電流検出開始時期ｔｉに達したと判断されると、Ｓ１５０に移行し、Ｓ１５０では、検出指令信号２３をローレベルからハイレベルに変化させると共に、判別回路５５から出力されるイオン電流検出結果信号２４の読み込みを開始する。
【００４５】
ここで、イオン電流検出開始時期ｔｉは、火花放電が自然終了する時期以降に予め設定されており、Ｓ１５０に移行した時には、点火プラグ１３での火花放電が自然終了している。そして、検出指令信号２３がハイレベルに変化して、イオン電流検出用スイッチ４３が短絡状態となることで、イオン電流検出用電圧（内部電源５２の電圧）が点火プラグ１３の電極６１−６３間に印加されることとなる。
【００４６】
そして、イオン電流検出用電圧が点火プラグ１３の電極６１−６３間に印加される時点で、電極６１−６３間にイオンが存在する場合には、電極６１−６３間にイオン電流が流れることになり、検出抵抗４７の両端にイオン電流の大きさに比例する電圧が発生する。これにより、内部電源５２と検出抵抗４７との接続点の電位が、検出抵抗４７の両端電圧に応じて変化することになる。また、Ｓ１５０の処理が開始された後は、ＥＣＵ１９の内部では、検出抵抗４７の両端電圧の変化に応じて判別回路５５から出力されるイオン電流検出結果信号２４を読み込む処理が継続して行われる。
【００４７】
続いて、Ｓ１６０では、Ｓ１４０にて肯定判定された後、イオン電流検出結果信号２４を読み込むための時間として予めＥＣＵ１９に設定してある検出信号読込時間を経過したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで待機する。そして、Ｓ１６０にて、検出信号読込時間が経過したと判断されると、Ｓ１７０に移行する。本実施形態１では、検出信号読込時間は、内燃機関の運転状態に関わらず、予め設定された固定値としているが、運転状態に合わせて適切な値を設定しても良い。
【００４８】
そして、Ｓ１７０では、検出指令信号２３をハイレベルからローレベルに変化させると共に、Ｓ１５０で開始したイオン電流検出結果信号２４の読み込み処理を停止する。Ｓ１７０における処理が終了すると、本イオン電流検出処理が終了する。
【００４９】
尚、ＥＣＵ１９では、点火プラグ１３の電極６１−６３間に発生するイオン電流に比例する検出電流に基づいて、内燃機関の失火の有無を判定する失火判定処理を別途実行している。
【００５０】
そして、失火判定処理では、イオン電流検出開始時期ｔｉ直後のピーク値を除くイオン電流検出結果信号２４のピーク値と、失火判定のために予め定められた判定基準値とを比較し、ピーク値が判定基準値を下回る場合に失火と判定している。また、この他の失火判定方法としては、イオン電流検出開始時期ｔｉ直後のピーク値を除くイオン電流検出結果信号２４の積分値を算出し、この積分値と失火判定のために予め定められた判定基準値とを比較し、積分値が判定基準値を下回る場合に失火と判定しても良い。尚、失火の判定を行うために用いられる上記それぞれの判定基準値は、予め設定された固定値に限定されることはなく、内燃機関の運転状態（例えば、エンジン回転数とエンジン負荷とを含む情報）に基づき、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとするマップ若しくは計算式を用いて設定するようにしても良い。
【００５１】
尚、本実施形態１の内燃機関用点火装置１においては、イグナイタ１７が特許請求の範囲に記載の点火用スイッチング手段に相当し、逆火防止用ダイオード３１が逆火防止手段に相当し、内部電源５２が電圧印加手段に相当し、検出抵抗４７および判別回路５５がイオン電流検出手段に相当し、イオン電流検出用スイッチ４３がイオン電流検出用スイッチング手段に相当する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態１の内燃機関用点火装置１においては、点火用高電圧発生時に、イオン電流検出用スイッチ４３がイオン電流の通電経路を遮断状態とすることで、イオン電流検出回路２４の内部電源５２と点火プラグ１３とを電気的に切り離した状態（絶縁状態）としている。このため、イオン電流検出用電圧（内部電源５２の電圧）が、点火プラグ１３の中心電極６１に常に印加されることを防止できる。この結果、火花放電時以外に、点火プラグ１３の中心電極６１に電圧が印加されることが防止され、点火プラグ１３のくすぶりを防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態１の内燃機関用点火装置１では、イオン電流検出回路４１を逆火防止用ダイオード３１と点火プラグ１３との接続点（二次巻線３４の高圧側端部（点火用高電圧発生端）３６）に接続している。このため、イオン電流通電経路上に点火コイル１５が存在しないので、点火コイル１５の電気的フィルタ効果の影響を受けず、正確なイオン電流波形の検出が可能となる。
【００５４】
更に、本実施形態１の内燃機関用点火装置１においては、点火コイル１５の二次巻線３４の高圧側端部（点火用高電圧発生端）３６と点火プラグ１３とを接続する通電経路上に逆火防止用ダイオード３１を備えることにより、二次電流２２の通電経路において通電可能な電流方向を一方向に制限している。つまり、この逆流防止用ダイオード３１が、一次巻線３３への通電時に二次巻線３４の両端に発生する通電時二次誘導電圧による点火プラグ１３への通電を阻止することで、通電時二次誘導電圧によって点火プラグ１３の中心電極６１と接地電極６３との間に火花放電が発生するのを防ぐことができる。
【００５５】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について図面と共に説明する。図３は、本実施形態２の内燃機関用点火装置２の構成を表す電気回路図である。尚、本実施形態２では、１気筒分について説明を行うが、本発明は複数の気筒を備える内燃機関についても適用でき、各気筒毎の内燃機関用点火装置の基本構成は同様である。
【００５６】
本実施形態２の内燃機関用点火装置２は、上記実施形態１の内燃機関用点火装置１に対して、イオン電流検出回路４１の接続位置が変更されていることが大きく異なる。従って、異なる部分のみを説明し、同様な部分の説明は省略又は簡略化する。
【００５７】
図３に示すように、本実施形態２の内燃機関用点火装置２では、点火コイル１５の二次巻線３４の高圧側端部（点火用高電圧発生端）３６とこれとは反対側の低圧側端部（低電圧端）３５との間の中間点Ｐに、イオン電流検出回路４１が接続されている。即ち、逆流防止用ダイオード５１、イオン電流検出用スイッチ４３、内部電源５２、検出抵抗４７は、この順番で直列に接続されて、二次巻線３６の中間点Ｐとグランドとの間に配置されている。また、点火コイル１５の二次巻線３４は、点火用高電圧発生時における低圧側端部３５が補助ダイオード３２を介して一次巻線３３の端部のうち電源装置１１の正極と接続される端部と接続されている。この補助ダイオード３２は、火花放電後に、イオン電流検出用スイッチ４３が短絡状態になり、イオン電流検出回路４１の内部電源５２の電圧（イオン電流検出用電圧）を点火プラグ１３の電極６１−６３間に印加するときに、二次巻線３４から電源装置１１に向かう電流の通電を阻止している。
【００５８】
このような内燃機関用点火装置２においては、点火プラグ１３において火花放電が継続している間は、イオン電流検出用スイッチ４３が開放状態となっている。そして、火花放電が自然終了した後に、イオン電流検出用スイッチ４３が短絡状態になることで、イオン電流検出回路４１の内部電源５２の電圧（１００〜３００［Ｖ］程度）が点火プラグ１３の電極６１−６３間に印加される。内部電源５２の電圧印加時に、燃焼室内にイオンが存在する場合には、点火プラグ１３の電極間にイオンの発生量に応じたイオン電流が流れることになる。これにより、内部電源５２、イオン電流検出用スイッチ４３、逆流防止用ダイオード５１、中間点Ｐと高圧側端部３６との間の二次巻線３４の一部、点火プラグ１３、グランド、検出抵抗４７の順に、イオンの発生量に応じた電流値の電流が流れ、検出抵抗４７の両端電圧は、イオン電流に応じた電圧値を示すことになる。尚、内燃機関用点火装置２のＥＣＵ１９において実行されるイオン電流検知処理は、上記実施形態１と同様の処理が適用される。
【００５９】
尚、本実施形態２の内燃機関用点火装置２においては、中間点Ｐが特許請求の範囲に記載の二次巻線中間部位に相当し、逆流防止用ダイオード５１が逆流防止手段に相当する。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態２の内燃機関用点火装置２においても、上述した実施形態１の内燃機関用点火装置１と同様、点火用高電圧発生時に、イオン電流検出用スイッチ４３がイオン電流の通電経路を遮断状態とすることで、イオン電流検出回路２４の内部電源５２と点火プラグ１３とを電気的に切り離した状態（絶縁状態）としている。このため、イオン電流検出用電圧（内部電源５２の電圧）が、点火プラグ１３の中心電極６１に常に印加されることを防止できる。この結果、火花放電時以外に、点火プラグ１３の中心電極６１に電圧が印加されることが防止され、点火プラグ１３のくすぶりを防止することができる。
【００６１】
また、本実施形態２の内燃機関用点火装置２では、イオン電流検出回路４１は二次巻線３４の高圧側端部（点火用高電圧発生端）３６とこれとは反対側の低圧側端部（低電圧端）３５との間の中間点Ｐに接続されており、イオン電流通電経路上には点火コイル１５の一部のみが存在する。このため、点火コイル１５の二次巻線３４の低圧側端部（低電圧端）３５にイオン電流検出回路４１を接続する場合に比べ、点火コイルの電気的フィルタ効果を低減することができ、その結果、精度の高いイオン電流波形の検出が可能となる。
【００６２】
更に、火花放電の際に点火コイル１５の二次巻線３４の中間点Ｐに発生する電圧は、高圧側端部（点火用高電圧発生端）３６に比べ低電圧である。従って、この中間点Ｐに接続される逆流防止用ダイオード５１は、高圧側端部（点火用高電圧発生端）３６に接続される場合に比べて、許容耐電圧の低いものから選択できるようになり、低コスト化が実現できる。
【００６３】
以上、本発明を実施形態１，２に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採用することができる。
例えば、イオン電流検出開始時期については、運転状態に応じて設定される変動期間ではなく、予め定められた固定期間としても良い。
また、実施形態２の内燃機関用点火装置２では、点火コイル１５の二次巻線３４と点火プラグ１３とを接続する通電経路上に逆火防止用ダイオード３１を設けても良い。
更に、実施形態１，２の内燃機関用点火装置において、判別回路５５に最大許容電圧値を越える過大な電圧の信号が入力されるのを防止するために、一端が判別回路５５の検出端子５６に接続され、他端がグランド（電源装置１１の負極と同電位）に接続されるように、印加電圧制限用ツェナーダイオードを設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】イオン電流検出機能を備えた本発明の第１の実施形態である内燃機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。
【図２】内燃機関用点火装置の電子制御装置（ＥＣＵ）において実行されるイオン電流検出処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図３】第２の実施形態の内燃機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。
【図４】イオン電流を発生させる機能を備えた従来の内燃機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。
【符号の説明】
１…内燃機関用点火装置、２…第２内燃機関用点火装置、１１…電源装置（バッテリ）、１３…点火プラグ、１５…点火コイル、１７…イグナイタ、１９…電子制御装置（ＥＣＵ）、３１…逆火防止用ダイオード、３２…補助ダイオード、３３…一次巻線、３４…二次巻線、３５…低圧側端部、３６…高圧側端部、４１…イオン電流検出回路、４３…イオン電流検出用スイッチ、４５…電圧印加用コンデンサ、４７…検出抵抗、５１…逆流防止用ダイオード、５２…内部電源、５５…判別回路、６１…中心電極、６３…外側電極（接地電極）。
【図１】
2004353503.tif 000003
【図２】
2004353503.tif 000004
【図３】
2004353503.tif 000005
【図４】
2004353503.tif 000006