(57)【要約】【課題】一次電流の通電開始時であっても、バイアス電圧が放電されることなく、イオン電流を確実に検出することができる内燃機関用点火コイル装置を提供する。【解決手段】点火プラグ３、４を含む気筒２を備えた内燃機関において、コイル部１１と、パワートランジスタ１２と、コンデンサ２３と、イオン電流検出回路１４と、第一ダイオード１５と、第二ダイオード１６とを備え、二次コイル１８は、両端が高圧出力端子１９、２０を介して点火プラグ３、４に接続され、第一ダイオード１５のアノードは、コンデンサ２３に接続されるとともに、カソードは、二次コイル１８において一次電流の遮断時に正極性の高電圧が発生する側の第一端部と第一端部側の高圧出力端子との間に接続され、第二ダイオード１６のアノードは、第一端部に接続されるとともに、カソードは、第一ダイオード１５と第一端部側の高圧出力端子との接続点に接続される。【選択図】図２
2009085166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の点火プラグを有する気筒を備えた内燃機関の点火コイル装置であって、
一次コイルおよび二次コイルを有するコイル部と、
前記一次コイルの一次電流を通電および遮断するスイッチング手段と、
前記一次電流の遮断時に前記一次コイルに発生する電圧をバイアス電圧として充電するバイアス手段と、
前記気筒内の燃焼によって発生するイオンをイオン電流として検出するイオン電流検出手段と、
前記イオン電流検出手段を保護するための第一ダイオードと、
前記一次電流の通電開始時に前記バイアス電圧の放電を防止するための第二ダイオードと、を備え、
前記一次コイルは、一端がバッテリに接続されるとともに他端が前記スイッチング手段に接続され、
前記二次コイルは、両端がそれぞれ高圧出力端子を介して前記複数の点火プラグに個別に接続され、
前記第一ダイオードのアノードは、前記バイアス手段に接続され、
前記第一ダイオードのカソードは、前記二次コイルにおいて前記一次電流の遮断時に正極性の高電圧が発生する側の第一端部と前記第一端部側の高圧出力端子との間に接続され、
前記第二ダイオードのアノードは、前記第一端部に接続され、
前記第二ダイオードのカソードは、前記第一ダイオードと前記第一端部側の高圧出力端子との接続点に接続されることを特徴とする内燃機関用点火コイル装置。
【請求項２】
前記第一端部側の高圧出力端子には、直接プラグブーツが装着されて前記点火プラグと接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火コイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の気筒内の燃焼によって発生するイオンを、イオン電流として検出するイオン電流検出手段を備えた内燃機関用点火コイル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、点火コイルの配置スペースの削減や、製造コストの低減を実現するために、複数の点火プラグに対して１つの点火コイルで点火用の高電圧を印加し、複数の点火プラグを同時に点火させる同時点火システムが提案されている。
同時点火システムの一例として、互いに異なる２つの気筒にそれぞれ設けられた点火プラグに対して、１つの点火コイルで点火用の高電圧を印加する内燃機関の燃焼状態検出装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来装置は、点火コイル（コイル部）と、点火プラグと、バイアス手段と、放電電流制限手段と、イオン電流検出手段と、ＥＣＵとを備えている。
点火コイルは、一次コイルおよび二次コイルを有し、点火用の高電圧を発生する。点火プラグには、点火用高電圧が印加される。バイアス手段には、気筒内の燃焼によって発生するイオンを検出するための正極性のバイアス電圧が充電される。放電電流制限手段は、バイアス手段に充電されたバイアス電圧を放電する。イオン電流検出手段は、燃焼によって発生するイオンを、点火プラグを介して流れるイオン電流として検出する。ＥＣＵは、イオン電流の検出値に基づいて点火プラグにおける燃焼状態を検出する。
ここで、放電電流制限手段は、二次コイルから点火プラグに至るまでの点火電流経路と、バイアス手段との間に設けられている。
【０００４】
上記従来装置において、バイアス手段は、一次コイルに対する一次電流の遮断時に、一次コイルに発生する電圧によって充電される。また、このとき、二次コイルには、点火用の高電圧が発生する。イオン電流検出手段は、バイアス手段が充電された直後に、点火プラグに印加された点火用の高電圧によって気筒内で燃焼が生じると、気筒内に発生するイオンを、イオン電流として検出する。
【０００５】
また、最近では、内燃機関の燃焼効率を向上させるために、１つの気筒に対して複数の点火プラグを設け、気筒内の多点で点火プラグを点火させる多点点火システムが提案されている。
そこで、上記従来装置において、互いに異なる２つの気筒にそれぞれ設けられた点火プラグを１つの気筒内に設けることにより、多点点火システムを有する点火装置を構成することが考えられる。
【０００６】
この点火装置において、イオン電流検出手段は、二次コイルの正極性側および負極性側に接続された何れの点火プラグを介しても、イオン電流を検出することができる。
なお、この点火装置において、二次コイルには、一次コイルに対する一次電流の通電開始時に、一次電流の遮断時とは逆極性の電圧が発生する。すなわち、バイアス手段には、負極性（正規のバイアス電圧とは逆方向）の電圧が印加され、バイアス手段に充電されたバイアス電圧は、放電電流制限手段を介して放電される。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２０５０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記点火装置では、一次電流の通電開始時に、バイアス手段に負極性の電圧が印加されてバイアス電圧が放電される。
そのため、再び一次電流が遮断されてバイアス手段が充電されるまでの間は、イオン電流を検出することができず、燃焼状態を検出することができないという問題点があった。
【０００９】
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、その目的は、複数の点火プラグを有する気筒を備えた内燃機関において、一次電流の通電開始時であっても、バイアス電圧が放電されることなく、イオン電流を確実に検出することができる内燃機関用点火コイル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る内燃機関用点火コイル装置は、複数の点火プラグを有する気筒を備えた内燃機関の点火コイル装置であって、一次コイルおよび二次コイルを有するコイル部と、一次コイルの一次電流を通電および遮断するスイッチング手段と、一次電流の遮断時に一次コイルに発生する電圧をバイアス電圧として充電するバイアス手段と、気筒内の燃焼によって発生するイオンをイオン電流として検出するイオン電流検出手段と、イオン電流検出手段を保護するための第一ダイオードと、一次電流の通電開始時にバイアス電圧の放電を防止するための第二ダイオードとを備え、一次コイルは、一端がバッテリに接続されるとともに他端がスイッチング手段に接続され、二次コイルは、両端がそれぞれ高圧出力端子を介して複数の点火プラグに個別に接続され、第一ダイオードのアノードは、バイアス手段に接続され、第一ダイオードのカソードは、二次コイルにおいて一次電流の遮断時に正極性の高電圧が発生する側の第一端部と第一端部側の高圧出力端子との間に接続され、第二ダイオードのアノードは、第一端部に接続され、第二ダイオードのカソードは、第一ダイオードと第一端部側の高圧出力端子との接続点に接続されるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の内燃機関用点火コイル装置によれば、複数の点火プラグを有する気筒を備えた内燃機関において、第二ダイオードは、アノードが二次コイルの第一端部に接続されている。また、第二ダイオードのカソードは、第一ダイオードと第一端部側の高圧出力端子との接続点に接続されている。これにより、一次電流の通電開始時に、一次電流の遮断時とは逆極性の電圧が二次コイルに発生した場合であっても、第二ダイオードによってバイアス電圧の放電が阻止される。
そのため、一次電流の通電開始時であっても、バイアス電圧が放電されることなく、イオン電流を確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の実施の形態では、内燃機関用点火コイル装置が車両に搭載されている場合を例として説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関用点火コイル装置１（以下、「点火コイル装置１」と略称する）の気筒２への取り付け状態を示す断面図である。
図１において、気筒２の頂部には、第一点火プラグ３および第二点火プラグ４と、点火コイル装置１とが設けられている。第一点火プラグ３および第二点火プラグ４は、単一の気筒２内に設けられている。
【００１４】
第一点火プラグ３および第二点火プラグ４は、気筒２内の混合気に点火する。点火コイル装置１は、第一点火プラグ３および第二点火プラグ４に点火用の高電圧を印加する。また、第一点火プラグ３および第二点火プラグ４には、例えば弾性材料で形成されたプラグブーツ５が装着されている。
【００１５】
図２は、この発明の実施の形態１に係る点火コイル装置１を周辺機器とともに示す回路構成図である。
図２において、点火コイル装置１には、第一点火プラグ３および第二点火プラグ４と、バッテリ６と、ＥＣＵ７とが接続されている。また、点火コイル装置１は、グランドに接続されている。
点火コイル装置１は、コイル部１１と、パワートランジスタ１２（スイッチング手段）と、バイアス回路１３と、イオン電流検出回路１４（イオン電流検出手段）と、第一ダイオード１５と、第二ダイオード１６とを含んでいる。
【００１６】
コイル部１１は、一次コイル１７および二次コイル１８を有している。一次コイル１７の一端は、バッテリ６に接続されている。また、一次コイル１７の他端は、パワートランジスタ１２を介してグランドに接続されている。二次コイル１８の両端は、それぞれ第一高圧出力端子１９および第二高圧出力端子２０を介して、第一点火プラグ３および第二点火プラグ４に接続されている。
なお、第一高圧出力端子１９および第二高圧出力端子２０には、それぞれプラグブーツ５が装着されている。第一高圧出力端子１９および第二高圧出力端子２０は、プラグブーツ５によって第一点火プラグ３および第二点火プラグ４とそれぞれ接続されている。
【００１７】
また、一次コイル１７および二次コイル１８は、磁気的に結合してトランスを構成している。
パワートランジスタ１２は、ＥＣＵ７からの駆動信号（後述する）に応じて、一次コイル１７に対する一次電流を通電および遮断する。
ここで、一次コイル１７に対する一次電流を遮断すると、自己誘導作用により、一次コイル１７のパワートランジスタ１２側には、正極性の電圧が発生し、一次コイル１７のバッテリ６側には、負極性の電圧が発生する。
【００１８】
また、このとき、相互誘導作用により、二次コイル１８には、一次コイル１７と対応した極性で高電圧（例えば、数十キロボルト）が発生する。すなわち、二次コイル１８の第一点火プラグ３側には、正極性の高電圧が発生し、二次コイル１８の第二点火プラグ４側には、負極性の高電圧が発生する。
なお、一次電流の通電を開始したときには、一次コイル１７および二次コイル１８ともに、一次電流を遮断したときとは逆極性の電圧が発生する。
【００１９】
バイアス回路１３は、整流ダイオード２１と、抵抗器２２と、コンデンサ２３（バイアス手段）と、ツェナーダイオード２４と、整流ダイオード２５とを有している。
整流ダイオード２１は、一次コイル１７とパワートランジスタ１２との間に接続されている。抵抗器２２は、整流ダイオード２１に直列接続されて電流を制限する。コンデンサ２３は、抵抗器２２に直列接続されている。ツェナーダイオード２４は、コンデンサ２３に対して並列に接続されて電圧を制限する。整流ダイオード２５は、一端がコンデンサ２３に直列接続されるとともに、他端がグランドに接続されている。
【００２０】
コンデンサ２３には、一次電流の遮断時に、一次コイル１７の自己誘導作用によって発生した正極性の電圧が印加される。コンデンサ２３は、ツェナーダイオード２４の制限電圧によって、所定のバイアス電圧（例えば、数百ボルト程度）に充電され、イオン電流を検出するための電源として機能する。すなわち、コンデンサ２３は、一次電流の遮断時に発生する電圧によってツェナーダイオード２４のアバランシェ電圧まで充電され、イオン電流の検出に必要なバイアス電圧を確保している。
【００２１】
イオン電流検出回路１４は、気筒２内の燃焼によって発生するイオンを、イオン電流として検出する。また、イオン電流検出回路１４は、検出したイオン電流をイオン電流検出信号としてＥＣＵ７に出力する。
【００２２】
第一ダイオード１５は、二次コイル１８とコンデンサ２３との間に設けられている。また、第一ダイオード１５は、イオン電流が流れる方向が順方向となるように接続されている。すなわち、第一ダイオード１５のアノードは、コンデンサ２３の正極性側に接続されている。また、第一ダイオード１５のカソードは、二次コイル１８の第一点火プラグ３側の端部（第一端部）と第一高圧出力端子１９との間に接続されている。
【００２３】
ここで、前述のように、一次電流を遮断すると、二次コイル１８の第一点火プラグ３側には、正極性の高電圧が発生し、二次コイル１８の第二点火プラグ４側には、負極性の高電圧が発生する。すなわち、一次電流を遮断すると、第二点火プラグ４から二次コイル１８を経由して第一点火プラグ３に点火電流（二次電流）が流れる。
第一ダイオード１５は、点火電流がイオン電流検出回路１４に流入することを防止し、イオン電流検出回路１４に高電圧が印加されることを防止している。
【００２４】
第二ダイオード１６は、第一ダイオード１５と二次コイル１８との間に設けられている。また、第二ダイオード１６は、点火電流が流れる方向が順方向となるように接続されている。すなわち、第二ダイオード１６のアノードは、二次コイル１８の第一点火プラグ３側の端部に接続されている。また、第二ダイオード１６のカソードは、第一ダイオード１５と第一高圧出力端子１９との接続点に接続されている。
【００２５】
ここで、前述のように、一次電流の通電を開始したときには、二次コイル１８の第一点火プラグ３側には、負極性の高電圧が発生し、二次コイル１８の第二点火プラグ４側には、正極性の高電圧が発生する。
第二ダイオード１６は、二次コイル１８の第一点火プラグ３側で発生する負極性の高電圧によって、コンデンサ２３に充電されたバイアス電圧が放電されることを防止している。
【００２６】
ＥＣＵ７には、イオン電流検出回路１４からイオン電流検出信号が入力されるとともに、各種センサ（図示せず）から種々の運転状態が入力される。
ＥＣＵ７は、イオン電流検出信号および運転状態に基づいて、内燃機関の燃焼状態を検出し、点火時期等を演算して、パワートランジスタ１２に対する駆動信号を出力する。
ここで、ＥＣＵ７は、ＣＰＵとプログラムを格納した記憶部とを有するマイクロプロセッサ（図示せず）で構成されている。
【００２７】
以下、上記構成の点火コイル装置１の動作について説明する。
まず、ＥＣＵ７は、イオン電流検出信号および運転状態に基づいて、パワートランジスタ１２に対する駆動信号を生成し、パワートランジスタ１２のベースに出力する。
パワートランジスタ１２は、駆動信号に応じて駆動され、一次コイル１７に対する一次電流を通電および遮断する。
【００２８】
ここで、一次電流が遮断された場合、一次コイル１７のパワートランジスタ１２側には、正極性の電圧が発生する。
このとき、コンデンサ２３は、一次コイル１７に発生した正極性の電圧によって、所定のバイアス電圧に充電される。
【００２９】
また、一次電流が遮断された場合、二次コイル１８の第一点火プラグ３側には、正極性の高電圧が発生し、二次コイル１８の第二点火プラグ４側には、負極性の高電圧が発生する。
このとき、第二点火プラグ４から二次コイル１８を経由して第一点火プラグ３に点火電流が流れ、第一点火プラグ３および第二点火プラグ４に対して、互いに逆極性の点火用の高電圧が印加される。
パワートランジスタ１２に入力される駆動信号と、第一点火プラグ３および第二点火プラグ４に印加される高電圧との関係を図３に示す。
【００３０】
続いて、第一点火プラグ３および第二点火プラグ４に印加された点火用の高電圧によって気筒２内で燃焼が生じると、コンデンサ２３に充電されたバイアス電圧が、第一ダイオード１５を介して第一点火プラグ３に印加される。イオン電流検出回路１４は、第一点火プラグ３を介して流れるイオン電流を検出する。
【００３１】
一方、一次電流の通電を開始した場合、二次コイル１８の第一点火プラグ３側には、負極性の高電圧が発生し、二次コイル１８の第二点火プラグ４側には、正極性の高電圧が発生する。
ここで、第一ダイオード１５と二次コイル１８との間に第二ダイオード１６が設けられているので、コンデンサ２３に充電されたバイアス電圧の放電が防止される。
【００３２】
このとき、コンデンサ２３に充電されたバイアス電圧は、第一ダイオード１５を介して第一点火プラグ３に印加され、イオン電流検出回路１４は、第一点火プラグ３を介して流れるイオン電流を検出する。
なお、第二ダイオード１６は、点火電流が流れる方向が順方向となるように接続されているので、第二ダイオード１６によって点火特性が悪化することはない。
【００３３】
ここで、第二ダイオード１６が設けられない場合には、一次電流の通電開始時に、二次コイル１８に発生する高電圧によって第一ダイオード１５に大きな電流が流れることを防止するために、第一ダイオード１５と直列に抵抗器を接続する必要がある。
しかしながら、この抵抗器は、イオン電流を検出する経路内に設けられるので、イオン電流の検出性を悪化させることが考えられる。
この実施の形態に係る点火コイル装置１では、第一ダイオード１５と二次コイル１８との間に第二ダイオード１６を設けることにより、第一ダイオード１５と直列に抵抗器を接続する必要がない。そのため、抵抗によるロスがなく、イオン電流の検出性を悪化させることがない。また、部品点数を増加させることもない。
【００３４】
この発明の実施の形態１に係る点火コイル装置１によれば、第一点火プラグ３および第二点火プラグ４を有する気筒２を備えた内燃機関において、第二ダイオード１６のアノードは、二次コイル１８の第一点火プラグ３側の端部に接続されている。また、第二ダイオード１６のカソードは、第一ダイオード１５と第一高圧出力端子１９との接続点に接続されている。
これにより、一次電流の通電開始時に、一次電流の遮断時とは逆極性の電圧が二次コイル１８に発生した場合であっても、第二ダイオード１６によってバイアス電圧の放電が阻止される。
そのため、一次電流の通電開始時であっても、バイアス電圧が放電されることなく、イオン電流を確実に検出することができる。
【００３５】
また、一次電流の通電開始時であってもイオン電流を検出することができるので、気筒２内が高温になることにより、点火プラグによる点火前に混合気が自然に燃焼を開始するプレイグニッションを検出することができる。また、一次電流の通電開始直後に発生する逆極性の電圧により、点火プラグが誤点火する事象を検出することができる。
【００３６】
また、第一高圧出力端子１９および第二高圧出力端子２０には、それぞれプラグブーツ５が装着され、第一高圧出力端子１９および第二高圧出力端子２０は、プラグブーツ５によって第一点火プラグ３および第二点火プラグ４とそれぞれ接続されている。
そのため、熱膨張による影響、イオン電流のロスおよびイオン電流に重畳するノイズを低減して、イオン電流をより確実に検出することができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態１では、第一高圧出力端子１９および第二高圧出力端子２０にそれぞれプラグブーツ５が装着されているとしたが、これに限定されない。
例えば、図４に示すように、イオン電流を検出する側の第一高圧出力端子１９にのみ、直接プラグブーツ５を装着して第一点火プラグ３と接続してもよい。このとき、第二高圧出力端子２０は、高圧ケーブル２６を介してプラグブーツ５が装着された第二点火プラグ４と接続されている。
この場合には、イオン電流を確実に検出するとともに、コストダウンを実現することができる。
また、高圧ケーブル２６を接続する以外にも、接続端子を簡素化して第二高圧出力端子２０と第二点火プラグ４とを接続することによっても、コストダウンを実現することができる。
【００３８】
また、上記実施の形態１では、点火コイル装置１に接続された第一点火プラグ３および第二点火プラグ４が単一の気筒２内に設けられているとしたが、これに限定されない。
例えば、図５に示すように、点火コイル装置１Ａに接続された第一点火プラグ３Ａおよび第二点火プラグ４Ａをそれぞれ気筒２Ａおよび気筒２Ｂに設け、点火コイル装置１Ｂに接続された第一点火プラグ３Ｂおよび第二点火プラグ４Ｂをそれぞれ気筒２Ｂおよび気筒２Ａに設けてもよい。
また、この構成において、点火コイル装置１Ａのパワートランジスタ１２Ａに入力される駆動信号の入力タイミングと、点火コイル装置１Ｂのパワートランジスタ１２Ｂに入力される駆動信号の入力タイミングとを互いにずらしてもよい。このとき、気筒２Ａ、２Ｂ内における点火タイミングに位相差が生じる。
パワートランジスタ１２Ａ、１２Ｂに入力される駆動信号と、第一点火プラグ３Ａ、３Ｂおよび第二点火プラグ４Ａ、４Ｂに印加される高電圧との関係を図６に示す。
この場合には、内燃機関の回転数等の運転状態に応じて点火タイミングの位相差を制御することにより、内燃機関の燃焼状態を改善し、燃焼効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関用点火コイル装置の気筒への取り付け状態を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る内燃機関用点火コイル装置を周辺機器とともに示す回路構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるパワートランジスタへの駆動信号と、第一点火プラグおよび第二点火プラグに印加される高電圧との関係を示すタイミングチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る内燃機関用点火コイル装置の気筒への取り付け状態を示す別の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る内燃機関用点火コイル装置の気筒への取り付け状態を示すさらに別の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるパワートランジスタへの駆動信号と、第一点火プラグおよび第二点火プラグに印加される高電圧との関係を示す別のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ａ、１Ｂ  点火コイル装置、２、２Ａ、２Ｂ  気筒、３、３Ａ、３Ｂ  第一点火プラグ、４、４Ａ、４Ｂ  第二点火プラグ、５  プラグブーツ、６  バッテリ、１１  コイル部、１２、１２Ａ、１２Ｂ  パワートランジスタ（スイッチング手段）、１４  イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）、１５  第一ダイオード、１６  第二ダイオード、１７  一次コイル、１８  二次コイル、１９  第一高圧出力端子、２０  第二高圧出力端子、２３  コンデンサ（バイアス手段）。
【図１】
2009085166.tif 000003
【図２】
2009085166.tif 000004
【図３】
2009085166.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2009085166.tif 000008