JP2000045924A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン電流を確実かつ精度よく検出できる内
燃機関用点火装置を提供する。 【解決手段】 混合気の燃焼により発生するイオンによ
って流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路４
を備えた点火装置において、点火プラグ１０の点火回路
２を、二次巻線Ｌ２に点火プラグ１０が接続された点火
コイル１２と、点火コイル１２の一次巻線Ｌ１に直列接
続されたコンデンサ１４と、バッテリＢＴの電圧を昇圧
してコンデンサ１４を充電する昇圧回路１５と、コンデ
ンサ１４及び一次巻線Ｌ１が形成する閉ループを断続す
るサイリスタ１６と、運転状態に応じて設定された点火
信号ＩＧが規定する期間の間、サイリスタ１６をターン
オンさせるトリガー信号ＴＧを一定放電間隔で繰り返し
出力するタイマ回路１８とにより、いわゆる容量放電
（ＣＤＩ）方式で多重放電を行うように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点火プラグの火花
放電後に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回
路を備えた内燃機関用点火装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の失火やノッキング
の他、内燃機関の各種運転状態（空燃比，空燃比のリー
ン限界，排気再循環量の限界等）を検出するために、内
燃機関の点火プラグの火花放電後に、点火プラグの電極
近傍に存在するイオンによって流れるイオン電流を利用
する技術が知られている。

【０００３】即ち、内燃機関のシリンダ内では、点火プ
ラグによる火花放電後の燃焼（火炎伝播）時にイオンが
発生し、このイオンの発生量に応じて点火プラグの電極
間の抵抗値が変化する。そして、イオンの発生量は、内
燃機関の燃焼状態、ひいては内燃機関の運転状態に応じ
て様々に異なる。このため、点火プラグへの点火用高電
圧印加後（つまり点火プラグの火花放電後）に、点火プ
ラグに対して外部から電圧を印加し、それによって流れ
るイオン電流を検出することにより、点火プラグの電極
間の抵抗値の変化（つまり運転状態の変化）を検出する
ことができるのである。

【０００４】このようなイオン電流検出回路は、例え
ば、特開平４−１９１４６５号公報等に開示されている
ように、点火コイルの一次巻線に流れる電流を、一次巻
線に直列接続されたパワートランジスタによりオン・オ
フ制御する、いわゆるフルトランジスタ型の点火回路に
適用されている。

【０００５】そして、フルトランジスタ型の点火回路で
は、図８に示すように、点火タイミングｔｓの前の時点
ｔｐでパワートランジスタをオン状態にして点火コイル
の一次巻線に電流を流し、その後、点火タイミングｔｓ
にて、パワートランジスタをターンオフし、このターン
オフ時に一次巻線の電流が遮断されることにより生じる
磁束の急激な変化によって、点火コイルの二次巻線に点
火用高電圧を誘起させ、この点火用高電圧を点火プラグ
に印加している。

【０００６】この場合、点火プラグでの火花放電は、電
極間を絶縁破壊する容量放電に続いて、誘導放電（アー
ク放電ともいう）が発生し、この誘導放電を含む火花放
電の放電持続時間τは、シリンダ内での燃焼状態と、点
火コイルのインダクタンス分とにより決まる。

【０００７】なお、エンジン始動時やアイドリング時な
どの低回転，軽負荷時での着火性を確保するには、放電
持続時間τを長く（２〜３ｍｓ程度）する必要があり、
この放電持続時間τが確保されるような大きさに点火コ
イルのインダクタンスは設定されている。

【０００８】そして、イオン電流の検出は、運転状態か
ら想定される燃焼状態と、コイルのインダクタンス分の
大きさとに基づいて放電持続時間の推定値Ｔａを算出
し、点火タイミングｔｓからこの推定値Ｔａが経過した
時点ｔｄにて行うのであるが、装置毎の燃焼状態（例え
ば点火タイミングから実際に着火するまでの時間）やイ
ンダクタンス分のばらつき等も考慮して、通常、算出値
に安全係数を乗じることにより、実際の放電持続時間τ
よりかなり長めに推定値Ｔａが設定されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、火花放電後の
燃焼時に発生したイオンは、着火後わずかな時間の間し
か存在しないため、高回転，重負荷時など着火性が良く
なる条件にある場合には、点火タイミング後すぐに着火
するため、イオンの存在期間（図中Ｂ，Ｃ期間を参照）
と放電持続時間とが重なり合ってしまい、イオン電流を
検出できなかったり、検出できたとしても検出レベルが
極めて小さく検出精度が劣化してしまうという問題があ
った。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するために、
イオン電流を確実かつ精度よく検出できる内燃機関用点
火装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１記載の発明は、内燃機関の気筒に装
着された点火プラグに点火用高電圧を印加して、該点火
プラグに火花放電を起こさせる点火手段と、該点火手段
の動作を制御する点火制御手段と、該点火制御手段が前
記点火手段を動作させた後に、前記点火用高電圧とは逆
極性の検出用高電圧を前記点火プラグに印加して、前記
点火プラグの電極間を流れるイオン電流を検出するイオ
ン電流検出手段とを備えた内燃機関用点火装置におい
て、前記点火手段は、電源に接続され放電用のエネルギ
ーを蓄積するコンデンサと、一次巻線が前記コンデン
サ，二次巻線が前記点火プラグと共にそれぞれ閉ループ
を形成するよう接続された点火コイルと、前記コンデン
サと前記一次巻線とを接続する電流経路を、各着火タイ
ミングにおいて予め設定された放電間隔で予め設定され
た放電期間中繰り返し断続するスイッチング手段とを備
え、前記点火制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて
放電期間を設定することを特徴とする。

【００１２】このように構成された本発明の内燃機関用
点火装置においては、点火制御手段が運転状態に応じて
（例えば、着火性の悪い低回転，軽負荷であるほど長
く、逆に着火性の良い高回転，重負荷であるほど短くな
るように）放電期間を設定する。この放電期間の間、ス
イッチング手段は、コンデンサと一次巻線とを接続する
電流経路を、各着火タイミングにおいて予め設定された
放電間隔で予め設定された放電期間中繰り返し断続す
る。なお、スイッチング手段により電流経路が遮断状態
にある時には、電源によって充電されることにより、コ
ンデンサには放電用のエネルギーが蓄積され、一方、電
流経路が接続状態に切り替わると、コンデンサに蓄積さ
れたエネルギーが放電されることにより、一次巻線に瞬
間的に大電流が流れ、二次巻線に点火用高電圧が発生す
る。

【００１３】つまり、点火制御手段が設定する放電期間
の間、点火プラグでは放電間隔毎に火花放電が繰り返さ
れ、いわゆる多重放電が行われることになる。そして、
この多重放電の終了後に、イオン電流検出回路が、点火
用高電圧とは逆極性の検出用高電圧を点火プラグに印加
して、この時、点火プラグの電極間を流れるイオン電流
を検出する。

【００１４】このように本発明では、点火回路として、
点火コイルの一次巻線に接続されたコンデンサを充放電
することにより二次巻線に点火用高電圧を発生させる、
いわゆる容量放電（ＣＤＩ）方式で多重放電を行うもの
用いており、しかも、その多重放電の放電期間を運転状
態に応じて制御するようにされている。

【００１５】なお、コンデンサにエネルギーを一旦蓄積
してから放電することにより一瞬の間だけ電流を流すＣ
ＤＩ方式では、一次巻線に一定期間の間電流を流し続け
なけばならないフルトランジスタ方式と比較して、点火
コイルの一次巻線への印加電圧を高く設定（通常、数１
００Ｖ）することができ、その分、二次巻線の巻数を少
なくして、二次巻線のインダクタンス（ひいては点火コ
イルの出力インピーダンス）を小さくすることができ
る。

【００１６】そして、二次巻線のインダクタンスが小さ
い場合、火花放電は、誘導放電に進むことなく容量放電
だけで終了するため、放電期間内に多重放電される各火
花放電の放電持続時間はいずれも短い。その結果、フル
トランジスタ型の点火回路を用いた場合のように誘導放
電の持続時間の間待機することなく、放電期間の終了直
後にイオン電流の検出を行うことができ、しかも、放電
期間は、運転状態に応じて必要最小限の長さに適宜設定
できるため、着火性のよい高回転，重負荷時でも、放電
期間がイオンの存在期間と重なり合ってしまうことがな
い。

【００１７】従って、本発明の内燃機関用点火装置によ
れば、イオン電流を確実かつ感度よく検出することがで
き、ひいては検出したイオン電流に基づいて行う各種制
御を精度よく行わせることができる。また、本発明の内
燃機関用点火装置では、二次巻線のインダクタンスが小
さくいので、１回の火花放電における放電持続時間が短
いだけでなく、二次巻線に誘起される点火用高電圧の立
ち上がりも早く、従って、点火プラグの電極間への電圧
印加時間が短い。このため、点火プラグの絶縁体表面に
付着したカーボンが、電圧印加時に電極間に生じる電界
によって移動，整列して電極間の絶縁抵抗の低下を引き
起こすいわゆる汚損が発生しにくい。

【００１８】しかも、点火プラグの絶縁抵抗に対して二
次巻線の出力インピーダンスを十分に小さくすることが
できるため、汚損等により点火プラグの電極間の絶縁抵
抗が多少低下したとしても、点火プラグへの印加電圧が
大きく低下してしまうことがなく、火花放電を確実に行
うことができ、汚損に強い点火装置を構成することがで
きる。

【００１９】更に、本発明の内燃機関用点火装置によれ
ば、着火性のよい高回転、重負荷時には、放電期間を短
くして放電回数を減らすことができるため、点火プラグ
の電極が無駄に消耗されることを防止することができ
る。なお、請求項２記載のように、放電期間は、放電期
間は、着火が十分に生じる程度には長く、一方でイオン
電流の検出が可能となる程度に短く設定されている必要
があり、また、請求項３記載のように、イオン電流検出
手段は、点火制御手段にて設定される放電期間の終了後
にイオン電流を検出する必要がある。

【００２０】但し、火花放電後に、火花放電しない程度
の電圧を点火プラグに印加した場合、図７に示すよう
に、火花放電が行われた直後からクランク上死点（ＴＤ
Ｃ）に達するまでの間に、プラグ周りの混合気の燃焼に
よるイオン乖離に基づく電流（第１のピーク）Ｐ１が検
出される他、その後、燃焼圧がピークとなるのとほぼ同
時期に、燃焼圧の増大やガス温の上昇に伴う生成物の熱
電離に基づく電流（第２のピーク）Ｐ２が検出され、し
かも、低回転，低負荷時には、第２のピークＰ２は現れ
ないか、又は非常に小さいことが知られている。

【００２１】そこで、このようなイオン電流を検出可能
とするために、請求項４記載のように、イオン電流検出
手段は、ＡＴＤＣ（上死点後）１８０°に達するまでの
期間内に前記イオン電流を検出することが望ましく、更
には、請求項５記載のように、イオン電流検出手段は、
ＴＤＣに達するまでの期間内にイオン電流を検出するこ
とがより望ましい。

【００２２】特に、ＴＤＣに達するまでの期間内にイオ
ン電流を検出するようにすれば、低回転，軽負荷時から
高回転，重負荷時まで、全運転域で確実にイオン電流を
検出することが可能となる。ところで、点火手段にて多
重放電を行うのは、ＣＤＩ方式のように火花放電の放電
持続時間が短い場合、火花放電にて燃焼室内で形成され
る火炎核が小さく、火炎核が成長することができずに失
火となりやすいため、火花放電を繰り返して火炎核を多
数形成することにより、各火炎核の相互作用で周囲に奪
われる熱量を少なくし、火炎核が成長し易い条件を作り
出して、着火性を向上させているのである。

【００２３】つまり、多重放電における火花放電の放電
間隔を変化させると、火炎核が相互作用する度合いも変
化して、着火性に影響を与えることが予想される。そこ
で、多重放電する際に、放電間隔を様々に設定して着火
性がどのように変化するのかを調べるために、運転限界
空燃比（Ａ／Ｆｕ）を測定する試験を行ったところ、図
５，６に示すような結果が得られた。

【００２４】ここで、運転限界空燃比（Ａ／Ｆｕ）と
は、一定条件下で駆動しているエンジンの空燃比（Ａ／
Ｆ）を除々に高く（即ち、リーン側に）してゆき、失火
によって生じる燃焼圧の変動率が１０％を越える状態と
なったときの空燃比のことである。

【００２５】また、試験には、自動車用の直列６気筒２
０００ｃｃエンジンを用い、第１の試験（図５参照）で
は、回転数２０００ｒｐｍ，吸気管内負圧−３５０ｍｍ
Ｈｇの条件下で、多重放電の継続時間Ｔｔ（＝Ｔｍ×
Ｎ）が２ｍｓとなるように火花放電の放電間隔Ｔｍ及び
放電回数Ｎを変化させ、また、第２の試験（図６参照）
では、回転数２０００ｒｐｍ，吸気管内負圧−１００ｍ
ｍＨｇの条件下で、多重放電の継続時間Ｔｔが１ｍｓと
なるように火花放電の放電間隔Ｔｍ及び放電回数Ｎを変
化させた。

【００２６】更に、評価の基準とするため、従来のフル
トランジスタ型の点火装置における運転限界空燃比（Ａ
／Ｆｕ）も測定した。この場合、火花放電は１回のみで
あり、エンジンの運転条件を調整することにより、火花
放電の放電持続時間τが、第１の試験の基準ではτ＝２
ｍｓ，第２の試験の基準ではτ＝１ｍｓとなるように設
定した。

【００２７】図５に示す第１の試験、即ち着火性が悪く
放電期間を長く（ここでは２ｍｓ）する必要がある低負
荷（吸気管内負圧−３５０ｍｍＨｇ）の場合も、また、
図６に示す第２の試験、即ち着火性が良く放電期間を短
く（ここでは１ｍｓ）できる高負荷（吸気管内負圧−１
００ｍｍＨｇ）の場合も、いずれの場合でも、放電間隔
Ｔｍが１００μｓ以下であれば、フルトランジスタ型の
点火回路を用いた従来装置と同程度の運転限界空燃比Ａ
／Ｆｕが得られ、放電間隔Ｔｍが３００μｓ以下であれ
ば、ほぼＡ／Ｆｕ≧２０となり、実用上十分に使用し得
ることがわかった。

【００２８】従って、請求項６記載のように、スイッチ
ング手段による放電間隔は、３００μｓ以下に設定され
ていることが望ましい。更には、放電間隔は１００μ以
下に設定されていることがより望ましく、この場合、従
来装置と比べて、運転限界空燃比（Ａ／Ｆｕ），ひいて
は着火性を低下させることなく、上述のイオン電流を確
実かつ高感度にて検出できるという効果を得ることがで
きる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、本発明が適用された内燃機関用点
火装置の概略構成図である。図１に示すように、本実施
例の内燃機関用点火装置は、内燃機関の各気筒毎に設け
られた点火プラグ１０を、点火信号ＩＧに従って火花放
電させる点火回路２と、点火回路２に電源供給するバッ
テリＢＴと、混合気の燃焼により点火プラグ１０の電極
近傍に発生するイオンによって流れるイオン電流を、検
出信号Ｓｄに従って検出するイオン電流検出回路４と、
点火回路２に点火信号ＩＧを出力すると共に、イオン電
流検出回路４に検出信号Ｓｄ及び後述する接地信号Ｓｇ
を出力する内燃機関制御用の電子制御装置（以下、ＥＣ
Ｕという）６と、イオン電流検出回路４の出力ＶioをＡ
Ｄ変換してＥＣＵ６の入力に適した信号Ｄioとする検出
回路８とを備えている。

【００３０】なお、ＥＣＵ６以外の構成は、内燃機関の
各気筒毎に設けられるものであるが、図１では、図面を
見やすくするために１気筒分のみを表している。そし
て、点火回路２は、点火プラグ１０に点火用高電圧を印
加する点火コイル１２を備えており、この点火コイル１
２の一次巻線Ｌ１には、コンデンサ１４が直列に接続さ
れている。また、この直列接続されたコンデンサ１４及
び一次巻線Ｌ１には、バッテリＢＴの電圧を昇圧してコ
ンデンサ１４の充電用電圧（本実施例では３００〜４０
０Ｖ程度）を生成する昇圧回路１５と、アノードがコン
デンサ１４側端に、カソードが一次巻線Ｌ１側端に接続
されたサイリスタ１６とが接続されている。更に、サイ
リスタ１６のゲートには、ＥＣＵ６からの点火信号ＩＧ
に従って、サイリスタ１６をターンオンさせるトリガー
信号ＴＧを出力するタイマ回路１８が接続されている。

【００３１】なお、点火コイル１２の二次巻線Ｌ２は、
一端が点火プラグ１０の中心電極に接続され、他端がイ
オン電流検出回路４に接続されており、点火プラグ１０
の外側電極は接地されている。また、二次巻線Ｌ２のイ
ンダクタンスをＬ［Ｈ］、二次巻線Ｌ２や配線の浮遊容
量，点火プラグ１０の負荷容量等を含む二次側回路の実
効負荷容量をＣ［Ｆ］とした場合に、点火コイル１２の
二次側回路は次の（１）式を満たすように設定されてい
る。

【００３２】 Ｌ・Ｃ≦２５０×１０^-12［ｓｅｃ²］ （１） このように構成された点火回路２では、サイリスタ１６
がオフ状態にある時に、昇圧回路１５が生成する充電電
圧によりコンデンサ１４が充電される。このようにコン
デンサ１４が充電された状態で、タイマ回路１８からの
トリガー信号ＴＧにより、サイリスタ１６がターンオン
すると、コンデンサ１４の充電電荷が放電され、コンデ
ンサ１４，サイリスタ１６，点火コイル１２の一次巻線
Ｌ１が形成する閉ループに瞬時的に大電流が流れる。こ
れにより、点火コイル１２の二次巻線Ｌ２に点火用高電
圧（本実施例では、３０〜４０ｋＶ）が発生し、この点
火用高電圧が点火プラグ１０の中心電極に印加され、点
火プラグ１０が火花放電することになる。

【００３３】なお、火花放電時に点火プラグ１０の中心
電極が負極性となるようにされており、従って、この火
花放電によって流れる火花放電電流Ｉspは、点火プラグ
１０から二次巻線Ｌ２に向けて流れる。また、タイマ回
路１８は、図２に示すように、点火信号ＩＧがHighレベ
ルである期間Ｔｔの間、トリガー信号ＴＧを放電間隔Ｔ
ｍ（本実施例では１００μｓ）にて繰り返し出力するよ
うに構成されており、従って、この間、点火プラグ１０
では放電間隔Ｔｍにて繰り返し火花放電が行われ、いわ
ゆる多重放電が行われることになる。つまり、トリガー
信号ＴＧは、多重放電を開始する点火タイミングｔｓ、
及び多重放電を継続させる時間（以下、多重放電継続時
間という）Ｔｔを規定するものである。

【００３４】次に、イオン電流検出回路４は、一端が接
地された抵抗２０と、この抵抗２０に並列接続されカソ
ードが接地されたダイオード２２と、抵抗２０及びダイ
オード２２の接地側とは反対側に直列接続されたコンデ
ンサ２４とを備えており、抵抗２０の両端電圧Ｖioが検
出回路８に入力されるように接続されている。また、こ
れらコンデンサ２４，抵抗２０，ダイオード２２が点火
コイル１２の二次巻線Ｌ２及び点火プラグ１０と共に形
成する閉ループにおいて、コンデンサ２４と点火コイル
１２の二次巻線Ｌ２との間には、火花放電電流Ｉspの流
れる方向を順方向とする充電用ダイオード２８が直列接
続され、この充電用ダイオード２８の両端を、ＥＣＵ６
からの検出信号Ｓｄに従って短絡する放電用スイッチ３
０が、充電用ダイオード２８と並列に接続されている。

【００３５】更に、イオン電流検出回路４には、これら
コンデンサ２４，抵抗２０，ダイオード２２，充電用ダ
イオード２８，放電用スイッチ３０からなる回路と並列
に、カソードが点火コイル１２の二次巻線Ｌ２との接続
端に接続され、アノードが接地されたツェナーダイオー
ド２６と、二次巻線Ｌ２との接続端にコレクタが接続さ
れると共にエミッタが接地され、ＥＣＵ６からベースに
入力される接地信号Ｓｇに従って、二次巻線Ｌ２との接
続端を接地するトランジスタ３２とが設けられている。

【００３６】このように構成されたイオン電流検出回路
４では、放電用スイッチ３０が開放されている時に、点
火コイル１２の二次巻線Ｌ２との接続端から接地端に向
けてのみ電流を流すことが可能となる。つまり、点火プ
ラグ１０の火花放電によって流れる火花放電電流Ｉsp
は、充電用ダイオード２８，コンデンサ２４，ダイオー
ド２２を通過する閉ループを流れ、同時にツェナーダイ
オード２６にツェナー電圧Ｖｚを発生させる方向に流れ
る。このため、コンデンサ２４は、火花放電電流Ｉspに
よって、ツェナーダイオード２６のツェナー電圧Ｖｚか
ら充電用ダイオード２８及びダイオード２２の各順方向
電圧Ｖｆだけ小さい電圧Ｖｃ（＝Ｖｚ−２×Ｖｆ）で充
電されることになる。

【００３７】一方、放電用スイッチ３０が閉じられ、充
電用ダイオード２８の両端が短絡された時には、抵抗２
０，コンデンサ２４，放電用スイッチ３０を通過する閉
ループを、接地端側から二次巻線Ｌ２との接続端側に向
けて電流を流すことが可能となり、抵抗２０の両端電圧
Ｖｄは、この閉ループを流れる検出電流Ｉｄの大きさに
応じたものとなる。

【００３８】この時、点火プラグ１０への印加電圧Ｖｐ
は、コンデンサ２４の充電電圧Ｖｃから抵抗２０での電
圧降下分だけ差し引いたもの（Ｖｐ＝Ｖｃ−Ｒｄ×Ｉ
ｄ；但し、Ｒｄは抵抗２０の抵抗値）となる。なお、こ
の印加電圧Ｖｐは、点火プラグ１０が火花放電しない程
度（例えば約１ｋＶ）とする必要があり、即ち、ツェナ
ーダイオード２６のツェナー電圧Ｖｚは、この印加電圧
Ｖｐに基づいて設定する必要がある。

【００３９】また、接地信号Ｓｇによってトランジスタ
３２が導通し、二次巻線Ｌ２との接続端が接地される
と、点火プラグ１０の電極に残存する電荷が放電され
る。次に、ＥＣＵ６が実行するメイン処理について説明
する。なお、ＥＣＵ６は、内燃機関の点火時期，燃料噴
射量，アイドル回転数等を総合的に制御するためのもの
であり、以下に説明するメイン処理以外に、内燃機関の
吸気管圧力（又は吸入空気量），エンジン回転速度，冷
却水温など各種運転状態を検出する運転状態検出処理等
を行っている。

【００４０】図３に示すように、本処理が起動される
と、まずＳ１１０では、別途実行される運転状態検出処
理にて検出された運転状態を読み込み、続くＳ１２０で
は、Ｓ１１０にて読み込んだ運転状態に従って、多重放
電を開始する点火タイミングｔｓ、及び多重放電継続時
間Ｔｔを設定する。

【００４１】なお、これら点火タイミングｔｓ及び多重
放電継続時間Ｔｔは、運転状態を表すパラメータとの関
係を規定する計算式に基づいて算出してもよいし、予め
実験的に求めた結果をテーブルにしてＲＯＭ等に記憶し
ておき、このテーブルから運転状態を表すパラメータを
参照値として読み込むことで設定してもよい。そして、
概略的には、吸入空気量等に基づいて推定される負荷が
高いほど、またエンジン回転数が高いほど、点火タイミ
ングｔｓが進角し、また多重放電継続時間Ｔｔが短くな
るように設定される。但し、点火タイミングｔｓ及び多
重放電継続時間Ｔｔは、クランク角度に換算した値で設
定される。

【００４２】続くＳ１３０では、図示しないクランク角
センサからの検出結果に基づいて、Ｓ１２０にて設定さ
れた点火タイミングｔｓであるか否かを判断し、否定判
定された場合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、点火タイミングｔｓとなり肯定判定さ
れた場合は、Ｓ１４０に移行して、点火信号ＩＧをオン
（High）レベルに設定することにより、タイマ回路１８
に、トリガー信号ＴＧの出力を開始させる。

【００４３】続くＳ１５０では、先のＳ１３０にて点火
タイミングｔｓとなった後、先のＳ１２０にて設定され
た多重放電継続時間Ｔｔが経過したか否かを判断し、否
定判定された場合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、多重放電継続時間Ｔｔが経過し、
肯定判定されると、Ｓ１６０に移行して、点火信号ＩＧ
をオフ（Low） レベルに設定することにより、タイマ回
路１８に、トリガー信号ＴＧの出力を停止させる。

【００４４】続くＳ１７０では、点火信号ＩＧがオフレ
ベルにされた後、予め設定された待機時間Ｔｗが経過し
たか否かを判断し、否定判定された場合は同ステップを
繰り返し実行することで待機する。そして、待機時間Ｔ
ｗが経過して肯定判定されると、Ｓ１８０に移行する。

【００４５】なお、待機時間Ｔｗは、点火信号ＩＧをLo
w レベルとすると同時にサイリスタ１６がターンオンし
た場合を想定して、点火プラグ１０での火花放電後に点
火コイル１２の二次側回路に発生する電圧減衰振動が十
分に収束し、しかも、クランク上死点（ＴＤＣ）を越え
ることがないような長さに設定される。但し、ここでは
待機時間Ｔｗを固定値としているが、点火タイミングｔ
ｓや多重放電継続時間Ｔｔと同様に、運転状態に応じて
可変設定するようにしてもよい。

【００４６】そして、Ｓ１８０では、予め決められた検
出期間の間だけ、検出信号ＳｄをHighレベルとすること
により放電用スイッチ３０を作動させて充電用ダイオー
ド２８の両端を短絡する。この検出期間は、イオン電流
Ｉioが正常に流れた場合に、コンデンサ２４の電荷がす
べて放電されるような長さに設定することが望ましい。

【００４７】続くＳ１９０では、検出期間（検出信号Ｓ
ｄがHighレベル）の間に、抵抗２０の両端電圧ＶioをＡ
Ｄ変換してなる検出値Ｄioを検出回路８から読み込む。
そして、検出期間が終了すると、Ｓ２００にて、接地信
号Ｓｇを出力してトランジスタ３２を導通させ、点火プ
ラグ１０に残存する電荷を放電させた後、本処理を終了
する。

【００４８】即ち、図４に示すように、本実施例におい
ては、点火タイミングｔｓにて点火信号ＩＧがオンレベ
ルに切り替わり（Ｓ１３０，１４０）、トリガー信号Ｔ
Ｇの出力が開始されると、以後、多重放電継続時間Ｔｔ
の間、トリガー信号ＴＧに従って、サイリスタ１６がタ
ーンオンすることにより、点火コイル１２を介して点火
用高電圧が点火プラグ１０の中心電極に印加され、点火
プラグ１０では、放電間隔Ｔｍ毎に火花放電が行われ
る。

【００４９】この火花放電時に点火コイル１２の二次側
回路に流れる火花放電電流Ｉspは、ツェナーダイオード
２６にツェナー電圧Ｖｚを発生させると共に、充電用ダ
イオード２８を介してコンデンサ２４に供給されコンデ
ンサ２４を充電する。また、この時、点火コイル１２の
一次側回路では、コンデンサ１４の放電電流がゼロにな
り、サイリスタ１６が自動的にターンオフすると、次の
火花放電までの間に、昇圧回路１５が生成する充電電圧
によってコンデンサ１４は速やかに充電される。

【００５０】そして、点火タイミングｔｓ後、多重放電
継続時間Ｔｔが経過して点火信号ＩＧがオフレベルに切
り替わることにより（Ｓ１５０，Ｓ１６０）トリガー信
号ＴＧの出力が停止される。更にその後、待機時間Ｔｗ
が経過して検出信号ＳｄがHighレベルに切り替わり（Ｓ
１７０，Ｓ１８０）、放電用スイッチ３０が作動して充
電用ダイオード２８の両端が短絡されると、以後、検出
信号ＳｄがHighレベルに保持される検出期間Ｔｄの間、
コンデンサ２４の放電により点火プラグ１０の電極間に
検出用高電圧が印加され、点火プラグ１０の電極間のイ
オン量に応じたイオン電流Ｉioが流れる。

【００５１】この検出期間Ｔｄの間に、イオン電流Ｉio
が抵抗２０を流れることにより生じる抵抗２０の両端電
圧Ｖioを検出回路８がＡＤ変換し、その変換結果をイオ
ン電流検出値ＤioとしてＥＣＵ６が読み込む（Ｓ１９
０）。なお、ＥＣＵ６に読み込まれたイオン電流検出値
Ｄioは、例えば、内燃機関の失火やノッキングの発生を
判定するためや、内燃機関の各種運転状態（空燃比，空
燃比のリーン限界，排気再循環量の限界等）を判定する
ため等に用いられる。

【００５２】その後、検出期間Ｔｄが終了して、接地信
号Ｓｇが出力されると（Ｓ２００）、トランジスタ３２
によって、イオン電流検出回路４の二次巻線Ｌ２との接
続端が接地され、例えば失火等、十分なイオン電流Ｉio
が流れないことにより、点火プラグ１０の電極に残存し
てしまった電荷が確実に放電される。

【００５３】以上説明したように、本実施例の内燃機関
用点火装置においては、点火回路２が、１回の火花放電
における放電持続時間の短いＣＤＩ方式により多重放電
を行うように構成され、しかも、その多重放電継続時間
Ｔｔ（換言すれば、火花放電の回数）を、内燃機関の運
転状態に応じて、着火性の悪い低回転，軽負荷であるほ
ど長く（多く）、逆に高回転，重負荷であるほど短く
（少なく）設定するようにされている。

【００５４】従って、本実施例の内燃機関用点火装置に
よれば、運転状態に応じて必要最小限の長さに設定され
る多重放電継続時間Ｔｔの経過後に、速やかにイオン電
流の検出を行うことができるため、常に放電持続時間の
長い火花放電が行われる従来のフルトランジスタ型の点
火回路を備えた従来装置とは異なり、特に着火性のよい
高回転，重負荷時に火花放電の放電期間とイオンの存在
期間とが重なり合ってしまうようなことがなく、イオン
電流を確実かつ感度よく検出することができ、ひいては
検出したイオン電流に基づいて行う各種制御を精度よく
実行させることができる。

【００５５】しかも、本実施例の内燃機関用点火装置に
よれば、多重放電の放電間隔Ｔｍが１００μｓに設定さ
れているので、フルトランジスタ型の点火回路を備えた
従来装置と同等の着火性を保持することができる。な
お、本実施例において、点火回路２が点火手段、イオン
電流検出回路４及びＳ１７０〜Ｓ２００がイオン電流検
出手段、Ｓ１１０〜Ｓ１６０が点火制御手段、サイリス
タ１６がスイッチング素子、タイマ回路１８がスイッチ
ング手段に相当する。

【００５６】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様
々な態様にて実施することができる。例えば、上記実施
例では、タイマ回路１８は、点火信号ＩＧがオンレベル
の間だけトリガー信号ＴＧを出力するように構成されて
いるが、点火信号ＩＧの代わりに出力すべきトリガー信
号ＴＧの数をタイマ回路１８に供給し、タイマ回路１８
では、その数だけトリガー信号ＴＧを出力するように構
成してもよい。

【００５７】また、上記実施例では、放電間隔Ｔｍを１
００μｓとしたが、この放電間隔Ｔｍは３００μｓ以
下、且つ、昇圧回路１５からの充電電圧による充電を完
了するのに要する時間以上に設定されていればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の内燃機関用点火装置の全体構成を表
す回路図である。

【図２】 点火回路の動作を表すタイミング図である。

【図３】 ＥＣＵが実行する処理の内容を表すフローチ
ャートである。

【図４】 実施例の点火装置全体の動作を表すタイミン
グ図である。

【図５】 運転限界空燃比を測定した結果を表すグラフ
である。

【図６】 運転限界空燃比を測定した結果を表すグラフ
である。

【図７】 イオン電流の検出タイミングを説明するため
の波形図である。

【図８】 従来装置の問題点を表す説明図である。

【符号の説明】

２…点火回路 ４…イオン電流検出回路 ８…
検出回路 １０…点火プラグ １２…点火コイル １４…コン
デンサ １５…昇圧回路 １６…サイリスタ １８…タイ
マ回路 ２０…抵抗 ２２…ダイオード ２４…コン
デンサ ２６…ツェナーダイオード ２８…充電用ダイオード ３０…放電用スイッチ ３２…トランジスタ ＢＴ…バッテリ Ｌ１…一次巻線 Ｌ２…二次
巻線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の気筒に装着された点火プラグ
   に点火用高電圧を印加して、該点火プラグに火花放電を
   起こさせる点火手段と、 該点火手段の動作を制御する点火制御手段と、 該点火制御手段が前記点火手段を動作させた後に、前記
   点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧を前記点火プラ
   グに印加して、前記点火プラグの電極間を流れるイオン
   電流を検出するイオン電流検出手段とを備えた内燃機関
   用点火装置において、 前記点火手段は、 電源に接続され放電用のエネルギーを蓄積するコンデン
   サと、 一次巻線が前記コンデンサ，二次巻線が前記点火プラグ
   と共にそれぞれ閉ループを形成するよう接続された点火
   コイルと、 前記コンデンサと前記一次巻線とを接続する電流経路
   を、各着火タイミングにおいて予め設定された放電間隔
   で予め設定された放電期間中繰り返し断続するスイッチ
   ング手段とを備え、 前記点火制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて放電
   期間を設定することを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 【請求項２】 前記放電期間は、着火が十分に生じる程
   度には長く、一方で前記イオン電流の検出が可能となる
   程度に短く設定されていることを特徴とする請求項１記
   載の内燃機関用点火装置。
3. 【請求項３】 前記イオン電流検出手段は、前記点火制
   御手段にて設定される放電期間の終了後に前記イオン電
   流を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記
   載の内燃機関用点火装置。
4. 【請求項４】 前記イオン電流検出手段は、ＡＴＤＣ１
   ８０°に達するまでの期間内に前記イオン電流を検出す
   ることを特徴とする請求項３記載の内燃機関用点火装
   置。
5. 【請求項５】 前記イオン電流検出手段は、ＴＤＣに達
   するまでの期間内に前記イオン電流を検出することを特
   徴とする請求項３記載の内燃機関用点火装置。
6. 【請求項６】 前記スイッチング手段の放電間隔は、３
   ００μｓ以下に設定されていることを特徴とする請求項
   １乃至請求項５いずれか記載の内燃機関用点火装置。