JP2001006843A

JP2001006843A - 内燃機関用点火装置

Info

Publication number: JP2001006843A
Application number: JP11173033A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Suzuki; 隆博鈴木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の振動や導通経路上の接触抵抗に影
響されることなく、点火用高電圧を確実に点火プラグに
印加することができる内燃機関用点火装置を提供する。【解決手段】内燃機関用点火装置１は、点火プラグ２
１と点火コイル２３にて構成される火花放電発生部１１
と、電源供給するバッテリＢＴと、イオン電流を検出す
るイオン電流検出部１３と、点火信号ＩＧを出力すると
共に検出信号Ｓｄを出力する電子制御装置（ＥＣＵ）１
５と、イオン電流検出部１３の出力をＡＤ変換する変換
回路１７とを備えている。点火プラグ２１と点火コイル
２３は、珪素鋼板からなるケース５１ａに収納され、ケ
ース５１ａ内で、点火コイル２３の高電圧出力端子７７
と端子電極２１ｃとが固着されて電気的に接続されてい
る。ケース５１ａは固定部６３が設けられており、上部
および下部がエンジンヘッド７１に接した状態でエンジ
ンヘッド７１に固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点火コイルにて発
生する点火用高電圧を点火プラグに印加して、その点火
プラグにおける放電ギャップにて火花放電を発生させる
内燃機関用点火装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジン等に使用される内燃機関
において、混合気への点火に用いられる点火プラグは、
一般的に、絶縁体の軸孔に挿設された中心電極と、該絶
縁体の外側に設けられた主体金具と、該中心電極と対向
するように配置されて放電ギャップを形成する接地電極
と、該絶縁体の軸孔に挿設されると共に該中心電極の一
端に電気的に接続される端子電極とを備えることにより
構成されている。そして、このような点火プラグは、高
電圧発生手段（一次コイル及び二次コイル等）を備えた
点火コイルに組み付けられることにより内燃機関用点火
装置を構成し、その結果、点火コイルにて発生する点火
用高電圧を点火プラグに印加することで、その点火プラ
グの放電ギャップにて火花放電を発生させて、燃焼室内
の混合気を燃焼させるのである。

【０００３】ここで、従来より、内燃機関用点火装置を
構成する点火コイルと点火プラグとは、点火コイルの二
次巻線と電気的に接続された導電材からなるスプリング
の一端を、点火プラグの端子電極の表面に当接させるよ
うにして組付けることにより、両者の電気的な接続を図
って、点火用高電圧の導通経路を確保することが広く知
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関用
点火装置は、従来より、内燃機関（エンジンヘッド）本
体に取り付けられて使用されるものである。そのため
に、上述した内燃機関用点火装置にあっては、内燃機関
の運転状態や路面状況（路面の凹凸）等により内燃機関
に振動が及ぶ（以下このような現象を、「内燃機関の振
動」という）と、その影響からスプリングのダンピング
が発生することがある。このとき、スプリングと端子電
極の表面とは当接されることにより電気的な接続を図っ
ていることから、スプリングのダンピングによっては、
スプリングと端子電極とが離れて再度接触するといった
繰り返しを生じてしまうおそれがある。その結果、内燃
機関の振動時において、スプリングと端子電極との間で
接触不良が起こり、点火コイルにて発生する点火用高電
圧が点火プラグに印加される際の導通経路が確保できず
に、点火プラグの放電ギャップにて正常な火花放電の発
生が妨げられてしまうおそれがある。

【０００５】また、従来からの内燃機関用点火装置で
は、導電材同士が、すなわちスプリングと端子電極とが
当接することで電気的に接続されているが、内燃機関の
経時変化に伴いスプリングと端子電極とが酸化されるこ
とがあると、スプリングと端子電極とが接触する部分に
まで酸化の影響が及ぶことが考えられる。その結果、ス
プリングと端子電極との間の接触抵抗、すなわち、点火
プラグと点火コイルとの導通経路上での接触抵抗が増大
してしまい、点火コイルにて所定の昇圧された点火用高
電圧が点火プラグに印加される際に悪影響を及ぼしてし
まう可能性があり、その結果、点火プラグの放電ギャッ
プにて正常な火花放電の発生が妨げられてしまうおそれ
がある。

【０００６】そこで本発明は、上記の問題点を解決する
ために、内燃機関の振動や導通経路上の接触抵抗に影響
されることなく、点火コイルにて発生する点火用高電圧
を確実に点火プラグに印加することができる内燃機関用
点火装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載の発明は、絶縁体の軸孔に
挿設された中心電極と、該絶縁体の外側に設けられた主
体金具と、該中心電極と対向するように配置されて放電
ギャップを形成する接地電極と、該絶縁体の軸孔に挿設
されると共に該中心電極の一端に電気的に接続される端
子電極とを備える点火プラグと、一次巻線と二次巻線を
備えると共に、該二次巻線にて発生した点火用高電圧を
前記点火プラグの端子電極に印加するための高電圧出力
端子を備える点火コイルと、を備えた内燃機関用点火装
置であって、前記点火コイルの高電圧出力端子と、前記
点火プラグの端子電極とが、固着された状態で電気的に
接続されて構成されたことを特徴とする。

【０００８】このように構成された本発明（請求項１）
の内燃機関用点火装置においては、点火コイルの一次巻
線への一次電流通電後に二次巻線にて発生した点火用高
電圧を、高電圧出力端子を介して、点火プラグの中心電
極の一端に接続された端子電極に印加して中心電極と接
地電極により形成された放電ギャップにて火花放電を起
こし、燃焼室内の混合気を燃焼させるものとなる。

【０００９】このとき、点火コイルの高電圧出力端子
と、点火プラグの端子電極とが固着された状態で電気的
に接続されているため、内燃機関の振動の影響によって
も、高電圧出力端子と端子電極とが離れて再度当接する
といったような繰り返しを生じて、接触不良を生ずるこ
とがない。すなわち、本発明は、点火コイルの高電圧出
力端子と点火プラグの端子電極とが当接することにより
電気的に接続されておらず、内燃機関の振動の影響によ
ってもスプリングが端子電極から離れる（移動する）こ
とがないように固着された状態で電気的に接続されてい
るものである。

【００１０】したがって、本発明によれば、内燃機関の
振動時にあっても、点火コイルにて発生する点火用高電
圧を確実に点火プラグに印加することができると共に、
正常な火花放電を常に提供することができる。さらに、
本発明によれば、点火コイルの端子電極と、点火プラグ
の端子電極とが固着された状態で接続されていることか
ら、内燃機関の経時変化に伴い、高電圧出力端子と端子
電極とが酸化されることがあった場合にも、高電圧出力
端子と端子電極との接触する部分が固着（即ち、密着）
していることから、酸化の影響を受けることが少なくな
る。その結果、高電圧出力端子と端子電極との間の接続
抵抗が増大する可能性が少なく、点火プラグの放電ギャ
ップにて正常な火花放電を提供することができる。

【００１１】ところで、近年では、自動車の高性能化に
伴って多くの補機類品がエンジンルーム内に搭載される
関係上、エンジンルーム内におけるスペースを有効に確
保しようとする傾向にある。そこで、エンジンヘッドの
プラグホール内のスペースを有効利用すべく、点火コイ
ルおよび点火プラグをプラグホール内に収容することに
より、エンジンルーム内のスペースを確保することが提
案されている。この場合には、一般的に、主体金具の外
周面に形成されたネジ部をエンジンヘッドにねじ込むこ
とで点火プラグを固定して、点火コイルと点火プラグを
プラグホール内に収容している。

【００１２】しかしながら、前述したように点火コイル
と点火プラグとをプラグホールに収容した場合にあって
は、点火プラグは主体金具の外周面に形成されたネジ部
によりエンジンヘッドに安定に保持されるが、点火コイ
ルについてはその点火プラグに組み付けられることで保
持されるのみである。

【００１３】そこで、請求項１に記載の内燃機関用点火
装置においては、請求項２に記載の発明のように、前記
点火コイルと前記点火プラグとが、軸方向に対して回転
不能に一体化されるようにするとよい。請求項２に記載
の内燃機関用点火装置においては、点火コイルと点火プ
ラグとの組み付けにおいて、両者が軸方向に対して回転
不能に一体化されていることから、内燃機関の振動の影
響により、点火コイルと点火プラグとの組み付け自体が
緩慢になることがない。また、点火コイルと点火プラグ
とは別体ではなく、常に一体となった形で内燃機関の振
動の影響を受けるようになる。このことから、点火コイ
ルの高電圧出力端子と点火プラグの端子電極とが固着さ
れた状態で接続される部分は、内燃機関の振動に対して
も安定した状態で保持されることになり、その結果、高
電圧出力端子と端子電極との接触不良の発生をより確実
に防止することができる。

【００１４】尚、請求項２の内燃機関においては、請求
項３に記載のように、内部に前記点火コイルを収納する
ケースを備え、そのケースの一端部を、前記点火プラグ
の主体金具に軸方向に対して回転不能に一体化させるこ
とにより、点火コイルと点火プラグとを一体化させるこ
とが出来る。

【００１５】なお、このような内燃機関用点火装置で
は、点火プラグの取付け位置に対して点火コイルの重心
が高くなる傾向にある。そのために、大きい内燃機関の
振動が長時間及ぶことがあると、点火プラグの主体金具
に形成されたネジ部の基端（いわゆるネジ首）に振動に
より発生する応力が大きくかかってネジ首が破損してし
まうことや、あるいは、接地電極が折れてしまうという
ことが考えられる。

【００１６】そこで、請求項４に記載の発明のように、
ケースに、エンジンヘッドに固定するための固定部を設
けるようにするとよい。つまり、請求項４に記載の内燃
機関用点火装置では、点火プラグと軸方向に回転不能に
一体化される点火コイルを収納してなるケースに固定部
を設けることによってエンジンヘッドに固定されるの
で、内燃機関用点火装置の取り付け位置に対する点火コ
イルの重心を低くすることが可能となる。さらに、エン
ジンヘッドに固定するための固定部を設けることから、
点火プラグの主体金具の外周部にネジ部を形成して、エ
ンジンヘッドにねじ込むことにより固定する必要が無く
なる。それにより、内燃機関の振動が例え大きく及んだ
としても、その振動から発生する応力によりネジ首が破
損するといったおそれがなく、また接地電極が折れてし
まうといったことを防止することができ、内燃機関用点
火装置を安定した状態で内燃機関に固定することができ
る。

【００１７】また、内燃機関用点火装置が取り付けられ
る内燃機関の燃焼室内においては、燃料への着火性を高
めるために、混合気の乱流（スワール流やタンブル流）
を起こすことで、燃料を均一に拡散するようにしている
が、この乱流の方向に対する点火プラグの接地電極の方
向が、燃料への着火性に影響していることが知られてい
る。混合気は、中心電極と接地電極により形成される放
電ギャップにて発生する火花放電に触れることで燃焼さ
れるが、混合気の乱流の方向によっては、接地電極が火
花放電に触れることを妨げてしまうことがあり、混合気
への着火性を劣らせてしまう場合がある。これに対し
て、混合気の乱流の方向に対し、火花放電の側方に接地
電極が配置される場合には、混合気の乱流に火花放電を
直接さらすことができるため、混合気への着火性が優れ
ることが知られている。

【００１８】そこで、請求項４に記載の内燃機関用点火
装置においては、請求項５に記載の発明のように、点火
プラグの接地電極の方向が、前記固定部の位置に対して
一定方向であるようにするとよい。つまり、エンジンヘ
ッドに取付けるための固定部の位置を考慮して、点火コ
イルと点火プラグとを回転不能に一体化することによ
り、その固定部をエンジンヘッドの所定の位置に取り付
けるだけで、点火プラグの接地電極の方向を定めること
が可能となる。すなわち、固定部に対して点火プラグの
接地電極の方向を予め決めた一定方向に合わせ、点火プ
ラグと点火コイルとを回転不能に一体化することによ
り、燃焼室内における接地電極の方向を任意に決めるこ
とが可能となるのである。

【００１９】したがって、本発明によれば、燃焼室内に
おける混合気の乱流の方向に適した方向に、接地電極を
配置することで、着火性の優れた内燃機関用点火装置を
実現することが可能となるのである。さらに、請求項６
に記載の内燃機関用点火装置のように、前記主体金具の
ネジ部の基端側に、燃焼室の気密性を保つためのシール
リングを備えるようにするとよい。

【００２０】この請求項６に記載の発明によれば、シー
ルリングを備えることによって、内燃機関の振動に対す
る内燃機関用点火装置のエンジンヘッドへの固定をより
安定させ、さらには、燃焼室内の気密性を高め、点火に
より燃焼された混合ガス、すなわち燃焼ガスの漏れを少
なくすることができる。また、シールリングを設けるこ
とにより、点火プラグが受ける熱をエンジンヘッドに放
出しやすくすることもできる。

【００２１】次に、上述の請求項１から請求項６のいず
れかに記載の内燃機関用点火装置は、請求項７のよう
に、点火用高電圧により点火プラグの放電ギャップにて
火花放電を発生させた後、点火用高電圧とは逆極性の検
出用高電圧を、点火コイルの高電圧端子を介して点火プ
ラグの高圧端子電極に印加して、放電ギャップを流れる
イオン電流を検出するイオン電流検出手段を組み合わせ
た場合においても、効果を発揮することができる。

【００２２】従来より、内燃機関において、混合気への
点火を行うための内燃機関用点火装置に、イオン電流検
出手段を付加することで、内燃機関の失火やノッキング
などの燃焼状態を検出する技術が知られている。このイ
オン電流とは、点火プラグの中心電極と接地電極により
形成される放電ギャップにおける火花放電による混合気
の燃焼後に、検出用高電圧を点火プラグに印加した際に
その放電ギャップに流れる電流のことである。これは、
火花放電による混合気の燃焼に伴い、点火プラグの放電
ギャップに電離作用によるイオンが発生するため、点火
プラグに検出用高電圧を印加した際にその放電ギャップ
に電流が流れるのである。そして、イオンの発生量は、
内燃機関の燃焼状態や運転状態によって変化することが
知られている。このことから、放電ギャップに発生する
イオンの発生量を検出することにで、火花放電による混
合気の燃焼が正常に行われたか否かの判定（失火判定）
や、内燃機関の燃焼状態や運転状態を検出することがで
きるのである。

【００２３】ところで、イオン電流は上述したように火
花放電後に検出用高電圧を点火プラグに印加することに
より流れるものであって、すなわち、検出用高電圧は点
火コイルの高電圧出力端子を介して、点火プラグの端子
電極に印加されるのが一般的である。そこで、本発明の
内燃機関用点火装置においては、上述したように点火コ
イルの高電圧出力端子と点火プラグの端子電極とが固着
された状態で電気的に接続されていることから、イオン
電流を検出するための検出用高電圧が印加される時に、
内燃機関の振動が生じたとしても、高電圧出力端子と端
子電極とが離れて再度当接するといったような繰り返し
を生じて、接触不良を生ずることがない。

【００２４】それにより、検出されるイオン電流波形に
ノイズが合成されてしまい、ノッキングによる波形とノ
イズによる波形との判別が困難となり、ノッキングの検
知性に悪影響を及ぼしてしまうといったことを有効に防
止することができる。さらには、内燃機関の経時変化に
伴い、高電圧出力端子と端子電極とが酸化されることが
あった場合にも、上述したように高電圧出力端子と端子
電極とが接触する部分は固着（即ち、密着）しているこ
とから、酸化の影響を受けることが少なく、高電圧出力
端子と端子電極との間の接触抵抗が増大する可能性が少
ない。その結果、接触抵抗の増大の影響により、検出さ
れるイオン電流の波形が小さくなってしまい、誤って失
火判定をしてしまうといったことを有効に防止すること
ができる。したがって、本発明によればイオン電流の検
出についても、常に良好に行うことができるものとな
る。

【００２５】

【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、第１実施例の内燃機関用点火装置
１の構成を表す電気回路図である。図１に示すように、
内燃機関用点火装置１は、外部から入力される点火信号
ＩＧに従って、内燃機関の各気筒毎に設けられた点火プ
ラグ２１を火花放電させる火花放電発生部１１と、火花
放電発生部１１に電源供給するバッテリＢＴと、火花放
電によって点火プラグ２１の電極付近に発生したイオン
により流れるイオン電流を、外部から入力される検出信
号Ｓｄのタイミングで検出するイオン電流検出部１３
と、火花放電発生部１１に点火信号ＩＧを出力すると共
に、イオン電流検出部１３に検出信号Ｓｄを出力する内
燃機関制御用の電子制御装置（以下、ＥＣＵという）１
５と、イオン電流検出部１３の出力をＡＤ変換してＥＣ
Ｕ１５の入力に適した信号とする変換回路１７とを備え
ている。

【００２６】なお、ＥＣＵ１５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、ここでは、図面
を見やすくするために１気筒分のみを表している。ま
た、火花放電発生部１１は、内燃機関の各気筒（図では
１気筒のみを表す）毎に設けられる点火プラグ２１と、
点火プラグ２１に点火用高電圧を印加する点火コイル２
３とを備えている。そして、点火コイル２３の一次巻線
Ｌ１は、一端にバッテリ電圧Ｖｂが印加され、他端が点
火信号ＩＧに応じてオン・オフされるパワートランジス
タ２５を介して接地されている。また、点火コイル２３
の二次巻線Ｌ２は、一端が点火プラグ２１の中心電極２
１ａに接続され、他端がイオン電流検出部１３に接続さ
れている。なお、点火プラグ２１の接地電極２１ｂは接
地されている。

【００２７】このように構成された火花放電発生部１１
では、点火信号ＩＧがハイレベルであるときに、パワー
トランジスタ２５がオンして、点火コイル２３の一次巻
線Ｌ１に電流が流れる。その後、点火信号ＩＧがローレ
ベルになり、パワートランジスタ２５がターンオフする
と、点火コイル２３の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発
生して、この点火用高電圧が点火プラグ２１の中心電極
２１ａに印加されて、点火プラグ２１が火花放電するこ
とになる。なお、火花放電時に点火プラグ２１の中心電
極２１ａ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２１から二次巻線Ｌ２に向けて流れる。

【００２８】なお、本第１実施例の内燃機関用点火装置
では、点火プラグ２１の端子電極と、点火コイル２３に
て発生される点火用高電圧を印加するための高電圧出力
端子とが、固着されて電気的に接続されていることが重
要である。そこで、この構成を、図２を用いて以下に説
明する。

【００２９】図２に示すように、まず、本第１実施例の
内燃機関用点火装置は、強磁性体である珪素鋼板にて形
成された円筒部５３とコネクタ部５７とからなるケース
５１の内部に、点火コイル２３および接続ジョイント部
５５が収納されて構成されている。なお、接続ジョイン
ト部５５は、後述する点火プラグ２１の端子電極２１ｃ
および点火コイル２３の高電圧出力端子７７との固着を
円滑に行うための媒体として備えられており、絶縁性材
料にて形成されている。

【００３０】詳細に説明すると、接続ジョイント部５５
の下部には貫通孔５５ａが設けられ、この貫通孔５５ａ
を点火プラグ２１の端子電極２１ｃが貫通し、端子電極
２１ｃの上部にナット５９が螺合されている。そして、
ナット５９と点火プラグ２１の絶縁体２１ｄとの間に、
接続ジョイント部５５が挟持されて、接続ジョイント部
５５と点火プラグ２１とが連結されている。

【００３１】そして、点火プラグ２１と連結された接続
ジョイント部５５は、点火コイル２３の一次ボビン２３
ａの下部にボルト７３により固定されて、点火プラグ２
１、接続ジョイント部５５および点火コイル２３が連結
した形で構成される。そして、点火コイル２３の二次巻
線Ｌ２から延長されたリード線からなる高電圧出力端子
７７と、点火プラグ２１の端子電極２１ｃとをロウ付け
にて固着することにより、電気的に接続するのである。

【００３２】なお、高電圧出力端子７７は、導電性材料
を用いて構成されていれば良く、リード線（金属体）単
体に限らず、例えば、導電性材料からなるスプリング単
体、もしくは、それらを絶縁材にて被覆したものとして
備えても良い。また、端子電極２１ｃの上に平板状の金
属プレートを接合して設け、この金属プレートに対して
高電圧出力端子７７を固着させても良い。

【００３３】次に、点火コイル２３は、コア２３ｃの周
囲に、二次巻線Ｌ２が巻かれた二次ボビン２３ｂが配置
され、更に二次ボビン２３ｂの周囲に一次巻線Ｌ１が巻
かれた一次ボビン２３ａが配置されて構成されており、
ボビンは樹脂材料（例えばノリル）にて形成されてい
る。このとき、二次巻線Ｌ２を一次巻線Ｌ１の内側に配
置することで、高電圧を発生する二次巻線Ｌ２とエンジ
ンヘッド７１との絶縁距離を確保している。

【００３４】そして、連結された形で構成された点火コ
イル２３、接続ジョイント部５５および点火プラグ２１
に、円筒部５３を挿入し、点火プラグ２１の接地電極２
１ｂが円筒部５３の下端部５３ａから突出した状態で、
円筒部５３の下端部５３ａと、点火プラグ２１の絶縁体
２１ｄの外側に設けられた主体金具２１ｅとを、レーザ
溶接によって接合して一体化する。なお、円筒部５３と
主体金具２１ｅとの接合方法は、レーザ溶接に限ること
はなく、環状抵抗溶接、電子ビーム溶接などを用いても
よい。その後、円筒部５３内に絶縁樹脂９１の充填を行
う。

【００３５】そして、点火コイル２３の一次巻線Ｌ１の
両端、および二次巻線Ｌ２の一端に接続端子８１を介し
て接続されたコネクタ部５７が、円筒部５３の上端に固
定され、ケース５１が形成される。また、点火コイル２
３は、コネクタ部５７を介して、ケース５１の外部に配
置された機器（バッテリＢＴ、イオン電流検出部１３お
よびパワートランジスタ２５等）と接続される。

【００３６】このように一体に形成された点火プラグ２
１と点火コイル２３は、点火プラグ２１の主体金具２１
ｅの外周面に設けられたネジ部によって、エンジンヘッ
ドに設けられたプラグホールに螺合されて締め付けられ
ることにより、エンジンヘッドに固定される。そして、
コネクタ部５７に、外部機器につながる配線の端部に備
えられたコネクタが接続され、例えば、ＥＣＵ１５にて
実行される各種処理に応じて、火花放電の発生およびイ
オン電流の検出を行なう。

【００３７】なお、接続ジョイント部５５は、一次ボビ
ン２３ａまたは二次ボビン２３ｂと予め一体に形成して
もよい。また、点火コイル２３の高電圧出力端子７７
と、点火プラグ２１の端子電極２１ｃとの固着手段は、
ロウ付けに限ることはなく、溶接またはカシメなどの方
法により、固着された状態で電気的に接続されればよ
い。さらに、中心電極２１ａ及び／または接地電極２１
ｂの火花放電部は、耐久性を考慮して、ＰｔやＩｒ等の
高融点の電極材を使用するとよい。

【００３８】次に、図１において、イオン電流検出部１
３は、一端が接地された抵抗３１と、この抵抗３１に並
列接続されカソードが接地されたダイオード３３と、抵
抗３１およびダイオード３３の接地側とは反対側に直列
接続されたコンデンサ３５を備え、これら抵抗３１，ダ
イオード３３およびコンデンサ３５が、点火コイル２３
の二次巻線Ｌ２および点火プラグ２１と共に形成する閉
ループにおいて、コンデンサ３５と点火コイル２３の二
次巻線Ｌ２との間に、火花放電電流Ｉｓｐの流れる方向
を順方向として充電用ダイオード３９が直列接続され、
更に、この充電用ダイオード３９の両端を、外部から入
力される検出信号Ｓｄに従って短絡する放電用スイッチ
４１が、充電用ダイオード３９と並列に接続され、そし
て、カソードが充電用ダイオード３９と二次巻線Ｌ２と
の接点に接続され、アノードが接地されたツェナーダイ
オード３７を備えて構成されている。

【００３９】このように構成されたイオン電流検出部１
３では、放電用スイッチ４１が開放されている時には、
点火コイル２３の二次巻線Ｌ２との接続端からダイオー
ド３３の接地端に向けてのみ電流を流すことが可能とな
る。この時、充電用ダイオード３９，コンデンサ３５，
ダイオード３３を通過する閉ループに電流が流れ、同時
にツェナーダイオード３７には、ツェナー電圧Ｖｚを発
生させる方向に電流が流れる。このため、コンデンサ３
５は、ツェナーダイオード３７のツェナー電圧Ｖｚから
充電用ダイオード３９およびダイオード３３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。

【００４０】また、放電用スイッチ４１が閉じられ、充
電用ダイオード３９の両端が短絡された場合は、抵抗３
１の接地端側から二次巻線Ｌ２との接続端に向けて電流
を流すことが可能となり、この時、抵抗３１，コンデン
サ３５，放電用スイッチ４１を通過する閉ループを電流
Ｉｉｏが流れると、抵抗３１の両端電圧は、この電流の
大きさに比例したものとなる。

【００４１】なお、この時の点火プラグ２１への印加電
圧Ｖｐは、コンデンサ３５の充電電圧Ｖｃから抵抗３１
での電圧降下分だけ差し引いたもの（Ｖｐ＝Ｖｃ−Ｒ×
Ｉｉｏ；但し、Ｒは抵抗３１の抵抗値）となる。そし
て、この印加電圧Ｖｐは、点火プラグ２１が火花放電し
ない程度（例えば３００Ｖ程度）とする必要があり、即
ち、ツェナーダイオード３７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。

【００４２】次に、ＥＣＵ１５が実行するイオン電流検
出処理について説明する。なお、ＥＣＵ１５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、以下に説明するイオン電
流検出処理以外に、内燃機関の吸気管圧力（又は吸入空
気量），回転速度，冷却水温度など各種運転状態を検出
する状態検出処理や、検出された運転状態に応じて上記
点火信号ＩＧ等、機関制御のための各種信号を出力する
信号出力処理等を行っている。この信号出力処理によ
り、特に点火信号ＩＧは、運転状態に応じて設定される
各気筒の点火タイミングよりも早い所定時期に一旦ハイ
レベルに設定され、その後、点火タイミングにてローレ
ベルに設定される。

【００４３】ここで、ＥＣＵ１５が実行するイオン電流
検出処理のフローチャートを図３に示す。図３に示すよ
うに、本処理（イオン電流検出処理）が起動されると、
まずＳ１１０では、別途実行される状態検出処理にて検
出される運転状態のうち、点火プラグ２１の電極間にイ
オンが発生するタイミングに影響を与える運転状態、例
えば内燃機関の回転数等を読み込み、続くＳ１２０で
は、Ｓ１１０にて読み込んだ運転状態に従って、放電用
スイッチ４１を作動させるまでの待機時間Ｔｗを設定す
る。

【００４４】この待機時間Ｔｗは、イオン電流Ｉｉｏの
検出が可能な期間内であり、且つ火花放電後に点火コイ
ル２３の二次側回路に発生する電圧減衰振動が十分に収
束するような長さに設定される。なお、待機時間Ｔｗ
は、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参照値として
読み込むことで設定してもよい。

【００４５】続くＳ１３０では、点火プラグ２１が火花
放電を行う点火タイミングであるか否かを判断する。具
体的には、別途実行される信号出力処理により、点火信
号ＩＧがハイレベルからローレベルに切り替えられたか
否かにより、点火タイミングか否かを判断する。そし
て、点火タイミングでなければ、Ｓ１３０を繰り返し実
行することにより待機し、点火タイミングであると判断
されるとＳ１４０に移行する。

【００４６】そして、Ｓ１４０では、Ｓ１２０にて設定
した待機時間Ｔｗが経過したか否かを判断する。具体的
には、ＥＣＵ１５に内蔵されたタイマーにて点火タイミ
ング後の経過時間を計測することにより判断すればよ
い。そして、待機時間Ｔｗが経過したと判断されると、
Ｓ１５０に移行して、予め決められた検出期間の間だ
け、検出信号Ｓｄをハイレベルとすることにより、放電
用スイッチ４１を作動させて、充電用ダイオード３９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３５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Ｓ１６０では、検出期間（検出信号Ｓ
ｄがハイレベル）の間に、抵抗３１の両端電圧Ｖｉｏを
ＡＤ変換して保存された検出値Ｄｉｏを、変換回路１７
から読み込む処理を行ない、Ｓ１６０が実行されると、
イオン電流検出処理を終了する。

【００４８】ここで、第１実施例の内燃機関用点火装置
の各部の状態を表すタイムチャートを図４に示す。図４
では、点火信号ＩＧ、一次電流、点火プラグ２１の中心
電極２１ａの電位、検出信号Ｓｄおよび検出電圧Ｖｉｏ
の各状態を表しており、時刻ｔ１が、火花放電発生時期
である。なお、検出電圧Ｖｉｏにより、イオン電流Ｉｉ
ｏの存在を確認することができる。

【００４９】即ち、本実施例においては、信号出力処理
によって点火信号ＩＧがハイレベルからローレベルに切
り替わると（Ｓ１３０−ＹＥＳ）、パワートランジスタ
２５がターンオフし、点火コイル２３の一次巻線Ｌ１に
流れる電流がカットオフされることにより、点火コイル
２３の二次巻線Ｌ２に誘起される点火用高電圧（数十ｋ
Ｖ）が点火プラグ２１の中心電極２１ａに印加され、点
火プラグ２１が火花放電する。

【００５０】この火花放電時に流れる火花放電電流Ｉｓ
ｐは、ツェナーダイオード３７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３９を介してコンデ
ンサ３５に供給され、コンデンサ３５を充電する。その
後、火花放電が終了し、二次巻線Ｌ２に誘起された点火
用高電圧は減衰を開始するが、待機時間Ｔｗの間は、検
出信号Ｓｄがローレベルに保持され、放電用スイッチ４
１が開放されたままであるため、コンデンサ３５に充電
された電荷が放電されることがない。

【００５１】そして、待機時間Ｔｗが経過し（Ｓ１４０
−ＹＥＳ）、検出信号Ｓｄがハイレベルに切り替わると
（Ｓ１５０）、検出信号Ｓｄがハイレベルに保持される
検出期間の間、放電用スイッチ４１により充電用ダイオ
ード３９の両端が短絡されることで、コンデンサ３５か
らの放電が許容される（図４における時刻ｔ２）。その
結果、点火プラグ２１には、点火コイル２３の二次巻線
Ｌ２を介して検出用高電圧が印加され、点火プラグ２１
の電極間のイオン量に応じたイオン電流Ｉｉｏが流れ
る。

【００５２】この時、変換回路１７は、イオン電流Ｉｉ
ｏが抵抗３１を流れることにより生じる抵抗３１の両端
電圧ＶｉｏをＡＤ変換して保存し、検出値Ｄｉｏとして
出力する。そして、この検出値ＤｉｏがＥＣＵ１５に取
り込まれることになる（Ｓ１６０）。

【００５３】なお、ＥＣＵ１５に取り込んだイオン電流
Ｉｉｏの検出値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。

【００５４】その後、検出期間が終了して、検出信号Ｓ
ｄがローレベルに切り替わると、充電用ダイオード３９
によって、コンデンサ３５からの放電が阻止される（図
４における時刻ｔ３）。このため、内燃機関の失火等に
よりイオン電流Ｉｉｏが流れず、コンデンサ３５に電荷
が残存していたとしても、コンデンサ３５に発生する電
圧が、点火プラグ２１の電極に印加されてしまうことが
ない。

【００５５】図４において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の期
間では、検出電圧Ｖｉｏが変化しており、イオン電流Ｉ
ｉｏが検出されていることから、混合気への着火が正常
に行われたことが判り、一方、時刻ｔ２’から時刻ｔ
３’の期間では、検出電圧Ｖｉｏが変化しておらず、イ
オン電流Ｉｉｏが検出されていないことから、混合気へ
の着火が行われず、失火したことが判る。

【００５６】以上説明したように、本実施例の内燃機関
用点火装置１においては、点火コイル２３の高電圧出力
端子７７と点火プラグ２１の端子電極２１ｃとが、固着
されて電気的に接続されていることから、点火コイル２
３と点火プラグ２１との間の接触抵抗によってイオン電
流の出力波形が小さくなることがなく、また、内燃機関
の振動によって、点火プラグ２１と点火コイル２３との
間に接触不良が発生し、イオン電流波形にノイズが合成
されることがないため、イオン電流の検出を良好に行う
ことができる。

【００５７】そして、珪素鋼板にて形成された円筒部５
３に点火コイル２３を収納することにより、磁束の磁路
を確保することができるため、点火コイル２３にて点火
用高電圧を発生させる際の、磁束の漏れを少なくでき、
火花エネルギを有効に利用することが可能となる。

【００５８】以上、本発明の第１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、
種々の態様を採ることができる。そこで、次に、本発明
の第２実施例として、内部に点火コイルを収納するケー
スに、エンジンヘッドに固定するための固定部を設け、
かつ点火コイルと点火プラグを回転不能に一体化し、さ
らに、イオン電流検出部を点火コイルと共にケースの内
部に収納した内燃機関用点火装置について説明する。

【００５９】第２実施例は、第１実施例と比べ、点火装
置としての回路構成は同一であり、火花放電やイオン電
流検出を行うための処理方法も同一であるため、回路構
成およびイオン電流検出の処理方法についての説明は省
略し、相違箇所について図５を用いて以下に説明する。

【００６０】第２実施例の内燃機関用点火装置の基本構
成については、第１実施例と同様であるが、コネクタ部
５７から側方に突設された固定部６３が設けられてお
り、また、点火コイル２３とコネクタ部５７との間にイ
オン電流検出部１３が配置されている。そして、点火プ
ラグ２１の接地電極２１ｂが、コネクタ部５７から側方
に突設された固定部６３の位置に対して、予め決められ
た一定方向を向くように、点火コイル２３と点火プラグ
２１とが軸方向に対して回転不能に一体化されている。

【００６１】この内燃機関用点火装置では、点火プラグ
２１にネジ部が設けられておらず、固定部６３がボルト
６５によってエンジンヘッド７１に固定されており、ボ
ルト６５が螺合されるエンジンヘッド７１のネジ孔７１
ａと、燃焼室７５との位置関係を把握しておき、固定部
６３に対して接地電極２１ｂの方向を予め決定しておく
ことで、内燃機関用点火装置をエンジンヘッド７１に取
り付けるだけで、燃焼室７５における接地電極２１ｂの
方向を任意に決定することが可能になる。また、コネク
タ部５７における相手コネクタとの接続方向は、ネジ孔
７１ａに対して常に一定、すなわち、エンジンヘッド７
１に対して常に一定となるため、相手コネクタとの接続
が容易になる。

【００６２】また、第１実施例では、燃焼室の気密性を
維持する役割も果たしている主体金具に設けられたネジ
部に代わり、第２実施例の内燃機関用点火装置では、点
火プラグ２１の主体金具２１ｅとエンジンヘッドとの間
に、金属製のシールリング６１を介在させることで、燃
焼室の気密性を維持している。

【００６３】そして、点火コイル２３の二次巻線Ｌ２と
イオン電流検出部１３とは、ケース５１ａの内部で接続
端子８１を介して接続されている。これにより、イオン
電流検出部１３と点火コイル２３とを接続するための配
線を外部に設ける必要がなくなると共に、イオン電流検
出部１３と点火プラグ２１との距離を短縮できるため、
配線経路上での抵抗による影響を減少させることができ
る。

【００６４】また、コネクタ部５７は、ケース５１ａの
内部では、一次巻線Ｌ１およびイオン電流検出部１３と
接続端子８３を介して接続され、ケース５１ａの外部で
は、バッテリＢＴ、ＥＣＵ１５、変換回路１７およびパ
ワートランジスタ２５等の外部機器につながるコネクタ
と接続されるように構成されている。

【００６５】尚、イオン電流検出部１３は、燃焼室の熱
による影響を避けるために、ケース５１ａの内部のう
ち、燃焼室から離れた位置に配置すると良い。このよう
に構成された第２実施例の内燃機関用点火装置では、第
１実施例と同様の効果を発揮することに加えて、装置自
体がその上部および下部にてエンジンヘッド７１に接す
る状態で固定されることから、大きな振動が発生して
も、安定した状態でエンジンヘッド７１に固定される。

【００６６】また、燃焼室内における混合気の乱流の方
向に応じて、混合気への着火性を考慮して接地電極の方
向を予め決定することで、着火性の優れた内燃機関用点
火装置を実現することが可能となる。さらに、イオン電
流検出部をケース内に備えることで、内燃機関用点火装
置の配線を簡素化することができると共に、配線経路上
の抵抗の影響によってイオン電流の出力波形が小さくな
ることが無くなり、イオン電流の検出をより良好に行う
ことが可能となる。

【００６７】次に、第３実施例として、複数の点火プラ
グを一体に備えた内燃機関用点火装置について説明す
る。第３実施例は、第１実施例と比べ、点火装置として
の回路構成は同一であり、火花放電やイオン電流検出を
行うための処理方法も同一であるため、回路構成および
イオン電流検出の処理方法についての説明は省略し、相
違箇所について図６を用いて以下に説明する。

【００６８】第３実施例では、内燃機関用点火装置の構
成が、第１実施例のケース５１の３個を固定部６３によ
って、燃焼室の位置に応じた一定間隔で配置して連結さ
せてなる。なお、第１実施例の場合と同様に、点火プラ
グ２１と点火コイル（図示しない）がそれぞれ一体化さ
れている。また、固定部６３には固定用の貫通孔６３ａ
が備えられており、例えば、ボルトを用いてエンジンヘ
ッドに固定される。さらに、固定部６３の端部には集中
コネクタ部７９が設けられており、この集中コネクタ部
７９によって、３個の円筒部５３の内部に納められてい
る図示しない各々の点火コイルと、外部に配置された機
器（バッテリＢＴ、イオン電流検出部１３およびパワー
トランジスタ２５等）とが接続される。このように構成
された第３実施例の内燃機関用点火装置は、第１実施例
と同様の効果を発揮することに加え、点火コイルと外部
機器との接続が１つのコネクタ部を介して実現できるこ
とにより、内燃機関用点火装置の配線を簡略化すること
が可能になる。また、各点火プラグの接地電極の方向
を、燃焼室内における混合気の乱流の方向に応じて予め
決定することで、着火性に優れた内燃機関用点火装置を
実現することが可能になる。

【００６９】なお、第３実施例の各ケース内に、第２実
施例と同様にイオン電流検出部を備えれば、イオン電流
の検出をより良好に行うことが可能になる。以上、本発
明の実施例として３つの実施例について説明したが、本
発明は、これらの実施例に示したような誘導放電型点火
装置に限定されるものではなく、他の点火装置、例え
ば、ＣＤＩ点火装置のような容量放電型点火装置にも適
用することができることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例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２】第１実施例の内燃機関用点火装置の外形および
断面を表す説明図である。

【図３】ＥＣＵ１５が実行するイオン電流検出処理のフ
ローチャートである。

【図４】第１実施例の内燃機関用点火装置の各部の状態
を表すタイムチャートである。

【図５】第２実施例の内燃機関用点火装置の外形および
断面を表す説明図である。

【図６】第３実施例の内燃機関用点火装置の外形を表す
説明図である。

【符号の説明】

１…内燃機関用点火装置、１１…火花放電発生部、１３
…イオン電流検出部、１７…変換回路、２１…点火プラ
グ、２１ａ…中心電極、２１ｂ…接地電極、２１ｃ…端
子電極、２１ｄ…絶縁体、２１ｅ…主体金具、２３…点
火コイル、２３ａ…一次ボビン、２３ｂ…二次ボビン、
２３ｃ…コア、２５…パワートランジスタ、３１…抵
抗、３３…ダイオード、３５…コンデンサ、３７…ツェ
ナーダイオード、３９…充電用ダイオード、４１…放電
用スイッチ、５１…ケース、５３…円筒部、５３ａ…下
端部、５５…接続ジョイント部、５５ａ…貫通孔、５７
…コネクタ部、５９…ナット、６１…シールリング、６
３…固定部、６５…ボルト、７１…エンジンヘッド、７
１ａ…ネジ孔、７３…ボルト、７５…燃焼室、ＢＴ…バ
ッテリ、Ｌ１…一次巻線、Ｌ２…二次巻線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体の軸孔に挿設された中心電極と、
該絶縁体の外側に設けられた主体金具と、該中心電極と
対向するように配置されて放電ギャップを形成する接地
電極と、該絶縁体の軸孔に挿設されると共に該中心電極
の一端に電気的に接続される端子電極とを備える点火プ
ラグと、一次巻線と二次巻線を備えると共に、該二次巻線にて発
生した点火用高電圧を前記点火プラグの端子電極に印加
するための高電圧出力端子を備える点火コイルと、を備えた内燃機関用点火装置であって、前記点火コイルの高電圧出力端子と、前記点火プラグの
端子電極とが、固着された状態で電気的に接続されて構
成されたこと、を特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】前記点火コイルと前記点火プラグとが、
軸方向に対して回転不能に一体化されて構成されたこ
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】内部に前記点火コイルを収納するケース
を備え、該ケースの一端部が、前記点火プラグの主体金具に軸方
向に対して回転不能に一体化されていること、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】前記ケースに、エンジンヘッドに固定す
るための固定部が設けられていることを特徴とする請求
項３に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項５】前記点火プラグの接地電極の方向は、前
記固定部の位置に対して一定方向であること、を特徴と
する請求項４に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項６】前記点火プラグとエンジンヘッドとの間
に、燃焼室の気密性を保つためのシールリングを備えて
いること、を特徴とする請求項２ないし請求項５のいず
れかに記載の内燃機関用点火装置。
【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれかに記
載の内燃機関用点火装置にあって、前記点火用高電圧により前記点火プラグの放電ギャップ
にて火花放電を発生させた後、該点火用高電圧とは逆極
性の検出用高電圧を、前記点火コイルの高電圧端子を介
して前記点火プラグの高圧端子電極に印加して、該放電
ギャップを流れるイオン電流を検出するイオン電流検出
手段を組み合わせたこと、を特徴とする内燃機関用点火
装置。
【請求項８】前記イオン電流検出手段が、前記点火プ
ラグおよび前記点火コイルと共に一体に形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関用点火装
置。