JP2002004996A - イオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 点火プラグの電極間への印加電圧を発生する
ための構成を低コストで実現すると共に、耐久信頼性が
高く、イオン電流を確実に発生させることができるイオ
ン電流検出装置を提供する。 【解決手段】 実施例のイオン電流検出装置１において
は、ＥＣＵ１９の指令によるトランジスタ１７のオン・
オフにより、一次電流ｉ１を通電開始することで、二次
巻線Ｌ２の両端に検出用高電圧を発生させている。そし
て、二次巻線Ｌ２に直列接続した検出抵抗２１の一端の
電位Ｖｒを用いてイオン電流を検出している。このよう
に、点火コイルで検出用高電圧を発生することから、高
価なコンデンサやツェナーダイオードを備える必要がな
いため、低コストで耐久信頼性の高いイオン電流検出装
置を構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として自動車用
の内燃機関の燃焼状態を、点火プラグの電極間に流れる
イオン電流に基づいて検出するためのイオン電流検出装
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後にその点火プラグの電極間
に電圧を印加すると、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、このイオン電流を検出するため
のイオン電流検出装置としては、点火プラグによる火花
放電発生時に発生する火花放電電流（二次電流）により
コンデンサを一定電圧に充電し、火花放電後にこのコン
デンサを放電することで点火プラグの電極間に電圧を印
加し、この時流れるイオン電流を検出するものが主流で
ある（例えば、特開平４−１９１４６５号公報や特開平
１０−２３８４４６号公報等）。なお、このようなイオ
ン電流検出装置では、コンデンサに並列にツェナーダイ
オードが備えられて、コンデンサが過充電により破壊さ
れるのを防ぐとともに、コンデンサの両端電圧を一定電
圧に制限している。

【０００４】このように、コンデンサをイオン電流発生
用の電源として用いるイオン電流検出装置は、イオン電
流発生用としての専用電源装置を特に設ける必要が無く
なるため、部品点数が比較的少なくなると共に、小型化
が図れるという利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、イオン電流
を発生させるのに必要な電圧が数百［Ｖ］と高いため、
上記のイオン電流検出装置に用いるコンデンサとして、
高耐圧（耐電圧が数百［Ｖ］以上）のものを用いる必要
がある。

【０００６】また、内燃機関において火花放電を発生さ
せるための点火用高電圧は数十［ｋＶ］以上と非常に高
電圧であり、火花放電時に点火プラグに流れる火花放電
電流は大電流となる。このため、ツェナーダイオードと
しては、瞬間的に発生する数十［Ｗ］の比較的大きな電
力（ツェナー電圧×火花放電電流）に耐えることができ
るものを用いる必要がある。さらに、ツェナーダイオー
ドとしては、充電時のコンデンサの両端電圧がイオン電
流を発生可能な電圧となるように、ツェナー電圧（降伏
電圧）の誤差の少ない信頼性の高いものを用いる必要が
ある。

【０００７】このような高耐圧のコンデンサや大電力に
耐えられるツェナーダイオードは高価であることから、
上述のイオン電流検出装置はコストが高くなるという問
題がある。また、火花放電電流の一部を利用してコンデ
ンサに電荷を蓄えるにあたり、過度の電荷を蓄えようと
すると、その分火花放電電流が減少し、点火プラグによ
る点火性能が悪化する虞がある。そのために、過度に高
耐圧のコンデンサを使用することはできず、高電圧が印
加され、大電流が流れるという厳しい環境下で使用され
るイオン電流検出装置においては、コンデンサやツェナ
ーダイオードの破壊等が早期に発生し易く、耐久信頼性
に優れるものとは言い難い。

【０００８】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、イオン電流を検出するにあたり、点火プラグ
の電極間へ印加する検出用電圧を発生するための構成を
低コストで、かつ耐久信頼性が高いもとのして実現する
ことができるイオン電流検出装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【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記載の発明は、一次巻線および二
次巻線を有し、一次巻線に流れる一次電流を遮断するこ
とにより、二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイ
ルと、二次巻線と共に閉ループを形成するとともに、点
火用高電圧が印加されることにより、自身の電極間に火
花放電を点火プラグと、点火プラグの電極間に火花放電
が開始されてから、所定時間経過後に一次巻線に再通電
することにより、該火花放電を強制的に遮断するととも
に、二次巻線の両端に点火用高電圧とは逆極性の検出用
高電圧を発生させる検出用高電圧発生手段と、検出用高
電圧が点火プラグに印加されることにより、当該点火プ
ラグの電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流
検出手段と、を備えることを特徴とする。

【００１０】かかる構成のイオン電流検出装置では、点
火プラグによる火花放電が開始されてから、所定時間経
過後に一次巻線への通電を再開することにより、火花放
電を強制的に遮断するのに同期して、二次巻線の両端に
イオン電流を検出することができる大きさの検出用高電
圧を発生させる点が注目すべき点である。

【００１１】点火コイルは、一次巻線に流れる一次電流
を遮断して急激に磁束密度を変化させることにより、点
火プラグによる火花放電の発生に必要な点火用高電圧を
二次巻線の両端に発生するように構成されている。ここ
で、点火用高電圧の供給に伴う点火プラグの火花放電中
に再度一次電流を通電すると、二次巻線にて発生した起
電力の消費に伴い低下する磁束が再び増えようとする。
それにより、点火コイルの二次巻線側では磁束が低下す
る状態を維持する方向に逆起電力が発生し、即ち二次巻
線の両端に点火用高電圧とは逆極性の電圧が発生して、
点火プラグによる火花放電が強制的に遮断されることに
なる。

【００１２】このとき、点火プラグの火花放電中に一次
巻線に再通電することで二次巻線の両端に発生する電圧
は、上述したように点火用高電圧とは逆極性の電圧（検
出用高電圧）となる。そして、この逆極性の電圧をイオ
ン電流検出のための電源として用い、点火プラグに印加
することにより、点火プラグの電極間に流れるイオン電
流を検出することができるのである。

【００１３】したがって、本発明（請求項１）では、イ
オン電流を検出するための検出用高電圧を発生させるに
あたり、火花放電電流の一部を利用して電荷を蓄えるコ
ンデンサやその充電電圧を規定するためのツェナーダイ
オードなど、イオン電流検出のための電源装置に相当す
るものを別途に備える必要がなくなる。つまり、本発明
（請求項１）のイオン電流検出装置によれば、イオン電
流を発生させるための電源を点火コイルを用いることで
有効に実現することができ、高耐圧のコンデンサやツェ
ナーダイオード等が不要となり、低コストでかつ耐久信
頼性の向上を達成することができる。

【００１４】また、点火プラグの火花放電中における一
次巻線への再通電中には、二次巻線のインダクタンスＬ
（自己インダクタンス＋一次巻線との相互インダクタン
ス）は小さくなる。そして電流経路（イオン電流の経
路）における静電容量Ｃとすると、点火コイルの減衰振
動の周波数ｆは〔数１〕のように表すことができる。

【００１５】

【数１】

【００１６】この〔数１〕において、二次巻線のインダ
クタンスＬが小さくなると、減衰振動の周波数ｆが大き
くなる。つまり、一次巻線への再通電によりイオン電流
を発生させる場合には、二次巻線のインダクタンスＬが
小さくなることから減衰振動の周波数ｆが大きくなり、
イオン電流が流れ始めた直後に発生する減衰振動が、短
時間で終了することになる。このため、本発明では、点
火プラグの火花放電中に一次巻線に再通電することによ
り、二次巻線の両端にイオン電流を検出するための検出
用高電圧を発生させる構成を図るが故に、イオン電流が
減衰振動の影響を受ける時間が非常に短くなる。したが
って、早期にイオン電流の検出を行うことが可能となる
とともに、ノイズの影響を抑えたイオン電流を検出する
ことができる時間が長くなり、イオン電流の検出精度が
向上する。

【００１７】但し、本発明のイオン電流検出装置を構成
するにおいては、二次巻線の両端に発生する検出用高電
圧をイオン電流検出のための電源として利用するもので
あることから、検出用高電圧値としてはイオン電流を検
出することが可能なレベルであることが当然のことなが
ら必須となる。その一方、この検出用高電圧値として
は、一次巻線に再通電したときに、あらゆる運転条件下
において点火プラグにて火花放電が再度発生しないよう
なレベルに制限する必要がある。そして、このように二
次巻線の両端に発生する検出用高電圧値を上述した範囲
内にするには、内燃機関の性能を考慮して、一次巻線と
二次巻線との巻数比や一次巻線の抵抗値等を適宜調整し
ておくとよい。

【００１８】また、点火プラグの電極間に火花放電が開
始してから、一次巻線に再通電するタイミングとして過
度に短い時間を設定した場合には、点火プラグによる点
火性能が悪化し、失火を招く可能性が高くなる。このた
め、内燃機関を正常に運転するために一次巻線に再通電
するタイミングとしては、点火プラグによる火花放電が
開始してから０．０５〔ｍｓ〕以上経過した時期を設定
することが好ましい。

【００１９】ここで、上述（請求項１）のイオン電流検
出装置においてイオン電流を検出するには、請求項２に
記載のように、イオン電流検出手段は、点火プラグおよ
び二次巻線と直列接続される検出用抵抗素子と、検出用
抵抗素子に並列接続され、点火用高電圧の発生時に流れ
る火花放電電流を流すことのみ許容する整流素子とを備
えており、検出用高電圧の印加により発生する前記検出
用抵抗素子の両端電圧に基づき、イオン電流を検出する
とよい。

【００２０】このように整流素子と検出用抵抗素子とを
備えることで、点火用高電圧により発生する火花放電電
流は整流素子を流れ、検出用高電圧により発生するイオ
ン電流は検出用抵抗素子を流れることになる。そして検
出用抵抗素子の抵抗値を一定値（固定値）とすることに
より、検出用抵抗素子の両端電圧は流れるイオン電流の
大きさに応じて変化するため、検出用抵抗素子の両端電
圧と抵抗値とに基づいて、イオン電流の大きさを検出す
ることができる。

【００２１】また、点火用高電圧の発生時に流れる火花
放電電流を流すことのみ許容する整流素子を、検出用抵
抗素子に並列接続することで、点火用高電圧の発生時に
火花放電電流が流れる放電電流経路において、検出用抵
抗素子による放電電流経路の抵抗値の上昇を抑えること
ができる。これにより、火花放電電流の損失を抑えるこ
とができ、さらに本発明では火花放電電流を利用して電
荷を蓄えるイオン電流検出用電源としてのコンデンサが
不要となり、コンデンサによる火花放電電流の減少を抑
えることもできるので、点火プラグによる点火性能の低
下がなく、失火の発生をより抑制することができる。

【００２２】ところで、二次巻線の両端にイオン電流を
検出するための検出用高電圧を発生させるべく、一次巻
線に再通電を行う手法としては、例えば、一次巻線に直
列接続され、点火用高電圧の発生のために一次巻線に流
れる一次電流を通電・遮断するスイッチング手段を、再
通電時においてもスイッチング駆動制御することが考え
られる。この手法であれば、１つのスイッチング手段を
用いて、点火用高電圧と検出用高電圧との両者を発生さ
せることができ、部品点数を抑えることができる。しか
し、この手法では、内燃機関の運転中における１つのス
イッチング手段に対する通電時間が長くなりがちで発熱
量が大きくなるために、発熱によりスイッチング手段が
破壊されてしまう可能性がある。

【００２３】そこで、上述（請求項１または請求項２）
のイオン電流検出装置においては、請求項３に記載のよ
うに、点火コイルの一次巻線に直列接続され、一次巻線
に流れる一次電流を通電・遮断する第１スイッチング手
段と、第１スイッチング手段に並列接続され、二次巻線
の両端に検出用高電圧を発生させるために一次巻線に再
通電を行う第２スイッチング手段とを備えるとよい。

【００２４】このように、点火用高電圧と検出用高電圧
を発生させるためのスイッチング手段を分担させること
により、１つのスイッチング手段に対する通電時間を短
縮させることができ、スイッチング手段の過剰な発熱を
抑えることができる。なお、第１スイッチング手段及び
第２スイッチング手段としては、具体的にパワートラン
ジスタやＦＥＴ等の半導体素子からなるスイッチング素
子等を挙げることができる。

【００２５】ところで、内燃機関における混合気の燃焼
状態は、内燃機関の運転状態によって変化するものであ
り、例えば、低回転低負荷時には混合気の燃焼は緩慢に
進行し、高回転高負荷時には混合気の燃焼は比較的迅速
に進行する。そして、混合気の燃焼に伴い発生するイオ
ンの発生状態も、内燃機関の運転状態によって変化して
おり、低回転低負荷時には発生密度が低く発生期間が長
くなり、高回転高負荷時には発生密度が高く発生期間が
短くなる。

【００２６】そこで、上述（請求項１から請求項３のい
ずれか）のイオン電流検出装置においては、請求項４に
記載のように、検出用高電圧発生手段は、前記一次巻線
に再通電することにより、前記二次巻線の両端に前記検
出用高電圧を発生させる時期を、内燃機関の運転状態に
基づいて設定する運転状態検出手段を備えるとよい。

【００２７】つまり、内燃機関の低回転低負荷時は、混
合気の燃焼が緩慢に進むことから、火花放電の持続時間
を長く設定して火花エネルギを大きくすることが望まし
く、その一方で、イオンの発生期間も長いために、点火
プラグによる火花放電を遮断して二次巻線の両端に検出
用高電圧を発生させる時期が遅くなる場合にも、イオン
電流を検出することができる。また、内燃機関の高回転
高負荷時は、混合気の燃焼が比較的迅速に進むことか
ら、火花放電の持続時間を短く設定して火花エネルギを
小さくしても良好な点火性能を得ることができ、その一
方で、イオンの発生期間は短いため、点火プラグによる
火花放電を遮断して二次巻線の両端に検出用高電圧を発
生させる時期が早くなるので、イオン電流を確実に検出
することができる。

【００２８】したがって、本発明（請求項４）のイオン
電流検出装置によれば、内燃機関の運転状態に応じた適
切な時期にイオン電流を検出するための検出用高電圧を
発生させることで、混合気への着火性を良好に維持しつ
つ、イオン電流の検出精度を向上させることができる。
さらに、内燃機関の運転状態に基づいて、点火プラグに
よる火花放電を遮断するタイミング（換言すれば、二次
巻線の両端に検出用高電圧を発生させるタイミング）を
変化させることで、イオン電流の検出精度を高めつつ、
点火プラグに供給される火花エネルギを混合気の燃焼に
必要な量に制御することができ、点火プラグの電極消耗
を抑制する効果を得ることもできる。

【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。まず、図１は、第１実施例のイオン電流
検出装置の構成を表す電気回路図である。なお、本実施
例では、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
のイオン電流検出装置の基本構成は同様である。

【００３０】図１に示すように、本実施例のイオン電流
検出装置１は、定電圧（例えば電圧１２［Ｖ］）を出力
する電源装置（バッテリ）１１と、内燃機関の気筒に設
けられた点火プラグ１３と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ
２とからなり、点火用高電圧を発生する点火コイル１５
と、一次巻線Ｌ１と直列接続されたｎｐｎ型パワートラ
ンジスタから成るトランジスタ１７と、トランジスタ１
７を駆動制御するための第１指令信号Ｓａを出力する電
子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１９と、二次巻線Ｌ
２と直列に接続される検出抵抗２１と、検出抵抗２１に
並列接続されるダイオード２３と、検出抵抗２１の一端
の電位Ｖｒ（イオン電流値×検出抵抗値）を用いてイオ
ン電流を検出する検出回路２５と、を備えている。

【００３１】これらのうち、トランジスタ１７は、点火
コイル１５の一次巻線Ｌ１への通電・遮断をＥＣＵ１９
からの第１指令信号Ｓａに基づいてスイッチング駆動さ
れる半導体素子からなるスイッチング素子であり、本実
施例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。

【００３２】そして、一次巻線Ｌ１は、一端が電源装置
１１の正極に接続され、他端がトランジスタ１７のコレ
クタに接続されており、二次巻線Ｌ２は、一端が検出抵
抗２１を介して電源装置１１の負極と同電位のグランド
に接続され、他端が点火プラグ１３の中心電極１３ａに
接続されている。

【００３３】また、ダイオード２３は、アノードが二次
巻線Ｌ２と検出抵抗２１との接続点に接続され、カソー
ドが電源装置１１の負極と導電位のグランドに接続され
て、検出抵抗２１に並列接続されている。そして、二次
巻線Ｌ２と検出抵抗２１との接続点は、検出回路２５の
入力端子に接続されている。

【００３４】さらに、点火プラグ１３において、中心電
極１３ａと対向して火花放電を発生させる火花放電ギャ
ップを形成する接地電極１３ｂは、電源装置１１の負極
と同電位のグランドに接地されており、トランジスタ１
７は、ベースがＥＣＵ１９の第１指令信号Ｓａの出力端
子に接続され、エミッタが電源装置１１の負極と導電位
のグランドに接地されている。

【００３５】そして、ＥＣＵ１９から出力される第１指
令信号Ｓａがローレベル（一般にグランド電位）である
場合には、ベース電流ｉｂが流れずトランジスタ１７は
オフ状態（遮断状態）となり、トランジスタ１７によっ
て一次巻線Ｌ１に電流（一次電流ｉ１）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Ｓ
ａがハイレベル（一般に電源電圧Ｖｃ）である場合に
は、ベース電流ｉｂが流れてトランジスタ１７はオン状
態（通電状態）となり、トランジスタ１７によって一次
巻線Ｌ１に電流（一次電流ｉ１）が流れる。

【００３６】このため、第１指令信号Ｓａがハイレベル
であり一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れている状態
で、第１指令信号Ｓａがローレベルになると、トランジ
スタ１７がオフ状態となり、一次巻線Ｌ１への一次電流
ｉ１の通電が停止される。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、二次巻線Ｌ２に点火用
高電圧が発生し、これが点火プラグ１３に印加されるこ
とで、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放
電が発生する。

【００３７】尚、点火コイル１５は、一次巻線Ｌ１への
通電・遮断により、二次巻線Ｌ２における点火プラグ１
３の中心電極１３ａ側にグランド電位よりも低い負極性
の点火用高電圧を発生するように構成されており、この
点火用高電圧の供給により点火プラグの電極１３ａ−１
３ｂ間に火花放電が発生する。そして、火花放電に伴い
二次巻線Ｌ２に流れる二次電流（火花放電電流）ｉ２
は、点火プラグ１３の中心電極１３ａから二次巻線Ｌ
２、ダイオード２３を通り、グランドを介して接地電極
１３ｂに流れる。

【００３８】また、点火プラグによる火花放電中は、第
１指令信号Ｓａがローレベルであり一次巻線Ｌ１に一次
電流ｉ１が流れていない状態にあるが、第１指令信号Ｓ
ａがハイレベルになると、トランジスタ１７が再度オン
状態となり、一次巻線Ｌ１への一次電流ｉ１の再通電が
開始される。すると、二次巻線Ｌ２にて発生した起電力
の消費に伴い低下する磁束が再び増えようとし、二次巻
線Ｌ２側では低下する状態を維持する方向に逆起電力が
発生する。それにより、点火コイル１５の二次巻線Ｌ２
の両端に、点火用高電圧とは逆極性で点火用高電圧より
も低い電圧（以下、検出用高電圧ともいう）が発生す
る。なお、このとき点火プラグ１３による火花放電は強
制的に遮断される。

【００３９】一次巻線Ｌ１への再通電により二次巻線Ｌ
２の両端にこの検出用高電圧が発生した時に、点火プラ
グ１３の電極１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在している
と、二次巻線Ｌ２から点火プラグ１３を通り、グラン
ド、検出抵抗２１を通じて二次巻線Ｌ２に至る経路に電
流（イオン電流ｉｏ）が流れる。そして、イオン電流ｉ
ｏが発生すると、イオン電流ｉｏの大きさに比例した電
圧が検出抵抗２１の両端に発生して、電位Ｖｒがイオン
電流ｉｏの大きさに比例して変化し、検出回路２５は、
検出した電位Ｖｒに基づき、イオン電流信号ＳｉをＥＣ
Ｕ１９に出力する。このとき、検出回路２５は、ＥＣＵ
１９の入力端子の入力レンジに応じた範囲内で電位Ｖｒ
と同様の変化を示し、かつ電位Ｖｒとは正負が反転した
信号を、イオン電流信号Ｓｉとして出力する。

【００４０】なお、イオン電流ｉｏは、ダイオード２３
に印加される電圧が順方向ではなく逆方向となるため、
ダイオード２３には流れず、検出抵抗２１を通じて流れ
る。ここで、図１に示す回路図における第１指令信号Ｓ
ａ、一次巻線Ｌ１に流れる一次電流ｉ１、点火プラグ１
３の中心電極１３ａの電位Ｖｐ、および、検出抵抗２１
の一端の電位Ｖｒ（イオン電流）の各状態を表すタイム
チャートを図２に示す。

【００４１】図２に示すように、時刻ｔ１にて、第１指
令信号Ｓａがローレベルからハイレベルに切り換わる
と、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１に電流（一次電流）
ｉ１が流れ始め、これに伴う磁束密度の変化により二次
巻線Ｌ２の両端に電圧が発生し、点火プラグ１３の中心
電極１３ａの電位Ｖｐが正の値を示す。なお、このとき
二次巻線Ｌ２の両端に発生する電圧は数百［Ｖ］〜数千
［Ｖ］程度と低く、また、検出抵抗２１での電圧降下も
発生するため、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間
に印加される電圧は、火花放電の発生に必要な電圧より
も低電圧となるため、火花放電は発生しない。

【００４２】その後、予め設定された通電時間が経過し
た時刻ｔ２にて、第１指令信号Ｓａがハイレベルからロ
ーレベルに切り換わると、点火コイル１５の一次巻線Ｌ
１への一次電流ｉ１の通電が遮断され急激に磁束密度が
変化することになり、点火コイル１５の二次巻線Ｌ２に
点火用高電圧（数十［ｋＶ］以上）が発生する。そし
て、点火プラグ１３の中心電極１３ａに負極性の点火用
高電圧が印加されて、中心電極１３ａの電位Ｖｐが急峻
に低下し、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火
花放電が発生して、二次巻線Ｌ２に二次電流ｉ２が流れ
る。

【００４３】このあと、時刻ｔ３にて、第１指令信号Ｓ
ａがローレベルからハイレベルに切り換わると、再び一
次巻線Ｌ１に電流（一次電流）ｉ１が流れ始め、二次巻
線Ｌ２の両端に時刻ｔ２とは逆極性の検出用高電圧が発
生し、この検出用高電圧が点火プラグ１３の電極１３ａ
−１３ｂ間に印加される。これにより、火花放電が強制
的に遮断され、それに同期して、点火プラグ１３の電極
１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在すると、電極１３ａ−
１３ｂ間にこのイオンの発生量に応じたイオン電流が流
れることになり、このイオン電流は、二次巻線Ｌ２から
検出抵抗２１に流れる。なお、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、正常燃焼時
にはイオンが発生するが、失火時にイオンが発生するこ
とはない。

【００４４】このあと、時刻ｔ４になると第１指令信号
Ｓａのレベルが緩やかに減少を開始し、時刻ｔ５になる
と第１指令信号Ｓａがローレベルとなる。このように、
緩やかに第１指令信号Ｓａを減少させてトランジスタ１
７のベース電流ｉｂを緩やかに減少させることにより、
トランジスタ１７の電流増幅率の関係から、一次電流ｉ
１が緩やかに減少する。これにより、一次電流ｉ１を通
電遮断する場合に比べて、点火コイル１５での単位時間
あたりの磁束密度の変化量が小さくなり、二次巻線Ｌ２
に発生する電圧が小さくなるため、二次巻線Ｌ２に点火
用高電圧が発生するのを抑えることができ、不適切な時
期における火花放電の発生を抑制することができる。

【００４５】なお、図２に示すイオン電流は、正常燃焼
時の波形を示しており、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期
間において、イオンの発生量に比例したイオン電流が発
生していることが判る。また、検出抵抗２１の両端電圧
の検出位置の関係から、図２に示すイオン電流波形が負
の値となるほど（図中下になるほど）、イオン電流が大
きくなることを表している。

【００４６】次に、本イオン電流検出装置１のＥＣＵ１
９において実行されるイオン電流検出処理について、図
３に示すフローチャートを用いて説明する。なお、ＥＣ
Ｕ１９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ほ
かに、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。

【００４７】また、図３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、点火制御のための処理も実行して
いる。

【００４８】そして、内燃機関が始動されてイオン電流
検出処理が開始されると、まずＳ１１０（Ｓはステップ
を表す）にて、別途実行される運転状態検出処理にて検
出された内燃機関の運転状態を読込み、Ｓ１２０にて、
その読み込んだ運転状態に基づき、火花放電発生時期
（所謂点火時期）ｔｓおよびイオン電流検出時期ｔｉを
設定する。

【００４９】なお、Ｓ１１０での処理では、内燃機関の
エンジン回転数と、スロットル開度や吸気管負圧（吸入
空気量）等を用いて算出されるエンジン負荷とを含む情
報に基づいて、運転状態を読み込むことが好ましい。そ
して、Ｓ１２０での処理では、火花放電発生時期ｔｓに
ついては、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制御基準値を求
め、これを冷却水温，吸気温等に基づき補正する、とい
った従来から知られている手順で設定される。

【００５０】また、イオン電流検出時期ｔｉは、エンジ
ン回転数とエンジン負荷を含む運転状態に基づいて、予
め用意されたマップ若しくは計算式を用いて設定され
る。なお、このとき用いるマップもしくは計算式は、混
合気の燃焼が緩慢に進む運転条件下（低回転低負荷時
等）にはイオン電流検出時期ｔｉが遅い時期に設定され
るように、また、混合気の燃焼が急速に進む運転条件下
（高回転高負荷時等）にはイオン電流検出時期ｔｉが早
い時期に設定されるように構成されている。本実施例で
は、エンジン回転数とエンジン負荷をパラメータとする
マップを用いて、最適なイオン電流検出時期ｔｉを設定
する。

【００５１】次に、Ｓ１３０では、Ｓ１２０にて設定し
た火花放電発生時期ｔｓに基づき、火花放電発生時期ｔ
ｓに対して、予め設定された一次巻線Ｌ１の通電時間だ
け早い一次巻線Ｌ１の通電開始時期を求め、通電開始時
期に達した時点（図２に示す時刻ｔ１）で、第１指令信
号Ｓａをローレベルからハイレベルに変化させる。

【００５２】尚、Ｓ１３０の処理により、第１指令信号
Ｓａがローレベルからハイレベルに切り換わると、トラ
ンジスタ１７がオン状態となり、点火コイル１５の一次
巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れる。また、火花放電発生
時期ｔｓまでの一次巻線Ｌ１の通電時間は、一次巻線Ｌ
１への通電によって点火コイル１５に蓄積されるエネル
ギが、内燃機関のあらゆる運転条件下で混合気を燃焼さ
せることができる最大の火花エネルギとなるように、予
め設定されている。

【００５３】そして、続くＳ１４０では、クランク角セ
ンサからの検出信号に基づき、Ｓ１２０で設定した火花
放電発生時期ｔｓ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、
火花放電発生時期ｔｓになるまで待機する。そして、Ｓ
１４０にて、火花放電発生時期ｔｓに達したと判断され
ると（図２に示す時刻ｔ２）、Ｓ１５０に移行する。

【００５４】すると、Ｓ１５０では、第１指令信号Ｓａ
をハイレベルからローレベルに反転させ、この結果、ト
ランジスタ１７がターンオフして一次電流ｉ１が急激に
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Ｌ２に点火用高電圧が発生し、点火プラグ１３
の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生する。

【００５５】次のＳ１６０では、Ｓ１２０で設定したイ
オン電流検出時期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、イオン電流検出時期ｔｉになるまで待機する。そし
て、Ｓ１６０にて、イオン電流検出時期ｔｉに達したと
判断されると（図２に示す時刻ｔ３）、Ｓ１７０に移行
して、Ｓ１７０では、第１指令信号Ｓａをローレベルか
らハイレベルに反転する。

【００５６】この結果、第１指令信号Ｓａがハイレベル
になると、トランジスタ１７がオン状態となり、一次巻
線Ｌ１は再び通電されるので、二次巻線Ｌ２の点火用高
電圧の発生が抑えられ、点火プラグ１３での火花放電が
強制的に遮断される。また、このとき（図２に示す時刻
ｔ３）、二次巻線Ｌ２の両端には点火用高電圧とは逆極
性で、点火用高電圧よりも低い検出用高電圧が発生す
る。

【００５７】そして、この検出用高電圧が、点火プラグ
１３の電極１３ａ−１３ｂ間に印加されることにより、
電極１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在する場合には、イ
オン電流ｉｏが発生して、検出抵抗２１の両端にイオン
電流ｉｏの大きさに比例する電圧が発生する。これによ
り、検出抵抗２１と二次巻線Ｌ２との接続点の電位Ｖｒ
が、検出抵抗２１の両端電圧に応じて変化することにな
り、Ｓ１８０にて、検出回路２５は、電位Ｖｒを検出す
る（換言すれば、イオン電流検出値を読み込む）と共
に、ＥＣＵ１９に対してイオン電流信号Ｓｉを出力す
る。

【００５８】続いて、Ｓ１９０では、Ｓ１６０にて肯定
判定された後、イオン電流ｉｏを検出するための時間と
して、予めＥＣＵ１９に設定してある第１指令信号Ｓａ
のハイレベル継続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、Ｓ１９０にて、第１指令信号Ｓ
ａのハイレベル継続時間が経過したと判断されると（図
２に示す時刻ｔ４）、Ｓ２００に移行する。本実施例で
は、第１指令信号Ｓａのハイレベル継続時間は、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よ
い。

【００５９】そして、Ｓ２００では、第１指令信号Ｓａ
をハイレベルからローレベルに緩やかに減少させていく
第１指令信号レベル低下処理を行う。つまり、トランジ
スタ１７のベース電流ｉｂを緩やかに減少させ、トラン
ジスタ１７の電流増幅率の関係から、一次電流ｉ１を緩
やかに減少させるのである。これにより、点火コイル１
５での単位時間あたりの磁束密度の変化量が小さくな
り、二次巻線Ｌ２に発生する電圧が小さくなるため、二
次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生するのを防ぐことがで
き、不適切な時期での火花放電の発生を抑えつつ、最終
的に一次電流ｉ１の通電を停止することができる。

【００６０】このあと、Ｓ２００での処理により第１指
令信号Ｓａがローレベルとなり（図２における時刻ｔ
５）、Ｓ２００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。なお、ＥＣＵ１９では、イオン
電流検出処理を実行することにより発生するイオン電流
ｉｏに基づいて、内燃機関の失火の有無を判定する失火
判定処理を行っている。この失火判定処理では、図２に
おける時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、検出
回路２５から入力されるイオン電流信号Ｓｉに基づき失
火判定を行っている。そして、失火判定処理では、時刻
ｔ３の直後のピーク値を除くイオン電流信号Ｓｉ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。

【００６１】以上説明したように、実施例のイオン電流
検出装置１においては、ＥＣＵ１９の指令によるトラン
ジスタ１７のスイッチング駆動により、二次巻線Ｌ２に
発生した点火用高電圧を点火プラグ１３に印加して、電
極１３ａ−１３ｂ間に火花放電を発生させている。そし
て、その後、内燃機関の運転状態に基づき設定したイオ
ン電流検出時期ｔｉに再度一次電流ｉ１を流すことによ
り、火花放電を強制的に遮断させると共に、検出用高電
圧を二次巻線Ｌ２の両端に発生させている点に特徴があ
る。

【００６２】よって、本実施例のイオン電流検出装置に
よれば、検出用高電圧を点火コイルで発生することか
ら、高価なコンデンサを備える必要が無く、また、高価
なツェナーダイオードを備える必要がないため、低コス
トでイオン電流検出装置を構成することができる。

【００６３】さらに、本実施例のイオン電流検出装置で
は、イオン電流検出処理にて、混合気の燃焼が緩慢に進
む運転条件下（低回転低負荷時等）にはイオン電流検出
時期ｔｉが遅い時期に設定されるように、また、混合気
の燃焼が急速に進む運転条件下（高回転高負荷時等）に
はイオン電流検出時期ｔｉが早い時期に設定される。こ
のように、内燃機関の運転状態に応じて、イオン電流検
出時期ｔｉが設定されるため、イオン電流を確実に検出
することができ、イオン電流の検出精度が向上する。

【００６４】なお、イオン電流検出時期ｔｉを変化させ
ることに伴い火花放電の継続時間が変化することになる
が、低回転低負荷時には、火花放電の継続時間が長く設
定されるため、混合気への着火性が低下する低回転低負
荷時においても、確実に混合気へ着火することができ
る。また、高回転高負荷時においては、火花放電の継続
時間が短く設定されるが、高回転高負荷時における混合
気の着火性は良好であるため、混合気を燃焼させること
ができる。

【００６５】ここで、本実施例のイオン電流検出装置を
用いて、正常燃焼時と失火時とのそれぞれにおいて測定
したイオン電流の測定結果を図４に示す。なお、図４
（ａ）が正常燃焼時の測定結果であり、図４（ｂ）が失
火時の測定結果である。そして、本測定は、回転数が１
４００［ｒｐｍ］、トルクが１０［Ｎｍ］、空燃比（Ａ
／Ｆ）が１４．７という条件下で内燃機関を運転し、点
火プラグによる火花放電が開始されてから０．５［ｍ
Ｓ］経過した時点で検出用高電圧を発生させて、イオン
電流を検出するという手順で行った。なお、失火時の測
定については、燃料供給を行わないことで、模擬的に失
火状態を作り、測定を行った。

【００６６】まず、図４（ａ）に示す測定結果において
は、時刻ｔ１１が火花放電発生時期（点火時期）であ
り、時刻ｔ１２が検出用高電圧の発生時期である。そし
て、イオン電流波形は、時刻ｔ１２の直後に大きなイオ
ン電流が瞬間的に流れた後、イオン電流が一旦小さくな
っていることを示し、その後、徐々に電流値が上昇し
て、時刻ｔ１２から約１．２［ｍＳ］経過した時点でピ
ーク値となることを示している。そして、ピーク値を示
した後、徐々に電流値が減少していき、時刻ｔ１３の時
点で、イオン電流が流れなくなる。

【００６７】また、図４（ｂ）に示す測定結果において
は、時刻ｔ２１が火花放電発生時期（点火時期）であ
り、時刻ｔ２２が検出用高電圧の発生時期である。そし
て、イオン電流波形は、時刻ｔ２２の直後に大きなイオ
ン電流が瞬間的に流れるものの、その後、イオン電流が
流れていないことを示している。つまり、時刻ｔ２２か
ら時刻ｔ２３までの期間に、イオン電流は流れていな
い。また、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの時間は、図
４（ａ）における時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの時間
に等しい。

【００６８】そして、図４（ａ）および図４（ｂ）のそ
れぞれの測定結果を比較すると、検出用高電圧の発生時
期（時刻ｔ１１、時刻ｔ２１）の直後におけるイオン電
流波形は、両者とも瞬間的に大きく変動しており、ほぼ
等しい波形を示すが、その後については、図４（ａ）の
正常燃焼の場合には電流値が大きくなるが、図４（ｂ）
の失火の場合には電流値は変化しないことが判る。

【００６９】このことから、検出用高電圧が発生してか
ら一定時間（例えば、０．５［ｍＳ］）が経過した後の
イオン電流波形を用いることで、失火検知が可能である
ことが判る。つまり、検出用高電圧が発生してから一定
時間が経過した後のイオン電流波形におけるピーク値
と、失火判定用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以上となる場合には正常燃焼
と判定でき、ピーク値が判定基準値よりも小さい場合に
は失火と判定することができる。

【００７０】よって、図４に示す測定結果から、本イオ
ン電流検出装置を用いることで、イオン電流を検出でき
ることが判り、また、イオン電流の検出結果から失火検
知が可能であることが判る。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。

【００７１】そこで、本発明の第２実施例として、検出
用高電圧を発生するために一次電流ｉ１を再通電するた
めのスイッチング素子を、点火用のスイッチング素子
（トランジスタ１７）とは別に設けたものについて説明
する。そして、図５は、第２実施例のイオン電流検出装
置１の構成を表す電気回路図である。なお、以下の説明
において、第１実施例と同じ構成要素については、同一
番号（符号）を付与して説明する。

【００７２】図５に示すように、第２実施例のイオン電
流検出装置１は、定電圧（例えば電圧１２Ｖ）を出力す
る電源装置（バッテリ）１１と、内燃機関の気筒に設け
られた点火プラグ１３と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２
とからなり、点火用高電圧を発生する点火コイル１５
と、一次巻線Ｌ１と直列接続されたｎｐｎ型パワートラ
ンジスタから成るトランジスタ１７と、トランジスタ１
７を駆動制御するための第１指令信号Ｓａを出力する電
子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１９と、二次巻線Ｌ
２と直列に接続される検出抵抗２１と、抵抗素子９１に
並列接続されるダイオード２３と、検出抵抗２１の一端
の電位Ｖｒ（イオン電流値×検出抵抗値）を用いてイオ
ン電流を検出する検出回路２５と、イオン電流を検出す
るための検出用高電圧を二次巻線Ｌ２の両端に発生させ
るべく一次電流ｉ１の再通電を行うための一次電流通電
回路５１と、を備えている。また、ＥＣＵ１９は、一次
電流通電回路５１を制御するための第２指令信号Ｓｂを
一次電流通電回路５１に対して出力している。

【００７３】ここで、第２実施例のイオン電流検出装置
１は、第１実施例のイオン電流検出装置に一次電流通電
回路５１を追設して構成されたものであることから、第
１実施例と同一の構成要素についての説明は省略し、第
１実施例と異なる構成要素である一次電流通電回路５１
を中心に説明する。

【００７４】図５に示すように、第２実施例の一次電流
通電回路５１は、エミッタが接地され、ベースがＥＣＵ
１９の第２指令信号Ｓｂを出力する端子と接続され、コ
レクタがコンデンサ８７の一端（電極）に接続されると
ともに、ダイオード８３を介してグランドに接地された
ｎｐｎ型のトランジスタ８５を備えている。そして、ダ
イオード８３は、アノードがグランドに接地され、カソ
ードがトランジスタ８５のコレクタに接続されている。

【００７５】また、コンデンサ８７は、トランジスタ８
５との接続端（電極）とは反対側の接続端（電極）が、
抵抗素子９１を介して、一次巻線Ｌ１とトランジスタ１
７との接続点に接続されている。さらに、ダイオード８
９が抵抗素子９１に並列接続されており、ダイオード８
９は、アノードが抵抗素子９１と一次巻線Ｌ１との接続
点に接続され、カソードが抵抗素子９１とコンデンサ８
７との接続点に接続されている。

【００７６】そして、ＥＣＵ１９から出力される第２指
令信号Ｓｂがローレベルである場合には、一次電流通電
回路５１内のトランジスタ８５がオフ状態となり、一次
電流通電回路５１が、電源装置１１の正極から一次巻線
Ｌ１に向かう方向に一次電流ｉ１を流すことはない。

【００７７】また、第２指令信号Ｓｂがハイレベルであ
る場合、一次電流通電回路５１内のトランジスタ８５が
オン状態となり、一次電流通電回路５１が、電源装置１
１の正極側から点火コイル１５の一次巻線Ｌ１を通って
電源装置１１の負極側に至る、一次巻線Ｌ１の通電経路
を形成し、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１を流す。このと
き、一次巻線Ｌ１からコンデンサ８７に流れ込む電流
は、抵抗素子９１ではなく、ダイオード８９を通じて流
れる。

【００７８】そして、通電経路に流れる電流によってコ
ンデンサ８７に電荷が蓄積されるに従い、一次電流ｉ１
は緩やかに減少し、コンデンサ８７に、一次巻線Ｌ１の
インダクタンスとコンデンサ８７の静電容量とで決まる
一定の時定数にて、所定量の電荷が蓄積されると、コン
デンサ８７に電流が流れなくなり、一次電流ｉ１を遮断
する。

【００７９】そして、このとき、一次電流ｉ１が再通電
されることで二次巻線Ｌ２の両端において検出用高電圧
が発生するが、この検出用高電圧の発生期間がイオンの
発生期間を含むように、一次電流通電回路５１による一
次電流ｉ１の通電時間が設定されている。そして、一次
電流通電回路５１による一次電流ｉ１の通電時間は、コ
ンデンサ８７の静電容量や抵抗素子９１の抵抗値を変化
させることで変更することができる。

【００８０】なお、コンデンサ８７が、一次巻線Ｌ１側
（抵抗素子９１側）に接続された電極を正極性として完
全に充電されている場合、第２指令信号Ｓｂがハイレベ
ルであっても、一次電流ｉ１は流れないため、予めコン
デンサ８７に蓄積された電荷を放電させておく必要があ
る。そして、第２実施例では、点火用高電圧を発生させ
るために第１指令信号Ｓａをハイレベルにすることで、
すなわち、トランジスタ１７をオン状態とすることで
（図３におけるＳ１３０の処理時に）、充電されている
コンデンサ８７を放電させることができる。

【００８１】つまり、トランジスタ１７をオン状態とす
ると、トランジスタ１７、抵抗素子９１、コンデンサ８
７、ダイオード８３による閉ループが形成され、コンデ
ンサ８７に蓄積された電荷によって、この閉ループに電
流が流れることにより、コンデンサ８７は放電される。
このとき、コンデンサ８７から放電される電流は、ダイ
オード８９ではなく抵抗素子９１を通じて流れるため、
通電経路の抵抗値が大きくなる。このため、通電経路に
流れる電流値が小さくなり、トランジスタ１７に流れる
電流量が抑制されることになる。これにより、コンデン
サ８７に蓄積された電荷を放電させた時に伴うトランジ
スタ１７の発熱を小さく抑えることが可能となる。

【００８２】したがって、一次電流通電回路５１は、コ
ンデンサ８７が放電された状態で、第２指令信号Ｓｂが
ローレベルからハイレベルに変化される（このとき第１
指令信号Ｓａはローレベル）と、一次巻線Ｌ１に一次電
流ｉ１の通電を再開し、時間経過に従い一次電流ｉ１は
緩やかに減少されていき、最終的に一次電流ｉ１は遮断
される。そして、次の点火用高電圧を発生させるべく再
度第１指令信号Ｓａがハイレベルになること（このとき
第２指令信号Ｓｂはローレベル）で、コンデンサ８７に
蓄積された電荷が放電される。

【００８３】ここで、図５に示す回路図における第１指
令信号Ｓａ、第２指令信号Ｓｂ、一次巻線Ｌ１に流れる
一次電流ｉ１、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位
Ｖｐ、及び、検出抵抗２１の一端の電位Ｖｒ（イオン電
流）の各状態を表すタイムチャートを図６に示す。

【００８４】まず、図６における時刻ｔ３１から時刻ｔ
３３までの各状態については、図２における時刻ｔ１か
ら時刻ｔ３までの各状態と同じである。そして、時刻ｔ
３３にて、第２指令信号Ｓｂがローレベルからハイレベ
ルに切り換わると、一次電流通電回路５１の動作によ
り、再び一次巻線Ｌ１に電流（一次電流）ｉ１が流れ始
める。これにより、二次巻線Ｌ２の両端に時刻ｔ３２に
て発生した点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧が発
生し、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間にこの検
出用高電圧が印加される（なお、このとき点火プラグ１
３による火花放電は強制的に遮断される）。そして、こ
の時、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間にイオン
が存在すると、電極１３ａ−１３ｂ間にこのイオンの発
生量に応じた電流が流れることになり、このイオン電流
は、二次巻線Ｌ２から検出抵抗２１に流れる。なお、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、正常燃焼時にはイオンが発生するが、失火時
にイオンが発生することはない。

【００８５】このとき、再通電された一次電流ｉ１によ
り一次電流通電回路５１におけるコンデンサ８７が充電
されていき、時刻ｔ３４で一次電流ｉ１がピーク値を示
した後、一次電流ｉ１が緩やかに減少していき、時刻ｔ
３５にて一次電流ｉ１が流れなくなると共に、第２指令
信号Ｓｂがハイレベルからローレベルに切り換わる。

【００８６】このように、コンデンサ８７により一次電
流ｉ１が緩やかに減少するこで、点火コイル１５での単
位時間あたりの磁束密度の変化量が小さくなり、二次巻
線Ｌ２に発生する電圧が小さくなるため、二次巻線Ｌ２
に点火用高電圧が発生するのを抑えることができ、不適
切な時期における火花放電の発生を抑制することができ
る。

【００８７】なお、図６に示すイオン電流は、正常燃焼
時の波形を示しており、時刻ｔ３３から時刻ｔ３４まで
の期間において、イオンの発生量に比例したイオン電流
が発生していることが判る。また、検出抵抗２１の両端
電圧の検出位置の関係から、図６に示すイオン電流波形
が負の値となるほど（図中下になるほど）、イオン電流
が大きくなることを表している。

【００８８】次に、第２実施例のイオン電流検出装置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７に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、ＥＣＵ１９は、第１実施例と同様に内燃機関を総
合的に制御するためのものであり、以下に説明するイオ
ン電流検出処理のほかに、別途、運転状態検出処理等を
実行している。また、図７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、点火制御のための処理も実
行している。

【００８９】そして、第２実施例のイオン電流検出処理
におけるＳ１１０からＳ１６０までの処理内容について
は、図３に示す第１実施例のイオン電流検出処理におけ
るＳ１１０からＳ１６０までの処理内容と同じであるこ
とから、Ｓ２１０以降の処理を中心に説明する。

【００９０】そして、内燃機関が始動されてイオン電流
検出処理が開始されると、Ｓ１１０からＳ１５０までの
処理を実行することにより、点火プラグ１３の電極１３
ａ−１３ｂ間に火花放電が発生する。その後、イオン電
流検出時期ｔｉに達してＳ１６０にて肯定判定されると
（図６に示す時刻ｔ３３）、Ｓ２１０に移行して、Ｓ２
１０では第２指令信号Ｓｂをローレベルからハイレベル
に反転する。

【００９１】そして、Ｓ２１０での処理により第２指令
信号Ｓｂがハイレベルになると、一次電流通電回路５１
におけるトランジスタ８５がオン状態となり、一次巻線
Ｌ１、ダイオード８９、コンデンサ８７、トランジスタ
８５の順に通電経路が形成され、一次電流ｉ１が再び流
れ始める。このように、一次巻線Ｌ１への再通電が行わ
れることで、二次巻線Ｌ２の点火用高電圧の発生が抑え
られ、点火プラグ１３での火花放電が強制的に遮断され
る。また、このとき（図６に示す時刻ｔ３３）、二次巻
線Ｌ２の両端には点火用高電圧とは逆極性で、点火用高
電圧よりも低い電圧が発生する。

【００９２】そして、この検出用高電圧が、点火プラグ
１３の電極１３ａ−１３ｂ間に印加されることにより、
電極１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在する場合には、イ
オン電流ｉｏが発生して、検出抵抗２１の両端にイオン
電流ｉｏの大きさに比例する電圧が発生する。これによ
り、検出抵抗２１と二次巻線Ｌ２との接続点の電位Ｖｒ
が、検出抵抗２１の両端電圧に応じて変化することにな
り、Ｓ２２０にて、検出回路２５は、電位Ｖｒを検出す
る（換言すれば、イオン電流検出値を読み込む）と共
に、ＥＣＵ１９に対してイオン電流信号Ｓｉを出力す
る。このとき、一次電流ｉ１は、一次電流通電回路５１
の動作により、図６における時刻ｔ３４までは上昇し、
その後、緩やかに減少していく。

【００９３】続いて、Ｓ２３０では、Ｓ１６０にて肯定
判定された後、イオン電流ｉｏを検出するための時間と
して、予めＥＣＵ１９に設定してある第２指令信号Ｓｂ
のハイレベル継続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、Ｓ２３０にて、第２指令信号Ｓ
ｂのハイレベル継続時間が経過したと判断されると（図
６に示す時刻ｔ３５）、Ｓ２４０に移行する。

【００９４】なお、第２実施例における第２指令信号Ｓ
ｂのハイレベル継続時間は、図６における時刻ｔ３３か
ら時刻ｔ３５までの時間であり、第１実施例における第
１指令信号Ｓａのハイレベル継続時間（図２における時
刻ｔ３から時刻ｔ４まで）よりも長い時間が設定されて
いる。また、第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間
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
してもよい。

【００９５】続くＳ２４０では、第２指令信号Ｓｂをハ
イレベルからローレベルに切り換えて、トランジスタ８
５をオフ状態とする。そして、Ｓ２４０での処理が終了
すると、本イオン電流検出処理が終了する。なお、第２
実施例のＥＣＵ１９においても、第１実施例と同様に、
イオン電流検出処理を実行することにより発生するイオ
ン電流に基づき、内燃機関の失火の有無を判定する失火
判定処理を行っている。この失火判定処理では、図６に
おける時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までの期間において、
検出回路２５から入力されるイオン電流信号Ｓｉに基づ
き失火判定を行っている。そして、失火判定処理では、
時刻ｔ３３の直後のピーク値を除くイオン電流信号Ｓｉ
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。

【００９６】そして、第２実施例のイオン電流検出装置
１においては、トランジスタ８５が特許請求の範囲に記
載の第２スイッチング手段に相当し、トランジスタ１７
が第１スイッチング手段に相当している。なお、第２実
施例のイオン電流検出装置は、第１実施例と同様の効果
を発揮できることは言うまでもない。

【００９７】ここで、第１実施例、第２実施例ともに、
二次巻線Ｌ２の両端に発生する点火用高電圧とは逆極性
の検出用高電圧をイオン電流検出のための電源として利
用するものである。それより、検出用高電圧値は、イオ
ン電流ｉｏを検出することが可能なレベルに設定されて
おり、かつ、あらゆる運転条件下において点火プラグ１
３にて火花放電が再度発生しないレベルに制限されてい
る。つまり、二次巻線Ｌ２の両端に発生する検出用高電
圧値をこうした範囲内に設定すべく、内燃機関の性能を
考慮して、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２との巻数比や一
次巻線Ｌ１の抵抗値等を適宜調整した点火コイルを用い
ている。なお、二次巻線Ｌ２の両端に発生する検出用高
電圧が１００〔Ｖ〕〜１２００〔Ｖ〕の範囲内となるよ
う調整された点火コイルを用いることで、イオン電流を
良好に検出することができ、かつ火花放電の再発生を防
ぐことができる。

【００９８】以上、本発明の２つの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。例えば、イオン電
流検出処理におけるＳ１１０での処理において、運転状
態を読み込む処理に加えて、別途内燃機関が十分に暖機
された運転状態であるか否か（例えば、内燃機関の冷却
水温度が５０℃を超えたか否か）を判断するとよい。そ
して、十分に暖機されていない場合（冷却水温度が５０
℃以下である場合）には、Ｓ１６０以降の処理を行わず
に、イオン電流検出処理を終了するのである。そして、
内燃機関の暖機が十分となった場合には、Ｓ１６０以降
の処理を実行して、イオン電流の検出を行うのである。
これにより、火花放電の継続時間が長くなり、冷間始動
後の暖機運転時のように冷却水温度が低く、着火性の劣
る運転状態であっても、失火させることなく確実に混合
気を燃焼させることができる。

【００９９】また、イオン電流を用いて検出可能な燃焼
状態としては、失火に限らず、例えば、ノッキング等が
挙げられる。そして、ノッキングを検出する一例として
は、一次巻線への再通電により二次巻線の両端に発生す
る検出用高電圧を点火プラグに印加して、点火プラグの
電極間に流れるイオン電流を検出し、検出したイオン電
流の波形を解析することによりノッキング判定を行う方
法がある。

【０１００】また、イオン電流の検出には、火花放電経
路上に直列接続する検出機器ではなく、火花放電経路と
容量結合される検出機器を用いてもよい。そして、イオ
ン電流が流れることで発生する蓄積電荷の変化に基づ
き、イオン電流を検出するのである。このように容量結
合される検出機器を用いることで、火花放電経路の抵抗
値の変化をより確実に抑制することができ、点火装置へ
の影響を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例のイオン電流検出装置の構成を表
す電気回路図である。

【図２】 第１実施例のイオン電流検出装置の各部の状
態を表すタイムチャートである。

【図３】 第１実施例のＥＣＵにおいて実行されるイオ
ン電流検出処理のフローチャートである。

【図４】 （ａ）が正常燃焼時におけるイオン電流の測
定結果であり、（ｂ）が失火時におけるイオン電流の測
定結果である。

【図５】 第２実施例のイオン電流検出装置の構成を表
す電気回路図である。

【図６】 第２実施例のイオン電流検出装置の各部の状
態を表すタイムチャートである。

【図７】 第２実施例のＥＣＵにおいて実行されるイオ
ン電流検出処理のフローチャートである。

【符号の説明】

１…イオン電流検出装置、１１…電源装置、１３…点火
プラグ、１３ａ…中心電極、１３ｂ…接地電極、１５…
点火コイル、１７…トランジスタ、１９…電子制御装置
（ＥＣＵ）、２１…検出抵抗、２３…ダイオード、２５
…検出回路、５１…一次電流通電回路、８５…トランジ
スタ、Ｌ１…一次巻線、Ｌ２…二次巻線。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次巻線および二次巻線を有し、前記一
   次巻線に流れる一次電流を遮断することにより、前記二
   次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、 前記二次巻線と共に閉ループを形成するとともに、前記
   点火用高電圧が印加されることにより、自身の電極間に
   火花放電を発生する点火プラグと、 前記点火プラグの電極間に火花放電が開始されてから、
   所定時間経過後に前記一次巻線に再通電することによ
   り、該火花放電を強制的に遮断するとともに、前記二次
   巻線の両端に前記点火用高電圧とは逆極性の検出用高電
   圧を発生させる検出用高電圧発生手段と、 前記検出用高電圧が前記点火プラグに印加されることに
   より、該点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出
   するイオン電流検出手段と、 を備えることを特徴とするイオン電流検出装置。
2. 【請求項２】 前記イオン電流検出手段は、 前記点火プラグおよび前記二次巻線と直列接続される検
   出用抵抗素子と、 該検出用抵抗素子に並列接続され、前記点火用高電圧の
   発生時に流れる火花放電電流を流すことのみ許容する整
   流素子と、を備えており、 前記検出用高電圧の印加により発生する前記検出用抵抗
   素子の両端電圧に基づき、イオン電流を検出すること、
   を特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出装置。
3. 【請求項３】 前記点火コイルの一次巻線に直列接続さ
   れ、該一次巻線に流れる一次電流を通電・遮断する第１
   スイッチング手段と、 該第１スイッチング手段に並列接続され、前記二次巻線
   の両端に前記検出用高電圧を発生させるために前記一次
   巻線に再通電を行う第２スイッチング手段と、を備える
   こと、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のイ
   オン電流検出装置。
4. 【請求項４】 前記検出用高電圧発生手段は、前記一次
   巻線に再通電することにより前記二次巻線の両端に前記
   検出用高電圧を発生させる時期を、内燃機関の運転状態
   に基づいて設定する運転状態検出手段、を備えること、 を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の
   イオン電流検出装置。