JP2002250267A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一次巻線への通電開始時に点火プラグに火花
放電が発生して、混合気への誤着火を引き起こすことを
抑制するとともに、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。 【解決手段】 内燃機関用点火装置１は、一次巻線Ｌ１
への通電開始時に二次巻線Ｌ２に発生する誘導電圧によ
り流れる電流は、逆流防止用ダイオード３１により通電
が阻止されるため、一次巻線Ｌ１への通電開始時に点火
プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生す
ることはない。また、火花放電の終了後、点火コイル１
５の残留エネルギにより二次巻線Ｌ２の両端に発生する
誘導電圧（イオン電流発生用電圧）を、点火プラグ１３
の電極１３ａ−１３ｂ間に電圧を印加することで、イオ
ン電流を発生させている。

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ともに、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】そして、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は、二次
巻線の一端に点火プラグが電気的に接続される一方、二
次巻線の他端に直列にコンデンサが備えられており、点
火プラグでの火花放電発生時に、点火コイルの二次巻線
および点火プラグに流れる火花放電電流（二次電流）に
よりこのコンデンサを充電し、火花放電終了後に充電さ
れたコンデンサを放電して、二次巻線を介し点火プラグ
の電極間に電圧を印加することで、イオン電流を発生さ
せる構成が主流である（例えば、特開平４−１９１４６
５号公報や特開平１０−２３８４４６号公報等）。

【０００４】なお、このような内燃機関用点火装置で
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（１００〜３０
０［Ｖ］）に制限している。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内燃機関用点火装
置は、イオン電流発生用としての専用電源装置（バッテ
リなど）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、小型化を図ることができると
いう利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
点火プラグでの火花放電時に流れる二次電流にて充電し
たコンデンサを放電させることで点火プラグの電極間に
イオン電流を発生させる構成の内燃機関用点火装置で
は、点火コイルに磁束エネルギを蓄積するために一次巻
線への通電を開始した際に、点火用高電圧とは逆極性の
高電圧（数ｋＶ）が二次巻線に発生して、点火プラグが
正常な点火時期以前に火花放電を生じてしまい、混合気
への誤着火を引き起こす虞がある。

【０００６】つまり、上述の内燃機関用点火装置は、二
次電流の通電経路に直列接続されたコンデンサに対し、
火花放電発生時には充電が可能となり、またイオン電流
発生時には放電が可能となるように、二次電流の通電経
路が両方向の電流を通電可能となるように構成されてい
る。このため、上述の内燃機関用点火装置では、一次巻
線への通電開始時の点火コイルにおける磁束密度の変化
に伴い、一次電流の通電遮断時とは逆極性の誘導電圧が
二次巻線の両端に発生することになり、この時に発生す
る誘導電圧が火花放電に必要な電圧値を超える高電圧と
なる場合には、本来の火花放電時とは逆方向の二次電流
が流れる状態で、点火プラグに火花放電が発生すること
になる。

【０００７】また、一次巻線への通電時間を同じ長さに
設定した条件下においては、内燃機関の回転速度が高く
なるほど、一次巻線への通電開始時期は、クランク角度
の早い時期に設定されることになり、つまり、シリンダ
内の筒内圧が低い時期に設定されることになる。そし
て、点火プラグにおける放電電圧は、シリンダ内の筒内
圧が低くなるほど低下することが知られていることか
ら、高回転運転時においては、一次巻線への通電開始時
に二次巻線に発生する点火用高電圧とは逆極性の高電圧
（数ｋＶ）によって、混合気への誤着火が起こり易くな
る。

【０００８】このような早い時期での混合気への誤着火
の発生を防ぐためには、二次電流の通電経路における電
流の通電可能な方向を一方向として、一次電流の通電遮
断時にのみ電流が流れるのを許容するように、所謂、逆
流防止用ダイオードを二次巻線の一端と点火プラグとに
より形成される通電経路に設けると良い。しかしなが
ら、二次巻線の一端と点火プラグとにより形成される通
電経路に、一次電流の遮断時に二次巻線に発生する電流
の通電のみを許容するように逆流防止用ダイオードを設
ける場合、上述の公報技術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では、二次電流によるコ
ンデンサへの充電は可能なものの、コンデンサの放電に
よる電流を流すことができなくなり、点火プラグの電極
間にイオン電流を発生させることが不可能となって、点
火プラグの電極間に流れるイオン電流の検出を行うこと
ができない。

【０００９】そこで、本発明は、こうした問題に鑑みな
されたものであり、一次巻線への通電開始時に点火プラ
グに火花放電が発生して、混合気への誤着火を引き起こ
すことを抑制するとともに、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。

【００１０】

【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
とで二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、
点火コイルの一次巻線に流れる一次電流の通電・遮断を
行うスイッチング手段と、二次巻線に直列接続されて閉
ループを形成すると共に、点火用高電圧が印加されて二
次電流が流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、を備えた内燃機関用点火装置であ
って、点火コイルの二次巻線の高圧側と前記点火プラグ
とを接続する通電経路中に接続され、一次巻線への通電
遮断時に二次巻線に発生する電流の通電を許容し、一次
巻線への通電開始時に二次巻線に発生する電流の通電を
阻止する逆流防止用ダイオードと、二次電流の通電経路
において、二次巻線および点火プラグに直列接続され
て、点火プラグの電極間にイオン電流が流れる際に、こ
のイオン電流に比例した電流を検出するための電流検出
手段と、点火用高電圧の発生時に電流検出手段に印加さ
れる電圧を一定値以下に制限する印加電圧制限手段と、
を備え、点火プラグでの火花放電終了後に点火コイルに
残る残留エネルギによって二次巻線の両端にイオン電流
発生用電圧を発生させ、このイオン電流発生用電圧を点
火プラグに印加することで発生するイオン電流を電流検
出手段で検出すること、を特徴とする。

【００１１】つまり、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高圧側と点火プラグとを接
続する通電経路中に逆流防止用ダイオードを備えること
により、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。そして、この逆流防止用ダ
イオードが、一次巻線への通電開始時に二次巻線の両端
に発生する高電圧による通電を阻止することで、一次巻
線への通電開始時に、二次巻線に発生する高電圧（数ｋ
Ｖ）によっ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のを防いでいる。

【００１２】また、本内燃機関用点火装置では、点火プ
ラグの火花放電終了後に点火コイルに存在する残留エネ
ルギによって二次巻線の両端に発生する誘導電圧を点火
プラグに印加して、点火プラグの電極間にイオン電流を
発生させている。より詳細に説明すると、火花放電終了
後に点火コイルに存在する残留エネルギにより二次巻線
の両端に発生する誘導電圧は、点火プラグに印加され
て、当該点火プラグの浮遊容量を含む二次電流の通電経
路に存在する浮遊容量に充電される。そして、この充電
電荷を利用して点火プラグの電極間にイオン電流を発生
させるのである。つまり、点火コイルの残留エネルギに
より二次巻線の両端に発生する誘導電圧を、イオン電流
を発生させるためのイオン電流発生用電圧として使用し
ており、点火コイルは、火花放電を発生させるための点
火用高電圧を発生させる電源として機能すると共に、イ
オン電流発生用の電源としても機能する。

【００１３】ここで、点火プラグにおける火花放電が終
了した際に点火コイルに存在する残留エネルギは、火花
放電を継続させるには不十分ではあるが、二次電流の通
電経路に存在する浮遊容量を充電させてイオン電流を発
生させるためには十分な量である。つまり、火花放電終
了後の残留エネルギにより二次巻線の両端に発生するイ
オン電流発生用電圧は、約１〜５［ｋＶ］となり、従来
のイオン電流発生用のコンデンサが蓄積する電圧（１０
０〜３００［Ｖ］）よりも高い電圧を点火プラグの電極
間に印加することができる。これにより、従来よりも大
きいイオン電流が点火プラグの電極間に流れ、イオン電
流の検出精度を向上させることができる。

【００１４】なお、上述したように火花放電終了後に二
次巻線の両端に発生する誘導電圧は、二次電流の通電経
路に存在する浮遊容量に電荷を蓄積するが、点火プラグ
の浮遊容量に蓄積される充電電荷については、二次巻線
の高圧側と点火プラグとを接続する通電経路中に接続し
た上記逆流防止用ダイオードによって二次巻線への逆流
が防止される。これにより、点火プラグの浮遊容量に蓄
積された充電電荷は、二次巻線側に逆流して消費される
ことがなくなり、点火プラグの電極間にイオン電流を発
生させるために有効に利用される。つまり、逆流防止用
ダイオードは、一次巻線への通電開始時に誤って着火が
起こることを防止する機能を果たすと共に、イオン電流
を確実に発生させる機能も有する。

【００１５】そして、電流検出手段は、二次電流の通電
経路において二次巻線および点火プラグに直列接続され
ており、点火プラグの電極間にイオン電流が流れる際
に、このイオン電流に比例した電流が流れることから、
良好にイオン電流を検出することができる。

【００１６】また、点火用高電圧の発生時（つまり、火
花放電発生時）には、印加電圧制限手段が、電流検出手
段への印加電圧を一定値以下に制限することから、二次
巻線に発生した点火用高電圧のうち、電流検出手段にお
ける電圧降下分を一定値以下に制限することができる。
これにより、点火プラグへの印加電圧が、大幅に低下す
るのを防ぐことができ、電流検出手段を備えたことが要
因となって、火花放電が発生せずに失火することや火花
放電が短時間で終了すること等を防ぐことができる。

【００１７】したがって、本発明（請求項１）の内燃機
関用点火装置によれば、一次巻線への通電開始時に誤っ
て混合気への着火が行われることがなくなり、混合気へ
の誤着火による内燃機関の損傷を防ぐことができる。さ
らに、点火プラグの火花放電終了後に点火コイルに残さ
れた残留エネルギによって発生する誘導電圧（イオン電
流発生用電圧）を利用し、かつ二次巻線の高圧側と点火
プラグとを接続する通電経路中に設けられる逆流防止用
ダイオードの働きにより、点火プラグの電極間にイオン
電流を発生させることができる。

【００１８】なお、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により、より多くの
電子の交換、移動が行われることになるからである。

【００１９】このことから、本発明の内燃機関用点火装
置においては、点火プラグの火花放電終了後に点火コイ
ルの残留エネルギにより二次巻線の両端に発生するイオ
ン電流発生用電圧が、点火プラグの中心電極を正極性と
して印加されるように、点火コイルおよび点火プラグを
構成するとよい。これにより、イオン電流の検出精度を
さらに向上させることができる。そして、このために
は、一次電流の通電遮断時に、点火プラグの中心電極が
正極性となる点火用高電圧が印加されるように、点火プ
ラグに接続される点火コイル（具体的には、二次巻線の
巻線方向）を調整するとよい。

【００２０】そして、イオン電流に比例する電流を検出
する電流検出手段は、例えば、請求項２に記載のよう
に、一端が二次巻線の低圧側に接続されると共に、他端
が接地される検出用抵抗からなり、この検出用抵抗の両
端電圧によりイオン電流に比例した電流を検出するとよ
い。

【００２１】このように一端が二次巻線の低圧側に接続
されると共に、他端が接地される検出用抵抗には、イオ
ン電流を発生させるためにイオン電流発生用電圧を点火
プラグに印加した際に、点火プラグの電極間に流れるイ
オン電流に比例した両端電圧が発生する。このため、検
出用抵抗の両端電圧の変化を測定し、測定した両端電圧
値と検出用抵抗の抵抗値とに基づいて検出用抵抗に流れ
る電流を算出することにより、イオン電流の大きさを検
出が可能となる。

【００２２】また、この検出用抵抗は、一端が接地され
ており、この接地された一端の電位が一定電位（グラン
ド電位（０［Ｖ］））に維持されることから、グランド
電位を基準電位として二次巻線の低圧側に接続される端
部の電位の変動を検出することで、検出用抵抗の両端電
圧を良好に検出することができる。

【００２３】よって、本発明（請求項２）の内燃機関用
点火装置によれば、点火プラグの電極間に流れるイオン
電流の大きさが検出可能となり、この検出用抵抗に基づ
いて検出したイオン電流に基づいて内燃機関の失火判定
やノッキング判定等が可能となる。

【００２４】また、上述（請求項２）の内燃機関用点火
装置は、請求項３に記載のように、印加電圧制限手段
が、二次巻線の低圧側と検出用抵抗との接続端にアノー
ドが接続される形態で、検出用抵抗に並列に接続される
ツェナーダイオードからなるように構成すると良い。

【００２５】つまり、検出用抵抗の両端電圧がツェナー
ダイオードの降伏電圧以上となる場合に、ツェナーダイ
オードが電流の通電を行うことで、検出用抵抗への印加
電圧を一定値以下に制限して、検出用抵抗の両端電圧が
過度に上昇するのを制限するのである。これにより、火
花放電時に流れる放電電流（二次電流）は、検出用抵抗
を流れることなくツェナーダイオードによりバイパスさ
れることになり、点火プラグにおける火花放電特性、ひ
いては混合気への着火性能を良好なものとして維持する
ことができる。

【００２６】そして、このツェナーダイオードの降伏電
圧（ツェナー電圧）は、検出用抵抗で検出するイオン電
流のダイナミックレンジ（例えば、５［Ｖ］あるいは８
［Ｖ］等）程度、すなわち、点火プラグの電極間に流れ
るイオン電流により発生する検出用抵抗の両端電圧の最
大値に応じて設定すると良い。これにより、検出用抵抗
を用いたイオン電流の検出を、良好に実現することが可
能となる。また、ツェナーダイオードとしては、耐電力
が０．１［Ｗ］〜１［Ｗ］程度の安価なツェナーダイオ
ードを用いればよい。

【００２７】よって、本発明（請求項３）の内燃機関用
点火装置によれば、検出用抵抗を保護することができる
だけでなく、失火や火花放電が短時間で終了すること等
を防止できるため、混合気への着火性能の低下を抑える
ことができ、また、内燃機関の運転性能の低下を防ぐこ
とができる。

【００２８】

【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、実施例のイオン電流検出
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。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、各気筒毎の内燃機関用点火装置の基本構
成は同様である。

【００２９】図１に示すように、本実施例の内燃機関用
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（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１９（以下、ＥＣＵ１９と呼ぶ）と、を備え
ている。さらに、内燃機関用点火装置１は、アノードが
二次巻線Ｌ２（二次巻線Ｌ２の高圧側３３）に接続さ
れ、カソードが点火プラグ１３の中心電極１３ａに接続
された逆流防止用ダイオード３１と、二次巻線Ｌ２の低
圧側３５と電源装置１１の負極と同電位のグランドとの
間に接続される検出抵抗２１と、検出抵抗２１に並列接
続される印加電圧制限用ツェナーダイオード２３と、検
出抵抗２１の両端電圧Ｖｒ（イオン電流に比例する検出
電流ｉｏ×検出抵抗２１の抵抗値）に基づき、イオン電
流に応じて変動するイオン電流検出信号Ｓｉを出力する
ための検出回路２５と、を備えている。

【００３０】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・遮断を行うため
に、ＥＣＵ１９からの第１指令信号Ｓａ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。

【００３１】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（低圧側
３５）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（高圧側３３）が逆流
防止用ダイオード３１のアノードに接続されている。

【００３２】また、逆流防止用ダイオード３１は、アノ
ードが二次巻線Ｌ２に接続され、カソードが点火プラグ
１３の中心電極１３ａに接続されており、二次巻線Ｌ２
から点火プラグ１３の中心電極１３ａに向かう電流の通
電を許容し、点火プラグ１３の中心電極１３ａから二次
巻線Ｌ２に向かう電流の通電を阻止している。

【００３３】さらに、印加電圧制限用ツェナーダイオー
ド２３は、アノードが二次巻線Ｌ２の低圧側３５と検出
抵抗２１の一端との接続点に接続され、カソードが電源
装置１１の負極と同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。

【００３４】また、二次巻線Ｌ２の低圧側３５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。そして、検出回路２５は、検出抵抗２１の両
端電圧Ｖｒ（実際には、検出抵抗２１と二次巻線Ｌ２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１３ａと接地電極１３ｂとの間）に発生する
イオン電流に応じて変動するイオン電流検出信号Ｓｉを
出力するように構成されている。なお、検出回路２５
は、出力するイオン電流検出信号Ｓｉの変動範囲が、Ｅ
ＣＵ１９に入力可能な範囲を逸脱しないように構成され
ている。

【００３５】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いる。また、トランジ
スタ１７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
同電位のグランドに接地されている。

【００３６】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（一般に定電圧電源からの供給電圧５
［Ｖ］）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。

【００３７】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、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。

【００３８】尚、点火コイル１５は、一次巻線Ｌ１への
通電を遮断（停止）することで、二次巻線Ｌ２における
点火プラグ１３の中心電極１３ａにグランド電位よりも
高い正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−１３ｂ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ｉ２（火花放
電電流ｉ２）は、二次巻線Ｌ２から逆流防止用ダイオー
ド３１、点火プラグ１３の中心電極１３ａ、接地電極１
３ｂの順に通過し、さらにグランド、検出抵抗２１およ
び印加電圧制限用ツェナーダイオード２３を介して二次
巻線Ｌ２に戻る方向に流れる。

【００３９】このように、点火プラグ１３において火花
放電を発生させるための点火用高電圧が発生している場
合には、印加電圧制限用ツェナーダイオード２３に印加
される電圧がツェナー電圧よりも高電圧となるため、印
加電圧制限用ツェナーダイオード２３に放電電流ｉｓが
流れることになる。つまり、印加電圧制限用ツェナーダ
イオード２３が、検出抵抗２１の両端電圧が過度に上昇
するのを抑制している。

【００４０】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。なお、点火プラグ１３での火花放電が自然
終了した時点では、点火コイル１５には残留エネルギが
残されており、二次巻線Ｌ２の両端には、火花放電の発
生には不十分ではあるものの、概略数ｋＶの電圧が発生
している。

【００４１】このため、点火プラグ１３における火花放
電が自然終了した後には、残留エネルギにより二次巻線
Ｌ２の両端に発生している誘導電圧（イオン電流発生用
電圧）が、逆流防止用ダイオード３１、点火プラグ１
３、グランド、検出抵抗２１（印加電圧制限用ツェナー
ダイオード２３）の直列回路に印加されることになる。
より詳細に説明すると、点火プラグ１３における火花放
電終了後に残留エネルギにより二次巻線Ｌ２の両端に発
生する誘導電圧は、点火プラグ１３に印加されて、当該
点火プラグ１３の浮遊容量Ｃｆを含む二次電流の通電経
路に存在する浮遊容量に充電される。そして、この充電
電荷を用いて点火プラグ１３の電極間にイオン電流を発
生させるのである。そして、点火プラグ１３の電極１３
ａ−１３ｂ間にイオンが存在している場合には、残留エ
ネルギにより二次巻線Ｌ２の両端に発生しているイオン
電流発生用電圧により（詳細には、イオン電流発生用電
圧の点火プラグへの印加に伴い、点火プラグ１３の浮遊
容量Ｃｆを含む二次電流の通電経路に存在する浮遊容量
にチャージされる充電電荷により）、点火プラグ１３の
電極１３ａ−１３ｂ間にイオン電流が発生する。このよ
うにしてイオン電流が発生すると、点火コイル１５の二
次巻線Ｌ２から逆流防止用ダイオード３１、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に至る経路にイオン電流に比例した検出電流ｉｏが
流れる。

【００４２】ここで、点火プラグ１３における火花放電
終了後に二次巻線Ｌ２の両端に発生する誘導電圧は、上
述したように二次電流の通電経路に存在する浮遊容量に
充電される訳だが、点火プラグ１３の浮遊容量Ｃｆにチ
ャージされた充電電荷については、二次巻線Ｌ２の高圧
側３３と点火プラグ１３とを接続する通電経路中に接続
される逆流防止用ダイオード３１によって二次巻線Ｌ２
への逆流が防止される。これにより、残留エネルギによ
り二次巻線Ｌ２の両端に発生した誘導電圧により点火プ
ラグ１３の浮遊容量Ｃｆにチャージされる充電電荷は、
二次巻線Ｌ２から点火プラグ１３の中心電極１３ａに向
かう電流の通電のみを許容するために設けられる逆流防
止用ダイオード３１との組み合わせによって、点火プラ
グ１３の電極間にイオン電流を発生させるように有効に
利用されるのである。

【００４３】なお、点火プラグ１３の電極間にイオン電
流が発生した時に、検出抵抗２１の両端電圧Ｖｒ、つま
り印加電圧制限用ツェナーダイオード２３への印加電圧
が、印加電圧制限用ツェナーダイオード２３の降伏電圧
（ツェナー電圧）を下回る場合には、印加電圧制限用ツ
ェナーダイオード２３に電流は流れない。この場合、イ
オン電流に比例した検出電流ｉｏは、二次巻線Ｌ２から
逆流防止用ダイオード３１、点火プラグ１３、グラン
ド、検出抵抗２１を通じて流れることになる。

【００４４】ここで、印加電圧制限用ツェナーダイオー
ド２３としては、降伏電圧（ツェナー電圧）が、少なく
とも点火コイル１５の残留エネルギによるイオン電流発
生用電圧の発生時（イオン電流の発生時）に検出抵抗２
１の両端に発生する両端電圧よりも高く設定されたツェ
ナーダイオードが用いられている。このため、点火コイ
ル１５の残留エネルギによるイオン電流発生用電圧の発
生時には、印加電圧制限用ツェナーダイオード２３には
電流は流れず、検出抵抗２１を通じて検出電流ｉｏが流
れることになる。

【００４５】そして、点火プラグ１３の電極１３ａ−１
３ｂ間にイオン電流が発生すると、検出電流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、検
出抵抗２１の両端電圧Ｖｒが検出電流ｉｏ（イオン電
流）の大きさに比例して変化することになる。

【００４６】このようにして、検出抵抗２１の両端電圧
Ｖｒが変化すると、検出回路２５は、検出した検出抵抗
２１の両端電圧Ｖｒに基づきイオン電流検出信号Ｓｉを
ＥＣＵ１９に出力する。なお、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検出抵抗
２１の両端電圧Ｖｒと同様の変化を示し、かつ検出抵抗
２１と二次巻線Ｌ２との接続点の電位とは正負極性が反
転した信号を、イオン電流検出信号Ｓｉとして出力す
る。これにより、検出回路２５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信号Ｓｉを
出力している。

【００４７】ここで、混合気への着火が正常に行われた
場合の、図１に示す回路図における第１指令信号Ｓａ、
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、および、検出抵抗２１の両
端電圧Ｖｒ（換言すれば、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。

【００４８】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ｉ
１）が流れ始める。このとき、一次電流ｉ１の通電開始
に伴う磁束密度の変化により、二次巻線Ｌ２の両端に電
圧が発生するが、この時発生する電圧は、点火プラグ１
３の中心電極１３ａが負電位となるように発生する。こ
こで、一次電流ｉ１の通電開始時に二次巻線Ｌ２の両端
に発生する電圧により生じる電流は、逆流防止用ダイオ
ード３１により通電が阻止されることになり、点火プラ
グ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐが変化することはな
く、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電
が発生することはない。

【００４９】そして、時刻ｔ１からあらゆる内燃機関の
運転状態に適応するように予め設定された通電時間（一
次電流通電時間）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Ｌ１への一次電流ｉ１の通電が
遮断されて、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［ｋ
Ｖ］以上）が発生する。そして、二次巻線Ｌ２の高圧側
３３から点火プラグ１３の中心電極１３ａに正極性の点
火用高電圧が印加されて、中心電極１３ａの電位Ｖｐが
急峻に上昇し、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。

【００５０】このとき、印加電圧制限用ツェナーダイオ
ード２３の両端には、ツェナー電圧よりも高い電圧が印
加されることから、印加電圧制限用ツェナーダイオード
２３がツェナー降伏して電流が流れる。つまり、点火用
高電圧により発生する二次電流ｉ２（放電電流ｉｓ）
は、逆流防止用ダイオード３１、点火プラグ１３、グラ
ンド、検出抵抗２１および印加電圧制限用ツェナーダイ
オード２３を通じて流れることになる。このため、火花
放電発生時における検出抵抗２１の両端電圧Ｖｒは、印
加電圧制限用ツェナーダイオード２３のツェナー電圧に
維持されることになり、図２における時刻ｔ２から時刻
ｔ３までの期間においては、検出抵抗２１の両端電圧Ｖ
ｒは一定値（ツェナー電圧）を示している。

【００５１】このあと、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけ
て、点火コイル１５の磁束エネルギが点火プラグ１３に
おける火花放電の継続に伴って消費されていき、点火コ
イル１５の磁束エネルギにより二次巻線Ｌ２の両端に発
生する電圧が火花放電に必要な電圧よりも小さくなる
と、火花放電を継続することができなくなり、火花放電
が自然終了する。しかしながら、点火プラグ１３におけ
る火花放電が自然終了した後にも、点火コイル１５には
残留エネルギが存在するため、二次巻線Ｌ２の両端には
誘導電圧が継続して発生している。

【００５２】このようにして、火花放電の自然終了後
に、残留エネルギにより二次巻線Ｌ２の両端に発生する
誘導電圧は、イオン電流発生用電圧として、逆流防止用
ダイオード３１、点火プラグ１３、グランドおよび検出
抵抗２１（印加電圧制限用ツェナーダイオード２３）の
直列回路に印加される。そして、点火プラグ１３の電極
１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在している場合には、電
極１３ａ−１３ｂ間にイオン電流が発生する。

【００５３】このとき、印加電圧制限用ツェナーダイオ
ード２３の両端には、ツェナー電圧よりも低い電圧が印
加されることから、印加電圧制限用ツェナーダイオード
２３には電流は流れない。このため、残留エネルギによ
る誘導電圧（イオン電流発生用電圧）により発生するイ
オン電流は、逆流防止用ダイオード３１、点火プラグ１
３、グランドおよび検出抵抗２１を通じて流れることに
なる。

【００５４】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。
このようにして図２における時刻ｔ３の直後からイオン
電流が発生すると、二次巻線Ｌ２から逆流防止用ダイオ
ード３１、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に至る経路にイオン電流に比
例した検出電流ｉｏが流れる。この検出電流ｉｏが流れ
ることにより、検出抵抗２１の両端に電位差が発生し、
検出抵抗２１の両端電圧Ｖｒがイオン電流の大きさに応
じて変化することになる。

【００５５】このときのイオン電流（検出抵抗２１の両
端電圧Ｖｒ）の変動は、図２における時刻ｔ３から時刻
ｔ４までの波形のように、略山形の波形を示すことにな
る。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
ては、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
位置が検出抵抗２１と二次巻線Ｌ２との接続点となって
おり、この接続点の電位は、グランド電位（０［Ｖ］）
よりも検出抵抗２１の両端電圧Ｖｒだけ低電位となるこ
とから、図２においては、イオン電流波形が負の値とな
るほど（図中下になるほど）、イオン電流の電流量が大
きくなることを表している。

【００５６】次に、混合気への着火が正常に行われずに
失火した場合の、図１に示す回路図における第１指令信
号Ｓａ、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、および、検出抵抗
２１の両端電圧Ｖｒ（換言すれば、イオン電流）の各状
態を表すタイムチャートを図３に示す。

【００５７】まず、図３における時刻ｔ１１から時刻ｔ
１３までの各部の状態は、図２に示す時刻ｔ１から時刻
ｔ２までの各部の状態とほぼ同様の変化を示している。
ただし、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間において
は、点火プラグ１３の中心電極１３ａと接地電極１３ｂ
との間で火花放電は発生しているものの、混合気への着
火が行われていない失火状態となっている。

【００５８】なお、図３に示す波形においては、高回転
運転時の失火状態を想定していることから、混合気の乱
流によって早期に火花放電が終了して、正常燃焼時より
も火花放電の継続時間が短くなった状態を示している。
そして、時刻ｔ１３にて火花放電が終了し、図２の場合
と同様に、点火コイル１５の残留エネルギによって二次
巻線Ｌ２の両端に発生する誘導電圧（イオン電流発生用
電圧）が点火プラグ１３に対して印加される。

【００５９】しかし、混合気への着火が行われずに失火
しており、気筒内にはイオンが存在していないため、点
火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間にイオン電流が流
れることはない。このため、時刻ｔ１３以降において
は、図３に示すように、検出抵抗２１の両端電圧Ｖｒ
（イオン電流波形）はほとんど変化していない。

【００６０】このことから、点火プラグ１３における火
花放電終了後に、点火コイル１５の残留エネルギにより
発生するイオン電流発生用電圧によって、検出抵抗２１
の両端電圧Ｖｒ（イオン電流）が変動する場合には、正
常燃焼が行われたと判断することができ、反対に、検出
抵抗２１の両端電圧Ｖｒ（イオン電流）が変動しない場
合には、失火したと判断することができる。

【００６１】なお、時刻ｔ１３以降は、点火コイル１５
に存在する残留エネルギにより二次巻線の両端に発生す
る誘導電圧は、点火プラグ１３の浮遊容量Ｃｆに充電さ
れることになるが、失火が生じたことで点火プラグ１３
の電極１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在せず、かつ二次
巻線Ｌ２の高圧側３３と点火プラグ１３との通電経路中
に逆流防止用ダイオード３１が設けられていることか
ら、この点火プラグ１３の浮遊容量Ｃｆの充電電荷が消
費されることなくほぼ一定電荷量に維持されることにな
る。それにより、時刻ｔ１３以降における点火プラグ１
３の中心電極１３ａの電位Ｖｐは、概略一定の値の波形
を示している。

【００６２】また、失火時での時刻ｔ１３以降、点火プ
ラグ１３の浮遊容量Ｃｆに充電された充電電圧は、図３
での記載範囲外の期間において、点火プラグ１３の火花
放電で消費されることになる。つまり、気筒内の圧力が
低下するほど点火プラグ１３における放電電圧が低下す
るという関係があるため、失火時での時刻ｔ１３以降か
ら次の点火時期前までの行程において、ピストンの動作
により気筒内容積が増大して圧力が低下すると、浮遊容
量Ｃｆの充電電圧により点火プラグ１３の電極間に火花
放電が発生することになる。なお、このようにして火花
放電が発生するのは、次の燃焼サイクルに移行するより
も前の時点である。このことから、本実施例では、一次
巻線への通電開始時における点火プラグ１３での火花放
電による誤着火を抑える目的は常に果たされるものであ
り、発明の主旨に影響を与えるものではない。

【００６３】ところで、内燃機関の高回転運転時は、燃
焼室内の混合気の乱流が強いために火花放電が早期に終
了するため、点火コイル１５に残る残留エネルギは大き
くなる。このように、高回転運転時において失火した場
合には、点火コイル１５に残る残留エネルギが大きいた
めに、低回転運転時に比べて、残留エネルギにより発生
する誘導電圧が高電圧となる。このため、高回転運転時
においては、残留エネルギにより誘導される電圧によ
り、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間で、再度火
花放電が発生する場合がある。

【００６４】このように、失火後に再び点火プラグ１３
にて火花放電が発生する場合の、図１に示す回路図にお
ける第１指令信号Ｓａ、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、お
よび、検出抵抗２１の両端電圧Ｖｒ（換言すれば、イオ
ン電流）の各状態を表すタイムチャートを図４に示す。

【００６５】図４においては、時刻ｔ２１から時刻ｔ２
３までは、図３に示す失火時のタイムチャートにおける
時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までと同様の波形を示してい
る。そして、時刻２３のあと、時刻ｔ２４に達した時点
で、点火コイル１５に存在する残留エネルギによって発
生する誘導電圧により、点火プラグ１３の電極１３ａ−
１３ｂ間の絶縁が破壊されて、再度火花放電が発生する
ことで、中心電極１３ａの電位Ｖｐがグランド電位とほ
ぼ同電位まで低下する。この時、検出抵抗２１の両端電
圧Ｖｒが変動して瞬時的に大きい値を示すことになる
が、火花放電の再発生によって、点火コイル１５におけ
る残留エネルギが消費されることになり、その後、検出
抵抗２１の両端電圧Ｖｒはほとんど変化することはな
い。

【００６６】このため、混合気への着火が行われずに失
火した後、点火コイル１５に存在する残留エネルギによ
って火花放電が再発生した場合でも、検出抵抗２１の両
端電圧Ｖｒの波形、すなわちイオン電流検出信号Ｓｉの
波形は失火時とほぼ同様の波形を示すことになり、失火
と判定することが可能となる。よって、火花放電が再発
生した場合でも、失火検出の検出精度が低下することが
ない。

【００６７】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５
に示すフローチャートを用いて説明する。なお、ＥＣＵ
１９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。

【００６８】また、図５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、さらに、点火制御のための処理も
併せて実行している。

【００６９】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開始時期ｔ
ｉを設定する。

【００７０】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
報を、運転状態として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。

【００７１】また、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に設定されるように、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開始時期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開始時期
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開始時
期ｔｉを設定する。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】次のＳ１６０では、Ｓ１２０で設定したイ
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。そして、Ｓ１６０にて、イオン電流検出開始時期ｔ
ｉに達したと判断されると（図２に示す時刻ｔ３）、Ｓ
１７０に移行して、Ｓ１７０では、検出回路２５から出
力されるイオン電流検出信号Ｓｉの読み込みを開始す
る。

【００７７】ここで、イオン電流検出開始時期ｔｉは、
Ｓ１２０での処理において、火花放電が自然終了する時
期に設定されており、Ｓ１７０に移行した時には、火花
放電が自然終了して、点火コイル１５に存在する残留エ
ネルギにより二次巻線Ｌ２の両端に誘導電圧が発生して
いる。そして、この誘導電圧が、イオン電流発生用電圧
として、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に印加
されることとなる。

【００７８】そして、点火コイル１５の残留エネルギに
起因したイオン電流発生用電圧が点火プラグ１３の電極
１３ａ−１３ｂ間に印加される時点で、この電極１３ａ
−１３ｂ間にイオンが存在する場合には、上記イオン電
流発生用電圧によりプラグ１３の浮遊容量Ｃｆを含む二
次電流の通電経路に存在する浮遊容量にチャージされる
電荷によってイオン電流に比例する検出電流ｉｏが発生
して、検出抵抗２１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、検出抵抗２１と二次
巻線Ｌ２との接続点の電位が、検出抵抗２１の両端電圧
Ｖｒに応じて変化することになり、Ｓ１７０の処理が開
始された後は、ＥＣＵ１９の内部では、検出抵抗２１の
両端電圧Ｖｒの変化に応じて検出回路２５から出力され
るイオン電流検出信号Ｓｉを読み込む処理が継続して行
われる。

【００７９】続いて、Ｓ１８０では、Ｓ１６０にて肯定
判定された後、イオン電流検出信号Ｓｉ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、Ｓ１８０にて、検出信号読込時間が経過したと
判断されると（図２に示す時刻ｔ４、図３に示す時刻ｔ
１４）、Ｓ１９０に移行する。本実施例では、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
値を設定してもよい。

【００８０】そして、Ｓ１９０では、Ｓ１７０で開始し
たイオン電流検出信号Ｓｉの読み込み処理を停止する。
Ｓ１９０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、点火プラグ１
３の電極１３ａ−１３ｂ間に発生するイオン電流に比例
する検出電流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別途実行している。つまり、こ
の失火判定処理では、図２における時刻ｔ３から時刻ｔ
４までの期間において、検出回路２５から出力されるイ
オン電流検出信号Ｓｉに基づき失火判定を行っている。

【００８１】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検出信号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。また、この他の失火判定方法としては、時刻
ｔ３から時刻ｔ４までの期間中における時刻ｔ３の直後
のピーク値を除くイオン電流検出信号Ｓｉ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よい。なお、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
うにしてもよい。

【００８２】以上説明したように、実施例の内燃機関用
点火装置１においては、二次電流ｉ２の通電経路である
点火コイル１５の二次巻線Ｌ２と点火プラグ１３の中心
電極１３ａとの間に、逆流防止用ダイオード３１を備え
ることにより、二次電流ｉ２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。そして、逆流防
止用ダイオード３１が、一次巻線Ｌ１への通電開始時に
二次巻線Ｌ２の両端に発生する高電圧による二次電流ｉ
２の通電を阻止する。このため、ＥＣＵ１９の指令によ
るトランジスタ１７のスイッチング動作により一次巻線
Ｌ１への通電を開始した時に、点火プラグ１３の電極間
（中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間）に火花放電
が発生することがない。

【００８３】また、本内燃機関用点火装置においては、
火花放電終了後の点火コイル１５における残留エネルギ
によって発生する誘導電圧（イオン電流発生用電圧）を
印加することにより、点火プラグ１３の電極１３ａ−１
３ｂ間にイオン電流を発生させている。つまり、点火コ
イル１５（二次巻線Ｌ２）は、点火プラグ１３の電極間
に火花放電を発生させるための点火用高電圧を発生する
電源装置として動作すると共に、点火プラグ１３の電極
間にイオン電流を発生するための電流源としても動作し
ている。

【００８４】ここで、火花放電が終了した際に点火コイ
ル１５に残る残留エネルギは、火花放電を継続させるに
は不十分ではあるが、イオン電流を発生させるためには
十分な量である。つまり、火花放電終了後の点火コイル
１５の残留エネルギにより二次巻線の両端に発生する誘
導電圧（イオン電流発生用電圧）は、約１〜５［ｋＶ］
となり、従来のイオン電流発生用のコンデンサが発生す
る電圧（１００〜３００［Ｖ］）よりも高い電圧を点火
プラグ１３の電極間に印加することができる。これによ
り、従来よりも大きいイオン電流を発生でき、イオン電
流の検出精度を向上させることができる。

【００８５】そして、検出抵抗２１は、イオン電流発生
用電圧を点火プラグ１３の電極間に印加する時には、点
火プラグ１３および点火コイル１５の二次巻線Ｌ２と共
に閉ループを形成することになり、点火プラグ１３の電
極間に発生するイオン電流に比例した検出電流ｉｏを検
出することができる。なお、ＥＣＵ１９では、イオン電
流検出信号Ｓｉに基づき検出抵抗２１の両端電圧を算出
し、算出した両端電圧値を検出抵抗２１の抵抗値で除算
することにより、イオン電流の電流値を算出している。

【００８６】また、本実施例の内燃機関用点火装置１に
おいては、一次電流ｉ１の通電遮断時に、点火プラグ１
３の中心電極１３ａが正電位となる点火用高電圧が印加
されるように、点火プラグ１３と点火コイル１５（二次
巻線Ｌ２）とが接続されている。このため、点火コイル
１５の残留エネルギにより発生する誘導電圧が、点火プ
ラグ１３の中心電極１３ａを正電位として電極１３ａー
１３ｂ間に印加されることから、イオン電流の検出精度
をさらに向上させることができる。

【００８７】ここで、本実施例の内燃機関用点火装置を
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６に示す。なお、図６
（ａ）が正常燃焼時（着火時）の測定結果であり、図６
（ｂ）が失火時の測定結果である。

【００８８】そして、本測定は、ガスエンジンを用いて
おり、空燃比などを調整することにより、正常燃焼とな
る運転条件に設定した場合と、失火が発生する運転条件
に設定した場合のそれぞれにおいて、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。また、本測定では、検出抵抗として
抵抗値が１００［ｋΩ］の抵抗素子を用いて測定を行っ
た。

【００８９】まず、図６（ａ）に示す測定結果において
は、時刻ｔ３１が火花放電発生時期（点火時期）であ
り、時刻ｔ３２が火花放電の終了時期である。そして、
イオン電流波形は、時刻ｔ３１の約０．５［ｍＳ］前か
ら時刻ｔ３２にかけて大きな変動を示しているが、これ
は、火花放電により流れる放電電流によって生じてお
り、イオン電流による変動ではない。そして、イオン電
流波形は、時刻ｔ３２から約１．１［ｍＳ］経過した時
刻ｔ３３でピーク値（約０．７［Ｖ］）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ｔ３４の時点では、イオン電流が
流れていない。

【００９０】次に、図６（ｂ）に示す測定結果において
は、時刻ｔ５１が火花放電発生時期（点火時期）であ
り、時刻ｔ５２が火花放電の終了時期である。そして、
イオン電流波形は、時刻ｔ５１の約０．５［ｍＳ］前か
ら時刻ｔ５２の約０．２［ｍＳ］後にかけて大きな変動
を示しているが、これは、火花放電により流れる放電電
流によって生じており、イオン電流による変動ではな
い。そして、イオン電流波形は、時刻ｔ５２の約０．２
［ｍＳ］後以降は、ほぼ一定の値となり変化しておら
ず、イオン電流が流れていない（イオン電流の検出期間
において約０．２［Ｖ］を示している）ことを示してい
る。

【００９１】なお、点火プラグの中心電極の電位につい
ては、時刻ｔ５２から約３．０［ｍＳ］が経過した時刻
ｔ５３の電位が、時刻ｔ５１よりも前の電位よりも高電
位となっており、点火コイルに残留エネルギが依然残っ
ていることを示している。これは、上述したように点火
コイルの残留エネルギによりチャージされた点火プラグ
の浮遊容量の充電電荷が、点火プラグの電極間にイオン
が発生しておらず、かつ逆流防止用ダイオードが設けら
れていることにより、イオン電流の検出などのために消
費されていないことに起因している。

【００９２】そして、正常燃焼時（図６（ａ））と失火
時（図６（ｂ））のそれぞれの測定結果を比較すると、
火花放電の終了時期（時刻ｔ３２、時刻ｔ５２）を経過
した後におけるイオン電流波形が、それぞれ異なる波形
であることが判る。つまり、正常燃焼時（図６（ａ））
には、イオン電流波形が、火花放電の終了時期を経過し
た後に時刻ｔ３３でピーク値となる略山形の波形を示す
のに対して、失火時（図６（ｂ））には、イオン電流波
形が、火花放電の終了時期を経過した後にほとんど変化
しない波形を示すことが判る。

【００９３】よって、図６に示す測定結果から、本内燃
機関用点火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。例えば、失火を判定するた
めの判定基準値を０．４［Ｖ］に予め設定しておき、イ
オン電流波形のピーク値がこの判定基準値を上回るか否
かを判定することで、失火検知を行うことができる。

【００９４】なお、上記実施例においては、トランジス
タ１７が特許請求の範囲におけるスイッチング手段に相
当し、検出抵抗２１が電流検出手段に相当し、印加電圧
制限用ツェナーダイオード２３が印加電圧制限手段に相
当している。ここで、本発明の内燃機関用点火装置は、
点火コイルの残留エネルギにより二次巻線の両端に発生
する誘導電圧を、イオン電流発生源として利用するよう
構成されている。つまり、この内燃機関用点火装置は、
上記誘導電圧によって、点火プラグの浮遊容量を含む二
次電流の通電経路に存在する浮遊容量に充電電荷を蓄積
し、この蓄積した充電電荷を利用することで、点火プラ
グの電極間にイオン電流を発生させるよう構成されてい
る。

【００９５】なお、イオン電流の大きさは、内燃機関の
運転状態（換言すれば、点火コイルの残留エネルギによ
り発生する誘導電圧）や二次電流の通電経路に存在する
浮遊容量の大きさによって変動することから、誘導電圧
が低く、浮遊容量が小さい場合には、イオン電流が小さ
くなり、イオン電流が検出できない可能性がある。

【００９６】そこで、イオン電流が最も小さくなると考
えられる条件（誘導電圧が１［ｋＶ］、点火プラグの浮
遊容量が１０［ｐＦ］である場合）において、図１に示
す内燃機関用点火装置１を用いつつ、図６に示す実施例
と同様の１００［ｋΩ］の検出抵抗を用いて検出される
検出電圧を試算する。なお、上記誘導電圧として考えら
れ得る最低値を１［ｋＶ］とし、また、二次電流の通電
経路に存在する浮遊容量の最低限の要素として点火プラ
グの浮遊容量のみを想定して、その点火プラグの浮遊容
量として考えられ得る最低値を１０［ｐＦ］として、こ
れらの数値を上記条件に用いた。また、イオン電流検出
時間は、図６に示す実施例のイオン電流検出時間（２
［ｍｓ］）と同等の値とした。

【００９７】ここで、浮遊容量に蓄積される電荷Ｑは、
［数１］に示すように、電流値Ｉの時間積分として「Ｑ
＝∫Ｉｄｔ」で表すことができ、また、電流値Ｉが一定
値で通電時間がｔである場合には「Ｑ＝Ｉ・ｔ」で表す
ことができる。さらに、浮遊容量に蓄積される電荷Ｑ
は、点火プラグの浮遊容量の値をＣとし、点火コイルの
残留エネルギにより二次巻線の両端に発生する誘導電圧
をＶとすると、［数２］に示すように表すことができ
る。

【００９８】

【数１】

【００９９】

【数２】

【０１００】これらの式（［数１］および［数２］）を
用いて、電流値Ｉを表すと、［数３］に示すように表す
ことができる。

【０１０１】

【数３】

【０１０２】そして、上記の条件（誘導電圧が１［ｋ
Ｖ］、点火プラグの浮遊容量の浮遊容量が１０［ｐ
Ｆ］、イオン電流検出時間が２［ｍｓ］）を［数３］に
代入すると、電流値Ｉ＝（１０［ｐＦ］×１［ｋＶ］）
／２［ｍｓ］により、電流値Ｉは５．０［μＡ］とな
る。そして、１００［ｋΩ］の検出抵抗の両端電圧Ｖ
は、Ｖ＝５．０［μＡ］×１００［ｋΩ］＝０．５
［Ｖ］となる。なお、ここで算出した検出抵抗の両端電
圧は、電流値が一定と仮定して算出していることから、
実際のイオン電流波形におけるピーク値は、０．５
［Ｖ］よりも大きい値を示すと考えられる。この結果か
ら、イオン電流が最も小さくなると考えられる条件にお
いて検出抵抗で検出される電圧値は、図６に示す失火時
の検出抵抗の電圧値（約０．２［Ｖ］）と識別可能な差
を有することが判る。

【０１０３】よって、本発明の内燃機関用点火装置にお
いては、失火を判定するための判定基準値に適切な値
（例えば、０．４［Ｖ］）を設定することで、イオン電
流が最も小さくなると考えられる条件においても、正常
燃焼であるか失火であるかを判定することができる。

【０１０４】以上、本発明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
処理におけるイオン電流検出開始時期ｔｉは、イオン電
流の発生時期を含むように設定すればよいことから、火
花放電が自然終了する時期よりも早い時期に設定しても
良い。また、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。

【０１０５】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。このノッキングを検出するにあたっても、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
たイオン電流波形を公知の手法を用いて解析することで
ノッキング判定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図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】 混合気への着火が正常に行われた場合の内燃
機関用点火装置における各部の状態を表すタイムチャー
トである。

【図３】 混合気への着火が正常に行われずに失火した
場合の内燃機関用点火装置における各部の状態を表すタ
イムチャートである。

【図４】 失火後に再び火花放電が発生する場合の内燃
機関用点火装置における各部の状態を表すタイムチャー
トである。

【図５】 内燃機関用点火装置の電子制御装置（ＥＣ
Ｕ）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６】 実施例の内燃機関用点火装置を用いて、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
流の測定結果であり、（ａ）が正常燃焼時の測定結果で
あり、（ｂ）が失火時の測定結果である。

【符号の説明】

１…内燃機関用点火装置、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…印加電圧制限用ツ
ェナーダイオード、２５…検出回路、３１…逆流防止用
ダイオード、Ｌ１…一次巻線、Ｌ２…二次巻線。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G087 AA27 BB12 CC35 3G019 AB01 AC07 AC08 BA01 CD01 CD06 DB04 DB07 DC07 EA11 FA04 FA06 GA01 GA05 GA08 GA09 LA05 LA13 3G084 BA17 CA03 CA04 EA04 EA07 EA11 EB08 FA10 FA11 FA24 FA25 FA33 FA38

Claims (3)

【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で前記二次巻線
   に点火用高電圧を発生する点火コイルと、 該点火コイルの前記一次巻線に流れる前記一次電流の通
   電・遮断を行うスイッチング手段と、 前記二次巻線に直列接続されて閉ループを形成すると共
   に、前記点火用高電圧が印加されて二次電流が流れるこ
   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、を備えた内燃機関用点火装置であって、 前記点火コイルの前記二次巻線の高圧側と前記点火プラ
   グとを接続する通電経路中に接続され、前記一次巻線へ
   の通電遮断時に前記二次巻線に発生する電流の通電を許
   容し、前記一次巻線への通電開始時に前記二次巻線に発
   生する電流の通電を阻止する逆流防止用ダイオードと、 前記二次電流の通電経路において、前記二次巻線および
   前記点火プラグに直列接続されて、前記点火プラグの電
   極間にイオン電流が流れる際に、該イオン電流に比例し
   た電流を検出するための電流検出手段と、 前記点火用高電圧の発生時に前記電流検出手段に印加さ
   れる電圧を一定値以下に制限する印加電圧制限手段と、
   を備え、 前記点火プラグでの火花放電終了後に前記点火コイルに
   残る残留エネルギによって前記二次巻線の両端にイオン
   電流発生用電圧を発生させ、該イオン電流発生用電圧を
   前記点火プラグに印加することで発生するイオン電流を
   前記電流検出手段で検出すること、 を特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 【請求項２】 前記電流検出手段は、一端が前記二次巻
   線の低圧側に接続されると共に、他端が接地される検出
   用抵抗からなり、該検出用抵抗の両端電圧によりイオン
   電流に比例した電流を検出すること、 を特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
3. 【請求項３】 前記印加電圧制限手段は、前記二次巻線
   の低圧側と前記検出用抵抗との接続端にアノードが接続
   される形態で、前記検出用抵抗に並列に接続されるツェ
   ナーダイオードからなること、 を特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。