JP4230041B2 - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【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燃料混合気が着火することにより発生するイオンを、電流値として検出するイオン電流検出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】
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】
そして、このようなイオン電流検出機能を有する点火装置としては、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等のスイッチング素子によりオン・オフ制御する、所謂フルトランジスタ型の点火装置に適用したものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来のフルトランジスタ型の点火装置においては、点火プラグを火花放電させた後、イオン電流を正確に検出できるようになるまでの時間が長くなってしまい、内燃機関の運転状態によっては、イオン電流を正確に検出できないことがあった。
【０００６】
即ち、まず、フルトランジスタ型の点火装置では、点火プラグを火花放電させる点火タイミングの前に、パワートランジスタをオンして点火コイルの一次巻線に電流を流し、その後の点火タイミングで、パワートランジスタをオフして、点火コイルの二次巻線に点火用高電圧を発生させ、この点火用高電圧を点火プラグに印加することにより、点火プラグを火花放電させる。
【０００７】
そして、点火プラグの火花放電は、電極間を絶縁破壊する容量放電と、それに続いて発生する誘導放電（アーク放電ともいう）とからなり、誘導放電を含む火花放電の継続時間は、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とによって決まる。
【０００８】
また、内燃機関の始動時やアイドリング時等、内燃機関の低回転・低負荷運転時には、混合気が着火し難く、着火性を確保するには、内燃機関の高回転・高負荷運転時に比べて、火花放電の継続時間を充分長く（２〜３ｍｓ程度）する必要がある。
【０００９】
このため、従来のフルトランジスタ型点火装置では、内燃機関の低回転・低負荷運転時等にも火花放電により混合気を確実に着火させることができるように（換言すれば、火花放電の継続時間を充分長くできるように）、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを大きい値（２０〜３０Ｈ程度）に設定している。
【００１０】
しかし、このように混合気の着火性を考慮して点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを充分大きい値に設定すると、火花放電の継続時間が必要以上に長くなってしまい、例えば、内燃機関の高回転・高負荷運転時のように、点火プラグの火花放電開始直後に混合気が速やかに着火・燃焼し得る運転条件下では、混合気の燃焼によって発生したイオンが点火プラグの火花放電中になくなり、イオン電流を検出できないことがある。尚、これは、火花放電後の混合気の燃焼に伴い発生するイオンは、混合気の着火後わずかな時間しか存在しないためである。
【００１１】
また、点火プラグの火花放電終了時には、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスによって（詳しくは、この自己インダクタンスと点火系の容量成分で生じる共振特性によって）、二次巻線側に電圧変動（振動）生じる。
そして、こうした電圧変動が生じているときに、点火プラグにイオン電流検出用の高電圧を印加して、イオン電流を検出しようとしても、その検出信号（イオン電流）は、二次巻線の電圧変動の影響を受けて大きく変動してしまい、正確なイオン電流を検出することができない。
【００１２】
このため、従来の点火装置には、点火プラグに火花放電を発生させてから（点火タイミング）から点火プラグが火花放電を終了して二次巻線の電圧が安定する迄の期間はイオン電流の検出を禁止する、所謂マスキング処理を行うようにしたものもある。
【００１３】
しかし、火花放電終了時に生じる二次巻線の電圧変動は、二次巻線の自己インダクタンスが大きい程、長く続くことから、混合気の着火性を確保するために二次巻線の自己インダクタンスを大きい値に設定した従来の点火装置では、点火プラグの火花放電開始後、イオン電流を検出できるようになるまでの時間がより長くなってしまい、イオン電流を正確に検出できない運転領域が増えてしまう。
【００１４】
また更に、イオン電流を正確に検出できれば、その検出信号に重畳された特定周波数（ノック周波数）の信号を取り出すことにより、内燃機関のノッキングを検出することができるが、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスが大きいと、点火系全体がローパスフィルタとなって、イオン電流の検出信号に重畳されるノッキング信号成分が減衰してしまう。
【００１５】
このため、従来のフルトランジスタ型点火装置では、たとえイオン電流を検出できたとしても、検出したイオン電流からノッキングを検出することができないといった問題もある。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、フルトランジスタ型の点火装置において、内燃機関の運転状態に応じて変化するイオン電流を、内燃機関の全運転領域で常に正確に検出できるようにすることを目的とする。
【００１６】
【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本発明（請求項１〜６）の内燃機関用点火装置は、二次巻線の一端が点火プラグに接続された点火コイルと、該点火コイルの一次巻線に流れる一次電流を、外部からの指令に従い通電、遮断するスイッチング素子と、該スイッチング素子をオン・オフさせることにより、前記点火コイルの二次巻線に点火用高電圧を発生させて、前記点火プラグを火花放電させる点火制御手段と、前記点火プラグの火花放電後に、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、前記点火コイルの前記二次巻線の自己インダクタンスが、４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定されている。
【００１７】
即ち、本発明の内燃機関用点火装置は、点火制御手段が、パワートランジスタ等からなるスイッチング素子を内燃機関の回転に同期してオン・オフさせることにより、点火コイルの二次巻線に点火用高電圧を発生させて、点火プラグを火花放電させる、所謂フルトランジスタ型点火装置であり、既述した従来の点火装置と同様、イオン電流検出手段が、点火プラグの火花放電後に点火プラグの電極間を流れるイオン電流を検出する。
【００１８】
そして、本発明の内燃機関用点火装置では、点火プラグに印加する点火用高電圧を発生するための点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスが、従来のフルトランジスタ型点火装置で使用される点火コイルの二次巻線の自己インダクタンス（２０〜３０Ｈ）よりも小さい、４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定されている。
【００１９】
これは、二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈよりも小さくすると、火花放電の継続時間が短くなり過ぎ、混合気を着火できない運転領域が確実に発生してしまい、逆に、二次巻線の自己インダクタンスを１６Ｈよりも大きくすると、火花放電終了後に二次巻線に生じる電圧変動の発生期間が長くなり過ぎ、イオン電流検出手段が検出したイオン電流から、混合気の燃焼によって発生したイオン量（延いては内燃機関の運転状態）を正確に検出することができなくなってしまうためである。
【００２０】
つまり、本発明の内燃機関用点火装置は、従来の点火装置のように、混合気の着火性のみを考慮して、火花放電の継続時間が充分長くなるように、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを充分大きい値に設定するのではなく、後述実施例にて例示する各種実験を行うことにより、混合気の着火性を確保しつつ、内燃機関の全運転領域でイオン電流を正確に検出し得る二次巻線の自己インダクタンスを設定しているのである。
【００２１】
そして、このように構成された本発明の内燃機関用点火装置によれば、前述した従来装置に比べて、点火制御手段の動作によって点火プラグを火花放電させた後の火花放電の継続時間を短くすることができ、しかも、火花放電終了時に生じる二次巻線の電圧変動を速やかに収束させることができることから、点火プラグが火花放電を開始する点火タイミングからイオン電流検出手段がイオン電流検出動作を開始するまでの時間を短くすることができる。
【００２２】
よって、本発明によれば、内燃機関の高回転・高負荷運転時等、混合気が着火し易い運転条件下でも、混合気の燃焼によって発生したイオンがなくなる前に、そのイオンの発生量に対応したイオン電流を正確に検出することが可能になる。また、本発明では、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを、従来のものよりも小さい４Ｈ〜１６の範囲内に設定していることから、後述の実験例から明らかなように、点火系全体がノッキング周波数成分を減衰させてしまうローパスフィルタとなるのを防止し、イオン電流検出手段にて検出されたイオン電流から、内燃機関に発生したノッキングに対応した信号成分を取り出し、ノッキングを判定することも可能である。
【００２３】
ところで、本発明では、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定するが、設定した自己インダクタンスの値によっては、点火プラグの火花放電の継続時間が、混合気を着火・燃焼させるのに必要な最小時間よりも長くなることも考えられる。
そこで、特に、請求項１に記載の内燃機関用点火装置においては、内燃機関の運転状態に基づき、混合気が着火し難いときには長く、混合気が着火し易いときには短くなるよう放電時間を設定し、点火プラグの火花放電の継続時間がその設定した放電時間に達すると、点火プラグの火花放電を強制終了させる火花放電休止手段を設けている。
【００２４】
つまり、例えば、二次巻線の自己インダクタンスを本発明における最大値である１６Ｈに設定した場合、混合気が着火し易い内燃機関の高回転・高負荷運転時には、火花放電の継続時間が必要以上に長くなることが考えられる。一方、内燃機関の高回転・高負荷運転時のイオン電流の検出精度を高めるには、火花放電開始後、イオン電流の検出を開始するまでの時間をできるだけ短くすることが望ましい。そこで、請求項１に記載の発明では、例えば、混合気が着火し易い内燃機関の高回転・高負荷時程、点火プラグの火花放電継続時間が短くなるように、点火プラグの火花放電を、内燃機関の運転状態に応じて休止させるのである。この結果、請求項１に記載の発明によれば、火花放電の継続時間をより短くして、イオン電流の検出精度を高めることが可能になる。
尚、火花放電を休止させるには、点火プラグの火花放電期間中に、スイッチング素子をオンして、点火コイルの一次巻線段への通電を再開させるようにすればよい。但し、この通電再開後に、スイッチング素子をオフすると、点火プラグは再び火花放電することになるので、混合気を着火させる必要のないときには、内燃機関が排気行程に入ってから、スイッチング素子をオフするようにするとよい。
【００２５】
一方、本発明では、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスの値を４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定することにより、点火プラグによる火花放電の継続時間及び火花放電終了時に生じる二次巻線の電圧変動期間を短くしているが、このように、火花放電の継続時間を短くすると、内燃機関の低回転・低負荷運転時のように混合気が着火し難い運転条件下では、混合気が失火し易くなる。
【００２６】
そこで、特に、請求項３に記載の内燃機関用点火装置においては、イオン電流検出手段により検出されたイオン電流に基づき混合気の着火・失火を判定し、失火を判定すると、前記スイッチング素子を再度駆動して、前記点火プラグを再度火花放電させる再点火制御手段を設け、この再点火制御手段の動作を、内燃機関の運転状態に応じて制御するようにしている。
【００２７】
即ち、請求項３記載の内燃機関用点火装置では、点火制御手段が点火プラグを火花放電させ、その後、イオン電流検出手段がイオン電流を検出すると、再点火制御手段が、その検出されたイオン電流に基づき、混合気の着火・失火を判定して、失火を判定すると、点火プラグを再度火花放電させる。
【００２８】
このため、請求項３記載の発明によれば、点火制御手段による１回目の火花放電により混合気を着火・燃焼させることができなかった場合にでも、再点火制御手段による火花放電によって混合気を着火・燃焼させることができるようになり、二次巻線の自己インダクタンスを従来より小さい値に設定することにより生じる、失火が発生し易くなるという問題を防止することが可能となる。
【００２９】
ここで、再点火制御手段は、点火制御手段が点火プラグを火花放電させた後、一回だけ、イオン電流から失火の有無を判定して、失火判定時に、点火プラグを火花放電させるようにしてもよく、例えば、自らが点火プラグを火花放電させた２回目以降の火花放電後も、イオン電流から失火の有無を判定して、失火判定時に、点火プラグを火花放電させる、というように、「失火判定→火花放電」を複数回繰り返し行うようにしてもよい。そして、再点火制御手段を、「失火判定→火花放電」を複数回繰り返し行うように構成すれば、混合気の失火をより確実に防止し、着火性を高めることが可能になる。
【００３０】
尚、このように再点火制御手段を、「失火判定→火花放電」を複数回繰り返し行うように構成することができるのは、本発明では、点火プラグの二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈ〜１６Ｈと、従来のものに比べて小さい値に設定しているためである。
【００３１】
つまり、点火プラグの二次巻線の自己インダクタンスが小さいということは、二次巻線に点火用高電圧を発生させるのに必要な一次巻線の自己インダクタンスも、当然、従来のものに比べて小さくなり、この結果、二次巻線に点火用高電圧を発生させるのに要する一次巻線の通電時間（換言すれば、スイッチング素子のオン時間）も短くなる。
【００３２】
そして、本発明では、点火プラグの二次巻線の自己インダクタンスを小さくすることにより、点火コイルの火花放電の継続時間を短くして、火花放電開始後、短時間で、イオン電流を正確に検出できるようにしている。
従って、本発明の点火装置では、「一次巻線の通電→火花放電→イオン電流検出」に要する時間が従来のものに比べて極めて短くなり、内燃機関の点火一回当たりに、「失火判定→火花放電」を複数回繰り返し行うことができるようになるのである。
【００３３】
また、点火プラグの二次巻線の自己インダクタンスを上記範囲内に設定することにより失火が発生し易くなるのは、内燃機関の低回転・低負荷運転時であり、内燃機関の高回転・高負荷運転時には、混合気は着火し易く、失火する虞はないので、請求項３に記載の内燃機関用点火装置において、再点火制御手段の動作を実際に制御する際には、その動作を、内燃機関の運転状態に応じて制限するようにしてもよい。
【００３４】
具体的には、内燃機関の回転速度が所定回転速度以下であるときや、スロットルバルブの開度，吸入空気量Ｑと回転数Ｎとの比Ｑ／Ｎ，吸気管圧力等から得られる内燃機関の負荷が所定レベル以下であるときにだけ、再点火制御手段を動作させ、それ以外の運転領域では、再点火制御手段による「失火判定→火花放電」の動作を禁止するようにしてもよい。
【００３５】
そして、このようにすれば、内燃機関の高回転時等、内燃機関一回転当たりの時間が短くなり、点火制御手段及び再点火制御手段を実現するエンジン制御装置側で、点火一回当たりの処理に利用可能な時間が短くなったときに、エンジン制御装置側での処理の負担を増大させることなく、点火制御を良好に実行できることになる。
【００３６】
また、混合気は、内燃機関の回転速度が低い程着火し難くなり、しかも、内燃機関の１行程当たりに再点火制御手段が「失火判定→火花放電」を実行し得る回数は、内燃機関の回転速度が高い程少なくなるので、上記のように、再点火制御手段を、「失火判定→火花放電」の動作を複数回実行するよう構成する場合には、その最大実行回数を、内燃機関の回転速度に応じて、内燃機関の回転速度が低い程多くなるように設定してもよい。
【００３７】
ここで、請求項１に記載の内燃機関用点火装置には、請求項２に記載のように、請求項３と同様に構成された再点火制御手段を設けてもよく、また、請求項３に記載の内燃機関用点火装置には、請求項４に記載のように、請求項１と同様に構成された火花放電休止手段を設けてもよい。
また、イオン電流検出手段は、点火プラグの火花放電後に点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出できるものであればよいが、例えば、請求項５に記載のように、イオン電流検出手段を、点火プラグの火花放電後に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、その電圧印加によって点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出するようにするとよい。
つまり、このように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させるためには、後述実施例に記載のように、点火プラグへの点火用高電圧の印加によって点火プラグが火花放電した際に流れる放電電流にてコンデンサを充電しておき、この充電電荷を利用して、検出用高電圧を発生する、といったことが可能になり、こうすることで、検出用高電圧発生のための電力を別途電源装置から取り込む必要がなくなり、電力消費量を低減できる。
【００３８】
一方、混合気をより確実に着火・燃焼させるには、請求項６に記載のように、点火制御手段を、内燃機関の１燃焼サイクルの燃焼タイミングにおいて、スイッチング素子を複数回連続してオン・オフすることにより、点火プラグを複数回連続して火花放電させるように構成し、イオン電流検出手段側では、点火制御手段が点火プラグを複数回連続して火花放電させた後に、イオン電流を検出するようにしてもよい。
つまり、このようにすれば、点火制御手段による点火プラグの複数回の火花放電によって混合気をより確実に着火させ、その後、イオン電流検出手段にて検出されるイオン電流から、失火，ノッキング等、内燃機関の運転状態を良好に検出することができるようになる。
【００３９】
尚、このように、点火制御手段を、点火プラグの火花放電を複数回連続して発生させるように構成する場合には、火花放電を不必要に実行してしまい、これによって、イオン電流の検出精度が低下したり、点火プラグの寿命が短くなることのないように、点火制御手段が点火プラグに発生させる火花放電の回数を制限することが望ましい。
【００４０】
具体的には、混合気が着火し難い運転条件下（例えば、内燃機関の低回転・低負荷運転時）では、点火制御手段による火花放電の連続回数を多くし、混合気が着火し易い運転条件下（例えば、内燃機関の高回転・高負荷運転時）では、点火制御手段による火花放電の連続回数を少なくする（場合によっては火花放電１回にする）、というように、点火制御手段が制御する点火プラグの火花放電の回数を内燃機関の運転状態に応じて設定する火花放電連続回数設定手段を設け、点火制御手段側では、その設定された火花放電回数に従いスイッチング素子をオン・オフして、点火プラグを１又は複数回火花放電させるように構成すればよい。
【００４１】
またこのように点火制御手段にて点火プラグの火花放電を複数回連続的に実行させるのは、混合気の着火性を高めるためであることから、火花放電の継続時間を短くすると混合気の着火性が著しく低下する内燃機関、具体的には、燃料噴射弁（インジェクタ）が気筒内に燃料を直接噴射するように構成された所謂直噴式の内燃機関に適用するとよい。
【００４２】
つまり、直噴式の内燃機関では、インジェクタから点火プラグ近傍に直接燃料が噴射されるため、点火プラグによる火花放電の発生期間が短いと、燃料がくすぶり易く、混合気をより確実に着火させるには、他の内燃機関（詳しくは、吸気管側で燃料を供給して吸気行程時に燃料と空気との混合気を気筒内に吸入させる内燃機関）に比べて、点火用高電圧の立上がりを急峻にし、且つ、火花放電の継続時間を長くする必要がある。
【００４３】
そして、本発明の点火装置では、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定しているので、従来の点火装置に比べて、二次巻線のインピーダンスが小さくなって、点火用高電圧の立上がりを急峻にできる。しかし、この場合、既述したように、火花放電の継続時間が短くなるので、イオン電流の検出には適しているが、直噴式の内燃機関では、火花放電の継続時間が短くなりすぎ、着火性が低下する虞がある。
【００４４】
しかし、請求項６に記載のように、点火制御手段によるイオン電流検出前の火花放電を、複数回連続して実行させるようにすれば、火花放電の継続時間を長くしたのと同様の効果が得られ、混合気の着火性を確保できる。よって、請求項６記載の発明は、特に、直噴式の内燃機関の適用することにより、より効果を発揮することができるようになるのである。
【００４５】
尚、請求項６に記載の技術を請求項３に記載の内燃機関用点火装置に適用すれば、点火制御手段により火花放電を複数回実行させる際の回数を必要最小限に抑えつつ、混合気を確実に着火・燃焼させることが可能となり、点火プラグの火花放電回数が不必要に増加するのを防止して、火花放電回数の増大に伴う点火プラグの寿命低下を抑えることができる。
【００４９】
【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構成（ａ）及びイオン電流検出特性（ｂ）を表す説明図である。
【００５０】
図１（ａ）に示すように、本実施例の内燃機関用点火装置は、外側電極２ａがグランドに接地された点火プラグ２と、二次巻線Ｌ２の一端が点火プラグ２の中心電極２ｂに接続された点火コイル４と、正極側が点火コイル４の一次巻線Ｌ１の一端に接続され、負極側がグランドに接地された直流電源（バッテリ）６と、点火コイル４の一次巻線Ｌ１のバッテリ６とは反対側に設けられ、グランドを介してバッテリ６の負極側に至る一次巻線Ｌ１の通電経路を導通・遮断するスイッチング素子８と、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の点火プラグ２とは反対側に設けられ、混合気の燃焼により点火プラグ２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するためのイオン電流検出回路１０と、スイッチング素子８をオン・オフさせて、点火コイル４の一次巻線を通電し、通電遮断時（スイッチング素子８のターンオフ時）に、点火コイル４の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧を発生させて、点火プラグ２を火花放電させると共に、その後、イオン電流検出回路１０を駆動してイオン電流を検出させる、マイクロコンピュータからなる制御装置１２と、から構成されている。
【００５１】
尚、スイッチング素子８は、コレクタが点火コイル４の一次巻線Ｌ１に接続され、エミッタがグランドに接地され、ベースが制御装置１２に接続されたＮＰＮ型のパワートランジスタからなり、制御装置１２から出力される点火信号ＩＧがHighレベルであるときにオン状態となって、点火コイル４の一次巻線Ｌ１とバッテリ６との間の通電経路を導通して、一次巻線Ｌ１に電流を流す。
【００５２】
また、点火コイル４は、スイッチング素子８のターンオフ時に、一次巻線Ｌ１への通電により蓄積されたエネルギによって、二次巻線Ｌ２の点火プラグ２の中心電極２ｂ側に、グランド電位よりも低い負の点火用高電圧が誘起されるように構成されており、点火プラグ２の火花放電時には、二次巻線Ｌ２からイオン電流検出回路１０側に放電電流が流れる。
【００５３】
また、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスは、本発明を適用することにより、４Ｈ〜１６Ｈの範囲内（例えば８Ｈ）に設定されており、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２との巻数比（換言すれば一次巻線Ｌ１の自己インダクタンス）は、一次巻線Ｌ１への通電遮断時に二次巻線Ｌ２に発生させる点火用高電圧に応じて設定されている。
【００５４】
次に、イオン電流検出回路１０は、特許請求の範囲に記載のイオン電流検出手段に相当するものであり、一端がグランドに接地された抵抗２０と、この抵抗２０に対してカソードがグランド側となるように並列接続されたたダイオード２２と、同じく抵抗２０に対して並列接続された、抵抗２４及びツェナーダイオード２６の直列回路と、抵抗２０のグランド側とは反対側に直列接続されたコンデンサ２８とを備えており、抵抗２０の両端電圧（＝ダイオード２２の両端電圧＝抵抗２４及びツェナーダイオード２６からなる直列回路の両端電圧）が、イオン電流の検出信号（イオン電流信号）Ｓｉとして、制御装置１２に入力される。
【００５５】
また、コンデンサ２８の抵抗２０とは反対側には、充電用ダイオード３０のカソードが接続されている。充電用ダイオード３０は、点火プラグ２の火花放電時に点火コイル４の二次巻線Ｌ２からイオン電流検出回路１０側に流れ込む放電電流を利用してコンデンサ２８を充電するためのものであり、そのアノードは、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の点火プラグ２とは反対側に接続されている。そして、この充電用ダイオード３０には、その両端を制御装置１２から出力されるイオン電流検出期間を表すウィンドウ信号ＩＷ（Highレベル）によって短絡する、放電用スイッチ３２が、並列に接続されている。
【００５６】
また、イオン電流検出回路１０には、カソードが、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の点火プラグ２とは反対側に接続され、アノードがグランドに接地されたツェナーダイオード３４が設けられている。このツェナーダイオード３４は、二次巻線Ｌ２及び点火プラグ２と共に閉ループを形成して、点火プラグ２の火花放電時に放電電流を流すと共に、火花放電時の二次巻線Ｌ２とグランドとの間の電圧をツェナー電圧に保持することにより、点火プラグ２の火花放電時に、充電用ダイオード３０を介して、コンデンサ２８を、ツェナーダイオード３４のツェナー電圧から、ダイオード３０及び２２の順方向電圧（２×Ｖｆ＝約１．４Ｖ）分を減じた検出用高電圧（点火プラグ２が火花放電しない程度の電圧；約３００Ｖ程度）まで充電しておくためのである。
【００５７】
そして、このように構成されたイオン電流検出回路１０では、放電用スイッチ３２がオフ状態にある時、点火コイル４の二次巻線Ｌ２からグランドに向かう方向にだけ電流を流すことが可能となり、点火プラグ２の火花放電時には、放電電流を、充電用ダイオード３０，コンデンサ２８及びダイオード２２を通る閉ループで流すと共に、これら各部の両端電圧がツェナーダイオード３４のツェナー電圧を越えることのないよう、ツェナーダイオード３４にも放電電流を流す。
【００５８】
そして、このとき、コンデンサ２８の両端電圧は、ツェナーダイオード３４のツェナー電圧で決まる所定の検出用高電圧となり、コンデンサ２８には、放電用スイッチ３２をオフした際に、検出用高電圧を点火コイル４の二次巻線Ｌ２を介して点火プラグ２の中心電極２ｂに印加し得る電荷が蓄積されることになる。
【００５９】
次に、この状態で、放電用スイッチ３２が閉じられると、コンデンサ２８から放電用スイッチ３２及び二次巻線Ｌ２を通って、点火プラグ２の中心電極２ｂに検出用高電圧が印加される。そして、このとき、点火プラグ２の電極近傍に混合気の燃焼によって生じたイオンが存在すれば、点火プラグ２の電極間及び抵抗２０を通る経路で、イオン電流が流れることになる。また、このようにイオン電流が流れると、抵抗２０には、そのイオン電流の大きさと抵抗２０の抵抗値とで決まる電圧降下が生じ、抵抗２０の両端電圧は、イオン電流に対応した値となる。
【００６０】
従って、上記のように、抵抗２０の両端電圧（実際には、抵抗２０とコンデンサ２８との接続点に生じるグランド電位よりも低い負電圧）を、イオン電流信号Ｓｉとして制御装置１２に入力することにより、制御装置１２側で、イオン電流を検出できることになる。
【００６１】
尚、抵抗２４とツェナーダイオード２６との直列回路は、電流測定レンジ（検出抵抗）を自動的に変化させるためのものである。
即ち、例えば、ツェナーダイオード２６の降伏電圧を３Ｖ、抵抗Ｒ２０の抵抗値を１００ｋΩ，抵抗２４の抵抗値を１０ｋΩに設定した場合、電流が０〜３０μＡ（換言すればイオン電流信号Ｓｉが３Ｖ以下）のときには、イオン電流は抵抗Ｒ２０のみに流れるが、イオン電流信号Ｓｉが３Ｖを越えると、イオン電流がツェナーダイオード２６を通って抵抗Ｒ２４に流れることになるので、イオン電流検出用の抵抗値が、抵抗Ｒ２０と抵抗Ｒ２４との合成抵抗（約１０ｋΩ）となる。
【００６２】
この結果、イオン電流と検出電圧（イオン電流信号Ｓｉ）との関係は、図１（ｂ）に示すように、イオン電流がツェナーダイオード２６の降伏電圧と抵抗Ｒ２０の抵抗値とで決まる設定値以下（図では３０μＡ以下）の場合には、イオン電流信号Ｓｉは、イオン電流の変化に対応して大きく変化するが、イオン電流がその設定値を越えると、イオン電流の変化に対するイオン電流信号Ｓｉの変化（傾き）が小さくなり、検出可能なイオン電流の変化幅（換言すればイオン電流検出回路１０のダイナミックレンジ）が大きくなる。従って、本実施例のイオン電流検出回路１０によれば、イオン電流を広範囲にしかも高精度に測定できることになる。
【００６３】
次に、制御装置１２が実行する点火制御処理について図２に示すフローチャートに沿って説明する。尚、制御装置１２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、以下に説明する点火制御処理のために、別途、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力），回転速度，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を行っている。
【００６４】
本実施例の点火制御処理は、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サイクルに１回の割で実行される。
そして、図２に示すように、点火制御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（吸入空気量，回転速度等）を読み込み、その運転状態に基づき、点火プラグ２を火花放電させるべき点火時期と、火花放電の継続時間を表す放電時間と、火花放電終了後にイオン電流を検出（詳しくはイオン電流信号Ｓｉをサンプリング）する時間（サンプリング時間）とを算出する。
【００６５】
尚、点火時期は、例えば、内燃機関の吸入空気量と回転速度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、といった手順で算出される。
また、放電時間は、例えば、内燃機関の回転速度と機関負荷を表すスロットル開度とに基づき、混合気が着火し難い内燃機関の低回転低負荷運転時には長く、混合気が着火し易い高回転高負荷運転時には短くなるように、予め設定されたマップ若しくは計算式を用いて算出される。
【００６６】
また、サンプリング時間は、例えば、内燃機関の回転速度と機関負荷を表すスロットル開度とに基づき、火花放電によって混合気が着火・燃焼するのに時間がかかる内燃機関の低回転低負荷運転時には長く、混合気が着火・燃焼するのに要する時間が短い高回転高負荷運転時には短くなるように、予め設定されたマップ若しくは計算式を用いて算出される。
【００６７】
次に、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて算出した点火時期にて点火プラグ２を火花放電させるのに必要な一次巻線Ｌ１への通電開始時期を求め、その通電開始時期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により、通電開始時期になるのを待つ。そして、Ｓ１２０にて、通電開始時期に達したと判断されると、Ｓ１３０に移行して、点火信号ＩＧをLow からHighレベルに変化させる（図３に示す時点ｔ０参照）。この結果、スイッチング素子８がオン状態となって、点火コイル４の一次巻線Ｌ１に一次電流が流れる。尚、一次巻線Ｌ１の通電時間は予め設定されており、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて算出した点火時期からその通電時間分だけ早い時期を、一次巻線Ｌ１の通電開始時期として設定する。
【００６８】
次に、Ｓ１４０では、クランク角センサからの検出信号に基づき、Ｓ１１０にて求めた点火時期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により、点火時期になるのを待つ。そして、Ｓ１４０にて、点火時期に達したと判断されると、Ｓ１５０に移行して、点火信号ＩＧをHighからLow レベルに変化させる（図３に示す時点ｔ１参照）。
【００６９】
この結果、スイッチング素子８がターンオフして、一次巻線Ｌ１への通電が遮断され、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の点火プラグ２側に点火用高電圧（以下、二次巻線Ｌ２の点火プラグ２側電圧を二次電圧Ｖ２という）が発生して、点火プラグ２が火花放電する。尚、このとき、イオン電流検出回路１０内の放電用スイッチ３２は、オフ状態であり、イオン電流検出回路１０内のコンデンサ２８には、検出用高電圧発生のための電荷が蓄積される。
【００７０】
また次に、続くＳ１６０では、Ｓ１５０による一次巻線Ｌ１への通電遮断後（換言すれば火花放電開始後）、Ｓ１１０にて求めた放電時間が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により、放電時間が経過するのを待つ。そして、Ｓ１６０にて、放電時間が経過したと判断されると、Ｓ１７０に移行して、点火信号ＩＧを再度Low からHighレベルに変化させ、続くＳ１８０にて、イオン電流検出回路１０に対して出力するウィンドウ信号ＩＷをLow からHighレベルに変化させる（図３に示す時点ｔ２参照）。
【００７１】
この結果、スイッチング素子８が再度オン状態となって、一次巻線Ｌ１への通電が再開され、点火プラグ２の火花放電が強制的に終了されると共に、イオン電流検出回路１０内の放電用スイッチ３２がオンして、イオン電流検出回路１０内のコンデンサ２８に蓄積された電荷によって、点火プラグ２の電極間に、火花放電時とは逆極性の検出用高電圧が印加されることになる。
【００７２】
尚、Ｓ１７０及びＳ１８０の動作によって、点火プラグの火花放電を強制的に終了すると同時に、ウィンドウ信号ＩＷをLow からHighレベルに変化させた直後には、図３に示すように、二次巻線Ｌ２に電圧変動が生じ、イオン電流検出回路１０から制御装置１２に入力されるイオン電流信号Ｓｉも大きく変動するが、本実施例では、二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスを例えば８Ｈと小さい値に設定していることから、この変動期間は短く、その後、混合気が着火・燃焼してイオンが発生すれば、イオン電流信号Ｓｉは、図３に点線で示すように、イオンの発生量に応じて変動し、逆に、混合気が着火せず、イオンが発生しなければ、イオン電流信号Ｓｉは、図３に実線で示すように、基準レベルに速やかに収束することになる。
【００７３】
次に、Ｓ１９０では、イオン電流検出回路１０から出力されるイオン電流信号Ｓｉを取り込み、Ｓ２００にて、Ｓ１７０及びＳ１８０の処理実行後、Ｓ１１０で求めたサンプリング時間が経過したか否かを判定し、サンプリング時間が経過していなければ再度Ｓ１９０に移行する、といった手順で、サンプリング時間内にイオン電流検出回路１０から出力されたイオン電流信号Ｓｉをサンプリングする。
【００７４】
そして、Ｓ２００にて、サンプリング時間が経過したと判断されると、Ｓ２１０に移行して、イオン電流検出回路１０に対するウィンドウ信号ＩＷをHighからLow レベルに変化させて、イオン電流の検出を一旦終了し（図３に示す時点ｔ３参照）、続くＳ２２０にて、Ｓ１９０にてサンプリングしたサンプリング時間内のイオン電流信号Ｓｉの変化に基づき、失火判定を行う。
【００７５】
次に、Ｓ１９０にて、失火は発生しておらず、混合気は正常燃焼していると判断されると、Ｓ２３０に移行して、内燃機関が燃焼行程から排気行程に移行したか否かを判断することにより、排気行程になるのを待ち、内燃機関が排気行程に入ると、Ｓ２４０に移行して、点火信号ＩＧをHighからLow レベルに変化させて、一次巻線Ｌ１への通電を遮断し、当該処理を一旦終了する。尚、これは、内燃機関が正常燃焼しているにもかかわらず失火判定後にそのまま一次巻線Ｌ１の通電を遮断すると、点火プラグ２に火花放電が発生して、混合気の燃焼に悪影響を及ぼすことが考えられるためである。
【００７６】
一方、Ｓ１９０にて、サンプリング時間中にサンプリングしたイオン電流信号Ｓｉから、イオン電流を検出できず、失火したと判断されると、Ｓ２５０に移行して、点火信号ＩＧをHighからLow レベルに変化させることにより、混合気を着火させるための火花放電を再度実行させる（図３に示す時点ｔ３参照）。
【００７７】
そして、続くＳ２６０では、内燃機関の運転状態（回転速度，負荷等）に基づき、火花放電の継続時間を予測し、その継続時間が経過した時刻を、イオン電流の検出開始タイミングとして設定し、続くＳ２７０にて、現在時刻が、設定された検出タイミングに達したか否かを判断することにより、検出タイミングになるのを待つ。
【００７８】
次に、Ｓ２７０にて、検出タイミングに達したと判断されると、今度は、Ｓ２８０に移行して、上記Ｓ１８０と同様、イオン電流検出回路１０に対して出力するウィンドウ信号ＩＷをLow からHighレベルに変化させる（図３に示す時点ｔ４参照）。
【００７９】
そして、続くＳ２９０では、イオン電流検出回路１０から出力されるイオン電流信号Ｓｉを取り込み、Ｓ３００にて、Ｓ２８０の処理実行後、Ｓ１１０で求めたサンプリング時間が経過したか否かを判定し、サンプリング時間が経過していなければ再度Ｓ２９０に移行する、といった手順で、サンプリング時間内にイオン電流検出回路１０から出力されたイオン電流信号Ｓｉをサンプリングする。
【００８０】
そして、Ｓ３００にて、サンプリング時間が経過したと判断されると、Ｓ３１０に移行して、イオン電流検出回路１０に対するウィンドウ信号ＩＷをHighからLow レベルに変化させて、イオン電流の検出を終了する（図３に示す時点ｔ５）。そして、続くＳ３２０では、Ｓ１９０にてサンプリングしたサンプリング時間内のイオン電流信号Ｓｉの変化に基づき、失火判定を行い、その判定結果を記憶（又は表示）し、当該処理を終了する。
【００８１】
以上説明したように、本実施例の内燃機関用点火装置は、点火コイル４の一次巻線Ｌ１に直列接続されたスイッチング素子８をオン・オフさせることにより、点火プラグ２に点火用高電圧を印加して、その電極間に火花放電を発生させる、フルトランジスタ型点火装置であり、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが、４Ｈ〜１６Ｈの範囲内（例えば８Ｈ）に設定されている。このため、二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが２０Ｈ〜３０Ｈ程度に設定された従来の点火装置に比べ、二次巻線Ｌ２のインピーダンスが極めて小さくなり、点火プラグ２の火花放電の継続時間が短くなる。
【００８２】
また、内燃機関を実際に運転する際には、図３に示すように、まず、内燃機関の運転状態に基づき求めた点火時期（時点ｔ１）で点火プラグ２が火花放電するよう、図３に示す時点ｔ０から時点ｔ１までの間、スイッチング素子８をオンして点火コイル４の一次巻線Ｌ１を通電し、スイッチング素子８がターンオフした時点ｔ１で、点火コイル４の二次巻線Ｌ２側に点火用高電圧を発生させて、この点火用高電圧にて点火プラグ２を火花放電させる。
【００８３】
そして、火花放電は、そのまま放置しておけば、一次巻線Ｌ１への通電によって点火コイル４に蓄積されたエネルギが放出されるまで継続するが、本実施例では、火花放電の継続時間を計時し、これが、内燃機関の運転状態に基づき設定した放電時間に達した時点ｔ２で、スイッチング素子８を再度オンして一次巻線Ｌ１を通電することにより、火花放電を強制終了させる。このため、点火プラグ２の火花放電の継続時間は、従来の点火装置に比べて、より短くなる。
【００８４】
また、火花放電を強制終了させると、その後、内燃機関の運転状態に基づき設定したサンプリング時間が経過する時点ｔ３までの間、イオン電流検出回路１０から出力されるイオン電流信号Ｓｉをサンプリングする。
このサンプリングしたイオン電流信号Ｓｉの信号波形は、火花放電の終了に伴い二次巻線Ｌ２に発生する電圧変動（二次電圧Ｖ２の変動）の影響を受けるが、二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが従来のものに比べて小さいことから、二次電圧Ｖ２の変動期間，延いてはイオン電流信号Ｓｉの変動期間も短くなる。
【００８５】
このため、本実施例によれば、火花放電開始後、混合気の燃焼に伴い発生したイオン量に対応したイオン電流を検出できるようになるまでの時間が、従来の点火装置に比べて極めて短くなり、混合気が着火し易く、火花放電を開始してから混合気の燃焼によってイオンが発生するまでの時間が短い運転条件下（内燃機関の高回転・高負荷運転時等）でも、イオン電流を正確に検出できることになる。
【００８６】
また、本実施例では、イオン電流信号Ｓｉのサンプリングが終了すると（時点ｔ３）、そのサンプリングしたイオン電流信号Ｓｉに基づき失火判定を行うが、この失火判定では、二次電圧Ｖ２の変動期間を除くイオン電流信号Ｓｉの信号波形を用いることにより、内燃機関の運転状態によらず、常に正確に失火判定を行うことが可能となる。
【００８７】
また更に、本実施例では、失火判定の結果、失火が検出されると、スイッチング素子８をオフして一次巻線Ｌ１への通電を遮断することにより、点火プラグ２を再度火花放電させる。このため、一回目の火花放電にて混合気を着火・燃焼させることができなかった場合でも、この２回目の火花放電により混合気を着火・燃焼させることが可能になる。
【００８８】
尚、本実施例においては、制御装置１２で実行される点火制御処理の内、Ｓ１２０〜Ｓ１５０の処理が、本発明の点火制御手段として機能し、Ｓ１６０，１７０の処理が、本発明の火花放電休止手段として機能し、Ｓ１８０〜Ｓ２２０及びＳ２５０の処理が、本発明の再点火制御手段として機能する。
【００８９】
以上のように、本実施例では、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスを、従来のものに比べて極めて小さい４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定することにより、点火プラグ２の火花放電の継続時間及び火花放電終了時に生じる二次電圧Ｖ２の変動期間を、従来よりも短くし、しかも、１回目の火花放電の継続時間については、火花放電を強制終了させることにより、より短くするようにしている。
【００９０】
これは、既述したように、混合気が着火し易く、火花放電開始後イオンが発生するまでの時間が短い運転条件下でも、イオン電流を正確に検出できるようにするためであるが、次に、こうした効果を裏付ける各種実験例について説明する。［実験例１］
まず、図４は、１．８Ｌ，４気筒の内燃機関を搭載した車両を用いて、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスがイオン電流に与える影響を測定した測定結果を表す。
【００９１】
図４において、（ａ）は、上記実施例と同じイオン電流検出回路を備えたフルトランジスタ型点火装置で、点火コイルに、二次巻線の自己インダクタンスが８Ｈのものを用い、内燃機関をリーン空燃比で運転しつつ、車両を１００km/hで走行させた際の、イオン電流信号Ｓｉ、二次電圧Ｖ２及び気筒内燃焼圧力Ｐｉの測定結果であり、（ｂ）は、二次巻線の自己インダクタンスが１６Ｈの点火コイルを用いて同様の実験を行った測定結果であり、（ｃ）は、二次巻線の自己インダクタンスが２３Ｈの点火コイルを用いて同様の実験を行った測定結果である。尚、各測定結果の下方に記載の矢印↑は、火花放電の開始時期（点火時期）を表す。 そして、この測定結果から、二次巻線の自己インダクタンスが２３Ｈの点火コイルを用いた場合には、火花放電終了時に生じる二次電圧Ｖ２の変動が長く続き、イオン電流信号Ｓｉもそれに応じて振動するため、混合気の燃焼に伴い発生したイオン量に対応したイオン電流波形が、その振動の影響を受けてしまうことが判った。また、二次巻線の自己インダクタンスを１６Ｈ，８Ｈと小さくすると、火花放電終了時に生じる二次電圧Ｖ２の変動期間が短くなり、イオン電流信号Ｓｉが二次電圧Ｖ２の変動の影響を受け難くなることも判った。
【００９２】
従って、この実験例１の測定結果から、イオン電流を正確に検出するには、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを、従来のように２０Ｈ〜３０Ｈ程度に設定するのではなく、上記実施例のように、従来よりも小さい値（４Ｈ〜１６Ｈ）に設定した方がよいことが判る。
【００９３】
［実験例２］
次に、図５は、二次巻線の自己インダクタンスが１６Ｈの点火コイルを用いて、実験例１と同様の点火装置で、１．８Ｌ，４気筒の内燃機関を運転させ、その運転時に、点火プラグの火花放電を最後まで継続させたとき（ａ）と、火花放電を強制終了させたとき（ｂ）とで、イオン電流信号Ｓｉがどのように変わるかを測定結果を表す。
【００９４】
尚、図５において、各測定結果の下方に記載の矢印ｔ１は、火花放電の開始時期（点火時期）を表し、（ｂ）の下方に記載の矢印ｔ１は、スイッチング素子を再通電して火花放電を強制終了させたタイミングを表す。また、この実験では、実験例１と同様に、内燃機関には車両に搭載されたもの使用した。そして、図５の測定結果は、内燃機関をストイキ（理論空燃比）で運転させつつ、車両を１００km/hで走行させた際に得られた値である。
【００９５】
この測定結果から、火花放電を継続させると、火花放電の継続時間だけでなく、火花放電終了時に生じる二次電圧Ｖ２の変動期間も長くなり、イオン量に対応したイオン電流信号Ｓｉを検出できなくなることがあるのに対し、火花放電を強制遮断させると、火花放電の継続時間及び火花放電終了時の二次電圧Ｖ２の変動期間が共に短くなって、イオン量に対応したイオン電流信号Ｓｉが得られるようになることが判った。
【００９６】
従って、この実験例３による測定結果から、イオン電流を正確に検出するには、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを、従来よりも小さい値に設定するだけではなく、上記実施例のように、火花放電の継続期間が、混合気を着火し得る範囲内で、できるだけ短くなるように、火花放電を強制的に終了させるとよいことが判る。
［実験例３］
次に、図６は、二次巻線の自己インダクタンスが１６Ｈの点火コイルと、同じく自己インダクタンスが２３Ｈの点火コイルとを夫々用いて、実験例１と同様の点火装置で、１．８Ｌ，４気筒の内燃機関を、点火プラグの火花放電を強制終了させつつ運転させ、その運転時に、混合気が正常燃焼（着火）したときと、失火したときとで、イオン電流信号Ｓｉがどのように変化するかを測定した測定結果を表す。
【００９７】
尚、図６において、（ａ）は、二次巻線の自己インダクタンスが１６Ｈの点火コイルを用いた場合の測定結果であり、（ｂ）は、二次巻線の自己インダクタンスが２３Ｈの点火コイルを用いた場合の測定結果である。また、各測定結果の下方に記載の矢印は、火花放電の開始時期（点火時期）を表す。また、この実験では、実験例１，実験例２と同様に、内燃機関には車両に搭載されたもの使用した。そして、図６の測定結果は、内燃機関をストイキ（理論空燃比）で運転させつつ、車両を７５km/hで走行させた際に得られた値である。
【００９８】
この測定結果から、二次巻線の自己インダクタンスが２３Ｈの点火コイルを用いた場合には、火花放電終了後に生じる振動により、イオン電流信号Ｓｉから混合気の失火・着火を判定できないことがあるのに対し、二次巻線の自己インダクタンスが１６Ｈの点火コイルを用いた場合には、火花放電終了後に生じる振動の発生期間が短いことから、その振動後のイオン電流信号Ｓｉの信号波形から、混合気の失火・着火を正確に判定できることが判った。
【００９９】
従って、この実験例３による測定結果からも、イオン電流を正確に検出するには、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを、従来よりも小さい値（４Ｈ〜１６Ｈ）に設定した方がよいことが判る。
［実験例４］
次に、図７は、二次巻線の自己インダクタンスが２３Ｈに設定された上記実施例の点火コイルを用いて、下記(1)〜(3)の点火制御を行うことにより、２Ｌ，６気筒の内燃機関を運転し、各点火制御において内燃機関を運転し得る混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を測定した測定結果（ａ）、及び、各点火制御における気筒内燃焼圧力Ｐｉのばらつき測定した測定結果（ｂ）を表す。
【０１００】
(1) 火花放電の継続時間を制限することなく（継続時間は２．０ｍsec.となった）、火花放電を一回だけ実行させる従来の点火制御。
(2) 火花放電の継続時間を、夫々、１．５ｍsec.及び０．７ｍsec.に制限し、火花放電を一回だけ実行させる点火制御。
【０１０１】
(3) 火花放電の継続時間を０．７ｍsec.に制限しつつ、火花放電を行い、その１回目の火花放電後にイオン電流信号Ｓｉに基づき失火判定を行って、失火検出時には再度火花放電を実行させる上記実施例と同様の点火制御。
尚、この実験での内燃機関の運転条件は、回転速度：２０００r.p.m.、ブースト（吸入負圧）：１３０mmHgである。
【０１０２】
そして、この測定結果（ａ）から、火花放電を一回だけ行う点火制御では、火花放電の継続時間を短くし過ぎると（本測定結果では０．７ｍsec.）、混合気を着火させることができない運転領域が増えて、運転可能な混合気の空燃比の上限が低くなることが判った。しかし、火花放電の継続時間を同様に制限しても、上記実施例のように、失火判定を行って、失火検出時には火花放電を再度実行するようにすれば、２回目の火花放電で混合気を着火させることが可能になり、運転可能な混合気の空燃比の上限も、従来の点火制御と同程度になることが判った。
【０１０３】
一方、測定結果（ｂ）からは、火花放電を一回だけ行う点火制御では、火花放電の継続時間を短くし過ぎると（本測定結果では０．７ｍsec.）、混合気を着火させることができない運転領域が増えることから、内燃機関を安定して運転することができず、内燃機関運転時の気筒内燃焼圧力Ｐｉのばらつきが大きくなることが判った。しかし、火花放電の継続時間を同様に制限しても、上記実施例のように、失火判定を行って、失火検出時には火花放電を再度実行するようにすれば、内燃機関を安定して運転することができるようになり、内燃機関運転時の気筒内燃焼圧力Ｐｉのばらつきも、従来の点火制御と同程度になることが判った。
【０１０４】
従って、この実験例４による測定結果からは、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを小さい値（４Ｈ〜１６Ｈ）に設定し、点火プラグの火花放電の継続時間を運転状態に応じて制限するようにした場合には、上記実施例のように、火花放電後に、イオン電流信号Ｓｉを用いて失火判定を行い、失火検出時には、点火プラグを再度火花放電させるようにするとよいことが判る。
［実験例５］
次に、従来の点火コイルを用いた点火装置において検出したイオン電流に基づくノッキングの検出精度と、本発明の点火コイルを用いた点火装置において検出したイオン電流に基づくノッキングの検出精度とを比較するため、図８に示す回路構成にて、ノッキング発生時にイオン電流信号Ｓｉに重畳されるノッキング信号成分を測定（シミュレーション）した。そのシミュレーション結果を、図９に示す。
【０１０５】
尚、このシミュレーションには、図８に示すように、点火コイル４の一次巻線Ｌ１の両端に、夫々、バッテリ６及びＮＰＮパワートランジスタからなるスイッチング素子８を接続し、二次巻線Ｌ２の一端（図１に示した実際の点火装置とは反対側）に、外側電極２ａがグランドに接地された点火プラグ２の中心電極２ｂを接続し、二次巻線Ｌ２の他端に、コンデンサ２８を介して、一端がグランドに接地された抵抗２０の他端を接続すると共に、抵抗２０とコンデンサ２８との間に、カソードが接地されたダイオード２２のアノードを接続し、更に、コンデンサ２８の二次巻線側に、アノードが接地されたツェナーダイオード３４のカソードを接続した、シミュレーション用の点火回路を用いた。尚、これら各構成要素は、上記実施例のものと同じものを使用しているため、同一符号としている。
【０１０６】
そして、点火プラグ２に対しては、イオン電流の経路となる高抵抗値（１ＭΩ）の抵抗５０を並列に接続すると共に、イオン電流にノッキング信号成分を重畳するための回路を並列に接続した。
ノッキング信号重畳用の回路は、アノードが点火プラグ２の中心電極２ｂ側に接続されたダイオード５２と、エミッタが抵抗５６を介してグランドに接地されたＮＰＮ型のトランジスタ５３と、一端がダイオード５２のカソードに接続され、他端がトランジスタ５３のコレクタに接続された抵抗５４と、トランジスタ５３のベースに接続された抵抗５８とからなり、この抵抗５８を介してトランジスタ５３のベースに周波数７ｋＨｚ，１４ｋＨｚの駆動信号を印加することにより、イオン電流にノッキング信号成分を重畳できるようにされている。
【０１０７】
また、このシミュレーションでは、二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが、４Ｈ，８Ｈ，１６Ｈ，２３Ｈに設定された４種類の点火コイルを用いた。そして、これらの点火コイルを備えた点火回路毎に、スイッチング素子８をオン・オフすることで、点火プラグ２の電極間に火花放電を発生させ、コンデンサ２８を充電し、火花放電終了後、コンデンサ２８に充電された検出用高電圧によって、抵抗Ｒ５０にリーク電流（シミュレーション用のイオン電流）を流し、同時に、トランジスタ５３を周波数７ｋＨｚ，１４ｋＨｚの駆動信号にてスイッチングすることにより、点火プラグ２の電極間の等価抵抗を、抵抗Ｒ５０から、抵抗Ｒ５０と抵抗Ｒ５４と抵抗Ｒ５６との合成抵抗（＝Ｒ５０×（Ｒ５４＋Ｒ５６）／（Ｒ５０＋Ｒ５４＋Ｒ５６）へと周期的に切り換え、そのときイオン電流検出用の抵抗２０の両端に生じる電圧ＶｉをＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析した。その解析結果が、図９に示すシミュレーション結果である。
【０１０８】
図９に示す如く、二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが４Ｈの点火コイル４を用いた場合、イオン電流の検出電圧Ｖｉには、トランジスタ５３のスイッチング周波数７ｋＨｚ，１４ｋＨｚと同じ信号成分と、これら各信号の高調波成分とが重畳されている。しかし、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが、８Ｈ、１６Ｈ、２３Ｈと大きくなるにつれて、これら各信号成分のレベルが低下し、特に、二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが２３Ｈの点火コイル４を用いた場合には、１４ｋＨｚを越える高調波成分がノイズに埋もれてしまい、計測できないことが判った。
【０１０９】
従って、この実験例５によるシミュレーション結果からは、イオン電流検出回路を用いて検出したイオン電流信号Ｓｉからノッキングを正確に検出するには、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスを、従来よりも小さい値（４Ｈ〜１６Ｈ）に設定した方がよいことが判る。
【０１１０】
尚、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが大きい程、イオン電流に重畳されるノッキング信号成分のレベルが低くなるのは、二次巻線Ｌ２とこれに接続される点火系各部の容量成分とにより、点火系全体がローパスフィルタとなって、高周波のノッキング信号成分が減衰してしまうためであると考えられる。
［実験例６］
次に、図１０〜図１４は、２Ｌ，４気筒の内燃機関を用いて、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスが、イオン電流に基づくノッキングの検出精度に与える影響を実際に測定した測定結果を表す。
【０１１１】
尚、この実験例６では、二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈ、８Ｈ、１２Ｈ、１６Ｈ、２３Ｈに設定した５種類の点火コイルを用いて、内燃機関を、ノッキング無しの状態及びノッキング有りの状態で運転した。
またこの運転時には、イオン電流に基づくノッキングの検出精度と、気筒内の燃焼圧力に基づくノッキングの検出精度と、内燃機関の振動を検出するノックセンサを用いたノッキングの検出精度とを比較するため、内燃機関の回転速度が１６００[r.p.m.]、４０００[r.p.m.]、６０００[r.p.m.]のときに、これら各ノッキング検出方法に沿った下記(1) 〜(3) の測定を行った。
【０１１２】
(1) 上記実施例と同じイオン電流検出回路を用いてイオン電流を検出し、得られたイオン電流信号Ｓｉを、周波数帯域３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのバンドパスフィルタに通して、イオン電流信号Ｓｉに重畳されたノッキング信号成分を抽出し、この抽出したノッキング信号成分を所定のノック判定期間中積分した。
【０１１３】
(2) 気筒内の燃焼圧力を検出する圧力センサからの検出信号を、周波数帯域３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのバンドパスフィルタに通して、ノッキング信号成分を抽出し、この抽出したノッキング信号成分を所定のノック判定期間中積分した。
(3) ノックセンサからの検出信号を、周波数帯域３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのバンドパスフィルタに通して、ノッキング信号成分を抽出し、この抽出したノッキング信号成分を所定のノック判定期間中積分した。
【０１１４】
そして、上記(1) 〜(3) の測定方法により得られた各信号の積分値を、夫々、内燃機関にノッキングが発生しているときの積分値と、内燃機関にノッキングが発生していないときの積分値とに分け、各値の平均値の比をＳ／Ｎ比（＝ノッキング発生時の積分値／ノッキング無時の積分値）として求めた。
【０１１５】
図１０〜１４は、その結果（Ｓ／Ｎ比）を表しており、図１０は、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスが４ＨであるときのＳ／Ｎ比を、図１１は、同じく８ＨであるときのＳ／Ｎ比を、図１２は、同じく１２ＨであるときのＳ／Ｎ比を、図１３は、同じく１６ＨであるときのＳ／Ｎ比を、図１４は、同じく２３ＨであるときのＳ／Ｎ比を、夫々表す。
【０１１６】
そして、この測定結果から、二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが、４Ｈから、８Ｈ，１２Ｈ，１６Ｈと大きくなるに従い、イオン電流に基づくノッキングの検出精度（Ｓ／Ｎ比）が低下してゆき、二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスを２３Ｈにすると、イオン電流に基づくノッキングの検出精度（Ｓ／Ｎ）が、ノックセンサで得られる検出精度（Ｓ／Ｎ）よりも悪くなってしまうことが判った。
【０１１７】
従って、この実験例６からも、イオン電流に基づくノッキングの検出精度を高めるには、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスをできるだけ小さくすることが望ましく、少なくとも１６Ｈ以下に設定しないと、ノッキングの検出精度を確保できないことが判った。
【０１１８】
尚、上記各種実験例から、内燃機関の運転状態に対応したイオン電流を正確に検出するには、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを、１６Ｈ以下のできるだけ小さい値に設定すればよいこと判った。そこで、自己インダクタンスの下限を確認するために、二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈよりも小さい点火コイルを作製し、上記と同じ実験をしようとしたが、二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈよりも小さくすると、混合気の着火に必要な火花放電の継続時間を確保することができず、内燃機関を正常に運転できないことが判った。従って、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスは、４Ｈ以上に設定する必要がある。
【０１１９】
以上、本発明の実施例及びその効果を裏付ける各種実験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、上記実施例では、点火プラグの火花放電後に、イオン電流から失火を検出すると、点火プラグを再度火花放電させる、再点火制御手段としての処理を、一回だけ行うものとして説明したが、この再点火制御手段としての処理は、複数回実行するようにしてもよい。具体的には、図２のＳ２２０にて失火を検出した際に、失火の連続回数をカウントし、そのカウント値が再点火実行可能回数を表す設定値に達していれば、Ｓ２５０に移行し、逆に、カウント値が再点火実行可能回数を表す設定値に達してい無ければ、Ｓ１５０に戻って、点火プラグを火花放電させるようにしてもよい。そして、このようにすれば、混合気をより確実に着火・燃焼させることができるようになる。
【０１２０】
また、上記実施例では、イオン電流から失火を判定するまでの点火プラグの火花放電回数は、１回であるとして説明したが、例えば、図１５に示すように、点火信号ＩＧを複数回（図では３回）連続して反転させることにより、スイッチング素子８を複数回連続してオン・オフさせて、点火プラグを複数回連続して火花放電させ、その後、最後の火花放電が完了（強制終了）した後、イオン電流を検出して、失火を判定するようにしてもよい。そして、このようにすれば、前述した直噴式の内燃機関のように、混合気を着火・燃焼させるのに要する火花放電の継続時間が長い内燃機関であっても、混合気をより確実に着火させることができるようになる。
【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及びイオン電流検出特性を表す説明図である。
【図２】 制御装置による点火制御処理を表すフローチャートである。
【図３】 点火制御処理に伴う装置各部の信号波形を表すタイムチャートである。
【図４】 実験例１による測定結果を表すグラフである。
【図５】 実験例２による測定結果を表すグラフである。
【図６】 実験例３による測定結果を表すグラフである。
【図７】 実験例４による測定結果を表すグラフである。
【図８】 実験例５で用いたシミュレーション用の点火回路を表す電気回路図である。
【図９】 実験例５によるシミュレーション結果を表すグラフである。
【図１０】 実験例６において二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈにしたときの測定結果を表すグラフである。
【図１１】 実験例６において二次巻線の自己インダクタンスを８Ｈにしたときの測定結果を表すグラフである。
【図１２】 実験例６において二次巻線の自己インダクタンスを１２Ｈにしたときの測定結果を表すグラフである。
【図１３】 実験例６において二次巻線の自己インダクタンスを１６Ｈにしたときの測定結果を表すグラフである。
【図１４】 実験例６において二次巻線の自己インダクタンスを２３Ｈにしたときの測定結果を表すグラフである。
【図１５】 点火制御処理の他の例を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
２…点火プラグ、２ａ…外側電極、２ｂ…中心電極、４…点火コイル、Ｌ１…一次巻線、Ｌ２…二次巻線、６…バッテリ、８…スイッチング素子、１０…イオン電流検出回路、１２…制御装置、２０，２４…抵抗、２２…ダイオード、２６，３４…ツェナーダイオード、２８…コンデンサ、３０…充電用ダイオード、３２…放電用スイッチ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine having an ion current detection function for detecting, as a current value, ions generated when a fuel mixture is ignited after spark discharge of an ignition plug.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in addition to misfire and knocking of the internal combustion engine, spark discharge of the ignition plug of the internal combustion engine is used to detect various operating states of the internal combustion engine (air-fuel ratio, lean limit of the air-fuel ratio, limit of exhaust gas recirculation amount, etc.). A technique is known that uses an ionic current that flows later due to ions that are present in the vicinity of an electrode of a spark plug.
[0003]
That is, in the cylinder of the internal combustion engine, ions are generated during combustion (flame propagation) after spark discharge by the spark plug, and the resistance value between the electrodes of the spark plug changes according to the amount of the generated ion. The amount of ions generated varies depending on the combustion state of the internal combustion engine, and hence the operating state of the internal combustion engine. For this reason, after applying a high voltage for ignition to the spark plug (that is, after spark discharge of the spark plug), a voltage is applied to the spark plug from the outside, and the ionic current flowing thereby is detected. It is possible to detect a change in resistance value between electrodes (that is, a change in operating state).
[0004]
As an ignition device having such an ion current detection function, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-191465, etc., the current flowing through the primary winding of the ignition coil is serially connected to the primary winding. There is known one applied to a so-called full transistor type ignition device that is turned on / off by a switching element such as a connected power transistor.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional full-transistor type ignition device, it takes a long time until the ion current can be accurately detected after spark discharge of the spark plug, and depending on the operating state of the internal combustion engine, Ion current could not be detected accurately.
[0006]
That is, in the full transistor type ignition device, first, before the ignition timing for spark discharge of the spark plug, the power transistor is turned on to pass a current through the primary winding of the ignition coil, and at the subsequent ignition timing, the power transistor is turned on. The ignition plug is turned off, a high voltage for ignition is generated in the secondary winding of the ignition coil, and the high voltage for ignition is applied to the spark plug, whereby the spark plug is sparked.
[0007]
The spark discharge of the spark plug is composed of a capacitive discharge that causes dielectric breakdown between the electrodes, and an induction discharge (also referred to as arc discharge) that occurs subsequently. The duration of the spark discharge including the induction discharge is within the cylinder. This is determined by the combustion state of the ignition coil and the inductance of the ignition coil.
[0008]
In addition, the air-fuel mixture is difficult to ignite during low-speed and low-load operation of the internal combustion engine, such as during start-up and idling of the internal combustion engine, and in order to ensure ignitability, compared to during high-speed and high-load operation of the internal combustion engine. It is necessary to make the duration of the spark discharge sufficiently long (about 2 to 3 ms).
[0009]
For this reason, in the conventional full transistor ignition device, the air-fuel mixture can be surely ignited by spark discharge even when the internal combustion engine is operated at low speed and low load (in other words, the duration of the spark discharge). The self-inductance of the secondary winding of the ignition coil is set to a large value (about 20 to 30H).
[0010]
However, if the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil is set to a sufficiently large value in consideration of the ignitability of the air-fuel mixture in this way, the duration of the spark discharge becomes longer than necessary, for example, an internal combustion engine Under the operating conditions in which the air-fuel mixture can ignite and burn quickly immediately after the spark discharge of the spark plug starts, such as during high-speed / high-load operation of the engine, the ions generated by the combustion of the air-fuel mixture are in the spark discharge of the spark plug. The ion current may not be detected. This is because the ions generated with the combustion of the air-fuel mixture after the spark discharge exist only for a short time after the air-fuel mixture is ignited.
[0011]
Further, at the end of spark discharge of the spark plug, voltage fluctuation on the secondary winding side due to the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil (specifically, due to the resonance characteristic generated by the self-inductance and the capacitance component of the ignition system) ( Vibration).
When such a voltage fluctuation occurs, even if an ion current detection high voltage is applied to the spark plug to detect the ion current, the detection signal (ion current) is the voltage of the secondary winding. Due to the influence of the fluctuation, the fluctuation greatly occurs and an accurate ion current cannot be detected.
[0012]
For this reason, in the conventional ignition device, a period of time from when a spark discharge is generated in the spark plug (ignition timing) until the spark plug ends the spark discharge and the voltage of the secondary winding becomes stable is reduced. There is also a type in which a so-called masking process for prohibiting detection is performed.
[0013]
However, the voltage fluctuation of the secondary winding that occurs at the end of the spark discharge lasts longer as the secondary winding has a larger self-inductance, so the self-inductance of the secondary winding must be reduced to ensure the ignitability of the mixture. In the conventional ignition device set to a large value, after the spark discharge of the spark plug starts, the time until the ion current can be detected becomes longer, and the operation region where the ion current cannot be accurately detected increases. .
[0014]
Furthermore, if the ion current can be accurately detected, knocking of the internal combustion engine can be detected by extracting a signal of a specific frequency (knock frequency) superimposed on the detection signal. When the self-inductance is large, the entire ignition system becomes a low-pass filter, and the knocking signal component superimposed on the detection signal of the ionic current is attenuated.
[0015]
For this reason, the conventional full transistor ignition device has a problem that even if the ion current can be detected, knocking cannot be detected from the detected ion current.
The present invention has been made in view of these problems, and in a full-transistor ignition device, an ion current that changes in accordance with the operating state of the internal combustion engine can be always accurately detected in the entire operating region of the internal combustion engine. For the purpose.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  Made to achieve this goalThe internal combustion engine ignition device of the present invention (Claims 1 to 6)An ignition coil having one end of a secondary winding connected to a spark plug, a switching element for energizing and shutting off a primary current flowing in the primary winding of the ignition coil in accordance with an external command, and turning on / off the switching element By causing the spark plug to generate a high voltage for ignition in the secondary winding of the ignition coil and to spark discharge the spark plug, and after spark discharge of the spark plug, it flows between the electrodes of the spark plug Ion current detection means for detecting ion currentPrepared,Self-inductance of the secondary winding of the ignition coilBut,Set within the range of 4H-16HHas been.
[0017]
  That is,Of the present inventionIn the internal combustion engine ignition device, the ignition control means generates a high voltage for ignition in the secondary winding of the ignition coil by turning on and off the switching element composed of a power transistor or the like in synchronization with the rotation of the internal combustion engine. This is a so-called full-transistor ignition device that discharges a spark plug, and, like the conventional ignition device described above, the ion current detection means detects the ion current flowing between the electrodes of the ignition plug after the spark discharge of the ignition plug. To detect.
[0018]
  AndOf the present inventionIn an internal combustion engine ignition device, the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil for generating a high voltage for ignition applied to the ignition plugBut,Set within the range of 4H to 16H, which is smaller than the self-inductance (20 to 30H) of the secondary winding of the ignition coil used in the conventional full transistor ignition device.BeenYes.
[0019]
This is because if the self-inductance of the secondary winding is smaller than 4H, the duration of the spark discharge becomes too short, and an operating region in which the air-fuel mixture cannot be ignited is surely generated. If the self-inductance is larger than 16H, the generation period of the voltage fluctuation generated in the secondary winding after the end of the spark discharge becomes too long, and the amount of ions generated by the combustion of the air-fuel mixture from the ion current detected by the ion current detection means ( This is because the operating state of the internal combustion engine) cannot be accurately detected.
[0020]
That is, the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, like the conventional ignition device, takes into consideration only the ignitability of the air-fuel mixture, and the secondary winding of the ignition coil so that the duration of the spark discharge is sufficiently long. Instead of setting the self-inductance to a sufficiently large value, by carrying out various experiments exemplified in the examples described later, the ion current can be accurately determined in the entire operation region of the internal combustion engine while ensuring the ignitability of the air-fuel mixture. The self-inductance of the secondary winding that can be detected is set.
[0021]
According to the internal combustion engine ignition device of the present invention thus configured, the duration of the spark discharge after the spark plug has been subjected to the spark discharge by the operation of the ignition control means is shorter than that of the conventional device described above. In addition, since the voltage fluctuation of the secondary winding generated at the end of the spark discharge can be quickly converged, the ion current detection means performs the ion current detection operation from the ignition timing when the spark plug starts the spark discharge. Time to start can be shortened.
[0022]
Therefore, according to the present invention, even when the air-fuel mixture easily ignites, such as during high-speed / high-load operation of an internal combustion engine, the amount of generated ions is reduced before the ions generated by the combustion of the air-fuel mixture disappear. It becomes possible to accurately detect the corresponding ion current. Further, in the present invention, since the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil is set in the range of 4H to 16 which is smaller than that of the conventional one, as will be apparent from the experimental examples described later, the ignition system The whole is prevented from becoming a low-pass filter that attenuates the knocking frequency component, and the signal component corresponding to the knocking generated in the internal combustion engine is extracted from the ionic current detected by the ionic current detection means to determine the knocking. It is also possible.
[0023]
By the way, in the present invention, the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil is set within a range of 4H to 16H, but depending on the set self-inductance value, the duration of spark discharge of the spark plug may be reduced. It may be longer than the minimum time required for ignition and combustion.
Therefore, in particular, in the ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, the discharge time is set to be long when the air-fuel mixture is difficult to ignite and shorter when the air-fuel mixture is easy to ignite based on the operating state of the internal combustion engine. When the duration of the spark discharge of the spark plug reaches the set discharge time, there is provided spark discharge pause means for forcibly terminating the spark discharge of the spark plug.
[0024]
That is, for example, when the self-inductance of the secondary winding is set to 16H, which is the maximum value in the present invention, the duration of the spark discharge is longer than necessary during high-speed / high-load operation of the internal combustion engine in which the air-fuel mixture easily ignites. It can be considered to be long. On the other hand, in order to increase the detection accuracy of the ionic current at the time of high speed / high load operation of the internal combustion engine, it is desirable to shorten the time until the start of the detection of the ionic current after the spark discharge is started as much as possible. Therefore, in the invention according to claim 1, for example, the spark discharge of the spark plug is shortened so that the spark discharge duration of the spark plug is shortened at the time of high rotation and high load of the internal combustion engine in which the air-fuel mixture is easily ignited. The engine is stopped according to the operating state of the internal combustion engine. As a result, according to the first aspect of the present invention, it is possible to shorten the duration of the spark discharge and increase the detection accuracy of the ion current.
In order to stop the spark discharge, the switching element is turned on during the spark discharge period of the spark plug so that the energization to the primary winding stage of the ignition coil is resumed. However, if the switching element is turned off after this energization is resumed, the spark plug will again undergo spark discharge. Therefore, when it is not necessary to ignite the air-fuel mixture, the switching element is turned off after the internal combustion engine enters the exhaust stroke. It is good to do so.
[0025]
On the other hand, in the present invention,By setting the self-inductance value of the secondary winding of the ignition coil within the range of 4H to 16H, the duration of the spark discharge by the spark plug and the voltage fluctuation period of the secondary winding occurring at the end of the spark discharge are shortened. However, if the duration of the spark discharge is shortened as described above, the air-fuel mixture tends to misfire under the operating conditions in which the air-fuel mixture is difficult to ignite, such as during low-speed / low-load operation of the internal combustion engine.
[0026]
Therefore, in particular, in the internal combustion engine ignition device according to claim 3,Reignition control means is provided for determining ignition / misfire of the air-fuel mixture based on the ion current detected by the ion current detection means, and when the misfire is determined, the switching element is driven again and the spark plug is again subjected to spark discharge.The operation of the reignition control means is controlled according to the operating state of the internal combustion engine.
[0027]
That is, in the ignition device for an internal combustion engine according to claim 3, when the ignition control means causes the spark plug to spark discharge, and then the ion current detection means detects the ion current, the reignition control means detects the detected ion current. On the basis of the above, the ignition / misfire of the air-fuel mixture is determined, and when the misfire is determined, the spark plug is again subjected to spark discharge.
[0028]
Therefore, according to the third aspect of the present invention, even when the air-fuel mixture cannot be ignited and burned by the first spark discharge by the ignition control means, the air-fuel mixture is discharged by the spark discharge by the re-ignition control means. It becomes possible to ignite and burn, and it is possible to prevent a problem that misfire is likely to occur, which is caused by setting the self-inductance of the secondary winding to a value smaller than the conventional value.
[0029]
Here, the reignition control means determines the presence or absence of misfiring from the ionic current only once after the ignition control means spark discharges the spark plug, and causes the spark plug to spark discharge at the time of misfire determination. For example, even after the second and subsequent spark discharges in which the spark plug has spark-discharged by itself, the presence or absence of misfire is determined from the ionic current, and the spark plug is spark-discharged at the time of misfire determination. The “misfire determination → spark discharge” may be repeated a plurality of times. If the reignition control means is configured to repeatedly perform “misfire determination → spark discharge” a plurality of times, it is possible to more reliably prevent misfire of the air-fuel mixture and improve ignitability.
[0030]
The reignition control means can be configured to repeatedly perform “misfire determination → spark discharge” a plurality of times as described above. In the present invention, the self-inductance of the secondary winding of the spark plug is set to 4H˜ This is because the value is set to 16H, which is smaller than the conventional value.
[0031]
In other words, the self-inductance of the secondary winding of the spark plug is small, which means that the self-inductance of the primary winding necessary for generating the ignition high voltage in the secondary winding is naturally compared to the conventional one. As a result, the energization time of the primary winding (in other words, the on-time of the switching element) required for generating the ignition high voltage in the secondary winding is shortened.
[0032]
In the present invention, by reducing the self-inductance of the secondary winding of the spark plug, the duration of the spark discharge of the ignition coil is shortened, and the ion current is accurately detected in a short time after the start of the spark discharge. I can do it.
Therefore, in the ignition device of the present invention, the time required for “energization of the primary winding → spark discharge → ion current detection” is extremely shorter than that of the conventional one, and “misfire determination → The “spark discharge” can be repeated a plurality of times.
[0033]
  In addition, by setting the self-inductance of the secondary winding of the spark plug within the above range, misfires are likely to occur during low-speed / low-load operation of the internal combustion engine. During load operation, the mixture is easy to ignite and there is no risk of misfire.The internal combustion engine ignition device according to claim 3,The operation of the reignition control meansWhen actually controlling, the operationYou may make it restrict | limit according to the driving | running state of an internal combustion engine.
[0034]
Specifically, the internal combustion engine obtained when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined rotational speed, or from the opening degree of the throttle valve, the ratio Q / N between the intake air amount Q and the rotational speed N, the intake pipe pressure, etc. The reignition control means may be operated only when the load of the engine is below a predetermined level, and the operation of “misfire determination → spark discharge” by the reignition control means may be prohibited in other operating regions.
[0035]
In this way, the time per revolution of the internal combustion engine is shortened when the internal combustion engine is rotating at high speed, etc., and the processing per ignition is performed on the engine control device side that realizes the ignition control means and the reignition control means. When the available time becomes short, the ignition control can be executed satisfactorily without increasing the processing load on the engine control device side.
[0036]
In addition, the lower the rotational speed of the internal combustion engine, the harder the ignition of the air-fuel mixture, and the number of times the reignition control means can execute “misfire determination → spark discharge” per stroke of the internal combustion engine As the rotational speed is higher, the re-ignition control means is configured to execute the operation of “misfire determination → spark discharge” a plurality of times as described above. Depending on the rotational speed, the lower the rotational speed of the internal combustion engine, the higher the speed may be set.
[0037]
Here, the ignition device for an internal combustion engine according to claim 1 may be provided with a re-ignition control means configured similarly to claim 3 as described in claim 2, and claim 3. The ignition device for an internal combustion engine described in (1) may be provided with spark discharge pause means configured in the same manner as in (1), as described in (4).
In addition, the ion current detecting means may be any means as long as it can detect the ion current flowing between the electrodes of the spark plug after the spark discharge of the spark plug. For example, as described in claim 5, the ion current detecting means A high voltage for detection having a polarity opposite to the high voltage for ignition is applied to the spark plug after the spark discharge of the spark plug, and an ionic current flowing between the electrodes of the spark plug is detected by applying the voltage.
In other words, in order to apply a high voltage for detection having a polarity opposite to that of the high voltage for ignition to the spark plug in this way, the ignition plug is applied by applying the high voltage for ignition to the spark plug as will be described later in the embodiment. It is possible to charge the capacitor with the discharge current that flows when the spark discharges, and use this charged charge to generate a high voltage for detection. It is not necessary to separately take in the power for generation from the power supply device, and the power consumption can be reduced.
[0038]
On the other hand, in order to ignite and burn the air-fuel mixture more reliably, as described in claim 6, the ignition control means can be turned on / off continuously for a plurality of times at the combustion timing of one combustion cycle of the internal combustion engine. By turning it off, the spark plug is configured to continuously discharge the spark multiple times, and on the ion current detection means side, the ignition control means detects the ion current after the spark plug is discharged multiple times continuously. You may make it do.
  In other words, in this way, the air-fuel mixture is more reliably ignited by the spark discharge of the spark plug by the ignition control means, and then, from the ionic current detected by the ionic current detection means, misfire, knocking, etc. The operating state of the internal combustion engine can be detected well.
[0039]
In this way, when the ignition control means is configured to continuously generate a spark discharge of the spark plug a plurality of times, the spark discharge is unnecessarily executed, thereby detecting the ionic current. It is desirable to limit the number of spark discharges that the ignition control means generates in the spark plug so that the accuracy is not reduced and the life of the spark plug is not shortened.
[0040]
Specifically, under operating conditions in which the air-fuel mixture is difficult to ignite (for example, during low-speed / low-load operation of an internal combustion engine), the number of consecutive spark discharges by the ignition control means is increased, and the air-fuel mixture easily ignites. Under conditions (for example, when the internal combustion engine is operating at a high speed and a high load), the ignition control means can reduce the number of consecutive spark discharges by the ignition control means (in some cases, one spark discharge). A spark discharge continuous number setting means is provided for setting the number of spark discharges of the spark plug to be controlled according to the operating state of the internal combustion engine. On the ignition control means side, the switching element is turned on / off according to the set number of spark discharges. Thus, the spark plug may be configured to discharge one or more times.
[0041]
In addition, the spark control spark discharge of the spark plug is continuously executed a plurality of times by the ignition control means in order to improve the ignitability of the air-fuel mixture. Therefore, if the duration of the spark discharge is shortened, the ignition of the air-fuel mixture is reduced. The present invention may be applied to an internal combustion engine in which the performance is significantly reduced, specifically, a so-called direct injection internal combustion engine in which a fuel injection valve (injector) is configured to inject fuel directly into a cylinder.
[0042]
In other words, in a direct-injection internal combustion engine, fuel is directly injected from the injector into the vicinity of the spark plug. Therefore, if the spark discharge generation period by the spark plug is short, the fuel tends to smolder and the air-fuel mixture can be ignited more reliably. Compared to other internal combustion engines (more specifically, an internal combustion engine that supplies fuel on the intake pipe side and sucks a mixture of fuel and air into the cylinder during the intake stroke), the rise of the ignition high voltage is made steep. In addition, it is necessary to lengthen the duration of the spark discharge.
[0043]
In the ignition device of the present invention, since the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil is set within the range of 4H to 16H, the impedance of the secondary winding is smaller than that of the conventional ignition device. Thus, the rise of the ignition high voltage can be made steep. However, in this case, as described above, since the duration of the spark discharge is shortened, it is suitable for the detection of the ionic current. However, in the direct injection internal combustion engine, the duration of the spark discharge is too short and the ignition is performed. There is a risk that the performance will be reduced.
[0044]
  But,Claim 6As described above, if the spark discharge before the detection of the ionic current by the ignition control means is continuously executed a plurality of times, the same effect as that obtained by extending the duration of the spark discharge can be obtained. The ignitability can be secured. Therefore,Claim 6The described invention can be more effective particularly when applied to a direct injection internal combustion engine.
[0045]
  still,If the technique according to claim 6 is applied to the ignition device for an internal combustion engine according to claim 3,It is possible to reliably ignite and burn the air-fuel mixture while minimizing the number of times that the spark control is performed multiple times by the ignition control means, and the number of spark discharges of the spark plug is unnecessarily increased. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the life of the spark plug accompanying an increase in the number of spark discharges.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration (a) and an ionic current detection characteristic (b) of an internal combustion engine ignition device to which the present invention is applied.
[0050]
As shown in FIG. 1 (a), the ignition device for an internal combustion engine according to the present embodiment includes a spark plug 2 having an outer electrode 2a grounded, and a secondary winding L2 having a center electrode 2b of the spark plug 2 at one end. Ignition coil 4 connected to, a DC power source (battery) 6 whose positive electrode side is connected to one end of primary winding L1 of ignition coil 4 and whose negative electrode side is grounded to ground, and battery of primary winding L1 of ignition coil 4 6, a switching element 8 that is connected to and cuts off the energization path of the primary winding L <b> 1 that reaches the negative electrode side of the battery 6 through the ground, and the spark plug 2 of the secondary winding L <b> 2 of the ignition coil 4. The ion current detection circuit 10 for detecting the ion current flowing by the ions generated in the vicinity of the electrode of the spark plug 2 by the combustion of the air-fuel mixture and the switching element 8 are turned on / off. The primary winding of the ignition coil 4 is energized, and when the energization is cut off (when the switching element 8 is turned off), a high voltage for ignition is generated in the secondary winding L2 of the ignition coil 4 to spark discharge the spark plug 2. At the same time, the control unit 12 includes a microcomputer that drives the ion current detection circuit 10 to detect the ion current.
[0051]
The switching element 8 is composed of an NPN type power transistor having a collector connected to the primary winding L1 of the ignition coil 4, an emitter grounded to the ground, and a base connected to the control device 12, and outputs from the control device 12. When the ignition signal IG to be turned on is at the high level, the on state is established, the conduction path between the primary winding L1 of the ignition coil 4 and the battery 6 is conducted, and a current flows through the primary winding L1.
[0052]
Further, when the switching element 8 is turned off, the ignition coil 4 has a negative potential lower than the ground potential on the center electrode 2b side of the ignition plug 2 of the secondary winding L2 due to the energy accumulated by energizing the primary winding L1. The ignition high voltage is induced, and at the time of spark discharge of the spark plug 2, a discharge current flows from the secondary winding L2 to the ion current detection circuit 10 side.
[0053]
The self-inductance of the secondary winding L2 of the ignition coil 4 is set within a range of 4H to 16H (for example, 8H) by applying the present invention, and the primary winding L1 and the secondary winding L2 are set. (In other words, the self-inductance of the primary winding L1) is set in accordance with the ignition high voltage generated in the secondary winding L2 when the primary winding L1 is deenergized.
[0054]
Next, the ionic current detection circuit 10 corresponds to the ionic current detection means described in the claims. The resistor 20 has one end grounded to the ground, and the cathode is connected to the ground side with respect to the resistor 20. A diode 22 connected in parallel, a series circuit of a resistor 24 and a Zener diode 26, which are also connected in parallel to the resistor 20, and a capacitor 28 connected in series on the opposite side of the resistor 20 from the ground side. The voltage across the resistor 20 (= the voltage across the diode 22 = the voltage across the series circuit composed of the resistor 24 and the Zener diode 26) is used as a control signal for the ion current detection signal (ion current signal) Si. 12 is input.
[0055]
The cathode of the charging diode 30 is connected to the side of the capacitor 28 opposite to the resistor 20. The charging diode 30 is for charging the capacitor 28 by using a discharge current flowing from the secondary winding L2 of the ignition coil 4 to the ion current detection circuit 10 side during spark discharge of the spark plug 2, and its anode Is connected to the side opposite to the spark plug 2 of the secondary winding L2 of the ignition coil 4. The charging diode 30 is connected in parallel with a discharging switch 32 whose both ends are short-circuited by a window signal IW (High level) indicating an ionic current detection period output from the control device 12.
[0056]
The ion current detection circuit 10 is provided with a Zener diode 34 having a cathode connected to the side opposite to the spark plug 2 of the secondary winding L2 of the ignition coil 4 and an anode grounded to the ground. The Zener diode 34 forms a closed loop together with the secondary winding L2 and the spark plug 2, and allows a discharge current to flow during spark discharge of the spark plug 2, and between the secondary winding L2 during spark discharge and the ground. By holding the voltage at the Zener voltage, during the spark discharge of the spark plug 2, the capacitor 28 is connected via the charging diode 30 from the Zener voltage of the Zener diode 34 to the forward voltage (2 × Vf) of the diodes 30 and 22. This is for charging to a high voltage for detection (a voltage at which the spark plug 2 does not cause a spark discharge; about 300 V) reduced by about 1.4 V).
[0057]
And in the ion current detection circuit 10 configured in this way, when the discharge switch 32 is in the OFF state, it becomes possible to flow current only in the direction from the secondary winding L2 of the ignition coil 4 to the ground, At the time of spark discharge of the spark plug 2, a discharge current is caused to flow in a closed loop passing through the charging diode 30, the capacitor 28, and the diode 22, and the zener diode so that the voltage at both ends of these parts does not exceed the zener voltage of the zener diode 34. A discharge current is also passed through 34.
[0058]
At this time, the voltage across the capacitor 28 becomes a predetermined high voltage for detection determined by the Zener voltage of the Zener diode 34. When the discharge switch 32 is turned off, the high voltage for detection is applied to the capacitor 28 as an ignition coil. The charge that can be applied to the center electrode 2b of the spark plug 2 through the secondary winding L2 of 4 is accumulated.
[0059]
Next, when the discharge switch 32 is closed in this state, a high voltage for detection is applied from the capacitor 28 to the center electrode 2b of the spark plug 2 through the discharge switch 32 and the secondary winding L2. At this time, if ions generated by the combustion of the air-fuel mixture are present in the vicinity of the electrode of the spark plug 2, an ion current flows through the path between the electrodes of the spark plug 2 and the resistor 20. When the ionic current flows in this way, a voltage drop determined by the magnitude of the ionic current and the resistance value of the resistor 20 occurs in the resistor 20, and the voltage across the resistor 20 has a value corresponding to the ionic current. .
[0060]
Therefore, as described above, the voltage across the resistor 20 (actually, a negative voltage lower than the ground potential generated at the connection point between the resistor 20 and the capacitor 28) is input to the control device 12 as the ion current signal Si. Thus, the ion current can be detected on the control device 12 side.
[0061]
The series circuit of the resistor 24 and the Zener diode 26 is for automatically changing the current measurement range (detection resistor).
That is, for example, when the breakdown voltage of the Zener diode 26 is set to 3 V, the resistance value of the resistor R20 is set to 100 kΩ, and the resistance value of the resistor 24 is set to 10 kΩ, the current is 0 to 30 μA (in other words, the ion current signal Si is 3 V or less). In this case, the ion current flows only through the resistor R20. However, when the ion current signal Si exceeds 3V, the ion current flows through the Zener diode 26 to the resistor R24. Therefore, the resistance value for detecting the ion current is The combined resistance of the resistor R20 and the resistor R24 (about 10 kΩ).
[0062]
As a result, as shown in FIG. 1B, the relationship between the ion current and the detection voltage (ion current signal Si) is equal to or lower than a set value determined by the breakdown voltage of the Zener diode 26 and the resistance value of the resistor R20. In the case of (in the figure, 30 μA or less), the ionic current signal Si changes greatly corresponding to the change of the ionic current, but when the ionic current exceeds the set value, The change (slope) is reduced, and the change width of the detectable ion current (in other words, the dynamic range of the ion current detection circuit 10) is increased. Therefore, according to the ion current detection circuit 10 of the present embodiment, the ion current can be measured over a wide range with high accuracy.
[0063]
Next, the ignition control process executed by the control device 12 will be described along the flowchart shown in FIG. The control device 12 is for comprehensively controlling the ignition timing, the fuel injection amount, the idle speed, etc. of the internal combustion engine. For the ignition control processing described below, a separate intake of the internal combustion engine is provided. Operation state detection processing is performed to detect the operation state of each part of the engine, such as the air amount (intake pipe pressure), rotation speed, throttle opening, cooling water temperature, intake air temperature, and the like.
[0064]
The ignition control process of the present embodiment is performed once per cycle in which the internal combustion engine performs intake, compression, combustion, and exhaust, based on a signal from a crank angle sensor that detects the rotation angle (crank angle) of the internal combustion engine, for example. It is executed in proportion to
Then, as shown in FIG. 2, when the ignition control process is started, first, in S110 (S represents a step), the operation state (intake of the internal combustion engine) detected in the operation state detection process separately executed. Air quantity, rotation speed, etc.), and based on the operation state, the ignition timing at which the spark plug 2 should be spark discharged, the discharge time indicating the duration of the spark discharge, and the ionic current are detected after the spark discharge is completed. The time (sampling time) for sampling the ion current signal Si is calculated.
[0065]
The ignition timing is determined, for example, by obtaining a control reference value using a map or calculation formula using the intake air amount and rotation speed of the internal combustion engine as parameters, and correcting this based on the cooling water temperature, intake air temperature, and the like. Calculated.
In addition, the discharge time is long, for example, based on the rotational speed of the internal combustion engine and the throttle opening representing the engine load, during low-speed and low-load operation of the internal combustion engine in which the air-fuel mixture is difficult to ignite, and high speed in which the air-fuel mixture easily ignites. It is calculated using a preset map or calculation formula so as to be shorter during high load operation.
[0066]
Further, the sampling time is long during low-rotation and low-load operation of the internal combustion engine, which takes time for the air-fuel mixture to ignite and burn by spark discharge, for example, based on the rotational speed of the internal combustion engine and the throttle opening representing the engine load. The time required for the air-fuel mixture to ignite and burn is calculated using a preset map or calculation formula so as to be shortened during high rotation and high load operation.
[0067]
Next, in S120, the energization start timing for the primary winding L1 necessary for spark discharge of the spark plug 2 at the ignition timing calculated in S110 is obtained, and it is determined whether or not the energization start timing has been reached. If a negative determination is made, the same step is repeatedly executed to wait for the energization start time. When it is determined in S120 that the energization start timing has been reached, the process proceeds to S130, and the ignition signal IG is changed from Low to High (see time t0 shown in FIG. 3). As a result, the switching element 8 is turned on, and a primary current flows through the primary winding L1 of the ignition coil 4. Note that the energization time of the primary winding L1 is set in advance, and in S120, the timing earlier than the ignition timing calculated in S110 by the energization time is set as the energization start timing of the primary winding L1.
[0068]
Next, in S140, based on the detection signal from the crank angle sensor, it is determined whether or not the ignition timing obtained in S110 has been reached, and if a negative determination is made, the same step is repeatedly executed, Wait for the ignition timing. If it is determined in S140 that the ignition timing has been reached, the process proceeds to S150, where the ignition signal IG is changed from High to Low level (see time t1 shown in FIG. 3).
[0069]
As a result, the switching element 8 is turned off, the current supply to the primary winding L1 is cut off, and the ignition high voltage (hereinafter referred to as the secondary winding L2) is applied to the ignition plug 2 side of the secondary winding L2 of the ignition coil 4. The spark plug 2 side voltage is referred to as a secondary voltage V2, and the spark plug 2 is sparked. At this time, the discharge switch 32 in the ion current detection circuit 10 is in an off state, and the capacitor 28 in the ion current detection circuit 10 accumulates charges for generating a detection high voltage.
[0070]
Next, in subsequent S160, it is determined whether or not the discharge time obtained in S110 has elapsed after the energization of the primary winding L1 in S150 (in other words, after the start of spark discharge) has elapsed, and a negative determination is made. In this case, the same step is repeatedly executed to wait for the discharge time to elapse. If it is determined in S160 that the discharge time has elapsed, the process proceeds to S170, where the ignition signal IG is changed from Low to High again, and then output to the ion current detection circuit 10 in S180. The window signal IW to be changed is changed from Low to High level (see time point t2 shown in FIG. 3).
[0071]
As a result, the switching element 8 is turned on again, the energization of the primary winding L1 is resumed, the spark discharge of the spark plug 2 is forcibly terminated, and the discharge switch in the ion current detection circuit 10 32 is turned on, and a high voltage for detection having a polarity opposite to that at the time of spark discharge is applied between the electrodes of the spark plug 2 by the charge accumulated in the capacitor 28 in the ion current detection circuit 10.
[0072]
Note that the spark discharge of the spark plug is forcibly terminated by the operations of S170 and S180, and at the same time immediately after the window signal IW is changed from low to high, as shown in FIG. 3, the secondary winding L2 In the present embodiment, the self-inductance of the secondary winding L2 is set to a small value such as 8H, though the voltage fluctuation occurs and the ion current signal Si input from the ion current detection circuit 10 to the control device 12 also fluctuates greatly. Therefore, this fluctuation period is short, and thereafter, if the mixture is ignited and burned and ions are generated, the ion current signal Si corresponds to the amount of ions generated as shown by the dotted line in FIG. If the air-fuel mixture does not ignite and ions are not generated, the ion current signal Si quickly converges to the reference level as shown by the solid line in FIG.
[0073]
Next, in S190, the ion current signal Si output from the ion current detection circuit 10 is captured, and in S200, it is determined whether or not the sampling time obtained in S110 has elapsed after executing the processing of S170 and S180. The ionic current signal Si output from the ionic current detection circuit 10 is sampled within the sampling time by a procedure such as shifting to S190 again if the sampling time has not elapsed.
[0074]
If it is determined in S200 that the sampling time has elapsed, the process proceeds to S210, the window signal IW for the ion current detection circuit 10 is changed from High to Low level, and the detection of the ion current is once ended. (Refer to time t3 shown in FIG. 3). Subsequently, in S220, misfire determination is performed based on the change in the ion current signal Si within the sampling time sampled in S190.
[0075]
Next, in S190, if it is determined that no misfire has occurred and the air-fuel mixture is in normal combustion, the process proceeds to S230, in which it is determined whether the internal combustion engine has transitioned from the combustion stroke to the exhaust stroke. If the internal combustion engine enters the exhaust stroke, the process proceeds to S240 and the ignition signal IG is changed from high to low level to cut off the energization to the primary winding L1. Then, the process is temporarily terminated. This is because, if the energization of the primary winding L1 is interrupted as it is after the misfire determination even though the internal combustion engine is normally combusting, a spark discharge is generated in the spark plug 2, which adversely affects the combustion of the air-fuel mixture. This is because it is possible.
[0076]
On the other hand, if it is determined in S190 that the ion current cannot be detected from the ion current signal Si sampled during the sampling time and misfire has occurred, the process proceeds to S250, and the ignition signal IG is changed from High to Low level. Thus, the spark discharge for igniting the air-fuel mixture is executed again (see time t3 shown in FIG. 3).
[0077]
In subsequent S260, the duration of the spark discharge is predicted based on the operating state (rotational speed, load, etc.) of the internal combustion engine, and the time when the duration has elapsed is set as the detection start timing of the ion current. In S270, it is determined whether or not the current time has reached the set detection timing, thereby waiting for the detection timing.
[0078]
Next, when it is determined in S270 that the detection timing has been reached, this time, the process proceeds to S280, and the window signal IW output to the ionic current detection circuit 10 is changed from low to high level as in S180. (See time t4 shown in FIG. 3).
[0079]
In subsequent S290, the ion current signal Si output from the ion current detection circuit 10 is fetched. In S300, it is determined whether or not the sampling time obtained in S110 has elapsed after the execution of the processing in S280. If not, the ionic current signal Si output from the ionic current detection circuit 10 is sampled within the sampling time by the procedure of proceeding to S290 again.
[0080]
When it is determined in S300 that the sampling time has elapsed, the process proceeds to S310, the window signal IW for the ion current detection circuit 10 is changed from High to Low level, and the detection of the ion current is completed ( Time t5) shown in FIG. In subsequent S320, a misfire determination is performed based on the change in the ion current signal Si within the sampling time sampled in S190, the determination result is stored (or displayed), and the process ends.
[0081]
As described above, the ignition device for an internal combustion engine according to the present embodiment turns on and off the switching element 8 connected in series with the primary winding L1 of the ignition coil 4 so that a high voltage for ignition is applied to the spark plug 2. This is a full-transistor ignition device that generates a spark discharge between the electrodes, and the self-inductance of the secondary winding L2 of the ignition coil 4 is set within a range of 4H to 16H (for example, 8H). Yes. For this reason, compared with the conventional ignition device in which the self-inductance of the secondary winding L2 is set to about 20H to 30H, the impedance of the secondary winding L2 becomes extremely small, and the duration of the spark discharge of the spark plug 2 is short. Become.
[0082]
When the internal combustion engine is actually operated, as shown in FIG. 3, first, the spark plug 2 is spark-discharged at the ignition timing (time point t1) obtained based on the operation state of the internal combustion engine. From time t0 to time t1 shown, the switching element 8 is turned on to energize the primary winding L1 of the ignition coil 4, and at the time t1 when the switching element 8 is turned off, the secondary winding L2 side of the ignition coil 4 A high voltage for ignition is generated, and the spark plug 2 is sparked with this high voltage for ignition.
[0083]
If the spark discharge is left as it is, it continues until the energy accumulated in the ignition coil 4 is released by energization of the primary winding L1, but in this embodiment, the duration of the spark discharge is measured. Then, at the time t2 when the discharge time set based on the operating state of the internal combustion engine is reached, the switching element 8 is turned on again to energize the primary winding L1, thereby forcibly terminating the spark discharge. For this reason, the duration of the spark discharge of the spark plug 2 is shorter than that of the conventional ignition device.
[0084]
When the spark discharge is forcibly terminated, the ion current signal Si output from the ion current detection circuit 10 is sampled until a time point t3 when a sampling time set based on the operating state of the internal combustion engine elapses.
The signal waveform of the sampled ion current signal Si is affected by voltage fluctuation (fluctuation of the secondary voltage V2) generated in the secondary winding L2 with the end of the spark discharge, but the self-inductance of the secondary winding L2 is affected. Therefore, the fluctuation period of the secondary voltage V2, and hence the fluctuation period of the ion current signal Si, is also shortened.
[0085]
For this reason, according to the present embodiment, the time until the ion current corresponding to the amount of ions generated due to the combustion of the air-fuel mixture can be detected after the spark discharge is started is extremely short compared to the conventional ignition device. Even under operating conditions (such as during high-speed / high-load operation of an internal combustion engine) where the air-fuel mixture is easy to ignite and the time from the start of spark discharge to the generation of ions by combustion of the air-fuel mixture is short Can be detected accurately.
[0086]
In this embodiment, when the sampling of the ion current signal Si is completed (time point t3), misfire determination is performed based on the sampled ion current signal Si. In this misfire determination, the fluctuation period of the secondary voltage V2 is excluded. By using the signal waveform of the ionic current signal Si, it is possible to always make a misfire determination accurately regardless of the operating state of the internal combustion engine.
[0087]
Furthermore, in this embodiment, when a misfire is detected as a result of the misfire determination, the spark plug 2 is again subjected to a spark discharge by turning off the switching element 8 and interrupting the energization to the primary winding L1. For this reason, even when the air-fuel mixture cannot be ignited and burned by the first spark discharge, the air-fuel mixture can be ignited and burned by the second spark discharge.
[0088]
In this embodiment, among the ignition control processes executed by the control device 12, the processes of S120 to S150 function as the ignition control means of the present invention, and the processes of S160 and 170 are the spark discharge of the present invention. It functions as a pause means, and the processing of S180 to S220 and S250 functions as a reignition control means of the present invention.
[0089]
As described above, in this embodiment, the spark discharge of the spark plug 2 is achieved by setting the self-inductance of the secondary winding L2 of the ignition coil 4 within a range of 4H to 16H that is extremely smaller than the conventional one. And the fluctuation period of the secondary voltage V2 generated at the end of the spark discharge are made shorter than before, and the duration of the first spark discharge is made shorter by forcibly terminating the spark discharge. I have to.
[0090]
As described above, this is because the air-fuel mixture is easy to ignite and the ion current can be accurately detected even under operating conditions where the time from the start of spark discharge to the generation of ions is short. Next, various experimental examples supporting these effects will be described. [Experiment 1]
First, FIG. 4 shows measurement results obtained by measuring the influence of the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil on the ion current using a vehicle equipped with a 1.8 L, 4-cylinder internal combustion engine.
[0091]
In FIG. 4, (a) is a full-transistor ignition device having the same ion current detection circuit as that in the above embodiment. The ignition coil has a secondary winding with a self-inductance of 8H, and the internal combustion engine is lean. It is a measurement result of the ion current signal Si, the secondary voltage V2 and the in-cylinder combustion pressure Pi when the vehicle is driven at 100 km / h while operating at the air-fuel ratio, and (b) shows the secondary winding (C) is a measurement result obtained by performing a similar experiment using an ignition coil having a self-inductance of a secondary winding of 23H. is there. In addition, the arrow ↑ described below each measurement result represents the start timing (ignition timing) of spark discharge. From this measurement result, when an ignition coil having a secondary winding self-inductance of 23H is used, the secondary voltage V2 generated at the end of the spark discharge continues to fluctuate for a long time, and the ion current signal Si also vibrates accordingly. Therefore, it has been found that the ion current waveform corresponding to the amount of ions generated by the combustion of the air-fuel mixture is affected by the vibration. Further, when the self-inductance of the secondary winding is reduced to 16H and 8H, the fluctuation period of the secondary voltage V2 generated at the end of the spark discharge is shortened, and the ion current signal Si is hardly affected by the fluctuation of the secondary voltage V2. I also understood that.
[0092]
Therefore, in order to accurately detect the ionic current from the measurement result of Experimental Example 1, the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil is not set to about 20H to 30H as in the past, but the above-described implementation is performed. It can be seen that it is better to set a smaller value (4H to 16H) than in the past as in the example.
[0093]
[Experiment 2]
Next, FIG. 5 shows the operation of a 1.8 L, 4-cylinder internal combustion engine using an ignition device similar to Experimental Example 1 using an ignition coil having a secondary winding self-inductance of 16H. The measurement results show how the ion current signal Si changes when the spark discharge of the spark plug is continued to the end (a) and when the spark discharge is forcibly terminated (b).
[0094]
In FIG. 5, an arrow t <b> 1 described below each measurement result represents a spark discharge start timing (ignition timing), and an arrow t <b> 1 below (b) represents a spark generated by re-energizing the switching element. This represents the timing when the discharge was forcibly terminated. In this experiment, as in Experimental Example 1, an internal combustion engine mounted on a vehicle was used. The measurement results in FIG. 5 are values obtained when the vehicle is driven at 100 km / h while the internal combustion engine is operated at stoichiometric (theoretical air-fuel ratio).
[0095]
From this measurement result, when the spark discharge is continued, not only the duration of the spark discharge but also the fluctuation period of the secondary voltage V2 generated at the end of the spark discharge becomes long, and the ion current signal Si corresponding to the amount of ions cannot be detected. On the other hand, if the spark discharge is forcibly cut off, both the duration of the spark discharge and the fluctuation period of the secondary voltage V2 at the end of the spark discharge are shortened, and the ion current signal Si corresponding to the amount of ions is obtained. I found out that
[0096]
Therefore, in order to accurately detect the ionic current from the measurement result of this experimental example 3, not only the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil is set to a value smaller than the conventional value, but also as in the above embodiment. In addition, it is understood that the spark discharge should be forcibly terminated so that the duration of the spark discharge is as short as possible within the range in which the air-fuel mixture can be ignited.
[Experiment 3]
Next, FIG. 6 shows an ignition device similar to Experimental Example 1 using an ignition coil having a secondary winding having a self-inductance of 16H and an ignition coil having a self-inductance of 23H. The internal combustion engine of a cylinder is operated while forcibly terminating the spark discharge of the spark plug, and how the ionic current signal Si changes between when the air-fuel mixture burns normally (ignitions) and when it misfires. The measurement result which measured whether to do is represented.
[0097]
In FIG. 6, (a) is a measurement result when an ignition coil having a secondary winding self-inductance of 16H is used, and (b) is an ignition coil having a secondary winding self-inductance of 23H. It is a measurement result at the time of using. Moreover, the arrow described below each measurement result represents the start timing (ignition timing) of spark discharge. In this experiment, as in Experiments 1 and 2, the internal combustion engine used in the vehicle was used. The measurement result in FIG. 6 is a value obtained when the vehicle is driven at 75 km / h while the internal combustion engine is operated at stoichiometric (theoretical air-fuel ratio).
[0098]
From this measurement result, when an ignition coil having a secondary winding with a self-inductance of 23H is used, it may not be possible to determine misfiring / ignition of the air-fuel mixture from the ion current signal Si due to vibration generated after the end of the spark discharge. On the other hand, when an ignition coil having a secondary winding self-inductance of 16H is used, since the generation period of vibration that occurs after the end of the spark discharge is short, the signal waveform of the ion current signal Si after the vibration is mixed. It was found that the misfire and ignition can be accurately determined.
[0099]
Therefore, also from the measurement result of this experimental example 3, in order to accurately detect the ionic current, it is better to set the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil to a value (4H to 16H) smaller than the conventional one. I understand that.
[Experimental Example 4]
Next, FIG. 7 shows the 2L, 6 cylinders by performing ignition control of the following (1) to (3) using the ignition coil of the above embodiment in which the self-inductance of the secondary winding is set to 23H. Measurement results (a) of measuring the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture that can operate the internal combustion engine in each ignition control, and measurement of variation in the in-cylinder combustion pressure Pi in each ignition control The measurement result (b) is shown.
[0100]
(1) Conventional ignition control in which the spark discharge is executed only once without limiting the duration of the spark discharge (the duration is 2.0 msec.).
(2) Ignition control in which the duration of spark discharge is limited to 1.5 msec. And 0.7 msec., Respectively, and spark discharge is executed only once.
[0101]
(3) The spark discharge is performed while limiting the duration of the spark discharge to 0.7 msec. After the first spark discharge, the misfire determination is performed based on the ion current signal Si, and the spark discharge is performed again when the misfire is detected. Ignition control similar to the above embodiment.
The operating conditions of the internal combustion engine in this experiment are: rotational speed: 2000 r.p.m., boost (suction negative pressure): 130 mmHg.
[0102]
From the measurement result (a), in the ignition control in which the spark discharge is performed only once, if the duration of the spark discharge is too short (0.7 msec. In the present measurement result), the air-fuel mixture cannot be ignited. It has been found that the operating range increases and the upper limit of the air-fuel ratio of the operable air-fuel mixture decreases. However, even if the duration of the spark discharge is similarly limited, if the misfire determination is performed and the spark discharge is executed again when the misfire is detected as in the above-described embodiment, the air-fuel mixture is generated in the second spark discharge. It has been found that the upper limit of the air-fuel ratio of the operable air-fuel mixture is comparable to that of conventional ignition control.
[0103]
On the other hand, from the measurement result (b), in the ignition control in which the spark discharge is performed only once, if the duration of the spark discharge is too short (0.7 msec. In this measurement result), the air-fuel mixture cannot be ignited. Since the operating range increases, it has been found that the internal combustion engine cannot be stably operated, and the variation in the in-cylinder combustion pressure Pi during operation of the internal combustion engine increases. However, even if the duration of the spark discharge is similarly limited, if the misfire determination is performed and the spark discharge is performed again when the misfire is detected as in the above embodiment, the internal combustion engine is stably operated. As a result, it has been found that the variation in the in-cylinder combustion pressure Pi during operation of the internal combustion engine is comparable to that of the conventional ignition control.
[0104]
Therefore, from the measurement result of the experimental example 4, the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil is set to a small value (4H to 16H), and the duration of spark discharge of the spark plug is limited according to the operating state. In such a case, as in the above embodiment, it is understood that after the spark discharge, the misfire determination is performed using the ion current signal Si, and when the misfire is detected, the spark plug is again subjected to the spark discharge.
[Experimental Example 5]
Next, the knocking detection accuracy based on the ion current detected in the ignition device using the conventional ignition coil and the knocking detection accuracy based on the ion current detected in the ignition device using the ignition coil of the present invention are compared. Therefore, with the circuit configuration shown in FIG. 8, the knocking signal component superimposed on the ion current signal Si when knocking occurred was measured (simulated). The simulation result is shown in FIG.
[0105]
In this simulation, as shown in FIG. 8, a switching element 8 comprising a battery 6 and an NPN power transistor is connected to both ends of the primary winding L1 of the ignition coil 4, and one end of the secondary winding L2 is connected. The center electrode 2b of the spark plug 2 whose outer electrode 2a is grounded is connected to the opposite side of the actual ignition device shown in FIG. 1, and a capacitor 28 is connected to the other end of the secondary winding L2. The other end of the resistor 20 whose one end is grounded to the ground is connected, the anode of the diode 22 whose cathode is grounded is connected between the resistor 20 and the capacitor 28, and the secondary of the capacitor 28 is further connected. A simulation ignition circuit in which the cathode of a Zener diode 34 whose anode is grounded is connected to the winding side. In addition, since these each component uses the same thing as the thing of the said Example, it has the same code | symbol.
[0106]
The spark plug 2 was connected in parallel with a resistor 50 having a high resistance value (1 MΩ) serving as an ion current path, and a circuit for superimposing a knocking signal component on the ion current.
The knock signal superimposing circuit includes a diode 52 whose anode is connected to the center electrode 2b side of the spark plug 2, an NPN transistor 53 whose emitter is grounded via a resistor 56, and one end of the diode 52. The resistor 54 is connected to the cathode and the other end is connected to the collector of the transistor 53, and the resistor 58 is connected to the base of the transistor 53. Via the resistor 58, the base of the transistor 53 has frequencies of 7 kHz and 14 kHz. By applying a drive signal, a knocking signal component can be superimposed on the ion current.
[0107]
In this simulation, four types of ignition coils in which the self-inductance of the secondary winding L2 is set to 4H, 8H, 16H, and 23H are used. Then, for each ignition circuit including these ignition coils, the switching element 8 is turned on / off to generate a spark discharge between the electrodes of the spark plug 2, charge the capacitor 28, and after completion of the spark discharge, The leakage current (ion current for simulation) is caused to flow through the resistor R50 by the high voltage for detection charged in 28, and at the same time, the transistor 53 is switched by a drive signal having a frequency of 7 kHz and 14 kHz, whereby the electrode of the spark plug 2 The equivalent resistance is periodically switched from the resistance R50 to the combined resistance of the resistance R50, the resistance R54, and the resistance R56 (= R50 × (R54 + R56) / (R50 + R54 + R56). The voltage Vi generated at both ends was subjected to FFT (Fast Fourier Transform) analysis. Is a simulation results shown in.
[0108]
As shown in FIG. 9, when the ignition coil 4 whose secondary winding L2 has a self-inductance of 4H is used, the detection voltage Vi of the ionic current includes the same signal components as the switching frequencies 7 kHz and 14 kHz of the transistor 53, The harmonic component of the signal is superimposed. However, as the self-inductance of the secondary winding L2 of the ignition coil 4 increases to 8H, 16H, and 23H, the level of each signal component decreases, and in particular, the ignition of the secondary winding L2 having a self-inductance of 23H. When the coil 4 is used, it has been found that harmonic components exceeding 14 kHz are buried in noise and cannot be measured.
[0109]
Therefore, from the simulation result of this experimental example 5, in order to accurately detect knocking from the ionic current signal Si detected using the ionic current detection circuit, the self-inductance of the secondary winding L2 of the ignition coil 4 is conventionally determined. It can be seen that it is better to set a smaller value (4H to 16H).
[0110]
As the self-inductance of the secondary winding L2 of the ignition coil 4 increases, the level of the knocking signal component superimposed on the ionic current decreases because of the secondary winding L2 and each part of the ignition system connected thereto. This is probably because the entire ignition system becomes a low-pass filter due to the capacitance component, and the high-frequency knocking signal component is attenuated.
[Experimental Example 6]
Next, FIG. 10 to FIG. 14 show the measurement of actually measuring the influence of the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil on the detection accuracy of knocking based on the ionic current using a 2L, 4-cylinder internal combustion engine. Represents the result.
[0111]
In this experimental example 6, the internal combustion engine is in a state without knocking and a state with knocking using five types of ignition coils in which the self-inductance of the secondary winding is set to 4H, 8H, 12H, 16H, and 23H. Drove in.
During this operation, in order to compare the detection accuracy of knocking based on the ion current, the detection accuracy of knocking based on the combustion pressure in the cylinder, and the detection accuracy of knocking using a knock sensor that detects vibration of the internal combustion engine, When the rotational speed of the internal combustion engine was 1600 [rpm], 4000 [rpm], and 6000 [rpm], the following measurements (1) to (3) were performed according to these knocking detection methods.
[0112]
(1) An ion current is detected using the same ion current detection circuit as in the above embodiment, and the obtained ion current signal Si is passed through a bandpass filter having a frequency band of 3 kHz to 20 kHz and superimposed on the ion current signal Si. The knocking signal component was extracted, and the extracted knocking signal component was integrated during a predetermined knock determination period.
[0113]
(2) A detection signal from a pressure sensor for detecting the combustion pressure in the cylinder is passed through a bandpass filter having a frequency band of 3 kHz to 20 kHz to extract a knocking signal component, and the extracted knocking signal component is subjected to a predetermined knock determination. Integrated over the period.
(3) The detection signal from the knock sensor was passed through a bandpass filter having a frequency band of 3 kHz to 20 kHz to extract a knocking signal component, and the extracted knocking signal component was integrated during a predetermined knock determination period.
[0114]
Then, the integral value of each signal obtained by the measuring methods (1) to (3) above is the integration value when knocking occurs in the internal combustion engine, and no knocking occurs in the internal combustion engine. The ratio of the average value of each value was determined as the S / N ratio (= integral value when knocking occurred / integral value when knocking was not present).
[0115]
10 to 14 show the result (S / N ratio), FIG. 10 shows the S / N ratio when the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil is 4H, and FIG. 12 shows the S / N ratio when it is 8H, FIG. 13 shows the S / N ratio when it is 12H, FIG. 13 shows the S / N ratio when it is 16H, and FIG. The S / N ratio at a certain time is expressed respectively.
[0116]
From this measurement result, as the self-inductance of the secondary winding L2 increases from 4H to 8H, 12H, and 16H, the knocking detection accuracy (S / N ratio) based on the ion current decreases. When the self-inductance of the secondary winding L2 is set to 23H, it has been found that the detection accuracy (S / N) of knocking based on the ionic current is worse than the detection accuracy (S / N) obtained by the knock sensor. .
[0117]
Therefore, also from this experimental example 6, it is desirable to make the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil as small as possible in order to improve the detection accuracy of knocking based on the ion current. It was found that the detection accuracy could not be secured.
[0118]
In order to accurately detect the ionic current corresponding to the operating state of the internal combustion engine from the above various experimental examples, the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil should be set to the smallest possible value of 16H or less. understood. Therefore, in order to confirm the lower limit of the self-inductance, an ignition coil having a secondary winding having a self-inductance smaller than 4H was prepared and the same experiment as described above was performed. However, it was found that the duration of the spark discharge necessary for the ignition of the air-fuel mixture could not be secured, and the internal combustion engine could not be operated normally. Therefore, the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil needs to be set to 4H or more.
[0119]
As mentioned above, although the Example of this invention and the various experiment examples which support the effect were demonstrated, this invention is not limited to the said Example, Various aspects can be taken.
For example, in the above embodiment, it has been described that the process as the re-ignition control means for performing the spark discharge again when the misfire is detected from the ion current after the spark discharge of the spark plug is performed only once. The process as the reignition control means may be executed a plurality of times. Specifically, when misfire is detected in S220 in FIG. 2, the number of consecutive misfires is counted, and if the count value has reached a set value representing the number of times that reignition can be performed, the process proceeds to S250. Conversely, if the count value has not reached the set value indicating the number of times that reignition can be performed, the process may return to S150 to cause the spark plug to spark discharge. In this way, the air-fuel mixture can be ignited and burned more reliably.
[0120]
Moreover, in the said Example, although the spark discharge frequency | count of the spark plug until it determines misfire from an ionic current was demonstrated as one time, for example, as shown in FIG. In this case, the switching element 8 is continuously turned on and off a plurality of times, and the spark plug is continuously discharged a plurality of times, and then the final spark discharge is completed (forced termination). ), The ion current may be detected to determine misfire. In this way, even in the case of an internal combustion engine having a long duration of spark discharge required to ignite and burn the air-fuel mixture, such as the above-described direct-injection internal combustion engine, the air-fuel mixture is more reliably ignited. To be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration and ion current detection characteristics of an ignition device for an internal combustion engine according to an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing ignition control processing by a control device.
FIG. 3 is a time chart showing signal waveforms of various parts of the apparatus accompanying ignition control processing.
4 is a graph showing a measurement result according to Experimental Example 1. FIG.
FIG. 5 is a graph showing measurement results according to Experimental Example 2.
6 is a graph showing a measurement result according to Experimental Example 3. FIG.
7 is a graph showing a measurement result according to Experimental Example 4. FIG.
FIG. 8 is an electric circuit diagram showing an ignition circuit for simulation used in Experimental Example 5.
9 is a graph showing a simulation result according to Experimental Example 5. FIG.
10 is a graph showing a measurement result when the self-inductance of the secondary winding is 4H in Experimental Example 6. FIG.
11 is a graph showing measurement results when the self-inductance of the secondary winding is set to 8H in Experimental Example 6. FIG.
12 is a graph showing a measurement result when the self-inductance of the secondary winding is set to 12H in Experimental Example 6. FIG.
13 is a graph showing measurement results when the self-inductance of the secondary winding is 16H in Experimental Example 6. FIG.
14 is a graph showing measurement results when the self-inductance of the secondary winding is set to 23H in Experimental Example 6. FIG.
FIG. 15 is a time chart for explaining another example of the ignition control process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Spark plug, 2a ... Outer electrode, 2b ... Center electrode, 4 ... Ignition coil, L1 ... Primary winding, L2 ... Secondary winding, 6 ... Battery, 8 ... Switching element, 10 ... Ion current detection circuit, 12 Control device 20, 24 ... Resistance, 22 ... Diode, 26, 34 ... Zener diode, 28 ... Capacitor, 30 ... Charging diode, 32 ... Discharge switch.

Claims (6)

二次巻線の一端が点火プラグに接続された点火コイルと、
該点火コイルの一次巻線に流れる一次電流を、外部からの指令に従い通電、遮断するスイッチング素子と、
該スイッチング素子をオン・オフさせることにより、前記点火コイルの二次巻線に点火用高電圧を発生させて、前記点火プラグを火花放電させる点火制御手段と、
前記点火プラグの火花放電後に、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であって、
前記点火コイルの前記二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定すると共に、
内燃機関の運転状態に基づき、混合気が着火し難いときには長く、混合気が着火し易いときには短くなるよう放電時間を設定し、前記点火プラグの火花放電の継続時間が当該放電時間に達すると、前記点火プラグの火花放電を強制終了させる火花放電休止手段を設けたことを特徴とする内燃機関用点火装置。An ignition coil with one end of the secondary winding connected to the spark plug;
A switching element for energizing and shutting off the primary current flowing through the primary winding of the ignition coil in accordance with an external command;
Ignition control means for generating a high voltage for ignition in the secondary winding of the ignition coil by turning on and off the switching element, and causing the spark plug to spark discharge;
An ion current detecting means for detecting an ion current flowing between the electrodes of the spark plug after the spark discharge of the spark plug;
An ignition device for an internal combustion engine comprising:
While setting the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil within the range of 4H-16H ,
Based on the operating state of the internal combustion engine, the discharge time is set to be long when the air-fuel mixture is difficult to ignite and short when the air-fuel mixture is easy to ignite, and when the duration of the spark discharge of the spark plug reaches the discharge time, An ignition device for an internal combustion engine, comprising spark discharge pause means for forcibly terminating spark discharge of the spark plug . 前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流に基づき混合気の着火・失火を判定し、失火を判定すると、前記スイッチング素子を再度駆動して、前記点火プラグを再度火花放電させる再点火制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。  Reignition control means for determining ignition / misfire of the air-fuel mixture based on the ion current detected by the ion current detection means, and determining the misfire, re-driving the switching element and causing the spark plug to spark discharge again. The internal combustion engine ignition device according to claim 1, wherein the internal combustion engine ignition device is provided. 二次巻線の一端が点火プラグに接続された点火コイルと、
該点火コイルの一次巻線に流れる一次電流を、外部からの指令に従い通電、遮断するスイッチング素子と、
該スイッチング素子をオン・オフさせることにより、前記点火コイルの二次巻線に点火用高電圧を発生させて、前記点火プラグを火花放電させる点火制御手段と、
前記点火プラグの火花放電後に、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であって、
前記点火コイルの前記二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定すると共に、
前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流に基づき混合気の着火・失火を判定し、失火を判定すると、前記スイッチング素子を再度駆動して、前記点火プラグを再度火花放電させる再点火制御手段を設け、
前記再点火制御手段の動作を、内燃機関の運転状態に応じて制御することを特徴とする内燃機関用点火装置。 An ignition coil with one end of the secondary winding connected to the spark plug;
A switching element for energizing and shutting off the primary current flowing through the primary winding of the ignition coil in accordance with an external command;
Ignition control means for generating a high voltage for ignition in the secondary winding of the ignition coil by turning on and off the switching element, and causing the spark plug to spark discharge;
An ion current detecting means for detecting an ion current flowing between the electrodes of the spark plug after the spark discharge of the spark plug;
An ignition device for an internal combustion engine comprising:
While setting the self-inductance of the secondary winding of the ignition coil within the range of 4H-16H,
Reignition control means for determining ignition / misfire of the air-fuel mixture based on the ion current detected by the ion current detection means, and determining the misfire, driving the switching element again and causing the spark plug to spark discharge again. Provided,
An ignition device for an internal combustion engine, wherein the operation of the reignition control means is controlled in accordance with the operating state of the internal combustion engine. 内燃機関の運転状態に基づき、混合気が着火し難いときには長く、混合気が着火し易いときには短くなるよう放電時間を設定し、前記点火プラグの火花放電の継続時間が当該放電時間に達すると、前記点火プラグの火花放電を強制終了させる火花放電休止手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の内燃機関用点火装置。 Based on the operating state of the internal combustion engine, the discharge time is set to be long when the air-fuel mixture is difficult to ignite and short when the air-fuel mixture is easy to ignite, and when the duration of the spark discharge of the spark plug reaches the discharge time, The ignition device for an internal combustion engine according to claim 3, further comprising spark discharge pause means for forcibly terminating spark discharge of the spark plug . 前記イオン電流検出手段は、前記点火プラグの火花放電後に、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することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関用点火装置。 The said ion current detection means applies the high voltage for a detection with a reverse polarity to the high voltage for an ignition to the said spark plug after the spark discharge of the said spark plug, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. ignition apparatus for an internal combustion engine according to. 前記点火制御手段は、内燃機関の１燃焼サイクルの燃焼タイミングにおいて、前記スイッチング素子を複数回連続してオン・オフすることにより、前記点火プラグを複数回連続して火花放電させ、前記イオン電流検出手段は、前記点火制御手段が前記点火プラグを複  The ignition control means causes the spark plug to spark discharge a plurality of times by continuously turning on and off the switching element a plurality of times at the combustion timing of one combustion cycle of the internal combustion engine, thereby detecting the ion current Means for the ignition control means to duplicate the spark plug. 数回連続して火花放電させた後に、イオン電流を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関用点火装置。The ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the ion current is detected after the spark discharge is continuously performed several times.
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