JP4536219B2 - イオン電流検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車用の内燃機関の燃焼状態を、点火プラグの電極間に流れるイオン電流に基づいて検出するためのイオン電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジン等に使用される内燃機関においては、点火プラグによる火花放電により混合気が燃焼すると、その燃焼に伴ってイオンが発生することから、点火プラグの火花放電後にその点火プラグの電極間に電圧を印加すると、イオン電流が流れる。そして、イオンの発生量は混合気の燃焼状態によって変化することから、このイオン電流を検出し、解析処理を行うことによって、失火検知やノッキング検出等を行うことができる。
【０００３】
従来より、このイオン電流を検出するためのイオン電流検出装置としては、点火プラグによる火花放電発生時に発生する火花放電電流（二次電流）によりコンデンサを一定電圧に充電し、火花放電後にこのコンデンサを放電することで点火プラグの電極間に電圧を印加し、この時流れるイオン電流を検出するものが主流である（例えば、特開平４−１９１４６５号公報や特開平１０−２３８４４６号公報等）。なお、このようなイオン電流検出装置では、コンデンサに並列にツェナーダイオードが備えられて、コンデンサが過充電により破壊されるのを防ぐとともに、コンデンサの両端電圧を一定電圧に制限している。
【０００４】
このように、コンデンサをイオン電流発生用の電源として用いるイオン電流検出装置は、イオン電流発生用としての専用電源装置を特に設ける必要が無くなるため、部品点数が比較的少なくなると共に、小型化が図れるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、イオン電流を発生させるのに必要な電圧が数百［Ｖ］と高いため、上記のイオン電流検出装置に用いるコンデンサとして、高耐圧（耐電圧が数百［Ｖ］以上）のものを用いる必要がある。
【０００６】
また、内燃機関において火花放電を発生させるための点火用高電圧は数十［ｋＶ］以上と非常に高電圧であり、火花放電時に点火プラグに流れる火花放電電流は大電流となる。このため、ツェナーダイオードとしては、瞬間的に発生する数十［Ｗ］の比較的大きな電力（ツェナー電圧×火花放電電流）に耐えることができるものを用いる必要がある。さらに、ツェナーダイオードとしては、充電時のコンデンサの両端電圧がイオン電流を発生可能な電圧となるように、ツェナー電圧（降伏電圧）の誤差の少ない信頼性の高いものを用いる必要がある。
【０００７】
このような高耐圧のコンデンサや大電力に耐えられるツェナーダイオードは高価であることから、上述のイオン電流検出装置はコストが高くなるという問題がある。
また、火花放電電流の一部を利用してコンデンサに電荷を蓄えるにあたり、過度の電荷を蓄えようとすると、その分火花放電電流が減少し、点火プラグによる点火性能が悪化する虞がある。そのために、過度に高耐圧のコンデンサを使用することはできず、高電圧が印加され、大電流が流れるという厳しい環境下で使用されるイオン電流検出装置においては、コンデンサやツェナーダイオードの破壊等が早期に発生し易く、耐久信頼性に優れるものとは言い難い。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、イオン電流を検出するにあたり、点火プラグの電極間へ印加する検出用電圧を発生するための構成を低コストで、かつ耐久信頼性が高いもとのして実現することができるイオン電流検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、一次巻線および二次巻線を有し、一次巻線に流れる一次電流を遮断することにより、二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、二次巻線と共に閉ループを形成するとともに、点火用高電圧が印加されることにより、自身の電極間に火花放電を点火プラグと、点火プラグの電極間に火花放電が開始されてから、当該火花放電の開始時から終了前までの当該火花放電中となるように設定された時間長である所定時間の経過後に一次巻線に再通電することにより、該火花放電を強制的に遮断するとともに、二次巻線の両端に点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧を発生させる検出用高電圧発生手段と、検出用高電圧が点火プラグに印加されることにより、当該点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段とを備え、前記検出用高電圧発生手段は、前記所定時間を、内燃機関の運転状態が低回転低負荷時には長い時間長に設定し、内燃機関の運転状態が高回転高負荷時には短い時間長に設定する運転状態検出手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成のイオン電流検出装置では、点火プラグによる火花放電が開始されてから、当該火花放電の開始時から終了前までの当該火花放電中となるように設定された時間長である所定時間の経過後に一次巻線への通電を再開することにより、火花放電を強制的に遮断するのに同期して、二次巻線の両端にイオン電流を検出することができる大きさの検出用高電圧を発生させる点が注目すべき点である。
【００１１】
点火コイルは、一次巻線に流れる一次電流を遮断して急激に磁束密度を変化させることにより、点火プラグによる火花放電の発生に必要な点火用高電圧を二次巻線の両端に発生するように構成されている。ここで、点火用高電圧の供給に伴う点火プラグの火花放電中に再度一次電流を通電すると、二次巻線にて発生した起電力の消費に伴い低下する磁束が再び増えようとする。それにより、点火コイルの二次巻線側では磁束が低下する状態を維持する方向に逆起電力が発生し、即ち二次巻線の両端に点火用高電圧とは逆極性の電圧が発生して、点火プラグによる火花放電が強制的に遮断されることになる。
【００１２】
このとき、点火プラグの火花放電中に一次巻線に再通電することで二次巻線の両端に発生する電圧は、上述したように点火用高電圧とは逆極性の電圧（検出用高電圧）となる。そして、この逆極性の電圧をイオン電流検出のための電源として用い、点火プラグに印加することにより、点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出することができるのである。
【００１３】
したがって、本発明（請求項１）では、イオン電流を検出するための検出用高電圧を発生させるにあたり、火花放電電流の一部を利用して電荷を蓄えるコンデンサやその充電電圧を規定するためのツェナーダイオードなど、イオン電流検出のための電源装置に相当するものを別途に備える必要がなくなる。つまり、本発明（請求項１）のイオン電流検出装置によれば、イオン電流を発生させるための電源を点火コイルを用いることで有効に実現することができ、高耐圧のコンデンサやツェナーダイオード等が不要となり、低コストでかつ耐久信頼性の向上を達成することができる。
【００１４】
また、点火プラグの火花放電中における一次巻線への再通電中には、二次巻線のインダクタンスＬ（自己インダクタンス＋一次巻線との相互インダクタンス）は小さくなる。そして電流経路（イオン電流の経路）における静電容量Ｃとすると、点火コイルの減衰振動の周波数ｆは〔数１〕のように表すことができる。
【００１５】
【数１】

【００１６】
この〔数１〕において、二次巻線のインダクタンスＬが小さくなると、減衰振動の周波数ｆが大きくなる。つまり、一次巻線への再通電によりイオン電流を発生させる場合には、二次巻線のインダクタンスＬが小さくなることから減衰振動の周波数ｆが大きくなり、イオン電流が流れ始めた直後に発生する減衰振動が、短時間で終了することになる。このため、本発明では、点火プラグの火花放電中に一次巻線に再通電することにより、二次巻線の両端にイオン電流を検出するための検出用高電圧を発生させる構成を図るが故に、イオン電流が減衰振動の影響を受ける時間が非常に短くなる。したがって、早期にイオン電流の検出を行うことが可能となるとともに、ノイズの影響を抑えたイオン電流を検出することができる時間が長くなり、イオン電流の検出精度が向上する。
【００１７】
但し、本発明のイオン電流検出装置を構成するにおいては、二次巻線の両端に発生する検出用高電圧をイオン電流検出のための電源として利用するものであることから、検出用高電圧値としてはイオン電流を検出することが可能なレベルであることが当然のことながら必須となる。その一方、この検出用高電圧値としては、一次巻線に再通電したときに、あらゆる運転条件下において点火プラグにて火花放電が再度発生しないようなレベルに制限する必要がある。そして、このように二次巻線の両端に発生する検出用高電圧値を上述した範囲内にするには、内燃機関の性能を考慮して、一次巻線と二次巻線との巻数比や一次巻線の抵抗値等を適宜調整しておくとよい。
【００１８】
また、点火プラグの電極間に火花放電が開始してから、一次巻線に再通電するタイミングとして過度に短い時間を設定した場合には、点火プラグによる点火性能が悪化し、失火を招く可能性が高くなる。このため、内燃機関を正常に運転するために一次巻線に再通電するタイミングとしては、点火プラグによる火花放電が開始してから０．０５〔ｍｓ〕以上経過した時期を設定することが好ましい。
ところで、内燃機関における混合気の燃焼状態は、内燃機関の運転状態によって変化するものであり、例えば、低回転低負荷時には混合気の燃焼は緩慢に進行し、高回転高負荷時には混合気の燃焼は比較的迅速に進行する。そして、混合気の燃焼に伴い発生するイオンの発生状態も、内燃機関の運転状態によって変化しており、低回転低負荷時には発生密度が低く発生期間が長くなり、高回転高負荷時には発生密度が高く発生期間が短くなる。
そこで、本発明のイオン電流検出装置においては、前記一次巻線に再通電することにより、前記二次巻線の両端に前記検出用高電圧を発生させる時期（即ち、所定時間）を、内燃機関の運転状態が低回転低負荷時には短い時間長に設定し、内燃機関の運転状態が高回転高負荷時には長い時間長に設定している。
つまり、内燃機関が低回転低負荷時には、混合気の燃焼が緩慢に進むことから、火花放電の持続時間を長く設定して火花エネルギを大きくすることが望ましく、その一方で、イオンの発生期間も長いために、点火プラグによる火花放電を遮断して二次巻線の両端に検出用高電圧を発生させる時期が遅くなる場合にも、イオン電流を検出することができる。また、内燃機関が高回転高負荷時には、混合気の燃焼が比較的迅速に進むことから、火花放電の持続時間を短く設定して火花エネルギを小さくしても良好な点火性能を得ることができ、その一方で、イオンの発生期間は短いため、点火プラグによる火花放電を遮断して二次巻線の両端に検出用高電圧を発生させる時期が早くなるので、イオン電流を確実に検出することができる。
したがって、このように構成されたイオン電流検出装置によれば、内燃機関の運転状態に応じた適切な時期にイオン電流を検出するための検出用高電圧を発生させることで、混合気への着火性を良好に維持しつつ、イオン電流の検出精度を向上させることができる。さらに、内燃機関の運転状態に基づいて、点火プラグによる火花放電を遮断するタイミング（換言すれば、二次巻線の両端に検出用高電圧を発生させるタイミング）を変化させることで、イオン電流の検出精度を高めつつ、点火プラグに供給される火花エネルギを混合気の燃焼に必要な量に制御することができ、点火プラグの電極消耗を抑制する効果を得ることもできる。
【００１９】
ここで、上述（請求項１）のイオン電流検出装置においてイオン電流を検出するには、請求項２に記載のように、イオン電流検出手段は、点火プラグおよび二次巻線と直列接続される検出用抵抗素子と、検出用抵抗素子に並列接続され、点火用高電圧の発生時に流れる火花放電電流を流すことのみ許容する整流素子とを備えており、検出用高電圧の印加により発生する前記検出用抵抗素子の両端電圧に基づき、イオン電流を検出するとよい。
【００２０】
このように整流素子と検出用抵抗素子とを備えることで、点火用高電圧により発生する火花放電電流は整流素子を流れ、検出用高電圧により発生するイオン電流は検出用抵抗素子を流れることになる。そして検出用抵抗素子の抵抗値を一定値（固定値）とすることにより、検出用抵抗素子の両端電圧は流れるイオン電流の大きさに応じて変化するため、検出用抵抗素子の両端電圧と抵抗値とに基づいて、イオン電流の大きさを検出することができる。
【００２１】
また、点火用高電圧の発生時に流れる火花放電電流を流すことのみ許容する整流素子を、検出用抵抗素子に並列接続することで、点火用高電圧の発生時に火花放電電流が流れる放電電流経路において、検出用抵抗素子による放電電流経路の抵抗値の上昇を抑えることができる。これにより、火花放電電流の損失を抑えることができ、さらに本発明では火花放電電流を利用して電荷を蓄えるイオン電流検出用電源としてのコンデンサが不要となり、コンデンサによる火花放電電流の減少を抑えることもできるので、点火プラグによる点火性能の低下がなく、失火の発生をより抑制することができる。
【００２２】
ところで、二次巻線の両端にイオン電流を検出するための検出用高電圧を発生させるべく、一次巻線に再通電を行う手法としては、例えば、一次巻線に直列接続され、点火用高電圧の発生のために一次巻線に流れる一次電流を通電・遮断するスイッチング手段を、再通電時においてもスイッチング駆動制御することが考えられる。この手法であれば、１つのスイッチング手段を用いて、点火用高電圧と検出用高電圧との両者を発生させることができ、部品点数を抑えることができる。しかし、この手法では、内燃機関の運転中における１つのスイッチング手段に対する通電時間が長くなりがちで発熱量が大きくなるために、発熱によりスイッチング手段が破壊されてしまう可能性がある。
【００２３】
そこで、上述（請求項１または請求項２）のイオン電流検出装置においては、請求項３に記載のように、点火コイルの一次巻線に直列接続され、一次巻線に流れる一次電流を通電・遮断する第１スイッチング手段と、第１スイッチング手段に並列接続され、二次巻線の両端に検出用高電圧を発生させるために一次巻線に再通電を行う第２スイッチング手段とを備えるとよい。
【００２４】
このように、点火用高電圧と検出用高電圧を発生させるためのスイッチング手段を分担させることにより、１つのスイッチング手段に対する通電時間を短縮させることができ、スイッチング手段の過剰な発熱を抑えることができる。なお、第１スイッチング手段及び第２スイッチング手段としては、具体的にパワートランジスタやＦＥＴ等の半導体素子からなるスイッチング素子等を挙げることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
まず、図１は、第１実施例のイオン電流検出装置の構成を表す電気回路図である。なお、本実施例では、１気筒分について説明を行うが、本発明は複数の気筒を備える内燃機関についても適用でき、各気筒毎のイオン電流検出装置の基本構成は同様である。
【００３０】
図１に示すように、本実施例のイオン電流検出装置１は、定電圧（例えば電圧１２［Ｖ］）を出力する電源装置（バッテリ）１１と、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ１３と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２とからなり、点火用高電圧を発生する点火コイル１５と、一次巻線Ｌ１と直列接続されたｎｐｎ型パワートランジスタから成るトランジスタ１７と、トランジスタ１７を駆動制御するための第１指令信号Ｓａを出力する電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１９と、二次巻線Ｌ２と直列に接続される検出抵抗２１と、検出抵抗２１に並列接続されるダイオード２３と、検出抵抗２１の一端の電位Ｖｒ（イオン電流値×検出抵抗値）を用いてイオン電流を検出する検出回路２５と、を備えている。
【００３１】
これらのうち、トランジスタ１７は、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１への通電・遮断をＥＣＵ１９からの第１指令信号Ｓａに基づいてスイッチング駆動される半導体素子からなるスイッチング素子であり、本実施例の内燃機関に備えられる点火装置はフルトランジスタ型点火装置である。
【００３２】
そして、一次巻線Ｌ１は、一端が電源装置１１の正極に接続され、他端がトランジスタ１７のコレクタに接続されており、二次巻線Ｌ２は、一端が検出抵抗２１を介して電源装置１１の負極と同電位のグランドに接続され、他端が点火プラグ１３の中心電極１３ａに接続されている。
【００３３】
また、ダイオード２３は、アノードが二次巻線Ｌ２と検出抵抗２１との接続点に接続され、カソードが電源装置１１の負極と導電位のグランドに接続されて、検出抵抗２１に並列接続されている。そして、二次巻線Ｌ２と検出抵抗２１との接続点は、検出回路２５の入力端子に接続されている。
【００３４】
さらに、点火プラグ１３において、中心電極１３ａと対向して火花放電を発生させる火花放電ギャップを形成する接地電極１３ｂは、電源装置１１の負極と同電位のグランドに接地されており、トランジスタ１７は、ベースがＥＣＵ１９の第１指令信号Ｓａの出力端子に接続され、エミッタが電源装置１１の負極と導電位のグランドに接地されている。
【００３５】
そして、ＥＣＵ１９から出力される第１指令信号Ｓａがローレベル（一般にグランド電位）である場合には、ベース電流ｉｂが流れずトランジスタ１７はオフ状態（遮断状態）となり、トランジスタ１７によって一次巻線Ｌ１に電流（一次電流ｉ１）が流れることはない。また、ＥＣＵ１９から出力される第１指令信号Ｓａがハイレベル（一般に電源電圧Ｖｃ）である場合には、ベース電流ｉｂが流れてトランジスタ１７はオン状態（通電状態）となり、トランジスタ１７によって一次巻線Ｌ１に電流（一次電流ｉ１）が流れる。
【００３６】
このため、第１指令信号Ｓａがハイレベルであり一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れている状態で、第１指令信号Ｓａがローレベルになると、トランジスタ１７がオフ状態となり、一次巻線Ｌ１への一次電流ｉ１の通電が停止される。すると、点火コイル１５における磁束密度が急激に変化して、二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、これが点火プラグ１３に印加されることで、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生する。
【００３７】
尚、点火コイル１５は、一次巻線Ｌ１への通電・遮断により、二次巻線Ｌ２における点火プラグ１３の中心電極１３ａ側にグランド電位よりも低い負極性の点火用高電圧を発生するように構成されており、この点火用高電圧の供給により点火プラグの電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生する。そして、火花放電に伴い二次巻線Ｌ２に流れる二次電流（火花放電電流）ｉ２は、点火プラグ１３の中心電極１３ａから二次巻線Ｌ２、ダイオード２３を通り、グランドを介して接地電極１３ｂに流れる。
【００３８】
また、点火プラグによる火花放電中は、第１指令信号Ｓａがローレベルであり一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れていない状態にあるが、第１指令信号Ｓａがハイレベルになると、トランジスタ１７が再度オン状態となり、一次巻線Ｌ１への一次電流ｉ１の再通電が開始される。すると、二次巻線Ｌ２にて発生した起電力の消費に伴い低下する磁束が再び増えようとし、二次巻線Ｌ２側では低下する状態を維持する方向に逆起電力が発生する。それにより、点火コイル１５の二次巻線Ｌ２の両端に、点火用高電圧とは逆極性で点火用高電圧よりも低い電圧（以下、検出用高電圧ともいう）が発生する。なお、このとき点火プラグ１３による火花放電は強制的に遮断される。
【００３９】
一次巻線Ｌ１への再通電により二次巻線Ｌ２の両端にこの検出用高電圧が発生した時に、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在していると、二次巻線Ｌ２から点火プラグ１３を通り、グランド、検出抵抗２１を通じて二次巻線Ｌ２に至る経路に電流（イオン電流ｉｏ）が流れる。そして、イオン電流ｉｏが発生すると、イオン電流ｉｏの大きさに比例した電圧が検出抵抗２１の両端に発生して、電位Ｖｒがイオン電流ｉｏの大きさに比例して変化し、検出回路２５は、検出した電位Ｖｒに基づき、イオン電流信号ＳｉをＥＣＵ１９に出力する。このとき、検出回路２５は、ＥＣＵ１９の入力端子の入力レンジに応じた範囲内で電位Ｖｒと同様の変化を示し、かつ電位Ｖｒとは正負が反転した信号を、イオン電流信号Ｓｉとして出力する。
【００４０】
なお、イオン電流ｉｏは、ダイオード２３に印加される電圧が順方向ではなく逆方向となるため、ダイオード２３には流れず、検出抵抗２１を通じて流れる。
ここで、図１に示す回路図における第１指令信号Ｓａ、一次巻線Ｌ１に流れる一次電流ｉ１、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐ、および、検出抵抗２１の一端の電位Ｖｒ（イオン電流）の各状態を表すタイムチャートを図２に示す。
【００４１】
図２に示すように、時刻ｔ１にて、第１指令信号Ｓａがローレベルからハイレベルに切り換わると、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１に電流（一次電流）ｉ１が流れ始め、これに伴う磁束密度の変化により二次巻線Ｌ２の両端に電圧が発生し、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐが正の値を示す。なお、このとき二次巻線Ｌ２の両端に発生する電圧は数百［Ｖ］〜数千［Ｖ］程度と低く、また、検出抵抗２１での電圧降下も発生するため、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に印加される電圧は、火花放電の発生に必要な電圧よりも低電圧となるため、火花放電は発生しない。
【００４２】
その後、予め設定された通電時間が経過した時刻ｔ２にて、第１指令信号Ｓａがハイレベルからローレベルに切り換わると、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１への一次電流ｉ１の通電が遮断され急激に磁束密度が変化することになり、点火コイル１５の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧（数十［ｋＶ］以上）が発生する。そして、点火プラグ１３の中心電極１３ａに負極性の点火用高電圧が印加されて、中心電極１３ａの電位Ｖｐが急峻に低下し、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生して、二次巻線Ｌ２に二次電流ｉ２が流れる。
【００４３】
このあと、時刻ｔ３にて、第１指令信号Ｓａがローレベルからハイレベルに切り換わると、再び一次巻線Ｌ１に電流（一次電流）ｉ１が流れ始め、二次巻線Ｌ２の両端に時刻ｔ２とは逆極性の検出用高電圧が発生し、この検出用高電圧が点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に印加される。これにより、火花放電が強制的に遮断され、それに同期して、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在すると、電極１３ａ−１３ｂ間にこのイオンの発生量に応じたイオン電流が流れることになり、このイオン電流は、二次巻線Ｌ２から検出抵抗２１に流れる。なお、イオンは混合気（燃料）の燃焼に伴う電離作用により発生するため、正常燃焼時にはイオンが発生するが、失火時にイオンが発生することはない。
【００４４】
このあと、時刻ｔ４になると第１指令信号Ｓａのレベルが緩やかに減少を開始し、時刻ｔ５になると第１指令信号Ｓａがローレベルとなる。このように、緩やかに第１指令信号Ｓａを減少させてトランジスタ１７のベース電流ｉｂを緩やかに減少させることにより、トランジスタ１７の電流増幅率の関係から、一次電流ｉ１が緩やかに減少する。これにより、一次電流ｉ１を通電遮断する場合に比べて、点火コイル１５での単位時間あたりの磁束密度の変化量が小さくなり、二次巻線Ｌ２に発生する電圧が小さくなるため、二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生するのを抑えることができ、不適切な時期における火花放電の発生を抑制することができる。
【００４５】
なお、図２に示すイオン電流は、正常燃焼時の波形を示しており、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、イオンの発生量に比例したイオン電流が発生していることが判る。また、検出抵抗２１の両端電圧の検出位置の関係から、図２に示すイオン電流波形が負の値となるほど（図中下になるほど）、イオン電流が大きくなることを表している。
【００４６】
次に、本イオン電流検出装置１のＥＣＵ１９において実行されるイオン電流検出処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、ＥＣＵ１９は、内燃機関の火花放電発生時期（点火時期）、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するためのものであり、以下に説明するイオン電流検出処理のほかに、別途、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力），回転速度（エンジン回転数）、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理等を実行している。
【００４７】
また、図３に示すイオン電流検出処理は、例えば、内燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行されており、点火制御のための処理も実行している。
【００４８】
そして、内燃機関が始動されてイオン電流検出処理が開始されると、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、Ｓ１２０にて、その読み込んだ運転状態に基づき、火花放電発生時期（所謂点火時期）ｔｓおよびイオン電流検出時期ｔｉを設定する。
【００４９】
なお、Ｓ１１０での処理では、内燃機関のエンジン回転数と、スロットル開度や吸気管負圧（吸入空気量）等を用いて算出されるエンジン負荷とを含む情報に基づいて、運転状態を読み込むことが好ましい。そして、Ｓ１２０での処理では、火花放電発生時期ｔｓについては、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとするマップ若しくは計算式を用いて制御基準値を求め、これを冷却水温，吸気温等に基づき補正する、といった従来から知られている手順で設定される。
【００５０】
また、イオン電流検出時期ｔｉは、エンジン回転数とエンジン負荷を含む運転状態に基づいて、予め用意されたマップ若しくは計算式を用いて設定される。なお、このとき用いるマップもしくは計算式は、混合気の燃焼が緩慢に進む運転条件下（低回転低負荷時等）にはイオン電流検出時期ｔｉが遅い時期に設定されるように、また、混合気の燃焼が急速に進む運転条件下（高回転高負荷時等）にはイオン電流検出時期ｔｉが早い時期に設定されるように構成されている。本実施例では、エンジン回転数とエンジン負荷をパラメータとするマップを用いて、最適なイオン電流検出時期ｔｉを設定する。
【００５１】
次に、Ｓ１３０では、Ｓ１２０にて設定した火花放電発生時期ｔｓに基づき、火花放電発生時期ｔｓに対して、予め設定された一次巻線Ｌ１の通電時間だけ早い一次巻線Ｌ１の通電開始時期を求め、通電開始時期に達した時点（図２に示す時刻ｔ１）で、第１指令信号Ｓａをローレベルからハイレベルに変化させる。
【００５２】
尚、Ｓ１３０の処理により、第１指令信号Ｓａがローレベルからハイレベルに切り換わると、トランジスタ１７がオン状態となり、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れる。また、火花放電発生時期ｔｓまでの一次巻線Ｌ１の通電時間は、一次巻線Ｌ１への通電によって点火コイル１５に蓄積されるエネルギが、内燃機関のあらゆる運転条件下で混合気を燃焼させることができる最大の火花エネルギとなるように、予め設定されている。
【００５３】
そして、続くＳ１４０では、クランク角センサからの検出信号に基づき、Ｓ１２０で設定した火花放電発生時期ｔｓに達したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、火花放電発生時期ｔｓになるまで待機する。そして、Ｓ１４０にて、火花放電発生時期ｔｓに達したと判断されると（図２に示す時刻ｔ２）、Ｓ１５０に移行する。
【００５４】
すると、Ｓ１５０では、第１指令信号Ｓａをハイレベルからローレベルに反転させ、この結果、トランジスタ１７がターンオフして一次電流ｉ１が急激に遮断され、点火コイル１５の磁束密度が急激に変化して二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生する。
【００５５】
次のＳ１６０では、Ｓ１２０で設定したイオン電流検出時期ｔｉに達したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、イオン電流検出時期ｔｉになるまで待機する。そして、Ｓ１６０にて、イオン電流検出時期ｔｉに達したと判断されると（図２に示す時刻ｔ３）、Ｓ１７０に移行して、Ｓ１７０では、第１指令信号Ｓａをローレベルからハイレベルに反転する。
【００５６】
この結果、第１指令信号Ｓａがハイレベルになると、トランジスタ１７がオン状態となり、一次巻線Ｌ１は再び通電されるので、二次巻線Ｌ２の点火用高電圧の発生が抑えられ、点火プラグ１３での火花放電が強制的に遮断される。また、このとき（図２に示す時刻ｔ３）、二次巻線Ｌ２の両端には点火用高電圧とは逆極性で、点火用高電圧よりも低い検出用高電圧が発生する。
【００５７】
そして、この検出用高電圧が、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に印加されることにより、電極１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在する場合には、イオン電流ｉｏが発生して、検出抵抗２１の両端にイオン電流ｉｏの大きさに比例する電圧が発生する。これにより、検出抵抗２１と二次巻線Ｌ２との接続点の電位Ｖｒが、検出抵抗２１の両端電圧に応じて変化することになり、Ｓ１８０にて、検出回路２５は、電位Ｖｒを検出する（換言すれば、イオン電流検出値を読み込む）と共に、ＥＣＵ１９に対してイオン電流信号Ｓｉを出力する。
【００５８】
続いて、Ｓ１９０では、Ｓ１６０にて肯定判定された後、イオン電流ｉｏを検出するための時間として、予めＥＣＵ１９に設定してある第１指令信号Ｓａのハイレベル継続時間を経過したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで待機する。そして、Ｓ１９０にて、第１指令信号Ｓａのハイレベル継続時間が経過したと判断されると（図２に示す時刻ｔ４）、Ｓ２００に移行する。本実施例では、第１指令信号Ｓａのハイレベル継続時間は、内燃機関の運転状態に関わらず、予め設定された固定値としているが、運転状態に合わせて適切な値を設定してもよい。
【００５９】
そして、Ｓ２００では、第１指令信号Ｓａをハイレベルからローレベルに緩やかに減少させていく第１指令信号レベル低下処理を行う。つまり、トランジスタ１７のベース電流ｉｂを緩やかに減少させ、トランジスタ１７の電流増幅率の関係から、一次電流ｉ１を緩やかに減少させるのである。これにより、点火コイル１５での単位時間あたりの磁束密度の変化量が小さくなり、二次巻線Ｌ２に発生する電圧が小さくなるため、二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生するのを防ぐことができ、不適切な時期での火花放電の発生を抑えつつ、最終的に一次電流ｉ１の通電を停止することができる。
【００６０】
このあと、Ｓ２００での処理により第１指令信号Ｓａがローレベルとなり（図２における時刻ｔ５）、Ｓ２００における処理が終了すると、本イオン電流検出処理が終了する。
なお、ＥＣＵ１９では、イオン電流検出処理を実行することにより発生するイオン電流ｉｏに基づいて、内燃機関の失火の有無を判定する失火判定処理を行っている。この失火判定処理では、図２における時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、検出回路２５から入力されるイオン電流信号Ｓｉに基づき失火判定を行っている。そして、失火判定処理では、時刻ｔ３の直後のピーク値を除くイオン電流信号Ｓｉのピーク値と、失火判定のために予め定められた判定基準値とを比較し、ピーク値が判定基準値を下回る場合に失火と判定している。
【００６１】
以上説明したように、実施例のイオン電流検出装置１においては、ＥＣＵ１９の指令によるトランジスタ１７のスイッチング駆動により、二次巻線Ｌ２に発生した点火用高電圧を点火プラグ１３に印加して、電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電を発生させている。そして、その後、内燃機関の運転状態に基づき設定したイオン電流検出時期ｔｉに再度一次電流ｉ１を流すことにより、火花放電を強制的に遮断させると共に、検出用高電圧を二次巻線Ｌ２の両端に発生させている点に特徴がある。
【００６２】
よって、本実施例のイオン電流検出装置によれば、検出用高電圧を点火コイルで発生することから、高価なコンデンサを備える必要が無く、また、高価なツェナーダイオードを備える必要がないため、低コストでイオン電流検出装置を構成することができる。
【００６３】
さらに、本実施例のイオン電流検出装置では、イオン電流検出処理にて、混合気の燃焼が緩慢に進む運転条件下（低回転低負荷時等）にはイオン電流検出時期ｔｉが遅い時期に設定されるように、また、混合気の燃焼が急速に進む運転条件下（高回転高負荷時等）にはイオン電流検出時期ｔｉが早い時期に設定される。このように、内燃機関の運転状態に応じて、イオン電流検出時期ｔｉが設定されるため、イオン電流を確実に検出することができ、イオン電流の検出精度が向上する。
【００６４】
なお、イオン電流検出時期ｔｉを変化させることに伴い火花放電の継続時間が変化することになるが、低回転低負荷時には、火花放電の継続時間が長く設定されるため、混合気への着火性が低下する低回転低負荷時においても、確実に混合気へ着火することができる。また、高回転高負荷時においては、火花放電の継続時間が短く設定されるが、高回転高負荷時における混合気の着火性は良好であるため、混合気を燃焼させることができる。
【００６５】
ここで、本実施例のイオン電流検出装置を用いて、正常燃焼時と失火時とのそれぞれにおいて測定したイオン電流の測定結果を図４に示す。なお、図４（ａ）が正常燃焼時の測定結果であり、図４（ｂ）が失火時の測定結果である。
そして、本測定は、回転数が１４００［ｒｐｍ］、トルクが１０［Ｎｍ］、空燃比（Ａ／Ｆ）が１４．７という条件下で内燃機関を運転し、点火プラグによる火花放電が開始されてから０．５［ｍＳ］経過した時点で検出用高電圧を発生させて、イオン電流を検出するという手順で行った。なお、失火時の測定については、燃料供給を行わないことで、模擬的に失火状態を作り、測定を行った。
【００６６】
まず、図４（ａ）に示す測定結果においては、時刻ｔ１１が火花放電発生時期（点火時期）であり、時刻ｔ１２が検出用高電圧の発生時期である。そして、イオン電流波形は、時刻ｔ１２の直後に大きなイオン電流が瞬間的に流れた後、イオン電流が一旦小さくなっていることを示し、その後、徐々に電流値が上昇して、時刻ｔ１２から約１．２［ｍＳ］経過した時点でピーク値となることを示している。そして、ピーク値を示した後、徐々に電流値が減少していき、時刻ｔ１３の時点で、イオン電流が流れなくなる。
【００６７】
また、図４（ｂ）に示す測定結果においては、時刻ｔ２１が火花放電発生時期（点火時期）であり、時刻ｔ２２が検出用高電圧の発生時期である。そして、イオン電流波形は、時刻ｔ２２の直後に大きなイオン電流が瞬間的に流れるものの、その後、イオン電流が流れていないことを示している。つまり、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの期間に、イオン電流は流れていない。また、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの時間は、図４（ａ）における時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの時間に等しい。
【００６８】
そして、図４（ａ）および図４（ｂ）のそれぞれの測定結果を比較すると、検出用高電圧の発生時期（時刻ｔ１１、時刻ｔ２１）の直後におけるイオン電流波形は、両者とも瞬間的に大きく変動しており、ほぼ等しい波形を示すが、その後については、図４（ａ）の正常燃焼の場合には電流値が大きくなるが、図４（ｂ）の失火の場合には電流値は変化しないことが判る。
【００６９】
このことから、検出用高電圧が発生してから一定時間（例えば、０．５［ｍＳ］）が経過した後のイオン電流波形を用いることで、失火検知が可能であることが判る。つまり、検出用高電圧が発生してから一定時間が経過した後のイオン電流波形におけるピーク値と、失火判定用に予め定められた判定基準値とを比較し、ピーク値が判定基準値以上となる場合には正常燃焼と判定でき、ピーク値が判定基準値よりも小さい場合には失火と判定することができる。
【００７０】
よって、図４に示す測定結果から、本イオン電流検出装置を用いることで、イオン電流を検出できることが判り、また、イオン電流の検出結果から失火検知が可能であることが判る。
以上、本発明の第１実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【００７１】
そこで、本発明の第２実施例として、検出用高電圧を発生するために一次電流ｉ１を再通電するためのスイッチング素子を、点火用のスイッチング素子（トランジスタ１７）とは別に設けたものについて説明する。
そして、図５は、第２実施例のイオン電流検出装置１の構成を表す電気回路図である。なお、以下の説明において、第１実施例と同じ構成要素については、同一番号（符号）を付与して説明する。
【００７２】
図５に示すように、第２実施例のイオン電流検出装置１は、定電圧（例えば電圧１２Ｖ）を出力する電源装置（バッテリ）１１と、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ１３と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２とからなり、点火用高電圧を発生する点火コイル１５と、一次巻線Ｌ１と直列接続されたｎｐｎ型パワートランジスタから成るトランジスタ１７と、トランジスタ１７を駆動制御するための第１指令信号Ｓａを出力する電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１９と、二次巻線Ｌ２と直列に接続される検出抵抗２１と、抵抗素子９１に並列接続されるダイオード２３と、検出抵抗２１の一端の電位Ｖｒ（イオン電流値×検出抵抗値）を用いてイオン電流を検出する検出回路２５と、イオン電流を検出するための検出用高電圧を二次巻線Ｌ２の両端に発生させるべく一次電流ｉ１の再通電を行うための一次電流通電回路５１と、を備えている。また、ＥＣＵ１９は、一次電流通電回路５１を制御するための第２指令信号Ｓｂを一次電流通電回路５１に対して出力している。
【００７３】
ここで、第２実施例のイオン電流検出装置１は、第１実施例のイオン電流検出装置に一次電流通電回路５１を追設して構成されたものであることから、第１実施例と同一の構成要素についての説明は省略し、第１実施例と異なる構成要素である一次電流通電回路５１を中心に説明する。
【００７４】
図５に示すように、第２実施例の一次電流通電回路５１は、エミッタが接地され、ベースがＥＣＵ１９の第２指令信号Ｓｂを出力する端子と接続され、コレクタがコンデンサ８７の一端（電極）に接続されるとともに、ダイオード８３を介してグランドに接地されたｎｐｎ型のトランジスタ８５を備えている。そして、ダイオード８３は、アノードがグランドに接地され、カソードがトランジスタ８５のコレクタに接続されている。
【００７５】
また、コンデンサ８７は、トランジスタ８５との接続端（電極）とは反対側の接続端（電極）が、抵抗素子９１を介して、一次巻線Ｌ１とトランジスタ１７との接続点に接続されている。さらに、ダイオード８９が抵抗素子９１に並列接続されており、ダイオード８９は、アノードが抵抗素子９１と一次巻線Ｌ１との接続点に接続され、カソードが抵抗素子９１とコンデンサ８７との接続点に接続されている。
【００７６】
そして、ＥＣＵ１９から出力される第２指令信号Ｓｂがローレベルである場合には、一次電流通電回路５１内のトランジスタ８５がオフ状態となり、一次電流通電回路５１が、電源装置１１の正極から一次巻線Ｌ１に向かう方向に一次電流ｉ１を流すことはない。
【００７７】
また、第２指令信号Ｓｂがハイレベルである場合、一次電流通電回路５１内のトランジスタ８５がオン状態となり、一次電流通電回路５１が、電源装置１１の正極側から点火コイル１５の一次巻線Ｌ１を通って電源装置１１の負極側に至る、一次巻線Ｌ１の通電経路を形成し、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１を流す。このとき、一次巻線Ｌ１からコンデンサ８７に流れ込む電流は、抵抗素子９１ではなく、ダイオード８９を通じて流れる。
【００７８】
そして、通電経路に流れる電流によってコンデンサ８７に電荷が蓄積されるに従い、一次電流ｉ１は緩やかに減少し、コンデンサ８７に、一次巻線Ｌ１のインダクタンスとコンデンサ８７の静電容量とで決まる一定の時定数にて、所定量の電荷が蓄積されると、コンデンサ８７に電流が流れなくなり、一次電流ｉ１を遮断する。
【００７９】
そして、このとき、一次電流ｉ１が再通電されることで二次巻線Ｌ２の両端において検出用高電圧が発生するが、この検出用高電圧の発生期間がイオンの発生期間を含むように、一次電流通電回路５１による一次電流ｉ１の通電時間が設定されている。そして、一次電流通電回路５１による一次電流ｉ１の通電時間は、コンデンサ８７の静電容量や抵抗素子９１の抵抗値を変化させることで変更することができる。
【００８０】
なお、コンデンサ８７が、一次巻線Ｌ１側（抵抗素子９１側）に接続された電極を正極性として完全に充電されている場合、第２指令信号Ｓｂがハイレベルであっても、一次電流ｉ１は流れないため、予めコンデンサ８７に蓄積された電荷を放電させておく必要がある。そして、第２実施例では、点火用高電圧を発生させるために第１指令信号Ｓａをハイレベルにすることで、すなわち、トランジスタ１７をオン状態とすることで（図３におけるＳ１３０の処理時に）、充電されているコンデンサ８７を放電させることができる。
【００８１】
つまり、トランジスタ１７をオン状態とすると、トランジスタ１７、抵抗素子９１、コンデンサ８７、ダイオード８３による閉ループが形成され、コンデンサ８７に蓄積された電荷によって、この閉ループに電流が流れることにより、コンデンサ８７は放電される。このとき、コンデンサ８７から放電される電流は、ダイオード８９ではなく抵抗素子９１を通じて流れるため、通電経路の抵抗値が大きくなる。このため、通電経路に流れる電流値が小さくなり、トランジスタ１７に流れる電流量が抑制されることになる。これにより、コンデンサ８７に蓄積された電荷を放電させた時に伴うトランジスタ１７の発熱を小さく抑えることが可能となる。
【００８２】
したがって、一次電流通電回路５１は、コンデンサ８７が放電された状態で、第２指令信号Ｓｂがローレベルからハイレベルに変化される（このとき第１指令信号Ｓａはローレベル）と、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１の通電を再開し、時間経過に従い一次電流ｉ１は緩やかに減少されていき、最終的に一次電流ｉ１は遮断される。そして、次の点火用高電圧を発生させるべく再度第１指令信号Ｓａがハイレベルになること（このとき第２指令信号Ｓｂはローレベル）で、コンデンサ８７に蓄積された電荷が放電される。
【００８３】
ここで、図５に示す回路図における第１指令信号Ｓａ、第２指令信号Ｓｂ、一次巻線Ｌ１に流れる一次電流ｉ１、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐ、及び、検出抵抗２１の一端の電位Ｖｒ（イオン電流）の各状態を表すタイムチャートを図６に示す。
【００８４】
まず、図６における時刻ｔ３１から時刻ｔ３３までの各状態については、図２における時刻ｔ１から時刻ｔ３までの各状態と同じである。
そして、時刻ｔ３３にて、第２指令信号Ｓｂがローレベルからハイレベルに切り換わると、一次電流通電回路５１の動作により、再び一次巻線Ｌ１に電流（一次電流）ｉ１が流れ始める。これにより、二次巻線Ｌ２の両端に時刻ｔ３２にて発生した点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧が発生し、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間にこの検出用高電圧が印加される（なお、このとき点火プラグ１３による火花放電は強制的に遮断される）。そして、この時、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在すると、電極１３ａ−１３ｂ間にこのイオンの発生量に応じた電流が流れることになり、このイオン電流は、二次巻線Ｌ２から検出抵抗２１に流れる。なお、イオンは混合気（燃料）の燃焼に伴う電離作用により発生するため、正常燃焼時にはイオンが発生するが、失火時にイオンが発生することはない。
【００８５】
このとき、再通電された一次電流ｉ１により一次電流通電回路５１におけるコンデンサ８７が充電されていき、時刻ｔ３４で一次電流ｉ１がピーク値を示した後、一次電流ｉ１が緩やかに減少していき、時刻ｔ３５にて一次電流ｉ１が流れなくなると共に、第２指令信号Ｓｂがハイレベルからローレベルに切り換わる。
【００８６】
このように、コンデンサ８７により一次電流ｉ１が緩やかに減少するこで、点火コイル１５での単位時間あたりの磁束密度の変化量が小さくなり、二次巻線Ｌ２に発生する電圧が小さくなるため、二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生するのを抑えることができ、不適切な時期における火花放電の発生を抑制することができる。
【００８７】
なお、図６に示すイオン電流は、正常燃焼時の波形を示しており、時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までの期間において、イオンの発生量に比例したイオン電流が発生していることが判る。また、検出抵抗２１の両端電圧の検出位置の関係から、図６に示すイオン電流波形が負の値となるほど（図中下になるほど）、イオン電流が大きくなることを表している。
【００８８】
次に、第２実施例のイオン電流検出装置１のＥＣＵ１９において実行されるイオン電流検出処理について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、ＥＣＵ１９は、第１実施例と同様に内燃機関を総合的に制御するためのものであり、以下に説明するイオン電流検出処理のほかに、別途、運転状態検出処理等を実行している。また、図７に示すイオン電流検出処理は、例えば、内燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行されており、点火制御のための処理も実行している。
【００８９】
そして、第２実施例のイオン電流検出処理におけるＳ１１０からＳ１６０までの処理内容については、図３に示す第１実施例のイオン電流検出処理におけるＳ１１０からＳ１６０までの処理内容と同じであることから、Ｓ２１０以降の処理を中心に説明する。
【００９０】
そして、内燃機関が始動されてイオン電流検出処理が開始されると、Ｓ１１０からＳ１５０までの処理を実行することにより、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生する。
その後、イオン電流検出時期ｔｉに達してＳ１６０にて肯定判定されると（図６に示す時刻ｔ３３）、Ｓ２１０に移行して、Ｓ２１０では第２指令信号Ｓｂをローレベルからハイレベルに反転する。
【００９１】
そして、Ｓ２１０での処理により第２指令信号Ｓｂがハイレベルになると、一次電流通電回路５１におけるトランジスタ８５がオン状態となり、一次巻線Ｌ１、ダイオード８９、コンデンサ８７、トランジスタ８５の順に通電経路が形成され、一次電流ｉ１が再び流れ始める。このように、一次巻線Ｌ１への再通電が行われることで、二次巻線Ｌ２の点火用高電圧の発生が抑えられ、点火プラグ１３での火花放電が強制的に遮断される。また、このとき（図６に示す時刻ｔ３３）、二次巻線Ｌ２の両端には点火用高電圧とは逆極性で、点火用高電圧よりも低い電圧が発生する。
【００９２】
そして、この検出用高電圧が、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に印加されることにより、電極１３ａ−１３ｂ間にイオンが存在する場合には、イオン電流ｉｏが発生して、検出抵抗２１の両端にイオン電流ｉｏの大きさに比例する電圧が発生する。これにより、検出抵抗２１と二次巻線Ｌ２との接続点の電位Ｖｒが、検出抵抗２１の両端電圧に応じて変化することになり、Ｓ２２０にて、検出回路２５は、電位Ｖｒを検出する（換言すれば、イオン電流検出値を読み込む）と共に、ＥＣＵ１９に対してイオン電流信号Ｓｉを出力する。このとき、一次電流ｉ１は、一次電流通電回路５１の動作により、図６における時刻ｔ３４までは上昇し、その後、緩やかに減少していく。
【００９３】
続いて、Ｓ２３０では、Ｓ１６０にて肯定判定された後、イオン電流ｉｏを検出するための時間として、予めＥＣＵ１９に設定してある第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間を経過したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで待機する。そして、Ｓ２３０にて、第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間が経過したと判断されると（図６に示す時刻ｔ３５）、Ｓ２４０に移行する。
【００９４】
なお、第２実施例における第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間は、図６における時刻ｔ３３から時刻ｔ３５までの時間であり、第１実施例における第１指令信号Ｓａのハイレベル継続時間（図２における時刻ｔ３から時刻ｔ４まで）よりも長い時間が設定されている。また、第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間は、内燃機関の運転状態に関わらず、予め設定された固定値としているが、運転状態に合わせて適切な値を設定してもよい。
【００９５】
続くＳ２４０では、第２指令信号Ｓｂをハイレベルからローレベルに切り換えて、トランジスタ８５をオフ状態とする。そして、Ｓ２４０での処理が終了すると、本イオン電流検出処理が終了する。
なお、第２実施例のＥＣＵ１９においても、第１実施例と同様に、イオン電流検出処理を実行することにより発生するイオン電流に基づき、内燃機関の失火の有無を判定する失火判定処理を行っている。この失火判定処理では、図６における時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までの期間において、検出回路２５から入力されるイオン電流信号Ｓｉに基づき失火判定を行っている。そして、失火判定処理では、時刻ｔ３３の直後のピーク値を除くイオン電流信号Ｓｉのピーク値と、失火判定のために予め定められた判定基準値とを比較し、ピーク値が判定基準値を下回る場合に失火と判定している。
【００９６】
そして、第２実施例のイオン電流検出装置１においては、トランジスタ８５が特許請求の範囲に記載の第２スイッチング手段に相当し、トランジスタ１７が第１スイッチング手段に相当している。
なお、第２実施例のイオン電流検出装置は、第１実施例と同様の効果を発揮できることは言うまでもない。
【００９７】
ここで、第１実施例、第２実施例ともに、二次巻線Ｌ２の両端に発生する点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧をイオン電流検出のための電源として利用するものである。それより、検出用高電圧値は、イオン電流ｉｏを検出することが可能なレベルに設定されており、かつ、あらゆる運転条件下において点火プラグ１３にて火花放電が再度発生しないレベルに制限されている。つまり、二次巻線Ｌ２の両端に発生する検出用高電圧値をこうした範囲内に設定すべく、内燃機関の性能を考慮して、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２との巻数比や一次巻線Ｌ１の抵抗値等を適宜調整した点火コイルを用いている。なお、二次巻線Ｌ２の両端に発生する検出用高電圧が１００〔Ｖ〕〜１２００〔Ｖ〕の範囲内となるよう調整された点火コイルを用いることで、イオン電流を良好に検出することができ、かつ火花放電の再発生を防ぐことができる。
【００９８】
以上、本発明の２つの実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、イオン電流検出処理におけるＳ１１０での処理において、運転状態を読み込む処理に加えて、別途内燃機関が十分に暖機された運転状態であるか否か（例えば、内燃機関の冷却水温度が５０℃を超えたか否か）を判断するとよい。そして、十分に暖機されていない場合（冷却水温度が５０℃以下である場合）には、Ｓ１６０以降の処理を行わずに、イオン電流検出処理を終了するのである。そして、内燃機関の暖機が十分となった場合には、Ｓ１６０以降の処理を実行して、イオン電流の検出を行うのである。これにより、火花放電の継続時間が長くなり、冷間始動後の暖機運転時のように冷却水温度が低く、着火性の劣る運転状態であっても、失火させることなく確実に混合気を燃焼させることができる。
【００９９】
また、イオン電流を用いて検出可能な燃焼状態としては、失火に限らず、例えば、ノッキング等が挙げられる。そして、ノッキングを検出する一例としては、一次巻線への再通電により二次巻線の両端に発生する検出用高電圧を点火プラグに印加して、点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出し、検出したイオン電流の波形を解析することによりノッキング判定を行う方法がある。
【０１００】
また、イオン電流の検出には、火花放電経路上に直列接続する検出機器ではなく、火花放電経路と容量結合される検出機器を用いてもよい。そして、イオン電流が流れることで発生する蓄積電荷の変化に基づき、イオン電流を検出するのである。このように容量結合される検出機器を用いることで、火花放電経路の抵抗値の変化をより確実に抑制することができ、点火装置への影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例のイオン電流検出装置の構成を表す電気回路図である。
【図２】 第１実施例のイオン電流検出装置の各部の状態を表すタイムチャートである。
【図３】 第１実施例のＥＣＵにおいて実行されるイオン電流検出処理のフローチャートである。
【図４】 （ａ）が正常燃焼時におけるイオン電流の測定結果であり、（ｂ）が失火時におけるイオン電流の測定結果である。
【図５】 第２実施例のイオン電流検出装置の構成を表す電気回路図である。
【図６】 第２実施例のイオン電流検出装置の各部の状態を表すタイムチャートである。
【図７】 第２実施例のＥＣＵにおいて実行されるイオン電流検出処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１…イオン電流検出装置、１１…電源装置、１３…点火プラグ、１３ａ…中心電極、１３ｂ…接地電極、１５…点火コイル、１７…トランジスタ、１９…電子制御装置（ＥＣＵ）、２１…検出抵抗、２３…ダイオード、２５…検出回路、５１…一次電流通電回路、８５…トランジスタ、Ｌ１…一次巻線、Ｌ２…二次巻線。

Claims (3)

1. 一次巻線および二次巻線を有し、前記一次巻線に流れる一次電流を遮断することにより、前記二次巻線に点火用高電圧を発生する点火コイルと、
   前記二次巻線と共に閉ループを形成するとともに、前記点火用高電圧が印加されることにより、自身の電極間に火花放電を発生する点火プラグと、
   前記点火プラグの電極間に火花放電が開始されてから、当該火花放電の開始時から終了前までの当該火花放電中となるように設定された時間長である所定時間の経過後に前記一次巻線に再通電することにより、該火花放電を強制的に遮断するとともに、前記二次巻線の両端に前記点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧を発生させる検出用高電圧発生手段と、
   前記検出用高電圧が前記点火プラグに印加されることにより、該点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
   を備え、
   前記検出用高電圧発生手段は、前記所定時間を、内燃機関の運転状態が低回転低負荷時には長い時間長に設定し、内燃機関の運転状態が高回転高負荷時には短い時間長に設定する運転状態検出手段を備えること、
   を特徴とするイオン電流検出装置。
2. 前記イオン電流検出手段は、
   前記点火プラグおよび前記二次巻線と直列接続される検出用抵抗素子と、
   該検出用抵抗素子に並列接続され、前記点火用高電圧の発生時に流れる火花放電電流を流すことのみ許容する整流素子と、を備えており、
   前記検出用高電圧の印加により発生する前記検出用抵抗素子の両端電圧に基づき、イオン電流を検出すること、を特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出装置。
3. 前記点火コイルの一次巻線に直列接続され、該一次巻線に流れる一次電流を通電・遮断する第１スイッチング手段と、
   該第１スイッチング手段に並列接続され、前記二次巻線の両端に前記検出用高電圧を発生させるために前記一次巻線に再通電を行う第２スイッチング手段と、を備えること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン電流検出装置。

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