JPWO2014033966A1 - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

イオン電流を検出して内燃機関の燃焼状態を認識し、この燃焼状態に応じて重ね放電を行うことにより燃焼効率を向上させるとともに消費電力を抑制する内燃機関用点火装置を提供する。高圧ダイオード５０の両端間を接続し、倍電圧回路２０の出力点が短絡とならず、かつ、イオン電流検出回路１００の検出動作の妨げとならない抵抗値を有するイオン電流経路抵抗１５０を備え、イオン電流検出回路１００は、重ね放電の終了後、２次側コイル３２および倍電圧回路２０から出力する電圧とは逆極性のイオン電流検出用電圧を２次側コイル３２およびイオン電流経路抵抗１５０を介して点火プラグ６０へ印加してイオン電流を検出する。Provided is an internal combustion engine ignition device that detects an ionic current, recognizes a combustion state of an internal combustion engine, and performs overlapping discharge according to the combustion state to improve combustion efficiency and suppress power consumption. An ionic current path resistor 150 is connected between both ends of the high-voltage diode 50, the output point of the voltage doubler circuit 20 is not short-circuited, and has a resistance value that does not hinder the detection operation of the ionic current detection circuit 100. The current detection circuit 100 transmits an ion current detection voltage having a polarity opposite to the voltage output from the secondary coil 32 and the voltage doubler circuit 20 via the secondary coil 32 and the ion current path resistor 150 after the end of the overlap discharge. Then, it is applied to the spark plug 60 to detect the ionic current.

Description

本発明は、自動車などに搭載する内燃機関の点火装置であって、重ね放電を行う内燃機関用点火装置に関するものである。   The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and relates to an ignition device for an internal combustion engine that performs multiple discharge.

自動車などの車両に搭載される内燃機関は、燃費改善のためにリーンバーンによる運転や、排気ガス浄化のために高ＥＧＲによる運転を行っている。これらの運転においては、混合気の着火性が良好ではないことから、高エネルギの点火装置を備える必要がある。
上記のように希薄な混合気や、ＥＧＲガスを多く含む混合気に点火するときには、電流遮断方式の点火コイルによって発生させた放電電圧に、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いて昇圧した高電圧を重畳して点火プラグへ印加し、重ね放電による点火が行われる（例えば、特許文献１参照）。
上記のように構成された点火装置は、点火コイルの１次側コイルに流れる電流を遮断したときに２次側コイルに発生する数［ｋＶ］の高電圧を点火プラグへ供給し、当該点火プラグの放電電極間に絶縁破壊を発生させる。また、上記の２次側コイルから放電電流が流れ始めた後、点火プラグの放電電極間に発生した放電火花を維持し得る放電維持電圧値以上の直流電圧、例えば５００［Ｖ］程度の電圧やそれ以上の高電圧を昇圧回路によって生成する。この直流電圧を上記の２次側コイルの出力電圧に重畳して点火プラグへ供給し、当該点火プラグの放電火花を維持するようにしている。このような点火方式によると、点火プラグに比較的長い時間に亙って大きな放電エネルギを供給することができるため、内燃機関の燃焼室に吸気された混合気への着火性が向上し、内燃機関が稼動する際の燃費も向上する。
また、内燃機関に使用する点火装置には、混合気の燃焼時に発生するイオン電流を検出し、検出したイオン電流値をＥＣＵ等の制御部へ出力するものがある。
上記のＥＣＵは、イオン電流値の大きさから燃焼状態を判断して、稼動中の内燃機関が安定するように点火装置の動作を制御する（例えば特許文献２参照）。An internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile is operated by lean burn for improving fuel efficiency and by high EGR for purifying exhaust gas. In these operations, since the ignitability of the air-fuel mixture is not good, it is necessary to provide a high energy ignition device.
When igniting a lean air-fuel mixture or an air-fuel mixture containing a lot of EGR gas as described above, a high voltage boosted using a DC-DC converter or the like is superimposed on the discharge voltage generated by a current interrupting ignition coil. Then, it is applied to the spark plug, and ignition by overlapping discharge is performed (see, for example, Patent Document 1).
The ignition device configured as described above supplies a high voltage [kV] generated in the secondary coil when the current flowing in the primary coil of the ignition coil is interrupted to the ignition plug, and the ignition plug Causes dielectric breakdown between the discharge electrodes. In addition, after a discharge current starts to flow from the secondary coil, a DC voltage that is higher than a discharge sustaining voltage value capable of maintaining a discharge spark generated between the discharge electrodes of the spark plug, for example, a voltage of about 500 [V] A higher voltage than that is generated by the booster circuit. This DC voltage is superimposed on the output voltage of the secondary coil and supplied to the spark plug so as to maintain the discharge spark of the spark plug. According to such an ignition system, since a large discharge energy can be supplied to the spark plug over a relatively long time, the ignitability of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber of the internal combustion engine is improved, and the internal combustion engine The fuel consumption when the engine is operating is also improved.
Some ignition devices used in internal combustion engines detect an ion current generated during combustion of an air-fuel mixture and output the detected ion current value to a control unit such as an ECU.
Said ECU judges a combustion state from the magnitude | size of an ionic current value, and controls operation | movement of an ignition device so that the internal combustion engine in operation is stabilized (for example, refer patent document 2).

特開平８−６８３７２号公報JP-A-8-68372 特開平４−１９４３６７号公報JP-A-4-194367

従来の重ね放電を行う点火装置は上記のように構成されており、点火コイルの２次側コイルから出力される放電電圧にＤＣ−ＤＣコンバータなどの昇圧回路から出力される高電圧を重畳するため、２次側コイル等に流れる放電電流を監視して定電流制御を行うと、上記の昇圧回路から出力される高電圧を点火コイルの出力電圧に画一的に重畳することになる。
そのため、高ＥＧＲをかけた場合のように混合気の着火性が低下する状況下では、上記の放電電流が途切れて失火が生じ易くなり、また完全燃焼状態に遷移することが難しくなる。また、低い比率でＥＧＲをかけた場合には過剰な放電電流を流すことになり、またさらに、予め設定された一定時間において重ね放電を行うため、点火動作に要するエネルギ効率が好ましくないという問題点があった。
また、上記のように２次側コイルに昇圧回路を接続した回路構成においてイオン電流を検出する場合には、点火プラグへ供給する放電電流とイオン電流検出時に点火プラグに流れる電流が逆向きになる。
詳しくは、イオン電流検出回路は、イオン電流検出用の電源として電荷を充電するコンデンサを備えている。コンデンサに蓄積されている電力は、点火プラグの火花放電が終了した後、２次側コイルを介して点火プラグへ供給される。そのため、コンデンサからイオン電流検出用の電圧を点火プラグへ出力するときには、放電火花を発生させる放電電流に対して逆方向の電流が流れることになるが、上記の点火コイルには、出力する放電電圧の極性を制限する高圧ダイオードが接続されており、上記のイオン電流検出用電圧によって流れるイオン電流が高圧ダイオードによって抑止されてしまう。
このことから、２次側コイルに昇圧回路等を接続して重ね放電を行う点火装置には、点火プラグをイオンセンサとして用いたイオン電流検出回路等を備えることができず、双方とも着火性を改善する技術でありながら、共存することができないという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、イオン電流を検出して内燃機関の燃焼状態を認識し、この燃焼状態に応じて重ね放電を行うことにより、燃焼効率を向上させるとともに消費電力を抑制する内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。Conventional ignition devices that perform overlapped discharge are configured as described above, in order to superimpose a high voltage output from a booster circuit such as a DC-DC converter on a discharge voltage output from a secondary coil of an ignition coil. When constant current control is performed by monitoring the discharge current flowing in the secondary coil or the like, the high voltage output from the booster circuit is uniformly superimposed on the output voltage of the ignition coil.
Therefore, under the situation where the ignitability of the air-fuel mixture is reduced as in the case where high EGR is applied, the discharge current is interrupted and misfiring easily occurs, and it is difficult to make a transition to the complete combustion state. In addition, when EGR is applied at a low ratio, an excessive discharge current is caused to flow, and furthermore, since repeated discharge is performed for a predetermined time, the energy efficiency required for the ignition operation is not preferable. was there.
Further, in the case where the ion current is detected in the circuit configuration in which the booster circuit is connected to the secondary coil as described above, the discharge current supplied to the spark plug and the current flowing through the spark plug when the ion current is detected are reversed. .
Specifically, the ion current detection circuit includes a capacitor that charges a charge as a power source for ion current detection. The electric power stored in the capacitor is supplied to the spark plug through the secondary coil after the spark discharge of the spark plug is completed. Therefore, when the voltage for detecting the ionic current is output from the capacitor to the spark plug, a current in the opposite direction to the discharge current that generates the discharge spark flows. A high voltage diode that restricts the polarity of the ionic current is connected, and the ionic current flowing by the ion current detection voltage is suppressed by the high voltage diode.
For this reason, an ignition device that performs a superposed discharge by connecting a booster circuit or the like to the secondary coil cannot include an ion current detection circuit that uses an ignition plug as an ion sensor. Although it is an improved technology, there is a problem that it cannot coexist.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and recognizes the combustion state of the internal combustion engine by detecting an ionic current, and performs multiple discharge according to the combustion state, thereby improving the combustion efficiency. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine ignition device that improves power consumption and suppresses power consumption.

この発明に係る内燃機関用点火装置は、１次側コイルに流れる電流をオン・オフすることにより点火プラグへ供給する放電電圧を２次側コイルに発生させる点火コイルと、前記２次側コイルから出力される放電電圧の極性を制限する高圧ダイオードと、直流の高電圧を生成し、前記２次側コイルから出力される放電電圧と同極性となるように前記高電圧の出力点を前記高圧ダイオードに接続させた昇圧回路と、前記２次側コイルを介して燃焼室内を流れるイオン電流を検出するイオン電流検出部と、前記高圧ダイオードの両端間を接続し、前記昇圧回路の出力点が短絡とならず、かつ、前記イオン電流検出部の検出動作の妨げとならない抵抗値を有するイオン電流経路抵抗と、前記２次側コイルに発生した放電電圧へ前記昇圧回路が生成した高電圧を重畳して重ね放電を前記点火プラグに行わせる制御を、前記イオン電流検出部から出力されるイオン電流検出信号に応じて行う制御部とを備え、前記イオン電流検出部は、前記重ね放電の終了後、前記２次側コイルおよび前記昇圧回路から出力する電圧とは逆極性のイオン電流検出用電圧を、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを介して前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出することを特徴とする。
また、前記２次側コイルは、一端が前記点火プラグの第１電極に接続され、他端が前記高圧ダイオードのアノードおよび前記イオン電流経路抵抗の一端に接続され、前記イオン電流検出部は、前記高圧ダイオードのカソードおよび前記イオン電流経路抵抗の他端の接続点と前記点火プラグの第２電極との間に接続され、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを含むイオン電流経路に備えられることを特徴とする。
また、前記制御部は、前記イオン電流検出部から入力するイオン電流が良好な燃焼状態を示すように前記昇圧回路を制御して前記高電圧を出力する期間を調整することを特徴とする。
また、前記制御部は、前記イオン電流検出部から入力するイオン電流が良好な燃焼状態を示すように前記昇圧回路を制御して前記高電圧の大きさを調整することを特徴とする。
また、前記２次側コイルに流れる放電電流を検出する放電電流検出部をさらに備え、前記制御部は、前記放電電流検出部から入力する放電電流値が任意の電流値となるように前記昇圧回路を制御して前記高電圧の大きさを調整することを特徴とする。An ignition device for an internal combustion engine according to the present invention includes: an ignition coil that generates a discharge voltage to be supplied to a spark plug by turning on and off a current flowing through a primary coil; and a secondary coil A high-voltage diode that limits the polarity of the output discharge voltage, and a high-voltage diode that generates a DC high voltage and has the same polarity as the discharge voltage output from the secondary coil. A booster circuit connected to the base, an ion current detector that detects an ion current flowing through the combustion chamber via the secondary coil, and an end point of the booster circuit is connected between both ends of the high-voltage diode. And the booster circuit generates the ion current path resistance having a resistance value that does not hinder the detection operation of the ion current detector and the discharge voltage generated in the secondary coil. A control unit that performs control for causing the spark plug to perform superimposed discharge by superimposing a voltage according to an ion current detection signal output from the ion current detection unit, and the ion current detection unit includes the overlap discharge Is applied to the spark plug via the ion current path resistance and the secondary coil through an ion current detection voltage having a polarity opposite to the voltage output from the secondary coil and the booster circuit. The ion current is detected.
The secondary coil has one end connected to the first electrode of the spark plug, the other end connected to the anode of the high-voltage diode and one end of the ion current path resistor, and the ion current detector A cathode of a high-voltage diode and a connection point between the other end of the ion current path resistor and a second electrode of the spark plug are connected, and provided in an ion current path including the ion current path resistance and the secondary coil. It is characterized by that.
Further, the control unit adjusts a period during which the high voltage is output by controlling the booster circuit so that an ion current input from the ion current detection unit indicates a good combustion state.
Further, the control unit adjusts the magnitude of the high voltage by controlling the booster circuit so that the ion current input from the ion current detection unit indicates a good combustion state.
The boost circuit further includes a discharge current detection unit that detects a discharge current flowing in the secondary coil, and the control unit is configured so that a discharge current value input from the discharge current detection unit is an arbitrary current value. To adjust the magnitude of the high voltage.

この発明によれば、イオン電流を検出して実際の燃焼状態に対応した重ね放電を行うことにより、混合気の燃焼効率を向上させることができる。   According to the present invention, the combustion efficiency of the air-fuel mixture can be improved by detecting the ionic current and performing the overlapping discharge corresponding to the actual combustion state.

図１は、参考例による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。
図２は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。
図３は、図２の点火コイルユニットの構成を示す回路図である。
図４は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。
図５は、この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。
図６は、図５の点火コイルユニットの構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine ignition device according to a reference example.
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the internal combustion engine ignition device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the ignition coil unit of FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing the operation of the internal combustion engine ignition device of FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of an internal combustion engine ignition device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the ignition coil unit of FIG.

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
参考例
初めに、本発明による内燃機関用点火装置の基本的な重ね放電について説明する。
図１は、参考例による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。図示した内燃機関用点火装置１は、本発明の内燃機関用点火装置と同様に、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０や倍電圧回路２０を備え、点火コイル３０の出力電圧に重畳する高電圧を生成するように構成されている。
内燃機関用点火装置１は、前述のようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、倍電圧回路２０、点火コイル３０を備え、また、重ね時間制御部４０を備えて構成されており、内燃機関のシリンダブロック等に固定された点火プラグ６０、および、図示を省略したＥＣＵ（エンジン制御ユニット）に接続されている。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、直流電圧を交流電圧に変換し、さらに、この交流電圧を例えば高耐圧配線を必要としない程度の電圧へ昇圧するように構成されている。
倍電圧回路２０は、例えば、それぞれ６個のコンデンサおよびダイオードを用いて、入力した交流電圧を整流して６倍の電圧に昇圧する多段倍電圧整流回路である。倍電圧回路２０の入力点はＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点に接続され、倍電圧回路２０の高電位側の出力点は、高圧ダイオード５０のカソードならびに内燃機関のシリンダブロックなどのグランド（以下、ＧＮＤと記載する）部分に接続されている。
また、倍電圧回路２０の低電位側の出力点、もしくはＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の片側の出力点は、高圧ダイオード５０のアノードと点火コイル３０の２次側コイル３２との接続点に接続される。
点火コイル３０は、点火コイル本体を構成する１次側コイル３１および２次側コイル３２、ならびにスイッチトランジスタ３３を備えている。
１次側コイル３１の一端は、図示を省略したバッテリ等から直流電圧ＶＢが供給されるように配線接続されており、他端はスイッチトランジスタ３３の開閉接点の一端に接続されている。スイッチトランジスタ３３の開閉接点の他端はＧＮＤに接続されている。
２次側コイル３２の一端は、シリンダブロック等に固定されている点火プラグ６０の頭部電極に接続されており、他端は高圧ダイオード５０のアノードに接続されている。即ち、上記の高圧ダイオード５０は、２次側コイル３２に直列接続されている。
スイッチトランジスタ３３の制御端子、例えばＩＧＢＴをスイッチトランジスタ３３として使用した場合にはゲート端子に図示を省略したＥＣＵ（エンジン制御ユニット）から点火信号が入力される。
重ね時間制御部４０は、プロセッサ等の制御デバイスと、制御プログラムや制御データ等を記憶するメモリなどによって構成されており、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御するように配線接続されている。また、重ね時間制御部４０は、前述のＥＣＵから点火信号を入力するように配線接続されている。この点火信号は、ＥＣＵが生成する制御信号であり、内燃機関の燃焼行程における点火タイミングを示すものである。
次に、動作について説明する。
重ね放電を行う内燃機関用点火装置１の動作は、点火信号が有意を示したとき、例えばｏｆｆを示すローレベルからｏｎを示すハイレベルに遷移したとき、この信号の立ち上がりタイミングでスイッチトランジスタ３３がｏｎ状態となって１次側コイル３１に１次電流が流れ始める。この１次電流は、点火信号がｏｎを示すハイレベルの期間において流れ続け、上記の点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したタイミングで遮断される。
１次電流が遮断されると、２次側コイル３２に２次電圧が発生し、即ち点火プラグ６０に放電火花を誘起する放電電圧が発生する。
また、重ね時間制御部４０は、上記の点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したとき、重ね時間制御信号をｏｆｆを示すレベルからｏｎを示すレベルに遷移させる。また、このように重ね時間制御信号が遷移するとＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が動作を開始する。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、重ね時間制御信号がｏｎからｏｆｆへ遷移するまでの間、交流電圧を生成して倍電圧回路２０へ出力する。
倍電圧回路２０は、入力した交流電圧を整流するとともに昇圧して直流の高電圧を生成し、２次側コイル３２へ出力して前述の２次電圧（放電電圧）に重畳して点火プラグ６０へ印加する。
このような電圧が供給された点火プラグ６０は、重ね時間制御信号が有意を示している期間において放電火花を維持する。
倍電圧回路２０から出力された高電圧によって流れる放電電流は、図１の矢印Ａが示すように流れる。
上記の放電電流は、２次側コイル３２に発生した放電電圧によって流れ始め、その後、上記の放電電圧に重畳された倍電圧回路２０から出力される高電圧によって流れる。倍電圧回路２０が高電圧を生成すると、放電電流は、倍電圧回路２０の高電位側の出力点から出力されて、高圧ダイオード５０のカソードへ、即ちＧＮＤへ流れ、当該ＧＮＤレベルとなるシリンダブロックなどを介して点火プラグ６０のＧＮＤ側放電電極から頭部電極へ流れる。さらに、点火プラグ６０の頭部電極から２次側コイル３２を介して倍電圧回路２０の低電位側の出力点、即ち、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の片側の出力端へ帰還する。
上記のように放電電流が流れ、点火プラグ６０に発生した放電火花によって燃焼室内で混合気が燃焼すると、正負いずれかの電荷を有する（陽と陰の）各イオンが発生する。
このとき、点火プラグ６０の放電電極間に電位差が存在すると、上記のイオンが正負の電荷ごとに分かれて各放電電極に移動する。このようにイオン電荷が移動することによって、例えば図１に示した矢印Ｂのようにイオン電流が流れる。イオン電流の流れる方向は、点火プラグ６０の各放電電極が有する電位によって定まる。例えば、前述のように放電火花を発生させる電圧を印加したとき、この電圧方向が点火プラグ６０の放電電極間に生じていると、イオン電流は図１に示したように点火プラグ６０の頭部電極から２次側コイル３２へ流れ、さらに高圧ダイオード５０を介してＧＮＤへ流れる。即ち、放電電流とイオン電流は、タイミングは異なるが内燃機関用点火装置１の回路の同一部分を流れることになる。An embodiment of the present invention will be described below.
Reference Example First, the basic overlap discharge of the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine ignition device according to a reference example. The illustrated internal combustion engine ignition device 1 includes a DC-AC booster circuit 10 and a voltage doubler circuit 20 in the same manner as the internal combustion engine ignition device of the present invention, and generates a high voltage superimposed on the output voltage of the ignition coil 30. It is configured as follows.
As described above, the internal combustion engine ignition device 1 includes the DC-AC booster circuit 10, the voltage doubler circuit 20, the ignition coil 30, and the overlap time control unit 40. Are connected to a spark plug 60 fixed to the ECU and an ECU (engine control unit) (not shown).
The DC-AC booster circuit 10 is configured to convert a DC voltage into an AC voltage, and further boost the AC voltage to a voltage that does not require a high-breakdown-voltage wiring, for example.
The voltage doubler circuit 20 is, for example, a multi-stage voltage doubler rectifier circuit that rectifies an input AC voltage and boosts the voltage to 6 times the voltage using six capacitors and diodes, respectively. The input point of the voltage doubler circuit 20 is connected to the output point of the DC-AC booster circuit 10, and the output point on the high potential side of the voltage doubler circuit 20 is the ground (hereinafter referred to as the cathode of the high voltage diode 50 and the cylinder block of the internal combustion engine). , Described as GND).
The output point on the low potential side of the voltage doubler circuit 20 or the output point on one side of the DC-AC booster circuit 10 is connected to the connection point between the anode of the high voltage diode 50 and the secondary coil 32 of the ignition coil 30. The
The ignition coil 30 includes a primary side coil 31 and a secondary side coil 32 that constitute an ignition coil body, and a switch transistor 33.
One end of the primary coil 31 is connected by wiring so that a DC voltage VB is supplied from a battery or the like (not shown), and the other end is connected to one end of an open / close contact of the switch transistor 33. The other end of the switching contact of the switch transistor 33 is connected to GND.
One end of the secondary coil 32 is connected to the head electrode of the spark plug 60 fixed to the cylinder block or the like, and the other end is connected to the anode of the high voltage diode 50. That is, the high voltage diode 50 is connected in series to the secondary coil 32.
When a control terminal of the switch transistor 33, such as an IGBT, is used as the switch transistor 33, an ignition signal is input to the gate terminal from an ECU (engine control unit) not shown.
The overlapping time control unit 40 includes a control device such as a processor and a memory that stores a control program, control data, and the like, and is wired to control the operation of the DC-AC booster circuit 10. The overlapping time control unit 40 is wired so as to receive an ignition signal from the ECU. This ignition signal is a control signal generated by the ECU and indicates the ignition timing in the combustion stroke of the internal combustion engine.
Next, the operation will be described.
The operation of the internal combustion engine ignition apparatus 1 that performs multiple discharge is performed when the ignition signal is significant, for example, when the switch transistor 33 is turned on at the rising timing of this signal when transitioning from a low level indicating off to a high level indicating on. The primary current begins to flow through the primary coil 31 in the on state. The primary current continues to flow during a high level period in which the ignition signal indicates on, and is interrupted at the timing when the ignition signal transitions from on to off.
When the primary current is interrupted, a secondary voltage is generated in the secondary coil 32, that is, a discharge voltage that induces a discharge spark in the spark plug 60 is generated.
When the ignition signal transitions from on to off, the overlap time control unit 40 causes the overlap time control signal to transition from a level indicating off to a level indicating on. Further, when the overlap time control signal transitions in this way, the DC-AC booster circuit 10 starts operation.
The DC-AC booster circuit 10 generates an alternating voltage and outputs it to the voltage doubler circuit 20 until the overlap time control signal transitions from on to off.
The voltage doubler circuit 20 rectifies and boosts the input AC voltage, generates a DC high voltage, outputs it to the secondary coil 32, and superimposes it on the secondary voltage (discharge voltage) described above to spark plug 60. Apply to.
The spark plug 60 supplied with such a voltage maintains the discharge spark during the period when the overlap time control signal is significant.
The discharge current that flows due to the high voltage output from the voltage doubler circuit 20 flows as indicated by the arrow A in FIG.
The discharge current starts to flow due to the discharge voltage generated in the secondary coil 32, and then flows due to the high voltage output from the voltage doubler circuit 20 superimposed on the discharge voltage. When the voltage doubler circuit 20 generates a high voltage, the discharge current is output from an output point on the high potential side of the voltage doubler circuit 20, flows to the cathode of the high voltage diode 50, that is, to GND, and is a cylinder block that reaches the GND level. From the GND side discharge electrode of the ignition plug 60 to the head electrode. Further, the voltage is fed back from the head electrode of the spark plug 60 to the output point on the low potential side of the voltage doubler circuit 20, that is, the output terminal on one side of the DC-AC booster circuit 10 through the secondary coil 32.
When the discharge current flows as described above and the air-fuel mixture burns in the combustion chamber by the discharge spark generated in the spark plug 60, each ion having positive or negative charge (positive or negative) is generated.
At this time, if there is a potential difference between the discharge electrodes of the spark plug 60, the ions are divided into positive and negative charges and moved to the respective discharge electrodes. As the ionic charges move in this way, an ionic current flows, for example, as indicated by an arrow B shown in FIG. The direction in which the ion current flows is determined by the potential of each discharge electrode of the spark plug 60. For example, when a voltage for generating a discharge spark is applied as described above, if this voltage direction is generated between the discharge electrodes of the spark plug 60, the ion current is generated as shown in FIG. It flows from the electrode to the secondary coil 32 and further flows to the GND via the high voltage diode 50. That is, the discharge current and the ionic current flow through the same part of the circuit of the internal combustion engine ignition device 1 at different timings.

図２は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。この図は、４気筒の内燃機関に用いる点火装置の一例を示したもので、図示した内燃機関用点火装置２は、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、ＡＣスイッチ１１、重ね時間制御部４０ａ、４つの点火コイルユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを備えている。なお、本発明の内燃機関用点火装置は、気筒数と同じ数の点火コイルユニットを備え、例えば６気筒の内燃機関に用いるものは、６個の点火コイルユニットを備える。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、直流電圧を交流電圧に変換出力するインバータ、このインバータが生成した交流電圧を昇圧する回路（例えば昇圧トランスを含む昇圧回路）を備えている。詳しくは、重ね時間制御部４０ａからの制御信号に応じて、例えば図示を省略したバッテリから供給される直流電圧ＶＢ、または重ね時間制御部４０ａなどの回路デバイスの電源電圧５［Ｖ］と同様な直流電圧を用いて、所定の周波数を有する、例えば３０［ｋＨｚ］の交流電圧を生成し、さらにこの交流電圧を、高耐圧配線を必要としない程度の電圧（例えば５００［Ｖ］）へ昇圧するように構成されている。なお、ここで例示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が生成する交流電圧の周波数は、倍電圧回路２０の回路定数等に適合するように設定されたものである。
ＡＣスイッチ１１は、例えば半導体素子によって構成されており、内燃機関の気筒数または点火プラグ６０と同数のｏｎ／ｏｆｆ（開閉）接点を有している。また、ＡＣスイッチ１１は、重ね時間制御部４０ａから制御信号を入力し、各シリンダに備えられた点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄを個別にＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力端子と接続させる構成を有する。
重ね時間制御部４０ａは、プロセッサ等の制御デバイスと、制御プログラムや制御データ等を記憶するメモリなどによって構成されており、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０およびＡＣスイッチ１１の動作を制御するように配線接続されている。また、重ね時間制御部４０ａは、図示を省略したＥＣＵから点火信号を入力するように配線接続されている。
点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄは、内燃機関のシリンダヘッドに設置された点火プラグ６０の頭部電極にそれぞれ直接接続するように構成されている。例えば４気筒の内燃機関において、点火コイルユニット１２ａは１気筒目の点火プラグ６０に接続され、点火コイルユニット１２ｂは２気筒目の点火プラグ６０に、点火コイルユニット１２ｃは３気筒目の点火プラグ６０に、点火プラグユニット１２ｄは４気筒目の点火プラグ６０に接続される。
図３は、図２の点火コイルユニットの構成を示す回路図である。この図は、点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄの回路構成を示している。点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄは、いずれも同様に構成されており、ここでは点火コイルユニット１２ａを例示して説明する。
点火コイルユニット１２ａは、倍電圧回路２０、点火コイル３０ａ、スイッチトランジスタ３３、高圧ダイオード５０、イオン電流検出回路１００、イオン電流経路抵抗１５０を備え、さらに図示を省略したプラグキャップを備えて一体構成されている。
点火コイルユニット１２ａは、内燃機関の本体、例えばヘッドカバー等に設置すると、シリンダヘッド等に固定されている点火プラグ６０の頭部電極へ上記のプラグキャップが接続するように構成されている。プラグキャップは絶縁素材によって構成されており、その内部には点火コイル６０の２次側コイル３２が発生した放電電圧を伝導する導電部材が配置固定されている。
倍電圧回路２０は、参考例で説明したものと同様に、例えばそれぞれ６個のダイオードとコンデンサによって構成された多段倍電圧整流回路であり、図２に示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から出力された交流電圧を整流するとともに６倍の電圧に昇圧する構成を有している。
点火コイル３０ａは、参考例で説明した点火コイル３０と同様に１次側コイル３１と２次側コイル３２を備え、１次側コイルの一端には例えば電圧ＶＢが供給され、当該１次側コイル３１の他端にはスイッチトランジスタ３３のスイッチ接点の一端が接続されている。また、このスイッチ接点の他端はＧＮＤ接続されている。
スイッチトランジスタ３３の制御端子、例えばスイッチトランジスタ３３としてＩＧＢＴを用いた場合には、当該ＩＧＢＴのゲート端子に前述のＥＣＵ等から点火信号が入力され、また、この点火信号を入力する図２に示した重ね時間制御部４０ａに接続される。なお、点火コイル３０ａは、前述の点火コイル３０と同様にスイッチトランジスタ３３を含めて構成してもよい。
２次側コイル３２の一端は、前述のように点火プラグ６０の頭部電極に接続されており、２次側コイル３２の他端は、倍電圧回路２０の低電位側の出力点、ならびに高圧ダイオード５０のアノードに接続されている。
倍電圧回路２０は、高電位側の出力点を高圧ダイオード５０のカソードへ接続し、昇圧生成した直流の重ね放電用高電圧を、後述するツェナーダイオード１０２、ダイオード１０３、ＧＮＤ部分を介して点火プラグ６０へ供給するように接続されており、また、低電位側の出力点を２次側コイル３２の片端へ接続して、点火プラグ６０と回路接続されている。即ち、倍電圧回路２０の各出力点は、当該倍電圧回路２０が生成した高電圧が、２次側コイル３２から出力される放電電圧と同極性となって点火プラグ６０へ供給されるように、２次側コイル３２ならびに高圧ダイオード５０と接続されている。
高圧ダイオード５０は、スイッチトランジスタ３３がｏｆｆからｏｎへ遷移したときに２次側コイル３２に電圧が発生することを防ぐもので、前述のように自身の極性を定めて２次側コイル３２に直列接続されており、当該２次側コイル３２に流れる電流の方向を規制している。即ち、高圧ダイオード５０は、２次側コイル３２から点火プラグ６０へ出力される放電電圧の極性を制限している。
また、高圧ダイオード５０は、点火プラグ６０へ印加される放電電圧などに対応する高耐圧の構成を有している。
イオン電流検出回路１００は、イオン電流の検出に使用する電力（電荷）を蓄積するコンデンサ１０１、コンデンサ１０１の両端電圧を制限するツェナーダイオード１０２、放電電流の経路を構成するダイオード１０３、イオン電流の経路を構成する抵抗１０４およびダイオード１０５、イオン電流の大きさを表す信号を生成するオペアンプ１０６などによって構成されている。
コンデンサ１０１は、前述のようにイオン電流を検出する際に用いる電力を蓄積する電源であり、一端子を高圧ダイオード５０のカソードに接続し、他端子をダイオード１０３のアノードに接続している。
コンデンサ１０１と高圧ダイオード５０のカソードとの接続点には、ツェナーダイオード１０２のカソードが接続され、さらに、倍電圧回路２０の高電位側の出力点が接続されている。
コンデンサ１０１とダイオード１０３の接続点には、ツェナーダイオード１０２のアノードが接続され、さらに、抵抗１０４の一端が接続されている。ツェナーダイオード１０２は、例えば、内燃機関用点火装置２の動作環境において降伏電圧がＤＣ７５［Ｖ］であり、また２次側コイル３２ならびに倍電圧回路２０から出力される放電電流を流すことが可能な耐性を有する。
抵抗１０４の他端には、ダイオード１０５のカソードおよびオペアンプ１０６の反転入力端子が接続されている。オペアンプ１０６の非反転入力端子および低電位側（マイナス）電源端子、ダイオード１０５のアノード、ダイオード１０３のカソードはＧＮＤに接続されている。
オペアンプ１０６は、電源として電圧ＶＢが供給され、並列接続された抵抗およびコンデンサによって構成された負帰還路を備えて積分回路を形成している。また、オペアンプ１０６の出力端子には、当該オペアンプ１０６から出力されるイオン電流検出信号を、例えば重ね時間制御部４０ａなどの制御手段へ入力するための抵抗等が接続されている。
高圧ダイオード５０の両端にはイオン電流経路抵抗１５０が並列接続されている。このイオン電流経路抵抗１５０は、例えば数百［ｋΩ］〜数［ＭΩ］の抵抗値を有し、倍電圧回路２０の出力点が短絡状態にならない程度、また、点火信号がｏｆｆからｏｎへ遷移したときに２次側コイル３２に発生する２次電圧によって放電電流が流れることを抑止することができる程度であり、なおかつイオン電流を検出する際に妨げとならない程度の抵抗値を有するものである。
イオン電流検出回路１００は、イオン電流経路抵抗１５０と高圧ダイオード５０のアノードとの接続点と、点火プラグ６０のＧＮＤ側電極との間に接続されて、２次側コイル３２やイオン電流経路抵抗１５０を含めて形成されるイオン電流経路内に設けられている。
次に、動作について説明する。
内燃機関用点火装置２は、図示を省略したＥＣＵ等から入力した点火信号が有意を示すと、当該点火信号に対応する例えば点火コイルユニット１２ａのスイッチトランジスタ３３がｏｆｆ状態からｏｎ状態へ遷移し、１次側コイル３１に１次電流が流れる。この後、上記の点火信号が有意を示さなくなると、スイッチトランジスタ３３がｏｆｆ状態に遷移し、上記の１次電流が遮断されて２次側コイル３２に例えば３［ｋＶ］程度の放電電圧が発生し、点火プラグ６０へ供給される。
上記の放電電圧が印加された点火プラグ６０は、放電電極間に放電火花を発生させる。
一方、重ね時間制御部４０ａは、いずれかの点火信号が有意を示すと、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を駆動して５００［Ｖ］の交流電圧を生成させる。また、ＡＣスイッチ１１を制御して有意を示した点火信号に対応する接点を閉じる。すると、上記の点火信号に対応する例えば点火コイルユニット１２ａに、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から上記の交流電圧が供給される。
点火コイルユニット１２ａの倍電圧回路２０は、上記の交流電圧を入力すると、自身を構成する各ダイオードによって整流を行うとともに各コンデンサに電荷を蓄積して昇圧を行い、例えば直流３［ｋＶ］の高電圧を生成する。
このとき、点火プラグ６０には、前述の２次側コイル３２から出力された放電電圧によって放電火花が発生しており、放電電流が流れている。
なお、燃焼室内の混合気は、概ね１．４［ｋＶ］の高電圧を点火プラグ６０へ供給すると点火（燃焼）が安定するため、倍電圧回路２０は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力電圧を用いて１．４［ｋＶ］以上の高電圧を発生するように構成されている。
また、稼働する内燃機関において、特に燃焼室内の流動が高い場合やＥＧＲを高く作用させたとき、失火することなく確実に放電火花を維持するためには、点火コイル３０ａが発生する放電電圧と同様な高電圧を供給することが好ましい。そのため、ここで例示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０および倍電圧回路２０は、点火コイル３０ａの出力電圧３［ｋＶ］と同様な高電圧を発生している。
図４は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。この図は、内燃機関用点火装置２が稼動して点火プラグ６０に重ね放電を行わせるとき、当該装置の回路内に流れる放電電流と、シリンダ内の混合気が燃焼したときに発生するイオン電流を示している。図中、矢印Ａは放電電流が流れる経路を示し、矢印Ｂはイオン電流が流れる経路を示している。
２次側コイル３２から放電電圧が出力されると、倍電圧回路２０から前述の直流高電圧が出力され、上記の２次側コイル３２が発生した放電電圧に、倍電圧回路２０から出力された高電圧が重畳される。また、上記の２次側コイル３２が発生した放電電圧によってコンデンサ１０１が充電される。
上記の２次側コイル３２が発生した放電電圧によって流れる放電電流は、高圧ダイオード５０の順方向に出力され、ツェナーダイオード１０２およびダイオード１０３を介してＧＮＤへ流れる。
この後、放電電流は、ＧＮＤとなっているシリンダブロック等を介して、点火プラグ６０のＧＮＤ側の放電電極に達する。このとき点火プラグ６０は放電火花を発生しているので、点火プラグ６０の放電電極間を流れた放電電流は頭部電極へ達し、当該頭部電極から２次側コイル３２へ流れる。
また、倍電圧回路２０が高電圧を出力しているときには、放電電流は倍電圧回路２０の高電位側の出力点からツェナーダイオード１０２およびダイオード１０３を介してＧＮＤへ流れる。この後、前述のようにＧＮＤであるシリンダブロック等を介して点火プラグ６０へ流れて放電火花を維持し、点火プラグ６０の頭部電極から２次側コイル３２へ流れ、２次側コイル３２と高圧ダイオード５０のアノードとの接続点から倍電圧回路２０の低電位側の出力点（ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の片側の出力点）へ帰還する。
なお、倍電圧回路２０から出力される電流は、点火コイル３０ａが放電電圧を発生したとき、２次側コイル３２から流れる電流に対して順方向に流れる。換言すると、倍電圧回路２０の出力電流はマイナス電流となる。
重ね時間制御部４０ａは、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、およびＡＣスイッチ１１を制御して、例えば重ね放電期間が適当な長さとなるように、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が生成する交流電圧を点火コイルユニット１２ａに供給する。この制御により、点火コイルユニット１２ａの倍電圧回路２０から前述の放電電流が流れ、点火プラグユニット１２ａと接続されている点火プラグ６０の放電火花が所定期間維持（延長）され、重ね放電が行われる。
倍電圧回路２０の高電位側の出力点は、ツェナーダイオード１０２のカソードに接続されており、倍電圧回路２０から出力される高電圧はコンデンサ１０１にも印加される。即ち、２次側コイル３２から放電電圧が印加され、また倍電圧回路２０から高電圧が印加されることによって、コンデンサ１０１に充電が行われる。この充電により、コンデンサ１０１は、高圧ダイオード５０のカソードと接続する第１端子が高電位側（プラス側）となり、ダイオード１０３のアノードと接続する第２端子が低電位側（マイナス側）となって電力を蓄積する。
上記の充電動作は、コンデンサ１０１の両端電圧がツェナーダイオード１０２の降伏電圧に達するまで行われ、上記の両端電圧が降伏電圧に達すると、２次側コイル３２が発生した放電電圧や倍電圧回路２０が生成した高電圧によって流れる放電電流がツェナーダイオード１０２、ダイオード１０３などを介して点火プラグ６０へ流れ、前述の重ね放電が行われる。
倍電圧回路２０から点火プラグ６０へ流れていた放電電流が消失して重ね放電が終了すると、倍電圧回路２０から出力されていた高電圧が無くなり、コンデンサ１０１に蓄積されている電荷が放出され、コンデンサ１０１の両端電圧がイオン電流経路抵抗１５０、２次側コイル３２、また、ダイオード１０３やＧＮＤ部分を介して点火プラグ６０の放電電極間に印加される。
コンデンサ１０１の高電位側の第１端子は、前述のように高圧ダイオード５０のカソードに接続されていることから、コンデンサ１０１の第１端子（高電位側）から２次側コイル３２へ流れるイオン電流が阻止される。
そこで、コンデンサ１０１と２次側コイル３２との間にイオン電流経路抵抗１５０を備えて、点火プラグ６０の放電電極間にイオン電流検出用の電圧を印加し、上記のイオン電流が流れる経路を確保する。
このように、点火プラグ６０にイオン電流検出用の電圧が印加されて２つの放電電極に正負いずれかの電位が生じると、燃焼室内のイオンが自身の電荷に応じていずれかの放電電極へ移動する。
イオン電流検出用電圧を、点火コイル３０ａから出力される放電電圧や倍電圧回路２０から出力される高電圧に対して、逆極性となるように点火プラグ６０へ印加することにより、具体的には点火プラグ６０の放電電極のうち、中心電極にプラス電圧を印加することにより、燃焼開始から燃焼終了に至るまでに発生したイオン電流を測定することが可能になる。
そのため、内燃機関用点火装置２は、２次側コイル３２や倍電圧回路２０が発生させた電圧によって流れる放電電流（矢印Ａ）に対してイオン電流（矢印Ｂ）が逆方向へ流れるように回路構成されている。即ち、２次側コイル３２が発生する放電電圧および倍電圧回路２０が生成する高電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を点火プラグ６０へ印加するように回路構成されている。
上記のように、各イオン電荷が移動することによって流れたイオン電流は、点火プラグ６０のＧＮＤ接続点から、例えばシリンダブロックなどのＧＮＤ部分を介してイオン電流検出回路１００のＧＮＤ接続点へ流れる。イオン電流検出回路１００は、ダイオード１０５のアノード等からイオン電流を入力する。このイオン電流は、ダイオード１０５のカソードから抵抗１０４を介してコンデンサ１０１の低電位側の第２端子へ帰還する。
イオン電流が抵抗１０４を通過するときに生じる電圧信号は、積分回路を形成しているオペアンプ１０６へ入力される。上記のイオン電流の大きさを示す電圧信号を入力したオペアンプ１０６は、経時変化するイオン電流を時間積分して電荷量を表すイオン電流検出信号を生成する。上記の電荷量は、燃焼室内で混合気が燃焼する際に発生したイオン量を示すものである。
燃焼室内で混合気が長い期間にわたって燃焼したときには、イオン電流も長い間流れる。このことから、混合気が完全燃焼したとき、もしくは完全燃焼に近似するときにはイオン電流が長期間流れる。イオン電流検出回路１００は、イオン電流の時間積分を行うことにより、１回の燃焼行程において発生したイオン量（電荷量）を求めている。
イオン電流検出回路１００から出力されたイオン電流検出信号は、例えば重ね時間制御部４０ａやＥＣＵなどの制御部へ入力され、燃焼効率が向上し、また、内燃機関の運転状態が安定するように点火時期、重ね放電時間や重ね放電電流の大きさなどを調整（設定）する際に用いられる。
以上のように、この実施例１によれば、２次側コイル３２に倍電圧回路２０の出力点を接続して重ね放電を行う回路構成において、２次側コイル３２に流れる電流方向を規制する高圧ダイオードに並列接続されたイオン電流経路抵抗を備えたので、放電電流とは逆方向に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路１００を、２次側コイルならびに倍電圧回路２０の出力側に備えることができ、イオン電流を精度よく検出して重ね放電を制御することができる。
また、検出したイオン電流の大きさに応じて重ね放電を制御することにより、燃焼状態に応じて重ね放電を行って内燃機関の運転効率を向上させることが可能になる。
なお、図２に示した内燃機関用点火装置２の構成は一例であり、当該内燃機関用点火装置２は、倍電圧回路２０を点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄにそれぞれ備えて、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から各点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄへ重ね放電に用いる電圧を供給する構成に限定されない。FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the internal combustion engine ignition device according to Embodiment 1 of the present invention. This figure shows an example of an ignition device used for a four-cylinder internal combustion engine. The illustrated ignition device 2 for an internal combustion engine includes one DC-AC booster circuit 10, an AC switch 11, an overlap time control unit 40a, Four ignition coil units 12a, 12b, 12c, and 12d are provided. The ignition device for an internal combustion engine according to the present invention includes the same number of ignition coil units as the number of cylinders. For example, one used for a six-cylinder internal combustion engine includes six ignition coil units.
The DC-AC booster circuit 10 includes an inverter that converts and outputs a DC voltage into an AC voltage, and a circuit that boosts the AC voltage generated by the inverter (for example, a booster circuit including a boost transformer). Specifically, in accordance with a control signal from the overlap time control unit 40a, for example, the DC voltage VB supplied from a battery (not shown) or the power supply voltage 5 [V] of a circuit device such as the overlap time control unit 40a is the same. Using the DC voltage, an AC voltage of, for example, 30 [kHz] having a predetermined frequency is generated, and this AC voltage is further boosted to a voltage (for example, 500 [V]) that does not require a high voltage wiring. It is configured as follows. The frequency of the alternating voltage generated by the DC-AC booster circuit 10 exemplified here is set so as to match the circuit constant of the voltage doubler circuit 20 and the like.
The AC switch 11 is made of, for example, a semiconductor element, and has the same number of on / off (open / close) contacts as the number of cylinders of the internal combustion engine or the number of spark plugs 60. The AC switch 11 has a configuration in which a control signal is input from the overlap time control unit 40 a and the ignition coil units 12 a to 12 d provided in each cylinder are individually connected to the output terminal of the DC-AC booster circuit 10.
The overlap time control unit 40a includes a control device such as a processor and a memory that stores a control program, control data, and the like, and is wired to control the operations of the DC-AC booster circuit 10 and the AC switch 11. Has been. Further, the overlapping time control unit 40a is wired so as to input an ignition signal from an ECU (not shown).
The ignition coil units 12a to 12d are configured to be directly connected to the head electrode of the spark plug 60 installed in the cylinder head of the internal combustion engine. For example, in a 4-cylinder internal combustion engine, the ignition coil unit 12a is connected to the ignition plug 60 of the first cylinder, the ignition coil unit 12b is connected to the ignition plug 60 of the second cylinder, and the ignition coil unit 12c is an ignition plug 60 of the third cylinder. The spark plug unit 12d is connected to the spark plug 60 of the fourth cylinder.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the ignition coil unit of FIG. This figure has shown the circuit structure of the ignition coil units 12a-12d. The ignition coil units 12a to 12d are all configured in the same manner. Here, the ignition coil unit 12a will be described as an example.
The ignition coil unit 12a includes a voltage doubler circuit 20, an ignition coil 30a, a switch transistor 33, a high voltage diode 50, an ion current detection circuit 100, and an ion current path resistor 150, and further includes a plug cap (not shown). ing.
The ignition coil unit 12a is configured such that the plug cap is connected to the head electrode of the ignition plug 60 fixed to the cylinder head or the like when the ignition coil unit 12a is installed in a main body of the internal combustion engine, such as a head cover. The plug cap is made of an insulating material, and a conductive member that conducts the discharge voltage generated by the secondary coil 32 of the ignition coil 60 is disposed and fixed therein.
The voltage doubler circuit 20 is a multi-stage voltage doubler rectifier circuit composed of, for example, six diodes and capacitors, respectively, as described in the reference example, and is output from the DC-AC booster circuit 10 shown in FIG. The AC voltage is rectified and boosted to 6 times the voltage.
Like the ignition coil 30 described in the reference example, the ignition coil 30a includes a primary coil 31 and a secondary coil 32. One end of the primary coil is supplied with a voltage VB, for example, and the primary coil One end of a switch contact of the switch transistor 33 is connected to the other end of 31. The other end of this switch contact is GND-connected.
When an IGBT is used as the control terminal of the switch transistor 33, for example, the switch transistor 33, an ignition signal is input from the ECU or the like to the gate terminal of the IGBT, and the ignition signal is input as shown in FIG. Connected to the overlap time control unit 40a. The ignition coil 30a may be configured to include the switch transistor 33 as in the above-described ignition coil 30.
One end of the secondary coil 32 is connected to the head electrode of the spark plug 60 as described above, and the other end of the secondary coil 32 is connected to the output point on the low potential side of the voltage doubler circuit 20 and the high voltage. It is connected to the anode of the diode 50.
The voltage doubler circuit 20 connects the output point on the high potential side to the cathode of the high-voltage diode 50, and generates a boosted DC high voltage for overlap discharge via a zener diode 102, a diode 103, and a GND portion to be described later. The output point on the low potential side is connected to one end of the secondary coil 32 and is connected to the spark plug 60 in a circuit. That is, at each output point of the voltage doubler circuit 20, the high voltage generated by the voltage doubler circuit 20 is supplied to the spark plug 60 with the same polarity as the discharge voltage output from the secondary coil 32. The secondary coil 32 and the high voltage diode 50 are connected.
The high-voltage diode 50 prevents voltage from being generated in the secondary coil 32 when the switch transistor 33 transitions from off to on. The high voltage diode 50 determines its own polarity as described above and is connected in series to the secondary coil 32. It is connected and regulates the direction of current flowing through the secondary coil 32. That is, the high voltage diode 50 limits the polarity of the discharge voltage output from the secondary coil 32 to the spark plug 60.
The high voltage diode 50 has a high breakdown voltage configuration corresponding to a discharge voltage applied to the spark plug 60 and the like.
The ion current detection circuit 100 includes a capacitor 101 that accumulates electric power (charge) used for detection of an ion current, a Zener diode 102 that limits a voltage across the capacitor 101, a diode 103 that forms a discharge current path, and an ion current path. Are constituted by a resistor 104 and a diode 105, and an operational amplifier 106 for generating a signal representing the magnitude of an ion current.
The capacitor 101 is a power source that accumulates power used when detecting an ionic current as described above, and has one terminal connected to the cathode of the high-voltage diode 50 and the other terminal connected to the anode of the diode 103.
The cathode of the Zener diode 102 is connected to the connection point between the capacitor 101 and the cathode of the high voltage diode 50, and the output point on the high potential side of the voltage doubler circuit 20 is further connected.
An anode of the Zener diode 102 is connected to a connection point between the capacitor 101 and the diode 103, and one end of the resistor 104 is further connected. For example, the Zener diode 102 has a breakdown voltage of DC 75 [V] in the operating environment of the internal combustion engine ignition device 2 and can flow a discharge current output from the secondary coil 32 and the voltage doubler circuit 20. Tolerant.
The other end of the resistor 104 is connected to the cathode of the diode 105 and the inverting input terminal of the operational amplifier 106. The non-inverting input terminal and the low potential (minus) power supply terminal of the operational amplifier 106, the anode of the diode 105, and the cathode of the diode 103 are connected to GND.
The operational amplifier 106 is supplied with the voltage VB as a power source, and includes a negative feedback path composed of a resistor and a capacitor connected in parallel to form an integrating circuit. The output terminal of the operational amplifier 106 is connected to a resistor or the like for inputting an ion current detection signal output from the operational amplifier 106 to a control unit such as the overlap time control unit 40a.
An ionic current path resistor 150 is connected in parallel to both ends of the high voltage diode 50. The ionic current path resistor 150 has a resistance value of, for example, several hundreds [kΩ] to several [MΩ], to the extent that the output point of the voltage doubler circuit 20 is not short-circuited, and the ignition signal transitions from off to on. In this case, the secondary voltage generated in the secondary coil 32 can prevent the discharge current from flowing, and the resistance value does not hinder the detection of the ionic current. .
The ion current detection circuit 100 is connected between the connection point between the ion current path resistor 150 and the anode of the high-voltage diode 50 and the GND side electrode of the spark plug 60, so that the secondary coil 32 and the ion current path resistor 150 are connected. Is provided in the ion current path formed.
Next, the operation will be described.
In the internal combustion engine ignition device 2, when an ignition signal input from an ECU (not shown) or the like is significant, the switch transistor 33 of the ignition coil unit 12a corresponding to the ignition signal transitions from the off state to the on state, A primary current flows through the primary coil 31. Thereafter, when the ignition signal becomes insignificant, the switch transistor 33 shifts to the off state, the primary current is cut off, and a discharge voltage of about 3 [kV] is generated in the secondary coil 32, for example. And supplied to the spark plug 60.
The spark plug 60 to which the discharge voltage is applied generates a discharge spark between the discharge electrodes.
On the other hand, when any ignition signal shows significance, the overlap time control unit 40a drives the DC-AC booster circuit 10 to generate an AC voltage of 500 [V]. In addition, the AC switch 11 is controlled to close the contact corresponding to the ignition signal indicating significance. Then, the AC voltage is supplied from the DC-AC booster circuit 10 to, for example, the ignition coil unit 12a corresponding to the ignition signal.
When the AC voltage is input, the voltage doubler circuit 20 of the ignition coil unit 12a performs rectification by the diodes constituting the ignition coil unit 12a and boosts the charges by accumulating charges in the capacitors. For example, a high voltage of 3 kV DC Generate voltage.
At this time, a spark is generated in the spark plug 60 by the discharge voltage output from the secondary coil 32 described above, and a discharge current flows.
Note that when the air-fuel mixture in the combustion chamber supplies a high voltage of approximately 1.4 [kV] to the spark plug 60, ignition (combustion) is stabilized, so that the voltage doubler circuit 20 outputs the output voltage of the DC-AC booster circuit 10. Is used to generate a high voltage of 1.4 [kV] or more.
Further, in an internal combustion engine that operates, particularly when the flow in the combustion chamber is high or when EGR is applied to a high level, in order to reliably maintain a discharge spark without misfiring, the same as the discharge voltage generated by the ignition coil 30a. It is preferable to supply a high voltage. Therefore, the DC-AC booster circuit 10 and the voltage doubler circuit 20 exemplified here generate a high voltage similar to the output voltage 3 [kV] of the ignition coil 30a.
FIG. 4 is an explanatory view showing the operation of the internal combustion engine ignition device of FIG. This figure shows the discharge current flowing in the circuit of the device and the ion current generated when the air-fuel mixture in the cylinder burns when the ignition device 2 for the internal combustion engine is operated to cause the spark plug 60 to perform overlapping discharge. Is shown. In the figure, arrow A indicates the path through which the discharge current flows, and arrow B indicates the path through which the ion current flows.
When a discharge voltage is output from the secondary side coil 32, the above-described DC high voltage is output from the voltage doubler circuit 20, and the voltage generated by the secondary side coil 32 is output from the voltage doubler circuit 20. A high voltage is superimposed. Further, the capacitor 101 is charged by the discharge voltage generated by the secondary coil 32.
The discharge current that flows due to the discharge voltage generated by the secondary coil 32 is output in the forward direction of the high-voltage diode 50 and flows to the GND via the Zener diode 102 and the diode 103.
Thereafter, the discharge current reaches the discharge electrode on the GND side of the spark plug 60 via the cylinder block or the like that is GND. At this time, since the spark plug 60 generates a discharge spark, the discharge current flowing between the discharge electrodes of the spark plug 60 reaches the head electrode and flows from the head electrode to the secondary coil 32.
When the voltage doubler circuit 20 is outputting a high voltage, the discharge current flows from the output point on the high potential side of the voltage doubler circuit 20 to the GND via the Zener diode 102 and the diode 103. After that, as described above, it flows to the spark plug 60 through the cylinder block or the like that is GND to maintain the discharge spark, and flows from the head electrode of the spark plug 60 to the secondary coil 32 and the secondary coil 32. The voltage is fed back from the connection point with the anode of the high voltage diode 50 to the output point on the low potential side of the voltage doubler circuit 20 (the output point on one side of the DC-AC booster circuit 10).
Note that the current output from the voltage doubler circuit 20 flows in the forward direction with respect to the current flowing from the secondary coil 32 when the ignition coil 30a generates a discharge voltage. In other words, the output current of the voltage doubler circuit 20 is a negative current.
The overlap time control unit 40a controls the DC-AC booster circuit 10 and the AC switch 11 to generate an AC voltage generated by the DC-AC booster circuit 10 so that the overlap discharge period has an appropriate length, for example. Supply to unit 12a. By this control, the above-described discharge current flows from the voltage doubler circuit 20 of the ignition coil unit 12a, the discharge spark of the spark plug 60 connected to the spark plug unit 12a is maintained (extended) for a predetermined period, and overlapping discharge is performed. .
The output point on the high potential side of the voltage doubler circuit 20 is connected to the cathode of the Zener diode 102, and the high voltage output from the voltage doubler circuit 20 is also applied to the capacitor 101. That is, when the discharge voltage is applied from the secondary coil 32 and the high voltage is applied from the voltage doubler circuit 20, the capacitor 101 is charged. By this charging, the capacitor 101 has a first terminal connected to the cathode of the high-voltage diode 50 on the high potential side (plus side) and a second terminal connected to the anode of the diode 103 on the low potential side (minus side). Accumulate power.
The charging operation is performed until the voltage across the capacitor 101 reaches the breakdown voltage of the Zener diode 102. When the voltage across the capacitor reaches the breakdown voltage, the discharge voltage generated by the secondary coil 32 and the voltage doubler circuit 20 The discharge current that flows due to the high voltage generated by the current flows to the spark plug 60 through the Zener diode 102, the diode 103, and the like, and the above-described overlap discharge is performed.
When the discharge current flowing from the voltage doubler circuit 20 to the spark plug 60 disappears and the overlap discharge is completed, the high voltage output from the voltage doubler circuit 20 disappears, and the charge accumulated in the capacitor 101 is released, A voltage across the capacitor 101 is applied between the discharge electrodes of the spark plug 60 via the ion current path resistor 150, the secondary coil 32, and the diode 103 and the GND portion.
Since the first terminal on the high potential side of the capacitor 101 is connected to the cathode of the high voltage diode 50 as described above, the ionic current flowing from the first terminal (high potential side) of the capacitor 101 to the secondary coil 32. Is blocked.
Therefore, an ion current path resistor 150 is provided between the capacitor 101 and the secondary coil 32, and a voltage for detecting an ion current is applied between the discharge electrodes of the spark plug 60 to secure a path through which the ion current flows. To do.
As described above, when a voltage for detecting an ionic current is applied to the spark plug 60 and a positive or negative potential is generated in the two discharge electrodes, ions in the combustion chamber move to one of the discharge electrodes according to their own charges. To do.
By applying the ion current detection voltage to the spark plug 60 so as to have a reverse polarity with respect to the discharge voltage output from the ignition coil 30a and the high voltage output from the voltage doubler circuit 20, specifically, By applying a positive voltage to the center electrode among the discharge electrodes of the spark plug 60, it is possible to measure the ion current generated from the start of combustion to the end of combustion.
Therefore, the internal combustion engine ignition device 2 is configured so that the ion current (arrow B) flows in the opposite direction to the discharge current (arrow A) that flows due to the voltage generated by the secondary coil 32 or the voltage doubler circuit 20. It is configured. That is, the circuit configuration is such that an ion current detection voltage having a polarity opposite to the discharge voltage generated by the secondary coil 32 and the high voltage generated by the voltage doubler circuit 20 is applied to the spark plug 60.
As described above, the ion current that flows as each ion charge moves flows from the GND connection point of the spark plug 60 to the GND connection point of the ion current detection circuit 100 through the GND portion such as a cylinder block. The ion current detection circuit 100 inputs an ion current from the anode of the diode 105 or the like. This ionic current is fed back from the cathode of the diode 105 to the second terminal on the low potential side of the capacitor 101 via the resistor 104.
A voltage signal generated when the ionic current passes through the resistor 104 is input to the operational amplifier 106 forming an integrating circuit. The operational amplifier 106 to which the voltage signal indicating the magnitude of the ion current is input generates an ion current detection signal representing the amount of charge by time-integrating the ion current that changes with time. The above charge amount indicates the amount of ions generated when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber.
When the air-fuel mixture burns for a long period in the combustion chamber, the ion current also flows for a long time. For this reason, an ion current flows for a long time when the air-fuel mixture is completely burned or approximated to burnt completely. The ion current detection circuit 100 obtains the amount of ions (charge amount) generated in one combustion stroke by performing time integration of the ion current.
The ion current detection signal output from the ion current detection circuit 100 is input to a control unit such as the overlap time control unit 40a or ECU, for example, and ignition is performed so that the combustion efficiency is improved and the operation state of the internal combustion engine is stabilized. It is used when adjusting (setting) the time, the magnitude of the overlap discharge time, the overlap discharge current, and the like.
As described above, according to the first embodiment, the direction of the current flowing through the secondary coil 32 is regulated in the circuit configuration in which the output point of the voltage doubler circuit 20 is connected to the secondary coil 32 to perform the overlapping discharge. Since the ionic current path resistance connected in parallel to the high voltage diode is provided, the ionic current detection circuit 100 for detecting the ionic current flowing in the direction opposite to the discharge current is provided on the secondary coil and the output side of the voltage doubler circuit 20. It is possible to accurately detect the ionic current and control the overlapping discharge.
Further, by controlling the overlap discharge according to the detected magnitude of the ionic current, it becomes possible to improve the operation efficiency of the internal combustion engine by performing the overlap discharge according to the combustion state.
The configuration of the internal combustion engine ignition device 2 shown in FIG. 2 is an example, and the internal combustion engine ignition device 2 includes a voltage doubler circuit 20 in each of the ignition coil units 12a to 12d, and one DC-AC. It is not limited to the structure which supplies the voltage used for overlap discharge from the pressure | voltage rise circuit 10 to each ignition coil unit 12a-12d.

図５は、この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。この図は、図２と同様に４気筒の内燃機関に用いる点火装置を例示したもので、図示した内燃機関用点火装置３は、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、ＡＣスイッチ１１、重ね時間制御部４０ｂ、４つの点火コイルユニット１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを備えている。
なお、重ね時間制御部４０ｂは、前述の重ね時間制御部４０ａと同様にプロセッサやメモリ等によって構成され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０およびＡＣスイッチ１１の動作を制御するように配線接続されている。
また、重ね時間制御部４０ｂは、点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄから、後述する放電電流検出用抵抗２００によって検出される放電電流検出信号と、イオン電流検出回路１１０から出力されるイオン電流検出信号とを入力するように配線接続されている。
図６は、図５の点火コイルユニットの構成を示す回路図である。この図は、点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄの回路構成を示している。点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄは、いずれも同様に構成されている。ここでは点火コイルユニット１３ａを例示して説明する。また、図３に示したものと同様に構成された部分に同じ符号を使用し、その部分の重複説明を省略する。
点火コイルユニット１３ａは、倍電圧回路２０、点火コイル３０ａ、スイッチトランジスタ３３、高圧ダイオード５０、イオン電流検出回路１１０、イオン電流経路抵抗１５０を備え、さらに実施例１で説明したものと同様なプラグキャップ（図示省略）を備えて一体構成されている。
イオン電流検出回路１１０は、前述のイオン電流検出回路１００と同様に、コンデンサ１０１、ツェナーダイオード１０２、ダイオード１０３、抵抗１０４、ダイオード１０５、オペアンプ１０６などを備え、さらにダイオード１０３のカソードとＧＮＤ接続点との間に放電電流検出用抵抗２００を備えている。
ダイオード１０３のカソードと放電電流検出用抵抗２００との接続点は、重ね時間制御部４０ｂの、例えば所定の入力ポートに接続されている。
また、点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄは、イオン電流検出回路１１０から出力されるイオン電流検出信号が各々重ね時間制御部４０ｂへ入力されるように接続配線されている。
なお、イオン電流検出回路１１０は、２次側コイル３２に流れる電流を検出する放電電流検出用抵抗２００を備えた以外は、前述のイオン電流検出回路１００と同様に回路構成されている。
次に、動作について説明する。
ここでは、実施例１で説明したものと同様に動作する部分の重複説明を省略し、内燃機関用点火装置３の特徴となる動作を説明する。
重ね時間制御部４０ｂは、ＥＣＵ（図示省略）等から入力した点火信号によって点火コイル３０ａが放電電圧を発生し、上記の点火信号に応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を制御して倍電圧回路２０から高電圧を出力させて重ね放電を行うとき、即ち点火プラグ６０が放電火花を発生しているときに２次側コイル３２に流れる２次電流（放電電流）を、放電電流検出用抵抗２００を用いて検出する。
また、重ね時間制御部４０ｂは、点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄの各イオン電流検出回路１１０から出力されるイオン電流検出信号を入力し、各シリンダの燃焼状態を監視する。
重ね時間制御部４０ｂは、例えば、予め自らに設定されている電流基準値と、上記の放電電流検出用抵抗２００を用いて検出した放電電流検出信号が示す値（以下、放電電流値と記載する）とを比較し、この比較結果に基づいて放電電流値が電流基準値となるようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御する。具体的には、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０に含まれるインバータ回路の動作においてＰＷＭｄｕｔｙ等の調整を行い、放電電流値を電流基準値へ近付けるように、好ましくは電流基準値と等しくなるようにフィードバック制御を行う。
ここで、イオン電流検出回路１１０から入力したイオン電流検出信号が燃焼状態の悪化を示したとき、放電電流検出用抵抗２００から入力する放電電流値が増大するように、例えば前述のようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御して倍電圧回路２０から出力する高電圧を増大させる。
また、重ね時間制御部４０ｂが、燃焼状態を良好にするためイオン電流検出信号を用いて重ね放電を制御するとき、重ね放電を行う期間を調整し、即ち、倍電圧回路２０から高電圧を出力する期間を延長または短縮する制御を行ってもよい。またさらに、この重ね放電期間の調整と上記の放電電流の調整とを併せて行い、燃焼状態を良好にする制御を行うようにしてもよい。
また、イオン電流検出信号が、燃焼状態が良好であることを示しているときには、任意のタイミングで上記の放電電流を小さくし、具体的には、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御して倍電圧回路２０から出力する高電圧を小さくし、または高電圧の出力期間を短縮して、燃焼状態を良好に維持することができる限界値を探る制御を行い、消費電力を低減して省エネルギ化を図る。
このように、重ね時間制御部４０ｂは、イオン電流を検出して燃焼状態を監視し、また２次側コイル３２に流れる放電電流を監視しながら、重ね放電期間や重ね放電時に流れる放電電流の大きさを調整し、例えばこれらの調整した値を記憶更新することにより、学習的に上記の重ね放電期間の長さや放電電流の大きさを最適化し、重ね放電の動作制御に用いる。
以上のように、この実施例２によれば、放電電流検出部（放電電流検出用抵抗２００）によって検出された放電電流値を任意の値となるように調整するとき、重ね時間制御部４０ｂが、イオン電流検出回路１１０から入力したイオン電流検出信号が良好な燃焼状態を示すようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに倍電圧回路２０を制御するようにしたので、シリンダの燃焼効率を良好にしながら点火動作に要する消費電力を抑制することが可能になる。
なお、図５に示した内燃機関用点火装置３の構成は一例であり、当該内燃機関用点火装置３は、倍電圧回路２０を点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄにそれぞれ備え、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から各点火コイルユニット１３ａ〜１３ｄへ重ね放電に用いる電圧を供給する構成に限定されない。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of an internal combustion engine ignition device according to Embodiment 2 of the present invention. This figure illustrates an ignition device used for a four-cylinder internal combustion engine as in FIG. 2. The illustrated internal combustion engine ignition device 3 includes one DC-AC booster circuit 10, an AC switch 11, and an overlap time control. The unit 40b includes four ignition coil units 13a, 13b, 13c, and 13d.
The overlapping time control unit 40b is configured by a processor, a memory, and the like, similar to the above-described overlapping time control unit 40a, and is wired so as to control the operations of the DC-AC booster circuit 10 and the AC switch 11.
Further, the overlapping time control unit 40b receives, from the ignition coil units 13a to 13d, a discharge current detection signal detected by a discharge current detection resistor 200 described later and an ion current detection signal output from the ion current detection circuit 110. Wired to input.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the ignition coil unit of FIG. This figure has shown the circuit structure of the ignition coil units 13a-13d. The ignition coil units 13a to 13d are all configured similarly. Here, the ignition coil unit 13a will be described as an example. Moreover, the same code | symbol is used for the part comprised similarly to what was shown in FIG. 3, and the duplication description of the part is abbreviate | omitted.
The ignition coil unit 13a includes a voltage doubler circuit 20, an ignition coil 30a, a switch transistor 33, a high voltage diode 50, an ionic current detection circuit 110, and an ionic current path resistor 150, and the same plug cap as that described in the first embodiment. (Not shown) are integrally configured.
Similar to the above-described ion current detection circuit 100, the ion current detection circuit 110 includes a capacitor 101, a Zener diode 102, a diode 103, a resistor 104, a diode 105, an operational amplifier 106, and the like, and further includes a cathode of the diode 103 and a GND connection point. Between them, a discharge current detecting resistor 200 is provided.
A connection point between the cathode of the diode 103 and the discharge current detection resistor 200 is connected to, for example, a predetermined input port of the overlap time control unit 40b.
Further, the ignition coil units 13a to 13d are connected and wired so that the ion current detection signals output from the ion current detection circuit 110 are input to the overlap time control unit 40b.
The ion current detection circuit 110 has the same circuit configuration as the above-described ion current detection circuit 100 except that the ion current detection circuit 110 includes a discharge current detection resistor 200 that detects a current flowing through the secondary coil 32.
Next, the operation will be described.
Here, the redundant description of the parts that operate in the same manner as described in the first embodiment will be omitted, and the operation that is characteristic of the internal combustion engine ignition device 3 will be described.
The overlap time control unit 40b generates a discharge voltage in the ignition coil 30a in response to an ignition signal input from an ECU (not shown) or the like, and controls the DC-AC booster circuit 10 in accordance with the ignition signal so as to double the voltage doubler circuit 20 The secondary current (discharge current) that flows through the secondary coil 32 when the spark plug 60 generates a discharge spark is output from the discharge current detection resistor 200 when a high voltage is output from Use to detect.
Further, the overlap time control unit 40b receives an ion current detection signal output from each ion current detection circuit 110 of the ignition coil units 13a to 13d, and monitors the combustion state of each cylinder.
The overlapping time control unit 40b, for example, describes a current reference value set in advance and a value indicated by a discharge current detection signal detected using the discharge current detection resistor 200 (hereinafter referred to as a discharge current value). ) And the operation of the DC-AC booster circuit 10 is controlled so that the discharge current value becomes the current reference value based on the comparison result. Specifically, in the operation of the inverter circuit included in the DC-AC booster circuit 10, the PWM duty is adjusted, and feedback control is performed so that the discharge current value approaches the current reference value, preferably equal to the current reference value. I do.
Here, when the ion current detection signal input from the ion current detection circuit 110 indicates deterioration of the combustion state, for example, as described above, the DC− is increased so that the discharge current value input from the discharge current detection resistor 200 increases. The high voltage output from the voltage doubler circuit 20 is increased by controlling the operation of the AC booster circuit 10.
Further, when the overlap time control unit 40b controls the overlap discharge using the ion current detection signal in order to improve the combustion state, the overlap time is adjusted, that is, a high voltage is output from the voltage doubler circuit 20. You may perform control which extends or shortens the period to perform. Furthermore, the adjustment of the overlapping discharge period and the adjustment of the discharge current may be performed together to perform control for improving the combustion state.
In addition, when the ion current detection signal indicates that the combustion state is good, the discharge current is reduced at an arbitrary timing, specifically, the operation of the DC-AC booster circuit 10 is controlled. The high voltage output from the voltage doubler circuit 20 is reduced or the output period of the high voltage is shortened, and control is performed to find a limit value that can maintain a good combustion state, thereby reducing power consumption and saving energy. Plan
In this way, the overlap time control unit 40b detects the ion current to monitor the combustion state, and also monitors the discharge current flowing through the secondary coil 32, and the magnitude of the discharge current flowing during the overlap discharge period or overlap discharge. By adjusting the length, for example, by storing and updating these adjusted values, the length of the above-described overlap discharge period and the magnitude of the discharge current are optimized by learning, and used for the operation control of the overlap discharge.
As described above, according to the second embodiment, when the discharge current value detected by the discharge current detection unit (discharge current detection resistor 200) is adjusted to an arbitrary value, the overlap time control unit 40b Since the DC-AC booster circuit 10 and the voltage doubler circuit 20 are controlled so that the ion current detection signal input from the ion current detection circuit 110 indicates a good combustion state, ignition is performed while improving the combustion efficiency of the cylinder. It becomes possible to suppress power consumption required for operation.
The configuration of the internal combustion engine ignition device 3 shown in FIG. 5 is an example, and the internal combustion engine ignition device 3 includes a voltage doubler circuit 20 in each of the ignition coil units 13a to 13d, and one DC-AC booster. It is not limited to the structure which supplies the voltage used for overlap discharge from the circuit 10 to each ignition coil unit 13a-13d.

１ 内燃機関用点火装置
２ 内燃機関用点火装置
３ 内燃機関用点火装置
１０ ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
１２ａ 点火コイルユニット
１２ｂ 点火コイルユニット
１２ｃ 点火コイルユニット
１２ｄ 点火コイルユニット
１３ａ 点火コイルユニット
１３ｂ 点火コイルユニット
１３ｃ 点火コイルユニット
１３ｄ 点火コイルユニット
２０ 倍電圧回路
３０ 点火コイル
３１ １次側コイル
３２ ２次側コイル
３３ スイッチトランジスタ
４０ 重ね時間制御部
４０ａ 重ね時間制御部
４０ｂ 重ね時間制御部
５０ 高圧ダイオード
６０ 点火プラグ
１００ イオン電流検出回路
１０１ コンデンサ
１０２ ツェナーダイオード
１０３ ダイオード
１０４ 抵抗
１０５ ダイオード
１０６ オペアンプ
１５０ イオン電流経路抵抗
２００ 放電電流検出抵抗DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ignition device for internal combustion engines 2 Ignition device for internal combustion engines 3 Ignition device for internal combustion engines 10 DC-AC booster circuit 12a Ignition coil unit 12b Ignition coil unit 12c Ignition coil unit 12d Ignition coil unit 13a Ignition coil unit 13b Ignition coil unit 13c Ignition Coil unit 13d ignition coil unit 20 voltage doubler circuit 30 ignition coil 31 primary side coil 32 secondary side coil 33 switch transistor 40 overlap time control unit 40a overlap time control unit 40b overlap time control unit 50 high voltage diode 60 ignition plug 100 ion current Detection circuit 101 Capacitor 102 Zener diode 103 Diode 104 Resistor 105 Diode 106 Operational amplifier 150 Ion current path resistance 200 Discharge current detection resistor

Claims (5)

１次側コイルに流れる電流をオン・オフすることにより点火プラグへ供給する放電電圧を２次側コイルに発生させる点火コイルと、
前記２次側コイルから出力される放電電圧の極性を制限する高圧ダイオードと、
直流の高電圧を生成し、前記２次側コイルから出力される放電電圧と同極性となるように前記高電圧の出力点を前記高圧ダイオードに接続させた昇圧回路と、
前記２次側コイルを介して燃焼室内を流れるイオン電流を検出するイオン電流検出部と、
前記高圧ダイオードの両端間を接続し、前記昇圧回路の出力点が短絡とならず、かつ、前記イオン電流検出部の検出動作の妨げとならない抵抗値を有するイオン電流経路抵抗と、
前記２次側コイルに発生した放電電圧へ前記昇圧回路が生成した高電圧を重畳して重ね放電を前記点火プラグに行わせる制御を、前記イオン電流検出部から出力されるイオン電流検出信号に応じて行う制御部と、
を備え、
前記イオン電流検出部は、
前記重ね放電の終了後、前記２次側コイルおよび前記昇圧回路から出力する電圧とは逆極性のイオン電流検出用電圧を、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを介して前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出する、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。An ignition coil for generating a discharge voltage to be supplied to the spark plug by causing the secondary coil to turn on and off a current flowing through the primary coil;
A high voltage diode for limiting the polarity of the discharge voltage output from the secondary coil;
A step-up circuit that generates a direct-current high voltage and has the output point of the high voltage connected to the high-voltage diode so as to have the same polarity as the discharge voltage output from the secondary coil;
An ion current detector for detecting an ion current flowing through the combustion chamber via the secondary coil;
An ionic current path resistor having a resistance value that connects between both ends of the high-voltage diode, the output point of the booster circuit is not short-circuited, and does not hinder the detection operation of the ionic current detection unit,
In accordance with an ion current detection signal output from the ion current detection unit, control for causing the spark plug to perform overlapping discharge by superimposing the high voltage generated by the booster circuit on the discharge voltage generated in the secondary coil is performed. A control unit to perform
With
The ion current detector is
After the completion of the overlap discharge, an ion current detection voltage having a polarity opposite to the voltage output from the secondary coil and the booster circuit is supplied to the spark plug via the ion current path resistance and the secondary coil. Applying and detecting the ionic current,
An internal combustion engine ignition device. 前記２次側コイルは、
一端が前記点火プラグの第１電極に接続され、
他端が前記高圧ダイオードのアノードおよび前記イオン電流経路抵抗の一端に接続され、
前記イオン電流検出部は、
前記高圧ダイオードのカソードおよび前記イオン電流経路抵抗の他端の接続点と前記点火プラグの第２電極との間に接続され、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを含むイオン電流経路に備えられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。The secondary coil is
One end is connected to the first electrode of the spark plug;
The other end is connected to the anode of the high-voltage diode and one end of the ionic current path resistance,
The ion current detector is
Connected between a connection point between the cathode of the high-voltage diode and the other end of the ion current path resistor and the second electrode of the spark plug, and provided for an ion current path including the ion current path resistance and the secondary coil. Be
The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1. 前記制御部は、
前記イオン電流検出部から入力するイオン電流が良好な燃焼状態を示すように前記昇圧回路を制御して前記高電圧を出力する期間を調整する、
ことを特徴とする請求項１また２に記載の内燃機関用点火装置。The controller is
Adjusting the period for outputting the high voltage by controlling the booster circuit so that the ion current input from the ion current detector indicates a good combustion state;
The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized by the above. 前記制御部は、
前記イオン電流検出部から入力するイオン電流が良好な燃焼状態を示すように前記昇圧回路を制御して前記高電圧の大きさを調整する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火装置。The controller is
Adjusting the magnitude of the high voltage by controlling the booster circuit so that the ion current input from the ion current detector indicates a good combustion state;
The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition device is an internal combustion engine. 前記２次側コイルに流れる放電電流を検出する放電電流検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記放電電流検出部から入力する放電電流値が任意の電流値となるように前記昇圧回路を制御して前記高電圧の大きさを調整する、
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関用点火装置。A discharge current detector for detecting a discharge current flowing in the secondary coil;
The control unit controls the booster circuit to adjust the magnitude of the high voltage so that a discharge current value input from the discharge current detection unit is an arbitrary current value;
The internal combustion engine ignition device according to claim 4.
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