JP2000303940A

JP2000303940A - 内燃機関の燃焼状態検出装置

Info

Publication number: JP2000303940A
Application number: JP11113767A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inagaki; 浩稲垣
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2000-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電圧減衰振動によらず、イオン電流を精度よ
く正確に検出でき、それに基づく燃焼状態を検出可能な
内燃機関の燃焼状態検出装置を提供する。【解決手段】火花放電発生回路２０にて点火コイル４
の二次コイルＬ２に点火用高電圧を発生させ、点火プラ
グ３に火花放電を発生させる。この時、イオン電流検出
部１０の充電用ダイオード１３、コンデンサ１１、ダイ
オード１２に火花放電電流ｉ２が流れ、これらと並列接
続されたツェナーダイオード１６のツェナー電圧からコ
ンデンサ１１が充電される。そして火花放電開始後、内
燃機関の運転状態に基づき算出される火花放電継続時間
が経過した時点で、火花放電遮断回路４０にて火花放電
を強制的に遮断し、さらに所定の待機時間が経過した時
点で、充電用ダイオード１３の両端を放電用スイッチ１
４にて短絡し、コンデンサ１１から高電圧を点火プラグ
３に印加して、流れるイオン電流ｉ３をダイオード１２
に並列に接続された電流検出用抵抗器１５において両端
電圧Ｖｉｏとして検出回路８に出力し、燃焼状態を検出
するための信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の内燃機
関に用いられる燃焼状態検出装置に関するものであっ
て、詳細には、内燃機関に装着された点火プラグによる
火花放電終了後に流れるイオン電流に基づいて、内燃機
関の燃焼状態を検出することができる燃焼状態検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、内燃機関に発生するノッキング
やプレイグニッション等の異常燃焼や失火等といった燃
焼状態を検出する方法として、内燃機関に装着された点
火プラグを利用することにより、具体的にはその点火プ
ラグの電極間にて発生する火花放電終了後に、その電極
近傍に存在するイオンによって流れるイオン電流を検出
して行う手法が知られている。

【０００３】即ち、内燃機関のシリンダー内では、混合
気の燃焼（火炎伝播）時にイオンが発生するものであっ
て、このイオンの発生量に応じて点火プラグの電極間に
おける抵抗値が変化する。尚、このイオンの発生量は、
内燃機関の燃焼状態、ひいては内燃機関の運転状態に応
じて様々に異なる。このため、点火コイル等による点火
プラグへの点火用高電圧印加後（即ち、点火プラグの火
花放電終了後）に、その点火プラグに対して外部から電
圧を印加して、それによって流れるイオン電流を検出す
ることにより、点火プラグの電極間における抵抗値の変
化（即ち、燃焼状態の変化）を検出することができるの
である。

【０００４】ここで、このようなイオン電流を検出する
手段を用いた内燃機関の燃焼状態検出装置として、例え
ば、同出願人により特開平１０−１５９７００号公報等
が開示されている。この公報技術では、まず、点火コイ
ルの一次コイルに一定時間通電した後に、その通電電流
を遮断することにより二次コイルに点火用高電圧を発生
させて、内燃機関に装着された点火プラグの電極間に火
花放電を発生させる。ついで、火花放電が開始されてか
ら所定時間経過後に、前記一次コイルに再通電すること
により強制的に火花放電を遮断する。そして、火花放電
を強制的に遮断した後に、火花放電を発生させるのに必
要な点火用高電圧よりも低くかつ逆極性の検出用高電圧
を前記二次コイルを介して前記点火プラグに印加し、そ
の電極間にイオン電流を発生させるとともにそのイオン
電流を検出することによって得られる検出情報を処理
し、内燃機関のノッキング発生の有無を判別する、とい
ったものである。

【０００５】この公報技術では、混合気を燃焼させるの
に必要十分な所定時間のみ火花放電を持続させ、その火
花放電の途中に火花放電を強制的に遮断することによ
り、混合気への燃焼を支障なく行いつつも火花放電継続
時間を短くすることができるので、特に内燃機関の高回
転高負荷時のように、火花放電中にノッキングが発生し
てしまい、このノッキングをイオン電流により検出でき
ないといった確率を低くすることができる。即ち、火花
放電継続時間が不必要に長くなりがちな高回転高負荷時
においても、イオン電流によって確実にノッキングの検
出を行うことができるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、前記公報技術
等の内燃機関の燃焼状態検出装置にあっては、点火プラ
グの電極間におけるイオン電流を検出するイオン電流検
出部として、例えば、特開平４−１９１４６５号公報等
により広く知られた、コンデンサをイオン電流検出用電
源として利用するものが適用されることが一般的に多
い。以下に、この特開平４−１９１４６５号公報につい
て、図６を参照しつつ説明する。尚、このイオン電流検
出部を説明するにあたり、適用される点火装置として
は、内燃機関の各気筒（図では１気筒のみを表す）毎に
装着される点火プラグと、点火プラグに点火用高電圧を
印加する点火コイルと、点火信号をオン・オフするトラ
ンジスタから構成されているものとして説明するものと
する。

【０００７】まず、この点火装置１０１側において、点
火信号ＩＧによりトランジスタ１０４がオンして点火コ
イル１０３の一次コイルＬ１にバッテリ電圧Ｖｂにより
電流が流れ、点火信号ＩＧによりトランジスタ１０４が
オフするとその電流が遮断され、二次コイルＬ２に点火
用高電圧が発生し、点火プラグ１０２の電極間に火花放
電が発生する。その際、火花放電により流れる火花放電
電流Ｉｓｐが、二次コイルＬ２を介して、イオン電流検
出部１００側のコンデンサ１０５及びダイオード１０７
を含む電流経路を流れると共に、これらに並列に接続さ
れたツェナーダイオード１０８にツェナー電圧を発生さ
せる。このため、コンデンサ１０５にそのツェナー電圧
に相当する電圧が充電されることになる。その後、二次
コイルＬ２に誘起された電圧（点火用高電圧）が低下
し、ツェナー電圧より低下すると、コンデンサ１０５に
充電された電荷に応じた検出用高電圧が、二次コイルＬ
２を介して点火プラグ１０２に印加され、その電極間に
発生したイオンの発生量に応じて、イオン電流Ｉｉｏが
流れる。そして、イオン電流Ｉｉｏが抵抗器１０６を流
れることで、抵抗器１０６の両端電圧にイオン電流Ｉｉ
ｏに応じた検出値Ｖｉｏが出力される。

【０００８】ところで、このような特開平４−１９１４
６５号公報等により広く知られているコンデンサをイオ
ン電流検出用電源として利用するイオン電流検出部１０
０にあっては、そのイオン電流検出部１００に組合わさ
れる点火装置１０１側の二次コイル側回路において、点
火コイル１０３の二次コイルＬ２のインダクタンス分と
点火プラグ１０２の電極間の容量分とで共振回路が形成
されるものであるために、点火プラグ１０２の火花放電
終了後に電圧減衰振動が発生するものである。

【０００９】そして、この電圧減衰振動時に流れる電流
は、内燃機関の運転条件によって、イオン電流の数倍〜
数十倍という非常に大きなレベルに達することがあり、
しかもその振動は、数ｍｓという長い時間続くことがあ
る。このため、図７に示すように、この振動成分がイオ
ン電流に重畳されてしまうことがある。即ち、前記特開
平１０−１５９７００号公報等に、前記特開平４−１９
１４６５号公報等のイオン電流検出部を適用した際に
は、ノッキングが火花放電中に終了してしまうことを防
ぐべく、点火プラグの火花放電を強制的に遮断したとし
ても、その遮断直後にイオン電流を流すと、イオン電流
に電流減衰振動によるノイズ成分が重畳してしまうこと
があり、イオン電流を正確に検出することができないお
それがある。それにより、ノイズ成分が重畳された状態
でイオン電流を検出してしまい、イオン電流を用いてノ
ッキングや失火等の内燃機関の燃焼状態を誤って検出し
てしまうおそれがある。

【００１０】これに対して、火花放電を強制的に遮断し
た後に発生する電圧減衰振動が収束した時点で検出する
ことが考えられるが、その振動の発生時間によってはコ
ンデンサに充電された電荷が消費されてしまうことがあ
り、その振動が収束する頃にイオン電流検出に必要な検
出用高電圧が得られずに、イオン電流を検出できないと
いった問題を招いてしまう。

【００１１】また、コンデンサの静電容量を大きくし、
点火プラグにおける火花放電時に、より多くの電荷をコ
ンデンサに充電しておくことも考えられる。しかしなが
ら、この場合には、イオン電流によって消費される電荷
が少ない時に、コンデンサに残存する電荷によって、点
火プラグに不必要な電圧が印加されて放電してしまい、
中心電極の電極消耗が早まってしまうといった新たな問
題を招いてしまう。まして、点火プラグの絶縁体部表面
にカーボンデポジット粒子及び液状燃料が存在（付着）
している場合には、この電圧印加による点火プラグの電
極間に生じる電界によって、その電極間に粒子が移動、
整列し易いことから点火プラグの汚損を早めて（絶縁抵
抗を低下させて）しまい、点火プラグの寿命をより早め
てしまう。

【００１２】そこで本発明は、前記問題点を解決するた
めに、点火プラグによる火花放電を強制的に遮断した後
に発生する電圧減衰振動に対しても影響されることな
く、イオン電流を精度よく正確に検出でき、そのイオン
電流の検出に基づいて内燃機関にて発生するノッキング
やプレイグニッション等の異常燃焼や失火等の燃焼状態
を検出することを可能とし、さらには点火プラグの長寿
命化を実現することができる内燃機関の燃焼状態検出装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】前記目的
を達成するためになされた請求項１に記載の内燃機関の
燃焼状態検出装置の発明にあっては、点火コイルの一次
コイルに一定時間通電し、該通電電流の遮断により前記
点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を発生させて、
点火プラグの電極間に火花放電を開始させる火花放電発
生手段と、前記点火プラグの火花放電開始後、内燃機関
の運転状態に基づき、その火花放電によって混合気を燃
焼させるのに要する火花放電継続時間を算出し、所定の
火花放電継続時間が経過したタイミングに応じて火花放
電を強制的に遮断する火花放電遮断手段と、前記点火プ
ラグと前記二次コイルとを含む電流経路に直列に挿入さ
れたコンデンサと、前記点火プラグの火花放電時に流れ
る火花放電電流により、前記コンデンサを予め決められ
た前記点火用高電圧よりも低くかつ逆極性の検出用高電
圧まで充電する充電手段と、前記火花放電遮断手段によ
り火花放電を強制的に遮断した後、前記充電手段により
充電された前記コンデンサによって、前記検出用高電圧
が前記二次コイル及び前記点火プラグに印加された時
に、前記電流経路に流れるイオン電流を検出する電流検
出用抵抗器と、前記電流検出用抵抗により検出されたイ
オン電流に基づき、内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼
状態検出手段と、を備えると共に、前記火花放電電流の
流れる方向を順方向として前記コンデンサに直列に接続
され、前記充電手段により前記コンデンサに充電された
電荷の放電を阻止するための充電用ダイオードと、その
充電用ダイオードの両端を短絡して前記コンデンサに充
電された電荷を放電する放電用スイッチと、前記イオン
電流を検出すべきタイミングにて、前記放電用スイッチ
を作動させるスイッチング制御手段と、を備えることを
特徴とするものである。

【００１４】本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置で
は、まず、点火コイルの一次コイルに流れる電流（一次
電流）の遮断により二次コイルに発生する点火用高電圧
が、内燃機関の気筒に装着される点火プラグに印加さ
れ、その電極間にて火花放電が発生すると、点火コイル
の二次コイル側回路にて火花放電電流（二次電流）が、
点火プラグ及び二次コイルと共にコンデンサにより形成
される電流経路を流れる。

【００１５】この時、充電手段が、この火花放電電流の
発生により、コンデンサを予め決められた（点火用高電
圧よりも低くかつ逆極性にある）検出用高電圧まで充電
する。尚、火花放電電流は、充電用ダイオードを介して
コンデンサに供給されるため、点火用高電圧がコンデン
サの充電電圧（検出用高電圧）より低下しても放電され
ることがない。即ち、点火用高電圧が火花放電の遮断後
に電圧減衰振動を起こしても、この振動の影響によりコ
ンデンサに充電された電荷が点火プラグに漏出してしま
うことがないのである。

【００１６】そして、スイッチング制御手段が、イオン
電流を検出すべきタイミングにて、コンデンサの両端を
短絡する放電用スイッチを作動させることによって、検
出用高電圧が充電されたコンデンサから、検出用高電圧
が点火コイルの二次コイルを介して点火プラグに印加さ
れる。それにより、点火コイル及び点火プラグと共に、
コンデンサ、電流検出用抵抗器により形成される電流経
路に、点火プラグの電極間の抵抗値（イオンの発生量）
に応じたイオン電流が流れることになる。そして、この
イオン電流が流れることにより、電流検出用抵抗器にお
ける両端電圧が燃焼状態検出手段に出力され、燃焼状態
検出手段にてその両端電圧（即ち、イオン電流）に基づ
く燃焼状態検出を行うための信号として変換される。

【００１７】即ち、本発明の内燃機関の燃焼状態検出装
置において注目すべき点は、イオン電流を検出すべきタ
イミングにおいてのみ、コンデンサに充電された電荷を
放出させて、検出用高電圧を点火プラグに印加するよう
にされている点である。このことから、点火プラグによ
る火花放電を強制的に遮断した直後に、点火コイルの二
次コイル側回路において電圧減衰振動を起こしたとして
も、コンデンサの充電電荷が無駄に消費されてしまうこ
とがなく、それによりコンデンサの静電容量についても
必要十分な大きさに設定することができるのである。

【００１８】そして、このような電圧減衰振動の大きい
期間を避けて、それがある程度収束した段階で、イオン
電流の検出を行なうことを可能とし得ることから、電圧
減衰振動によりイオン電流に重畳されるノイズ成分が減
少した段階でイオン電流を検出することができるのであ
る。即ち、イオン電流検出部から出力される検出値は略
イオン電流のみに応じた検出値となり、それにより得ら
れる検出値からノイズ成分を除去するためのフィルタ等
を省略または簡略化することもできる。

【００１９】さらには、内燃機関の失火等により、点火
プラグの電極間における火花放電後に流れるイオン電流
が小さく、コンデンサに電荷が残されてしまったとして
も、放電用スイッチが開放されれば、点火プラグに不必
要な電圧が印加されてしまうことがない。それにより、
点火プラグの電極の消耗を抑制でき、さらには点火プラ
グの汚損（即ち、絶縁抵抗の低下）を防止することがで
きることになり、点火プラグの長寿命化を図ることが可
能となる。

【００２０】加えて、本発明の内燃機関の燃焼状態検出
装置によれば、点火プラグによる火花放電が発生する
と、内燃機関の運転状態に基づき、その火花放電によっ
て混合気を燃焼させるのに要する火花放電継続時間を算
出し、所定の火花放電継続時間に応じて点火プラグによ
る火花放電を強制的に遮断する手段を備えてなるもので
ある。即ち、本発明では、火花放電を強制的に遮断する
手段（火花放電遮断手段）にあたり、点火コイルの一次
コイルへの通電時間を単に制御して行うものではなく、
火花放電する火花放電継続時間を算出した上で制御する
ことで、点火プラグへの不必要な火花エネルギーの供給
を防止するものである。

【００２１】このために、一次コイルへの通電時間を十
分に確保することにより、二次コイルに発生する点火用
高電圧を、内燃機関のあらゆる運転状況下で確実に火花
放電できる点火用高電圧とした状態で、点火プラグに供
給される火花エネルギーをコントロールすることが可能
となる。特に、内燃機関の高回転高負荷時のように、火
花エネルギーが少なくてよい運転状況下では、火花放電
継続時間を短くすることにより、高い点火用高電圧にて
点火プラグを確実に火花放電させつつ、点火プラグへの
火花エネルギーの過剰な供給を抑えることができる。逆
に、アイドリング時といった低回転時のように混合気が
着火しにくい運転状況下では、火花放電継続時間を長く
して、混合気を確実に燃焼させることができる。即ち、
本発明では、火花放電継続時間を最適に制御することに
より、点火プラグの電極間への過剰な火花エネルギの供
給を抑制し、その結果、点火プラグの電極消耗を抑制す
ることができ、前述したイオン電流検出部の構成と相乗
して、さらなる点火プラグの長寿命化を図ることが可能
となる。

【００２２】次に、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記放
電用スイッチが作動することにより、前記充電用ダイオ
ードの両端を短絡して前記コンデンサに充電された電荷
が放電される際に形成される電流経路の内、前記コンデ
ンサから前記二次コイルまでに到る前記電流経路間に、
少なくとも１つ以上の抵抗器が備えられていることを特
徴とするものである。

【００２３】かかる構成の内燃機関の燃焼状態検出装置
によれば、前記点火プラグに前記コンデンサに充電され
た検出用高電圧が放電された際に形成される電流経路の
内、前記コンデンサと前記二次コイルとの電流経路間に
備えられた抵抗器が、電流経路に流れるイオン電流の大
きさを律速させるように機能する。それにより、イオン
電流検出時において、電圧減衰振動により重畳されるノ
イズ成分を減少させることが可能となる。尚、あまりに
大きい抵抗値を有する抵抗器を用いた場合には、点火プ
ラグの電極間に発生する数十〜数百μＡ程度の大きさを
もったイオン電流自体までもが律速されてしまうことが
あるため、本発明の抵抗器としては１ＭΩ程度までが適
当な抵抗値といえる。

【００２４】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２のいずれかに記載の内燃機関の燃焼状態
検出装置において、ツェナーダイオードが、接地側をカ
ソードとして前記電流検出用抵抗器に並列に接続されて
いることを特徴とする。

【００２５】かかる構成のイオン電流検出部を備えた内
燃機関用点火装置によれば、ツェナーダイオードが、イ
オン電流検出時（イオン電流が流れている時）におい
て、電流検出用抵抗器から得られる検出値（両端電圧）
に対しツェナーダイオード自体が有するツェナー電圧以
上の電圧値の発生を抑制するように機能する。それによ
り、イオン電流検出時に、電圧減衰振動に重畳されるノ
イズ成分をより減少させることが可能となる。尚、ツェ
ナーオードのツェナー電圧を、点火プラグの電極間にて
正常に発生するイオン電流の最大値近傍（即ち、そのイ
オン電流の最大値から算出される電流検出用抵抗器から
の両端電圧の最大値近傍）に設定することにより、その
ツェナーダイオードは、正常に発生するイオン電流の最
大値を超えるようなノイズ成分の発生を全て抑制するよ
うに機能し得ることから、よりノイズ成分を減少させた
形でのイオン電流の検出が可能となる。

【００２６】ところで、前記火花放電遮断手段として
は、例えば、点火プラグに対して並列にスイッチング素
子と電流制御用の抵抗素子を設け、点火プラグによる火
花放電時に、このスイッチング素子をオンして、点火コ
イルの二次コイルに流れる火花放電電流の迂回経路を形
成し、点火プラグの電極間に加わる電圧を、点火プラグ
が火花放電しない程度の電圧に制御するようにしてもよ
い。しかし、このようにするには、スイッチング素子及
び抵抗素子に高耐圧のものを使用することが余儀なくさ
れ、現実的に好ましくない。

【００２７】そのため、このような問題を生じることな
く火花放電を強制的に遮断するためには、請求項４に記
載のように、火花放電遮断手段を、前記火花放電発生手
段が前記点火コイルの一次コイルへの通電電流を遮断し
た後、前記火花放電が開始されてから所定の火花放電継
続時間が経過したタイミングに応じて、前記一次コイル
への通電を再開することにより、前記点火プラグの火花
放電を強制的に遮断するように構成することが考えられ
る。

【００２８】尚、火花放電遮断手段を、かかる構成のよ
うに動作させるには、例えば、一般的なフルトランジス
タ型の点火装置において点火コイルの一次コイルへの通
電・非通電を切り換えるために設けられているパワート
ランジスタ等の半導体素子からなるスイッチング素子を
オンするようにすれば実現することができる。また、フ
ルトランジスタ型の点火装置に限らず、点火装置には、
点火コイルの一次コイルへの通電・非通電を切り換える
ために電気式或いは機械式のスイッチング手段が設けら
れることから、こうしたスイッチング手段を、またはそ
のスイッチング手段に対して並列にスイッチング素子を
設け、導通させるようにしてもよい。

【００２９】次に、前述の請求項１から請求項４のいず
れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置にあっては、
請求項５に記載のように、燃料として気体燃料を用いる
ガスエンジンである内燃機関に使用することで、より効
果を発揮する。

【００３０】気体燃料は、液体燃料であるガソリンに比
べて絶縁性が高いため、相対的に火花放電電圧が高くな
る。従って、気体燃料を用いるガスエンジン向けの点火
コイルでは、その最大点火用高電圧発生能力をガソリン
エンジン向けのそれよりも高く設定する必要がある（例
えば、ガソリンエンジン向けの点火コイルの最大点火用
高電圧発生能力が３０ｋＶ以上とすれば、ガスエンジン
向けのそれは４０ｋＶ以上に設定する）。そこで、点火
コイルの設計としては、一次コイル及び二次コイルの巻
数を増やすことが必要となる。しかしながら、点火コイ
ルにおける一次コイル及び二次コイルの巻数を増やす
と、点火コイルのインダクタンスを増加させてしまうこ
とになり、それにより点火プラグによる火花放電を強制
的に遮断した際に発生する電圧減衰振動が、ガソリンエ
ンジンと比較して大きくなってしまう。即ち、ガスエン
ジンにおいてイオン電流の検出を行う際には、ガソリン
エンジンと比較しても、得られるイオン電流にノイズ成
分が多く重畳してしまうことが考えられる。このことか
ら、気体燃料を用いるガスエンジン（内燃機関）に対し
て、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内燃機
関の燃焼状態検出装置を適用すれば、前述の効果をより
発揮することができるのである。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一例たる、内
燃機関の燃焼状態検出装置１に関する全体構成図を電気
的な構成をブロック図として示している。

【００３２】まず、図１を参照しつつ、本実施形態の内
燃機関の燃焼状態検出装置１における点火装置２側につ
いて説明する。本実施形態の点火装置２は、放電用の電
気エネルギ（例えば電圧１２Ｖ）を供給するバッテリ７
と、内燃機関に装着された点火プラグ３と、一次コイル
Ｌ１と二次コイルＬ２とからなる点火コイル４と、一次
コイルＬ１と直列に接続されたｎｐｎ型のトランジスタ
５と、点火プラグ３の電極３ａ−３ｂ間に火花放電を発
生させるようトランジスタ５を駆動する火花放電発生回
路２０と、火花放電を強制的に遮断する火花放電遮断回
路４０と、を備えている。尚、点火プラグ３への火花放
電の制御のために、火花放電発生回路２０及び火花放電
遮断回路４０は、第１指令信号Ｓａ及び第２指令信号Ｓ
ｂを各々出力する電子制御装置（以下、単に「ＥＣＵ」
という）６に接続されている。

【００３３】これらのうち、トランジスタ５は、点火コ
イル４の一次コイルＬ１への通電・非通電を切り換える
半導体素子から構成されるスイッチング素子であり、本
実施形態の点火装置２はフルトランジスタ型のものであ
る。また、本実施形態における火花放電発生回路２０及
び火花放電遮断回路４０は、それぞれ特許請求の範囲に
記載の火花放電発生手段及び火花放電遮断手段に相当す
るものである。

【００３４】ここで、一次コイルＬ１の一端は、バッテ
リ７の正極に接続され、他端は、トランジスタ５のコレ
クタに接続されている。また、二次コイルＬ２の一端
は、点火プラグ３の中心電極３ａに接続され、他端は、
後述するようにイオン電流発生用電源となるコンデンサ
１１に接続されている。そして、点火プラグ３の接地電
極３ｂは、バッテリ７の負極と同電位のグランドに接地
され、トランジスタ５のベースは火花放電発生回路２０
及び火花放電遮断回路４０と接続されて、エミッタがグ
ランドに接地されている。

【００３５】また、火花放電発生回路２０は、エミッタ
が図示しない定電圧電源からの出力Ｖｃが供給される電
源ラインＬｖに接続されて、エミッタベース間が抵抗器
２１にて互いに接続されている。そして、ベースが抵抗
器２２を介してＥＣＵ６に接続されて、コレクタが抵抗
器２３を介してトランジスタ５のベースに接続されたｐ
ｎｐ型のトランジスタ２４から構成されている。

【００３６】この結果、ＥＣＵ６から出力される第１指
令信号Ｓａがローレベルである場合に、火花放電発生回
路２０内のトランジスタ２４がオン状態となり、電源ラ
インＬｖから抵抗器２３を通ってトランジスタ５のベー
スに到る電流経路に電流を流す。すると、トランジスタ
５はオン状態となり、バッテリ７の正極側から点火コイ
ル４の一次コイルＬ１を通ってバッテリ７の負極側に到
る一次コイルＬ１の経路に、一次コイルＬ１に電流（一
次電流）ｉ１を流す。

【００３７】また、一次コイルＬ１に一次電流ｉ１が流
れている状態で、第１指令信号Ｓａがハイレベルになる
と、火花放電発生回路２０内のトランジスタ２４がター
ンオフし、トランジスタ５のベースに到る電流経路は遮
断される。この結果、トランジスタ５はオフ状態とな
り、一次コイルＬ１への一次電流ｉ１の通電が遮断され
る。そして、二次コイルＬ２にて点火用高電圧が発生
し、その点火用高電圧が点火プラグ３の中心電極３ａに
印加されることにより、点火プラグ３の電極３ａ−３ｂ
間に火花放電が発生する。尚、点火コイル４は、一次コ
イルＬ１への通電の遮断により、点火プラグ３の中心電
極３ａ側にグランド電位よりも低い負極性の点火用高電
圧を発生させるように構成されており、点火プラグ３に
おける火花放電の発生に伴い、二次コイルＬ２に流れる
火花放電電流（二次電流）ｉ２が、点火プラグ３の中心
電極３ａから二次コイルＬ２を介して、イオン電流検出
部１０側に流れることになる。

【００３８】ついで、火花放電遮断回路４０は、ｎｐｎ
型トランジスタ４１と、ｎｐｎ型のトランジスタ４２
と、ｐｎｐ型のトランジスタ４３とを備える。そして、
トランジスタ４１のベースは、ＥＣＵ６に接続され、エ
ミッタは、グランドに接地され、コレクタは、抵抗器４
４を介して電源ラインＬＶに接続されると共に、コンデ
ンサ４５及び抵抗器４６の直列回路を介して、トランジ
スタ４２のベースに接続されている。

【００３９】また、トランジスタ４２のベースは抵抗器
４７を介してグランドに接地され、エミッタはグランド
に直接接地され、コレクタは抵抗器４８及び抵抗器４９
の直列回路を介してトランジスタ４３のベースに接続さ
れている。そして、トランジスタ４２のコレクタとトラ
ンジスタ４３のベースとを接続する抵抗器４８及び抵抗
器４９の接続点には、一端がグランドに接地されたコン
デンサ５１の他端が接続されている。

【００４０】また、トランジスタ４３のエミッタは電源
ラインＬｖに接続されると共に、抵抗器５２を介して、
自己のベースに接続されている。そして、トランジスタ
４３のコレクタはグランドに接地されると共に、ダイオ
ード５３及び前述した抵抗器２３との直列回路を介し
て、トランジスタ５のベースに接続されている。尚、ダ
イオード５３は、トランジスタ４３のコレクタ側をアノ
ード、抵抗器２３側をカソードとして、トランジスタ４
３のコレクタと抵抗器２３との間に接続されている。

【００４１】このように構成された火花放電遮断回路４
０は、ＥＣＵ６から出力される第２指令信号Ｓｂがハイ
レベルであれば、トランジスタ４１がオン状態となり、
コンデンサ４５のトランジスタ４１側を接地する。そし
て、この状態では、コンデンサ４５を介してトランジス
タ４２のベース側に信号が入力されないことから、トラ
ンジスタ４２のベース電位は、抵抗器４７を介してグラ
ンド電位に保持され、トランジスタ４２はオフ状態とな
る。この結果、トランジスタ４２のコレクタ側に設けら
れたコンデンサ５１には、電源ラインＬＶから抵抗器５
２及び抵抗器４９を介して電源電圧Ｖｃが印加され、コ
ンデンサ５１に、その容量と電源電圧Ｖｃとで決まる所
定量の電荷が蓄積され、電流は流れないため、トランジ
スタ４３はオフ状態に保持される。

【００４２】次に、第２指令信号Ｓｂがハイからローレ
ベルに変化すると、トランジスタ４１がオフ状態とな
り、コンデンサ４５のトランジスタ４１側には、抵抗器
４４を介して電源電圧Ｖｃが印加されることになるた
め、コンデンサ４５には、抵抗器４４、コンデンサ４
５、抵抗器４６、抵抗器４７の経路で電流が流れ、トラ
ンジスタ４２のベース電位が上昇して、トランジスタ４
２がオン状態となる。尚、コンデンサ４５は、抵抗器４
４、抵抗器４６、抵抗器４７と共にハイパスフィルタ
（微分回路）を構成するものであり、トランジスタ４１
がターンオフした直後に一時的に電流を流し、トランジ
スタ４２をオンさせるが、コンデンサ４５に所定の電荷
が蓄積されると電流が流れなくなるため、トランジスタ
４２は再びオフ状態となる。

【００４３】そして、このようにトランジスタ４２が一
時的にオン状態となると、トランジスタ４２を介して、
コンデンサ５１に蓄積された電荷が放電されると共に、
電源ラインＬＶから抵抗器５２、抵抗器４９、抵抗器４
８及びトランジスタ４２による電流経路に電流が流れ、
トランジスタ４３のベース電位が低下して、トランジス
タ４３がオン状態になる。

【００４４】また、このようにトランジスタ４３がオン
状態になると、電源ラインＬｖから、トランジスタ４
３、ダイオード５３及び抵抗器２３を介して、トランジ
スタ５がオンする。従って、火花放電遮断回路４０にお
いては、第２指令信号Ｓｂがハイからローレベルに変化
した際に、点火コイル４の一次コイルＬ１に電流（一次
電流）ｉ１を流すことになる。これにより、点火コイル
４の一次コイルＬ１への通電が再開され、点火プラグ３
による火花放電が強制的に遮断されることになる。そし
て、火花放電遮断回路４０においては、第２指令信号Ｓ
ｂがハイからローレベルに変化した際に、トランジスタ
４２がオフ状態となり、コンデンサ５１に、コンデンサ
５１の容量と抵抗器５２及び抵抗器４９の抵抗値とで決
まる一定の時定数にて、所定量の電荷が蓄積されると、
トランジスタ４３がオフ状態となる。

【００４５】次に、本実施形態の内燃機関の燃焼状態検
出装置１におけるイオン電流検出部１０側について説明
する。本実施形態のイオン電流検出部１０は、前記火花
放電電流ｉ２の流れる経路（火花放電電流経路）にコン
デンサ１１及びダイオード１２が形成されている。そし
て、コンデンサ１１と点火コイル４の二次コイルＬ２と
の間に、火花放電電流ｉ２の流れる方向を順方向として
充電用ダイオード１３が直列に接続されており、この充
電用ダイオード１３の両端に、外部から入力される検出
信号Ｓｄに従って短絡する放電用スイッチ１４が、充電
用ダイオード１３に対して並列に接続されている。さら
に、コンデンサ１１とダイオード１２との間には、ダイ
オード１２に対して電流検出用抵抗器１５が並列に接続
されている。そして、コンデンサ１１、電流検出用抵抗
器１５、ダイオード１２、充電用ダイオード１３、放電
用スイッチ１４から構成される閉回路に対して、ツェナ
ーダイオード１６が並列に接続されている。また、イオ
ン電流検出部１０では、点火コイル４の二次コイルＬ２
との接続端にコレクタが接続されると共にエミッタが接
地されており、外部からベースに入力される接地信号Ｓ
ｇに従って、二次コイルＬ２との接続端を接地するトラ
ンジスタ１７が設けられている。尚、本実施形態では、
ツェナーダイオード１６が、特許請求の範囲に記載の充
電手段に相当する。

【００４６】このように構成されたイオン電流検出部１
０は、放電用スイッチ１４が開放されている時に、点火
コイル４の二次コイルＬ２との接続端から接地端に向け
てのみ電流（火花放電電流ｉ２）を流すことが可能とな
る。この時、コンデンサ１１、ダイオード１２、さらに
は充電用ダイオード１３からなる火花放電電流経路を通
過するように電流（火花放電電流ｉ２）が流れ、同時
に、ツェナーダイオード１３にはツェナー電圧Ｖｚを発
生させる方向に電流が流れることになる。これにより、
コンデンサ１１には、ツェナーダイオード１３のツェナ
ー電圧Ｖｚから充電用ダイオード１３及びダイオード１
２の各順方向の電圧Ｖｆだけ小さい電圧Ｖｃ（＝Ｖｚ−
２×Ｖｆ）で充電される。

【００４７】そして、後述するように、点火プラグ３の
電極３ａ−３ｂ間における火花放電が火花放電遮断回路
４０により強制的に遮断されると、ＥＣＵ６からの検出
信号Ｓｄによって放電用スイッチ１４が閉じられる。そ
れにより、充電用ダイオード１３の両端が短絡され、こ
の時、接地端側から二次コイルＬ２との接続端に向けて
電流を流すことが可能となり、具体的には電流検出用抵
抗器１５、コンデンサ１１、放電用スイッチ１４からな
る経路を通過するように電流ｉ３が流れ、電流検出用抵
抗１５における両端電圧が、この際に流れる電流ｉ３の
大きさに応じたものとなる。

【００４８】このように電流ｉ３が流れると、点火コイ
ル４の二次コイルＬ２を介して、点火プラグ３に電圧
（即ち、検出用高電圧）が印加され、イオン電流が流れ
ることになる。この時、点火プラグ３への印加電圧Ｖｐ
は、コンデンサ１１の充電電圧Ｖｃから電流検出用抵抗
器１５での電圧降下分だけ差し引いたもの（Ｖｐ＝Ｖｃ
−Ｒ×ｉ３；但し、Ｒは電流検出用抵抗器１５の抵抗
値）となる。ここで、この印加電圧Ｖｐは、点火プラグ
３が再度火花放電しない程度（例えば約１ｋＶ）に設定
する必要があり、即ち、ツェナーダイオード１６のツェ
ナー電圧Ｖｚは、この印加電圧Ｖｐに基づいて設定する
必要がある。また、このツェナー電圧Ｖｚを、点火プラ
グ３の電極３ａ−３ｂ間にて発生するイオン電流の最大
値近傍に設定することにより、ツェナーダイオード１６
によって、イオン電流の最大値を超えてしまうようなノ
イズを抑制することが可能となる。

【００４９】そして、点火プラグ３の電極３ａ−３ｂ間
にイオン電流が流れることにより、電流検出用抵抗器１
５から得られる両端電圧がＶｉｏとして検出回路８に出
力される。その検出回路８においては、その両端電圧Ｖ
ｉｏをＡＤ変換して読み込み、内燃機関の燃焼状態を検
出すべくＥＣＵ６への入力に適した検出信号Ｄｉｏに変
換してＥＣＵ６へ出力される。尚、本実施形態では、検
出回路８が、特許請求の範囲に記載の燃焼状態検出手段
に相当する。

【００５０】図２は、本実施形態の内燃機関の燃焼状態
検出装置１における、第１指令信号Ｓａ、第２指令信号
Ｓｂ、点火プラグ３の中心電極３ａの電位Ｖｐ、電流検
出用高電圧１５の両端電圧Ｖｉｏ（即ち、点火プラグ３
の電極３ａ−３ｂ間に流れるイオン電流ｉ３）、放電用
スイッチ１４により充電用ダイオードの両端を短絡する
ための検出信号Ｓｄ、接地信号Ｓｇの各状態をタイムチ
ャートにより示す。

【００５１】まず、時刻ｔ１にて、第１指令信号Ｓａを
ハイからローレベルに切り換え、火花放電発生手段２０
により点火コイル４の一次コイルＬ１に電流（一次電
流）ｉ１を流し、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をローからハイ
レベルに切り換え、点火コイル４の一次コイルＬ１への
一次電流ｉ１の通電を遮断すると、点火プラグ３の中心
電極３ａに負極性の点火用高電圧が印加され、その電位
Ｖｐが急峻に低下すると共に点火プラグ３の電極３ａ−
３ｂ間に火花放電が発生する。この時、火花放電電流ｉ
２が発生し、点火コイル４の二次コイルＬ２を介して、
イオン電流検出部１０側にその電流ｉ２が流れる。尚、
この火花放電時に流れる火花放電電流ｉ２については、
前述したようにツェナーダイオード１６にツェナー電圧
Ｖｚを発生させると共に、充電用ダイオード１３を介し
てコンデンサ１１に供給されて、コンデンサ１１に充電
されることになる。

【００５２】そして、時刻ｔ２にて、第１指令信号Ｓａ
をローからハイレベルに反転させて、点火プラグ３に火
花放電を発生させると同時に、第２指令信号Ｓｂをロー
からハイレベルに切り換える。この時、内燃機関の運転
状態に基づき火花放電継続時間を算出し、その後、その
火花放電継続時間の算出値による所定時間が経過した時
刻ｔ３において、第２指令信号Ｓｂをハイからローレベ
ルに反転させて、火花放電遮断回路４０により点火コイ
ル４の一次コイルＬ１に通電を再開させ、火花放電を強
制的に遮断する。

【００５３】この時刻ｔ３において、点火プラグ３によ
る火花放電を強制的に遮断すると、点火コイル４の二次
コイルＬ２に誘起された点火用高電圧（点火プラグの中
心電極の電位Ｖｐ）が、電圧減衰振動を開始する。そし
て、この振動がある程度収束するための所定時間が経過
した時刻ｔ４にて、検出信号Ｓｄをローからハイレベル
に切り換える。この時、充電用ダイオード１３の両端が
短絡されるように放電用スイッチ１４が作動して、コン
デンサ１１に充電された電荷の放電が許容され、点火プ
ラグ３の電極３ａ−３ｂ間にイオン電流ｉ３を発生させ
る。尚、この検出期間は、イオン電流ｉ３が正常に流れ
た場合において、コンデンサ１１に充電された電荷の全
てが放電されるような長さに設定することが望ましい。

【００５４】そして、イオン電流ｉ３の検出期間が終了
すると、時刻ｔ５において、検出信号Ｓｄがハイからロ
ーレベルに切り換わり、充電用ダイオード１３によっ
て、コンデンサ１１からの放電が阻止される。また、そ
れと同時に、接地信号Ｓｇがローからハイレベルに切り
換わり、トランジスタ１７によりイオン電流検出部１０
側の二次コイルＬ２との接続端が接地され、例えば、失
火等が発生し十分なイオン電流ｉ３が流れないことか
ら、点火プラグ３の電極に残存してしまった電荷が確実
に放電される（時刻ｔ５〜ｔ６）。このため、点火プラ
グ３の電極３ａ−３ｂ間に不必要な電圧がかかることが
なく点火プラグ３の電極消耗を抑制することが可能とな
る。尚、トランジスタ１７の導通（これにより、点火プ
ラグ３の残存電荷が放電される）及び非導通への切り換
えは、検出信号Ｓｄがローレベルに切り換わった後であ
って、次の火花放電が行われる（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）までの間の任意
時点に行えばよい。

【００５５】ついで、内燃機関の燃焼状態検出装置１に
備えられているＥＣＵ６において実行される一連のイオ
ン電流の検出処理について、図３に示すフローチャート
に沿って説明する。尚、ＥＣＵ６は、内燃機関の火花放
電発生時期、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
の検出処理以外に、そのイオン電流の検出に基づく失火
等（燃焼状態）の検出や、内燃機関の吸気管圧力（又は
吸入空気量）、回転速度、スロットル開度、冷却水温な
どの各種運転状態を検出する状態検出処理、さらには検
出された運転状態に応じて火花放電させるための第１指
令信号Ｓａ等、機関制御のための各種信号を出力する信
号出力処理等を行なっている。

【００５６】また、図３に示す点火制御のための制御処
理にあたっては、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、排気行程を行う１
サイクルに１回の割合で実行されるものである。

【００５７】図３に示すように、まず本処理が起動され
ると、まずＳ１１０（Ｓはステップの略）にて、別途実
行される運転状態検出処理にて検出された機関の運転状
態を読み込み、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ｔｓ及び火花放電継続時間
Ｔｔ及び放電用スイッチ作動の待機時間Ｔｗを算出す
る。尚、火花放電発生時期ｔｓは、例えば、内燃機関の
吸入空気量と回転速度をパラメータとするマップもしく
は計算式を用いて制御基準値を求め、これを冷却水温、
吸気温等に基づき補正する、といった手順により算出さ
れる。また、火花放電継続時間Ｔｔは、例えば、内燃機
関の回転速度と機関負荷を表すスロットル開度とに基づ
き、混合気を燃焼させるのに要する火花エネルギーが大
きい運転状況下（内燃機関の低回転時等）には長く、火
花エネルギーが小さくてよい運転状況下（高回転高負荷
時等）には短くなるように、予め設定されたマップもし
くは計算式を用いて算出される。さらに、放電用スイッ
チ作動の待機時間Ｔｗは、イオン電流の検出が可能な期
間内であり、かつ火花放電を強制的に遮断した後に点火
コイル４の二次コイル側回路に発生する電圧減衰振動が
ある程度収束するような長さに設定される。尚、この待
機時間Ｔｗは、前述した火花放電継続時間に基づいて予
め設定されたマップもしくは計算式を用いることで算出
することができる。

【００５８】次に、Ｓ１３０では、Ｓ１２０にて算出し
た火花放電発生時期ｔｓに基づき、火花放電発生時期ｔ
ｓに対して、予め設定された一次コイルＬ１の通電時間
だけ早い一次コイル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）にて、第１
指令信号Ｓａをハイからローレベルに変化させる。尚、
Ｓ１３０の処理により、第１指令信号Ｓａをハイからロ
ーレベルに切り換えると、火花放電発生回路２０が、ト
ランジスタ５をオンさせるため、点火コイル４の一次コ
イルＬ１に一次電流ｉ１が流れる。また、火花放電発生
時期ｔｓまでの一次コイルＬ１の通電時間は、一次コイ
ルＬ１への通電によって、内燃機関のあらゆる運転条件
下で混合気を燃焼させるのに要する最大の火花エネルギ
ーを点火コイル４に蓄積させるのに要する時間であっ
て、予め設定されている。

【００５９】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で算出した火花
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によ
り、火花放電発生時期ｔｓが経過するのを待つ。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、Ｓ１５０に移行する。

【００６０】Ｓ１５０では、図２に示したように、第１
指令信号Ｓａをローからハイレベルに反転させると同時
に、第２指令信号Ｓｂをローからハイレベルに反転させ
る。この結果、火花放電発生回路２０の動作により、ト
ランジスタ５がターンオフして、一次電流ｉ１が遮断さ
れ、点火コイル４の二次コイルＬ２に点火用高電圧が発
生し、点火プラグ３において火花放電が発生する。ま
た、火花放電遮断回路４０側では、トランジスタ４１が
オン状態となり、一次電流ｉ１を再通電可能な待機状態
となる。尚、このＳ１５０では、点火プラグ３において
火花放電されることにより、その火花放電時に流れる火
花放電電流ｉ２が、ツェナーダイオード１６にツェナー
電圧Ｖｚを発生させるとともに、充電用ダイオード１３
を介してコンデンサ１１に供給されて所定の検出用高電
圧にまで充電を開始する。

【００６１】次に、Ｓ１６０では、Ｓ１４０にて火花放
電発生時期ｔｓとなった後、Ｓ１２０で求めた火花放電
継続時間Ｔｔが経過したか否かを判断し、否定判定され
た場合には、同ステップを繰り返し実行することによ
り、火花放電継続時間Ｔｔが経過するのを待つ。そし
て、Ｓ１６０にて、火花放電継続時間Ｔｔが経過したと
判断される（図２に示す時刻ｔ３）と、Ｓ１７０に移行
して、第２指令信号Ｓｂがハイからローレベルに変化さ
れて、火花放電を強制的に遮断する。

【００６２】そして、火花放電が強制的に遮断される
と、Ｓ１８０に移行する。このＳ１８０では、Ｓ１２０
にて設定した待機時間Ｔｗが経過したか否かを判断す
る。具体的には、ＥＣＵ１６に内蔵されたタイマーにて
火花放電（強制的に火花放電を遮断した）後の所定経過
時間を計時することにより判断すればよい。そして、待
機時間Ｔｗが経過した（図２に示す時刻ｔ４）と判断さ
れると、Ｓ１９０に移行して、予め決められた検出期間
の間だけ、検出信号Ｓｄをローからハイレベルに反転さ
せて、放電用スイッチ１４を作動させる。このようにし
て、放電用スイッチ１４が作動することにより、コンデ
ンサ１１からの放電が許容され、点火プラグ３に、点火
コイル４の二次コイルＬ２を介して検出用高電圧が印加
され、点火プラグ３の電極３ａ−３ｂ間でのイオンの発
生量に応じたイオン電流ｉ３が流れることになる。尚、
この待機時間Ｔｗの間は、検出信号Ｓｄがローレベルに
保持され放電用スイッチ１４が開放されたままであるた
め、コンデンサ１１に充電された電荷が放電されること
はない。

【００６３】続いてＳ２００に移行し、この検出期間
（検出信号Ｓｄがハイレベル）の間に、電流検出用抵抗
器１５の両端電圧Ｖｉｏを検出回路８に出力し、検出回
路８にて両端電圧ＶｉｏをＡＤ変換し、検出値Ｄｉｏと
してＥＣＵ６に出力される。そして、検出期間が終了す
る（図２に示す時刻ｔ５）と、Ｓ２１０にて、接地信号
Ｓｇを出力してトランジスタ１７を導通させることによ
り、点火プラグ３に残存する電荷を放電させて、本処理
を終了する。尚、ＥＣＵ６に取り込んだイオン電流ｉ３
に基づく検出値Ｄｉｏは、例えば、内燃機関のノッキン
グやプレイグニッション等の異常燃焼や失火といった燃
焼状態を検出するため等に用いられることになる。

【００６４】以上説明したように、本実施形態の内燃機
関の燃焼状態検出装置１においては、イオン電流ｉ３を
検出すべき検出期間においてのみコンデンサ１１に充電
された電荷の放電を許容し、点火プラグ１０に検出用高
電圧を印加するようにされているものである。それによ
り、点火プラグ３における火花放電を強制的に遮断した
後に点火コイル４の二次コイル側回路で電圧減衰振動を
起こしたとしても、コンデンサ１１の充電電荷が無駄に
消費されてしまうことはなく、それによりコンデンサ１
１の静電容量を必要十分な大きさに設定することが可能
となる。また、本実施形態によれば、二次コイル側回路
の電圧減衰振動がある程度収束した状態で、イオン電流
ｉ３の検出を行なうことができ、イオン電流ｉ３の検出
精度を向上させると共に、イオン電流ｉ３に応じて電流
検出用抵抗器１５から検出される検出値Ｖｉｏ（Ｄｉ
ｏ）から、減衰振動に基づくノイズ成分を除去するため
のフィルタ回路等を、省略又は簡略化することができ
る。

【００６５】さらに、内燃機関の失火等により、火花放
電後に流れるイオン電流ｉ３が小さく、コンデンサ１１
及び点火プラグ３に電荷が残存したとしても、放電用ス
イッチ１４を開放すると共に、トランジスタ１７を導通
しさえすれば、点火プラグ３の電極に不要な電圧が印加
されることを確実に防止でき、ひいては、点火プラグ３
の電極の消耗、さらには点火プラグ３の汚損（絶縁抵抗
の低下）を抑制することができる。

【００６６】加えて、火花放電遮断回路４０を用いた点
火コイル４の一次コイルＬ１への通電を、図２に示すよ
うに、点火プラグ３の中心電極３ａの電位Ｖｐが十分低
く、電極３ａ−３ｂ間で火花放電が生じているときに行
うようにすれば、点火プラグ３の中心電極３ａの電位Ｖ
ｐを上昇させて、火花放電を強制的に遮断させることが
できる。このことから、本実施形態では、ＥＣＵ６が、
第１指令信号Ｓａの切換タイミングを制御することによ
り、点火プラグ３の火花放電タイミングを制御するだけ
でなく、第２指令信号Ｓｂの切換タイミングを制御する
ことによって、点火プラグ３による火花放電の終了時期
を制御することで、混合気を燃焼させるために点火プラ
グ３に供給する火花エネルギを必要最小限に抑え、点火
プラグ３の電極の消耗を抑制することができるため、前
述したイオン電流検出部１０の構成と相乗してさらなる
長寿命化を図ることができる。

【００６７】また、前述の実施形態においては、種々の
態様を採ることができるものであり、前述の実施形態
（図１参照）の別形態の内燃機関の燃焼状態検出装置
を、図４及び図５を参照しつつ説明する。

【００６８】まず、図４に示した第１の別形態の内燃機
関の燃焼状態検出装置は、前述の実施形態で説明した内
燃機関の燃焼状態検出装置１において（図１参照）、点
火プラグ３にコンデンサ１１に充電された電荷が放電さ
れた際に形成されるイオン電流ｉ３の電流経路の内、コ
ンデンサ１１と点火コイル４の二次コイルＬ２との電流
経路間に抵抗器１８を備えてなるものである。このよう
に抵抗器１８を備えることにより、放電用スイッチ１４
が作動して充電用ダイオード１３の両端が短絡された際
に形成される電流経路にイオン電流ｉ３が流れる際に、
そのイオン電流ｉ３の大きさを律速させるようにして機
能することから、イオン電流ｉ３の検出時において、イ
オン電流に重畳されるノイズ成分を減少させた形で検出
することが可能となる。尚、図４に示した抵抗器１８の
抵抗値は、点火プラグ３の電極間に発生する数十〜数百
μＡ程度の大きさをもったイオン電流ｉ３自体を律速さ
せないような大きさの抵抗値をもった抵抗器１８を配す
る必要がある。

【００６９】ついで、図５に示した第２の別形態の内燃
機関の燃焼状態検出装置は、前述の実施形態で説明した
内燃機関の燃焼状態検出装置１において（図１参照）、
ダイオード１２に変わりツェナーダイオード１９が、接
地側をカソードとして電流検出用抵抗１５に並列に接続
されているものである。このようにしてツェナーダイオ
ード１９を設けることにより、放電スイッチ１４が充電
用ダイオード１３の両端を短絡されて形成される電流経
路にイオン電流ｉ３が流れる時に、電流検出用抵抗器１
５から得られる両端電圧Ｖｉｏは、ツェナーダイオード
１９自体が有するツェナー電圧以上の電圧値の発生を抑
制した形で検出される。それにより、ツェナーオード１
９のツェナー電圧を、点火プラグ３の電極間にて正常に
発生するイオン電流の最大値近傍（即ち、そのイオン電
流ｉ３の最大値から算出される電流検出用抵抗器１５か
らの検出値Ｖｉｏの最大値近傍）に設定することによ
り、ツェナーダイオード１９がイオン電流の最大値を超
えるようなノイズ成分の発生を全て抑制するように機能
するので、ノイズ成分が減少した形でのイオン電流の検
出が可能となる。尚、点火プラグ３における火花放電時
であって放電用スイッチ１４が開放されている時には、
点火コイル４の二次コイルＬ２との接続端から接地端に
向けて火花放電電流ｉ２が流れるようにツェナーダイオ
ード１９が機能することは言うまでもない。

【００７０】また、本実施形態にあっては、検出回路８
が燃焼状態検出手段を構成するものであるが、この検出
回路８をＥＣＵ６とは別体に設けずにＥＣＵ６内に組み
込むことで構成を図ったり、ＥＣＵ６において直接両端
電圧Ｖｉｏを読み込めるようにして燃焼状態の検出を行
うといった構成を図ることで、燃焼状態検出手段を構成
しても何等構わない。

【００７１】さらに、以上説明した実施形態（図４及び
図５に示した別形態含む）の内燃機関の燃焼状態検出装
置は、メタンガス等といった気体燃料を燃料とするガス
エンジンに適用されることで、より効果を発揮する。

【００７２】気体燃料は、通常、液体燃料であるガソリ
ンに比べて絶縁性が高いため、相対的に火花放電電圧が
高くなる関係上、点火コイルの最大点火用高電圧発生能
力は、ガソリンエンジン向けのそれよりも高く設定しな
ければならず、このため一次コイル及び二次コイルの巻
数を増やすことが必要となるが、このように一次コイル
及び二次コイルの巻数を増やすことは、点火コイルのイ
ンダクタンスを増加させてしまうことになり、それによ
り点火プラグにおける火花放電を強制的に遮断した際に
発生する電圧減衰振動がより大きくなってしまう。即
ち、ガスエンジンにおいてイオン電流による検出を行う
際に、ガソリンエンジンと比較して、得られるイオン電
流にノイズ成分が多く重畳してしまうことが考えられ
る。そこで、気体燃料を用いるガスエンジン（内燃機
関）に対して、前述した実施形態（図４及び図５に示し
た別形態含む）の内燃機関の燃焼状態検出装置を適用す
ることで、点火プラグによる火花放電を強制的に遮断し
た後に発生する電圧減衰振動に対しても影響されること
なく、イオン電流を精度よく正確に検出できることを可
能とし得ることから、非常に効果的となる。

【００７３】しかも、ガスエンジンは燃料として気体燃
料を使用することから、点火プラグに燻り（絶縁体への
カーボン付着のこと）がほとんど生じることがないため
に、前述したように点火プラグの電極消耗を抑制する効
果を有する本実施形態の内燃機関の燃焼状態検出装置
を、ガスエンジンに適用することにより、さらに点火プ
ラグの長寿命化を図ることができるものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置の実施
形態を示した全体構成図である。

【図２】本発明の実施形態における各部の信号を表す
波形図である。

【図３】ＥＣＵにて実行されるイオン電流検出処理を
表すフローチャートである。

【図４】本発明の第１の別実施形態を示した全体構成
図である。

【図５】本発明の第２の別実施形態を示した全体構成
図である。

【図６】従来からのイオン電流検出部を示した全体構
成図である。

【図７】従来からのイオン電流検出部を示した各部の
信号を表す波形図である。

【符号の説明】

１内燃機関の燃焼状態検出装置２点火装置３点火プラグ４点火コイル６電子制御装置（ＥＣＵ）８検出回路（燃焼状態検出手段）１０イオン電流検出部１１コンデンサ１３充電用ダイオード１４放電用スイッチ１５電流検出用抵抗器１６ツェナーダイオード（充電手段）１８抵抗器１９ツェナーダイオード２０火花放電発生回路（火花放電発生手段）４０火花放電遮断回路（火花放電遮断手段）Ｌ１一次コイルＬ２二次コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】点火コイルの一次コイルに一定時間通電
し、該通電電流の遮断により前記点火コイルの二次コイ
ルに点火用高電圧を発生させて、点火プラグの電極間に
火花放電を開始させる火花放電発生手段と、前記点火プラグの火花放電開始後、内燃機関の運転状態
に基づき、その火花放電によって混合気を燃焼させるの
に要する火花放電継続時間を算出し、所定の火花放電継
続時間が経過したタイミングに応じて火花放電を強制的
に遮断する火花放電遮断手段と、前記点火プラグと前記二次コイルとを含む電流経路に直
列に挿入されたコンデンサと、前記点火プラグの火花放電時に流れる火花放電電流によ
り、前記コンデンサを予め決められた前記点火用高電圧
よりも低くかつ逆極性の検出用高電圧まで充電する充電
手段と、前記火花放電遮断手段により火花放電を強制的に遮断し
た後、前記充電手段により充電された前記コンデンサに
よって、前記検出用高電圧が前記二次コイル及び前記点
火プラグに印加された時に、前記電流経路に流れるイオ
ン電流を検出する電流検出用抵抗器と、前記電流検出用抵抗により検出されたイオン電流に基づ
き、内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段
と、を備えると共に、前記火花放電電流の流れる方向を順方向として前記コン
デンサに直列に接続され、前記充電手段により前記コン
デンサに充電された電荷の放電を阻止するための充電用
ダイオードと、その充電用ダイオードの両端を短絡して前記コンデンサ
に充電された電荷を放電する放電用スイッチと、前記イオン電流を検出すべきタイミングにて、前記放電
用スイッチを作動させるスイッチング制御手段と、を備
えることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検
出装置であって、前記放電用スイッチが作動することにより、前記充電用
ダイオードの両端を短絡して前記コンデンサに充電され
た電荷が放電される際の電流経路の内、前記コンデンサ
から前記二次コイルまでに到る前記電流経路間に少なく
とも１つ以上の抵抗器が備えられていることを特徴とす
る内燃機関の燃焼状態検出装置装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の内燃機
関の燃焼状態検出装置であって、ツェナーダイオードが、接地側をカソードとして前記電
流検出用抵抗器に並列に接続されていることを特徴とす
る内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の内燃機関の燃焼状態検出装置であって、前記火花放電遮断手段は、前記火花放電発生手段が前記
点火コイルの一次コイルへの通電電流を遮断した後、前
記火花放電が開始されてから所定の火花放電継続時間が
経過したタイミングに応じて、前記一次コイルへの通電
を再開することにより、前記点火プラグの火花放電を強
制的に遮断することを特徴とする内燃機関の燃焼状態検
出装置。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載の内燃機関の燃焼状態検出装置であって、前記内燃機関は、燃料として気体燃料を用いるガスエン
ジンであることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装
置。