JP4141014B2

JP4141014B2 - 内燃機関用点火装置

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Publication number: JP4141014B2
Application number: JP20966998A
Authority: JP
Inventors: 浩稲垣; 稔明近藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP2000045924A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグの火花放電後に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路を備えた内燃機関用点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の失火やノッキングの他、内燃機関の各種運転状態（空燃比，空燃比のリーン限界，排気再循環量の限界等）を検出するために、内燃機関の点火プラグの火花放電後に、点火プラグの電極近傍に存在するイオンによって流れるイオン電流を利用する技術が知られている。
【０００３】
即ち、内燃機関のシリンダ内では、点火プラグによる火花放電後の燃焼（火炎伝播）時にイオンが発生し、このイオンの発生量に応じて点火プラグの電極間の抵抗値が変化する。そして、イオンの発生量は、内燃機関の燃焼状態、ひいては内燃機関の運転状態に応じて様々に異なる。このため、点火プラグへの点火用高電圧印加後（つまり点火プラグの火花放電後）に、点火プラグに対して外部から電圧を印加し、それによって流れるイオン電流を検出することにより、点火プラグの電極間の抵抗値の変化（つまり運転状態の変化）を検出することができるのである。
【０００４】
このようなイオン電流検出回路は、例えば、特開平４−１９１４６５号公報等に開示されているように、点火コイルの一次巻線に流れる電流を、一次巻線に直列接続されたパワートランジスタによりオン・オフ制御する、いわゆるフルトランジスタ型の点火回路に適用されている。
【０００５】
そして、フルトランジスタ型の点火回路では、図８に示すように、点火タイミングｔｓの前の時点ｔｐでパワートランジスタをオン状態にして点火コイルの一次巻線に電流を流し、その後、点火タイミングｔｓにて、パワートランジスタをターンオフし、このターンオフ時に一次巻線の電流が遮断されることにより生じる磁束の急激な変化によって、点火コイルの二次巻線に点火用高電圧を誘起させ、この点火用高電圧を点火プラグに印加している。
【０００６】
この場合、点火プラグでの火花放電は、電極間を絶縁破壊する容量放電に続いて、誘導放電（アーク放電ともいう）が発生し、この誘導放電を含む火花放電の放電持続時間τは、シリンダ内での燃焼状態と、点火コイルのインダクタンス分とにより決まる。
【０００７】
なお、エンジン始動時やアイドリング時などの低回転，軽負荷時での着火性を確保するには、放電持続時間τを長く（２〜３ｍｓ程度）する必要があり、この放電持続時間τが確保されるような大きさに点火コイルのインダクタンスは設定されている。
【０００８】
そして、イオン電流の検出は、運転状態から想定される燃焼状態と、コイルのインダクタンス分の大きさとに基づいて放電持続時間の推定値Ｔａを算出し、点火タイミングｔｓからこの推定値Ｔａが経過した時点ｔｄにて行うのであるが、装置毎の燃焼状態（例えば点火タイミングから実際に着火するまでの時間）やインダクタンス分のばらつき等も考慮して、通常、算出値に安全係数を乗じることにより、実際の放電持続時間τよりかなり長めに推定値Ｔａが設定されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、火花放電後の燃焼時に発生したイオンは、着火後わずかな時間の間しか存在しないため、高回転，重負荷時など着火性が良くなる条件にある場合には、点火タイミング後すぐに着火するため、イオンの存在期間（図中Ｂ，Ｃ期間を参照）と放電持続時間とが重なり合ってしまい、イオン電流を検出できなかったり、検出できたとしても検出レベルが極めて小さく検出精度が劣化してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するために、イオン電流を確実かつ精度よく検出できる内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、内燃機関の気筒に装着された点火プラグに点火用高電圧を印加して、該点火プラグに火花放電を起こさせる点火手段と、該点火手段の動作を制御する点火制御手段と、該点火制御手段が前記点火手段を動作させた後に、前記点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧を前記点火プラグに印加して、前記点火プラグの電極間を流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段とを備えた内燃機関用点火装置において、前記点火手段は、電源に接続され放電用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、一次巻線が前記コンデンサ，二次巻線が前記点火プラグと共にそれぞれ閉ループを形成するよう接続された点火コイルと、前記コンデンサと前記一次巻線とを接続する電流経路を、各着火タイミングにおいて予め設定された放電間隔で予め設定された放電期間中繰り返し断続するスイッチング手段とを備え、前記点火制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて放電期間を設定し、前記イオン電流検出手段は、前記点火制御手段にて設定される放電期間の終了後からＴＤＣに達するまでの期間内に前記イオン電流を検出することを特徴とする。
【００１２】
このように構成された本発明の内燃機関用点火装置においては、点火制御手段が運転状態に応じて（例えば、着火性の悪い低回転，軽負荷であるほど長く、逆に着火性の良い高回転，重負荷であるほど短くなるように）放電期間を設定する。この放電期間の間、スイッチング手段は、コンデンサと一次巻線とを接続する電流経路を、各着火タイミングにおいて予め設定された放電間隔で予め設定された放電期間中繰り返し断続する。なお、スイッチング手段により電流経路が遮断状態にある時には、電源によって充電されることにより、コンデンサには放電用のエネルギーが蓄積され、一方、電流経路が接続状態に切り替わると、コンデンサに蓄積されたエネルギーが放電されることにより、一次巻線に瞬間的に大電流が流れ、二次巻線に点火用高電圧が発生する。
【００１３】
つまり、点火制御手段が設定する放電期間の間、点火プラグでは放電間隔毎に火花放電が繰り返され、いわゆる多重放電が行われることになる。
そして、この多重放電の終了後に、イオン電流検出回路が、点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧を点火プラグに印加して、この時、点火プラグの電極間を流れるイオン電流を検出する。
【００１４】
このように本発明では、点火回路として、点火コイルの一次巻線に接続されたコンデンサを充放電することにより二次巻線に点火用高電圧を発生させる、いわゆる容量放電（ＣＤＩ）方式で多重放電を行うもの用いており、しかも、その多重放電の放電期間を運転状態に応じて制御するようにされている。
【００１５】
なお、コンデンサにエネルギーを一旦蓄積してから放電することにより一瞬の間だけ電流を流すＣＤＩ方式では、一次巻線に一定期間の間電流を流し続けなけばならないフルトランジスタ方式と比較して、点火コイルの一次巻線への印加電圧を高く設定（通常、数１００Ｖ）することができ、その分、二次巻線の巻数を少なくして、二次巻線のインダクタンス（ひいては点火コイルの出力インピーダンス）を小さくすることができる。
【００１６】
そして、二次巻線のインダクタンスが小さい場合、火花放電は、誘導放電に進むことなく容量放電だけで終了するため、放電期間内に多重放電される各火花放電の放電持続時間はいずれも短い。
その結果、フルトランジスタ型の点火回路を用いた場合のように誘導放電の持続時間の間待機することなく、放電期間の終了直後にイオン電流の検出を行うことができ、しかも、放電期間は、運転状態に応じて必要最小限の長さに適宜設定できるため、着火性のよい高回転，重負荷時でも、放電期間がイオンの存在期間と重なり合ってしまうことがない。
【００１７】
従って、本発明の内燃機関用点火装置によれば、イオン電流を確実かつ感度よく検出することができ、ひいては検出したイオン電流に基づいて行う各種制御を精度よく行わせることができる。
また、本発明の内燃機関用点火装置では、二次巻線のインダクタンスが小さいので、１回の火花放電における放電持続時間が短いだけでなく、二次巻線に誘起される点火用高電圧の立ち上がりも早く、従って、点火プラグの電極間への電圧印加時間が短い。このため、点火プラグの絶縁体表面に付着したカーボンが、電圧印加時に電極間に生じる電界によって移動，整列して電極間の絶縁抵抗の低下を引き起こすいわゆる汚損が発生しにくい。
【００１８】
しかも、点火プラグの絶縁抵抗に対して二次巻線の出力インピーダンスを十分に小さくすることができるため、汚損等により点火プラグの電極間の絶縁抵抗が多少低下したとしても、点火プラグへの印加電圧が大きく低下してしまうことがなく、火花放電を確実に行うことができ、汚損に強い点火装置を構成することができる。
【００１９】
更に、本発明の内燃機関用点火装置によれば、着火性のよい高回転、重負荷時には、放電期間を短くして放電回数を減らすことができるため、点火プラグの電極が無駄に消耗されることを防止することができる。
【００２０】
ところで、火花放電後に、火花放電しない程度の電圧を点火プラグに印加した場合、図７に示すように、火花放電が行われた直後からクランク上死点（ＴＤＣ）に達するまでの間に、プラグ周りの混合気の燃焼によるイオン乖離に基づく電流（第１のピーク）Ｐ１が検出される他、その後、燃焼圧がピークとなるのとほぼ同時期に、燃焼圧の増大やガス温の上昇に伴う生成物の熱電離に基づく電流（第２のピーク）Ｐ２が検出され、しかも、低回転，低負荷時には、第２のピークＰ２は現れないか、又は非常に小さいことが知られている。
【００２１】
これに対して、本発明の内燃機関用点火装置によれば、放電期間の終了後からＴＤＣに達するまでの期間内にイオン電流を検出しているため、低回転，軽負荷時から高回転，重負荷時まで、全運転域で確実にイオン電流を検出することが可能となる。
特に、イオン電流検出手段は、請求項２に記載のように、イオン電流を、ＴＤＣ前に生じる第１のピークで検出することが望ましい。
【００２２】
なお、請求項３記載のように、放電期間は、放電期間は、着火が十分に生じる程度には長く、一方でイオン電流の検出が可能となる程度に短く設定されている必要がある。
ところで、点火手段にて多重放電を行うのは、ＣＤＩ方式のように火花放電の放電持続時間が短い場合、火花放電にて燃焼室内で形成される火炎核が小さく、火炎核が成長することができずに失火となりやすいため、火花放電を繰り返して火炎核を多数形成することにより、各火炎核の相互作用で周囲に奪われる熱量を少なくし、火炎核が成長し易い条件を作り出して、着火性を向上させているのである。
【００２３】
つまり、多重放電における火花放電の放電間隔を変化させると、火炎核が相互作用する度合いも変化して、着火性に影響を与えることが予想される。
そこで、多重放電する際に、放電間隔を様々に設定して着火性がどのように変化するのかを調べるために、運転限界空燃比（Ａ／Ｆｕ）を測定する試験を行ったところ、図５，６に示すような結果が得られた。
【００２４】
ここで、運転限界空燃比（Ａ／Ｆｕ）とは、一定条件下で駆動しているエンジンの空燃比（Ａ／Ｆ）を除々に高く（即ち、リーン側に）してゆき、失火によって生じる燃焼圧の変動率が１０％を越える状態となったときの空燃比のことである。
【００２５】
また、試験には、自動車用の直列６気筒２０００ｃｃエンジンを用い、第１の試験（図５参照）では、回転数２０００ｒｐｍ，吸気管内負圧−３５０ｍｍＨｇの条件下で、多重放電の継続時間Ｔｔ（＝Ｔｍ×Ｎ）が２ｍｓとなるように火花放電の放電間隔Ｔｍ及び放電回数Ｎを変化させ、また、第２の試験（図６参照）では、回転数２０００ｒｐｍ，吸気管内負圧−１００ｍｍＨｇの条件下で、多重放電の継続時間Ｔｔが１ｍｓとなるように火花放電の放電間隔Ｔｍ及び放電回数Ｎを変化させた。
【００２６】
更に、評価の基準とするため、従来のフルトランジスタ型の点火装置における運転限界空燃比（Ａ／Ｆｕ）も測定した。この場合、火花放電は１回のみであり、エンジンの運転条件を調整することにより、火花放電の放電持続時間τが、第１の試験の基準ではτ＝２ｍｓ，第２の試験の基準ではτ＝１ｍｓとなるように設定した。
【００２７】
図５に示す第１の試験、即ち着火性が悪く放電期間を長く（ここでは２ｍｓ）する必要がある低負荷（吸気管内負圧−３５０ｍｍＨｇ）の場合も、また、図６に示す第２の試験、即ち着火性が良く放電期間を短く（ここでは１ｍｓ）できる高負荷（吸気管内負圧−１００ｍｍＨｇ）の場合も、いずれの場合でも、放電間隔Ｔｍが１００μｓ以下であれば、フルトランジスタ型の点火回路を用いた従来装置と同程度の運転限界空燃比Ａ／Ｆｕが得られ、放電間隔Ｔｍが３００μｓ以下であれば、ほぼＡ／Ｆｕ≧２０となり、実用上十分に使用し得ることがわかった。
【００２８】
従って、請求項４記載のように、放電間隔を規定するスイッチング手段の断続間隔は、３００μｓ以下に設定されていることが望ましい。更には、スイッチング手段の断続間隔（即ち、放電間隔）は１００μ以下に設定されていることがより望ましく、この場合、従来装置と比べて、運転限界空燃比（Ａ／Ｆｕ），ひいては着火性を低下させることなく、上述のイオン電流を確実かつ高感度にて検出できるという効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用された内燃機関用点火装置の概略構成図である。
図１に示すように、本実施例の内燃機関用点火装置は、内燃機関の各気筒毎に設けられた点火プラグ１０を、点火信号ＩＧに従って火花放電させる点火回路２と、点火回路２に電源供給するバッテリＢＴと、混合気の燃焼により点火プラグ１０の電極近傍に発生するイオンによって流れるイオン電流を、検出信号Ｓｄに従って検出するイオン電流検出回路４と、点火回路２に点火信号ＩＧを出力すると共に、イオン電流検出回路４に検出信号Ｓｄ及び後述する接地信号Ｓｇを出力する内燃機関制御用の電子制御装置（以下、ＥＣＵという）６と、イオン電流検出回路４の出力ＶioをＡＤ変換してＥＣＵ６の入力に適した信号Ｄioとする検出回路８とを備えている。
【００３０】
なお、ＥＣＵ６以外の構成は、内燃機関の各気筒毎に設けられるものであるが、図１では、図面を見やすくするために１気筒分のみを表している。
そして、点火回路２は、点火プラグ１０に点火用高電圧を印加する点火コイル１２を備えており、この点火コイル１２の一次巻線Ｌ１には、コンデンサ１４が直列に接続されている。また、この直列接続されたコンデンサ１４及び一次巻線Ｌ１には、バッテリＢＴの電圧を昇圧してコンデンサ１４の充電用電圧（本実施例では３００〜４００Ｖ程度）を生成する昇圧回路１５と、アノードがコンデンサ１４側端に、カソードが一次巻線Ｌ１側端に接続されたサイリスタ１６とが接続されている。更に、サイリスタ１６のゲートには、ＥＣＵ６からの点火信号ＩＧに従って、サイリスタ１６をターンオンさせるトリガー信号ＴＧを出力するタイマ回路１８が接続されている。
【００３１】
なお、点火コイル１２の二次巻線Ｌ２は、一端が点火プラグ１０の中心電極に接続され、他端がイオン電流検出回路４に接続されており、点火プラグ１０の外側電極は接地されている。
また、二次巻線Ｌ２のインダクタンスをＬ［Ｈ］、二次巻線Ｌ２や配線の浮遊容量，点火プラグ１０の負荷容量等を含む二次側回路の実効負荷容量をＣ［Ｆ］とした場合に、点火コイル１２の二次側回路は次の（１）式を満たすように設定されている。
【００３２】
Ｌ・Ｃ≦２５０×１０^-12［ｓｅｃ²］（１）
このように構成された点火回路２では、サイリスタ１６がオフ状態にある時に、昇圧回路１５が生成する充電電圧によりコンデンサ１４が充電される。このようにコンデンサ１４が充電された状態で、タイマ回路１８からのトリガー信号ＴＧにより、サイリスタ１６がターンオンすると、コンデンサ１４の充電電荷が放電され、コンデンサ１４，サイリスタ１６，点火コイル１２の一次巻線Ｌ１が形成する閉ループに瞬時的に大電流が流れる。これにより、点火コイル１２の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧（本実施例では、３０〜４０ｋＶ）が発生し、この点火用高電圧が点火プラグ１０の中心電極に印加され、点火プラグ１０が火花放電することになる。
【００３３】
なお、火花放電時に点火プラグ１０の中心電極が負極性となるようにされており、従って、この火花放電によって流れる火花放電電流Ｉspは、点火プラグ１０から二次巻線Ｌ２に向けて流れる。
また、タイマ回路１８は、図２に示すように、点火信号ＩＧがHighレベルである期間Ｔｔの間、トリガー信号ＴＧを放電間隔Ｔｍ（本実施例では１００μｓ）にて繰り返し出力するように構成されており、従って、この間、点火プラグ１０では放電間隔Ｔｍにて繰り返し火花放電が行われ、いわゆる多重放電が行われることになる。つまり、トリガー信号ＴＧは、多重放電を開始する点火タイミングｔｓ、及び多重放電を継続させる時間（以下、多重放電継続時間という）Ｔｔを規定するものである。
【００３４】
次に、イオン電流検出回路４は、一端が接地された抵抗２０と、この抵抗２０に並列接続されカソードが接地されたダイオード２２と、抵抗２０及びダイオード２２の接地側とは反対側に直列接続されたコンデンサ２４とを備えており、抵抗２０の両端電圧Ｖioが検出回路８に入力されるように接続されている。また、これらコンデンサ２４，抵抗２０，ダイオード２２が点火コイル１２の二次巻線Ｌ２及び点火プラグ１０と共に形成する閉ループにおいて、コンデンサ２４と点火コイル１２の二次巻線Ｌ２との間には、火花放電電流Ｉspの流れる方向を順方向とする充電用ダイオード２８が直列接続され、この充電用ダイオード２８の両端を、ＥＣＵ６からの検出信号Ｓｄに従って短絡する放電用スイッチ３０が、充電用ダイオード２８と並列に接続されている。
【００３５】
更に、イオン電流検出回路４には、これらコンデンサ２４，抵抗２０，ダイオード２２，充電用ダイオード２８，放電用スイッチ３０からなる回路と並列に、カソードが点火コイル１２の二次巻線Ｌ２との接続端に接続され、アノードが接地されたツェナーダイオード２６と、二次巻線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、ＥＣＵ６からベースに入力される接地信号Ｓｇに従って、二次巻線Ｌ２との接続端を接地するトランジスタ３２とが設けられている。
【００３６】
このように構成されたイオン電流検出回路４では、放電用スイッチ３０が開放されている時に、点火コイル１２の二次巻線Ｌ２との接続端から接地端に向けてのみ電流を流すことが可能となる。つまり、点火プラグ１０の火花放電によって流れる火花放電電流Ｉspは、充電用ダイオード２８，コンデンサ２４，ダイオード２２を通過する閉ループを流れ、同時にツェナーダイオード２６にツェナー電圧Ｖｚを発生させる方向に流れる。このため、コンデンサ２４は、火花放電電流Ｉspによって、ツェナーダイオード２６のツェナー電圧Ｖｚから充電用ダイオード２８及びダイオード２２の各順方向電圧Ｖｆだけ小さい電圧Ｖｃ（＝Ｖｚ−２×Ｖｆ）で充電されることになる。
【００３７】
一方、放電用スイッチ３０が閉じられ、充電用ダイオード２８の両端が短絡された時には、抵抗２０，コンデンサ２４，放電用スイッチ３０を通過する閉ループを、接地端側から二次巻線Ｌ２との接続端側に向けて電流を流すことが可能となり、抵抗２０の両端電圧Ｖｄは、この閉ループを流れる検出電流Ｉｄの大きさに応じたものとなる。
【００３８】
この時、点火プラグ１０への印加電圧Ｖｐは、コンデンサ２４の充電電圧Ｖｃから抵抗２０での電圧降下分だけ差し引いたもの（Ｖｐ＝Ｖｃ−Ｒｄ×Ｉｄ；但し、Ｒｄは抵抗２０の抵抗値）となる。なお、この印加電圧Ｖｐは、点火プラグ１０が火花放電しない程度（例えば約１ｋＶ）とする必要があり、即ち、ツェナーダイオード２６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。
【００３９】
また、接地信号Ｓｇによってトランジスタ３２が導通し、二次巻線Ｌ２との接続端が接地されると、点火プラグ１０の電極に残存する電荷が放電される。
次に、ＥＣＵ６が実行するメイン処理について説明する。
なお、ＥＣＵ６は、内燃機関の点火時期，燃料噴射量，アイドル回転数等を総合的に制御するためのものであり、以下に説明するメイン処理以外に、内燃機関の吸気管圧力（又は吸入空気量），エンジン回転速度，冷却水温など各種運転状態を検出する運転状態検出処理等を行っている。
【００４０】
図３に示すように、本処理が起動されると、まずＳ１１０では、別途実行される運転状態検出処理にて検出された運転状態を読み込み、続くＳ１２０では、Ｓ１１０にて読み込んだ運転状態に従って、多重放電を開始する点火タイミングｔｓ、及び多重放電継続時間Ｔｔを設定する。
【００４１】
なお、これら点火タイミングｔｓ及び多重放電継続時間Ｔｔは、運転状態を表すパラメータとの関係を規定する計算式に基づいて算出してもよいし、予め実験的に求めた結果をテーブルにしてＲＯＭ等に記憶しておき、このテーブルから運転状態を表すパラメータを参照値として読み込むことで設定してもよい。そして、概略的には、吸入空気量等に基づいて推定される負荷が高いほど、またエンジン回転数が高いほど、点火タイミングｔｓが進角し、また多重放電継続時間Ｔｔが短くなるように設定される。但し、点火タイミングｔｓ及び多重放電継続時間Ｔｔは、クランク角度に換算した値で設定される。
【００４２】
続くＳ１３０では、図示しないクランク角センサからの検出結果に基づいて、Ｓ１２０にて設定された点火タイミングｔｓであるか否かを判断し、否定判定された場合は同ステップを繰り返し実行することで待機する。そして、点火タイミングｔｓとなり肯定判定された場合は、Ｓ１４０に移行して、点火信号ＩＧをオン（High）レベルに設定することにより、タイマ回路１８に、トリガー信号ＴＧの出力を開始させる。
【００４３】
続くＳ１５０では、先のＳ１３０にて点火タイミングｔｓとなった後、先のＳ１２０にて設定された多重放電継続時間Ｔｔが経過したか否かを判断し、否定判定された場合は同ステップを繰り返し実行することで待機する。そして、多重放電継続時間Ｔｔが経過し、肯定判定されると、Ｓ１６０に移行して、点火信号ＩＧをオフ（Low）レベルに設定することにより、タイマ回路１８に、トリガー信号ＴＧの出力を停止させる。
【００４４】
続くＳ１７０では、点火信号ＩＧがオフレベルにされた後、予め設定された待機時間Ｔｗが経過したか否かを判断し、否定判定された場合は同ステップを繰り返し実行することで待機する。そして、待機時間Ｔｗが経過して肯定判定されると、Ｓ１８０に移行する。
【００４５】
なお、待機時間Ｔｗは、点火信号ＩＧをLow レベルとすると同時にサイリスタ１６がターンオンした場合を想定して、点火プラグ１０での火花放電後に点火コイル１２の二次側回路に発生する電圧減衰振動が十分に収束し、しかも、クランク上死点（ＴＤＣ）を越えることがないような長さに設定される。但し、ここでは待機時間Ｔｗを固定値としているが、点火タイミングｔｓや多重放電継続時間Ｔｔと同様に、運転状態に応じて可変設定するようにしてもよい。
【００４６】
そして、Ｓ１８０では、予め決められた検出期間の間だけ、検出信号ＳｄをHighレベルとすることにより放電用スイッチ３０を作動させて充電用ダイオード２８の両端を短絡する。この検出期間は、イオン電流Ｉioが正常に流れた場合に、コンデンサ２４の電荷がすべて放電されるような長さに設定することが望ましい。
【００４７】
続くＳ１９０では、検出期間（検出信号ＳｄがHighレベル）の間に、抵抗２０の両端電圧ＶioをＡＤ変換してなる検出値Ｄioを検出回路８から読み込む。
そして、検出期間が終了すると、Ｓ２００にて、接地信号Ｓｇを出力してトランジスタ３２を導通させ、点火プラグ１０に残存する電荷を放電させた後、本処理を終了する。
【００４８】
即ち、図４に示すように、本実施例においては、点火タイミングｔｓにて点火信号ＩＧがオンレベルに切り替わり（Ｓ１３０，１４０）、トリガー信号ＴＧの出力が開始されると、以後、多重放電継続時間Ｔｔの間、トリガー信号ＴＧに従って、サイリスタ１６がターンオンすることにより、点火コイル１２を介して点火用高電圧が点火プラグ１０の中心電極に印加され、点火プラグ１０では、放電間隔Ｔｍ毎に火花放電が行われる。
【００４９】
この火花放電時に点火コイル１２の二次側回路に流れる火花放電電流Ｉspは、ツェナーダイオード２６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２８を介してコンデンサ２４に供給されコンデンサ２４を充電する。
また、この時、点火コイル１２の一次側回路では、コンデンサ１４の放電電流がゼロになり、サイリスタ１６が自動的にターンオフすると、次の火花放電までの間に、昇圧回路１５が生成する充電電圧によってコンデンサ１４は速やかに充電される。
【００５０】
そして、点火タイミングｔｓ後、多重放電継続時間Ｔｔが経過して点火信号ＩＧがオフレベルに切り替わることにより（Ｓ１５０，Ｓ１６０）トリガー信号ＴＧの出力が停止される。更にその後、待機時間Ｔｗが経過して検出信号ＳｄがHighレベルに切り替わり（Ｓ１７０，Ｓ１８０）、放電用スイッチ３０が作動して充電用ダイオード２８の両端が短絡されると、以後、検出信号ＳｄがHighレベルに保持される検出期間Ｔｄの間、コンデンサ２４の放電により点火プラグ１０の電極間に検出用高電圧が印加され、点火プラグ１０の電極間のイオン量に応じたイオン電流Ｉioが流れる。
【００５１】
この検出期間Ｔｄの間に、イオン電流Ｉioが抵抗２０を流れることにより生じる抵抗２０の両端電圧Ｖioを検出回路８がＡＤ変換し、その変換結果をイオン電流検出値ＤioとしてＥＣＵ６が読み込む（Ｓ１９０）。
なお、ＥＣＵ６に読み込まれたイオン電流検出値Ｄioは、例えば、内燃機関の失火やノッキングの発生を判定するためや、内燃機関の各種運転状態（空燃比，空燃比のリーン限界，排気再循環量の限界等）を判定するため等に用いられる。
【００５２】
その後、検出期間Ｔｄが終了して、接地信号Ｓｇが出力されると（Ｓ２００）、トランジスタ３２によって、イオン電流検出回路４の二次巻線Ｌ２との接続端が接地され、例えば失火等、十分なイオン電流Ｉioが流れないことにより、点火プラグ１０の電極に残存してしまった電荷が確実に放電される。
【００５３】
以上説明したように、本実施例の内燃機関用点火装置においては、点火回路２が、１回の火花放電における放電持続時間の短いＣＤＩ方式により多重放電を行うように構成され、しかも、その多重放電継続時間Ｔｔ（換言すれば、火花放電の回数）を、内燃機関の運転状態に応じて、着火性の悪い低回転，軽負荷であるほど長く（多く）、逆に高回転，重負荷であるほど短く（少なく）設定するようにされている。
【００５４】
従って、本実施例の内燃機関用点火装置によれば、運転状態に応じて必要最小限の長さに設定される多重放電継続時間Ｔｔの経過後に、速やかにイオン電流の検出を行うことができるため、常に放電持続時間の長い火花放電が行われる従来のフルトランジスタ型の点火回路を備えた従来装置とは異なり、特に着火性のよい高回転，重負荷時に火花放電の放電期間とイオンの存在期間とが重なり合ってしまうようなことがなく、イオン電流を確実かつ感度よく検出することができ、ひいては検出したイオン電流に基づいて行う各種制御を精度よく実行させることができる。
【００５５】
しかも、本実施例の内燃機関用点火装置によれば、多重放電の放電間隔Ｔｍが１００μｓに設定されているので、フルトランジスタ型の点火回路を備えた従来装置と同等の着火性を保持することができる。
なお、本実施例において、点火回路２が点火手段、イオン電流検出回路４及びＳ１７０〜Ｓ２００がイオン電流検出手段、Ｓ１１０〜Ｓ１６０が点火制御手段、サイリスタ１６がスイッチング素子、タイマ回路１８がスイッチング手段に相当する。
【００５６】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することができる。
例えば、上記実施例では、タイマ回路１８は、点火信号ＩＧがオンレベルの間だけトリガー信号ＴＧを出力するように構成されているが、点火信号ＩＧの代わりに出力すべきトリガー信号ＴＧの数をタイマ回路１８に供給し、タイマ回路１８では、その数だけトリガー信号ＴＧを出力するように構成してもよい。
【００５７】
また、上記実施例では、放電間隔Ｔｍを１００μｓとしたが、この放電間隔Ｔｍは３００μｓ以下、且つ、昇圧回路１５からの充電電圧による充電を完了するのに要する時間以上に設定されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の内燃機関用点火装置の全体構成を表す回路図である。
【図２】点火回路の動作を表すタイミング図である。
【図３】ＥＣＵが実行する処理の内容を表すフローチャートである。
【図４】実施例の点火装置全体の動作を表すタイミング図である。
【図５】運転限界空燃比を測定した結果を表すグラフである。
【図６】運転限界空燃比を測定した結果を表すグラフである。
【図７】イオン電流の検出タイミングを説明するための波形図である。
【図８】従来装置の問題点を表す説明図である。
【符号の説明】
２…点火回路４…イオン電流検出回路８…検出回路
１０…点火プラグ１２…点火コイル１４…コンデンサ
１５…昇圧回路１６…サイリスタ１８…タイマ回路
２０…抵抗２２…ダイオード２４…コンデンサ
２６…ツェナーダイオード２８…充電用ダイオード
３０…放電用スイッチ３２…トランジスタ
ＢＴ…バッテリＬ１…一次巻線Ｌ２…二次巻線

Claims

内燃機関の気筒に装着された点火プラグに点火用高電圧を印加して、該点火プラグに火花放電を起こさせる点火手段と、
該点火手段の動作を制御する点火制御手段と、
該点火制御手段が前記点火手段を動作させた後に、前記点火用高電圧とは逆極性の検出用高電圧を前記点火プラグに印加して、前記点火プラグの電極間を流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と
を備えた内燃機関用点火装置において、
前記点火手段は、
電源に接続され放電用のエネルギーを蓄積するコンデンサと、
一次巻線が前記コンデンサ，二次巻線が前記点火プラグと共にそれぞれ閉ループを形成するよう接続された点火コイルと、
前記コンデンサと前記一次巻線とを接続する電流経路を、各着火タイミングにおいて予め設定された放電間隔で予め設定された放電期間中繰り返し断続するスイッチング手段と
を備え、
前記点火制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて放電期間を設定し、
前記イオン電流検出手段は、前記点火制御手段にて設定される放電期間の終了後からＴＤＣに達するまでの期間内に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。
前記イオン電流検出手段は、前記イオン電流を、ＴＤＣ前に生じる第１のピークで検出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
前記放電期間は、着火が十分に生じる程度には長く、一方で前記イオン電流の検出が可能となる程度に短く設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関用点火装置。
前記放電間隔を規定する前記スイッチング手段の断続間隔は、３００μｓ以下に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の内燃機関用点火装置。