JP5610456B2 - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に搭載される重ね放電型の内燃機関用点火装置に関するものである。   The present invention relates to an overdischarge type ignition device for an internal combustion engine mounted on an automobile or the like.

自動車などの車両に搭載される内燃機関には、燃費改善のために燃焼室内へ燃料を噴射して希薄燃焼を行う直噴型や、排気ガス浄化のために高ＥＧＲによって稼動するものが採用されている。これらの内燃機関においては、混合気に点火することが難しいことから、高エネルギの点火装置を備える必要がある。
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放電電圧を発生させ、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路を用いて昇圧した高電圧を、２次側コイルから出力された放電電圧に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）。
こ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電圧以上の直流電圧、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、燃焼室内の混合気に効率良く点火することができ、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）。For internal combustion engines mounted on vehicles such as automobiles, direct injection type that injects fuel into the combustion chamber to improve fuel efficiency and performs lean combustion, and those that operate with high EGR for exhaust gas purification are adopted. ing. In these internal combustion engines, since it is difficult to ignite the air-fuel mixture, it is necessary to provide a high energy ignition device.
When a lean air-fuel mixture or an air-fuel mixture containing a large amount of EGR gas is ignited, a discharge voltage is generated by a current interruption type ignition coil, and a high voltage boosted by using a booster circuit such as a DC-DC converter is reduced to 2 It is superimposed on the discharge voltage output from the secondary coil and applied to the spark plug, and ignition by overlap 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, Breakdown occurs between the discharge electrodes. Further, after a discharge current starts to flow from the secondary coil, a DC voltage higher than a voltage capable of maintaining a discharge spark generated between the discharge electrodes of the spark plug, for example, a voltage of about 500 [V] or higher A high voltage is generated by a 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, a large amount of discharge energy can be supplied to the spark plug over a relatively long time, so that the air-fuel mixture in the combustion chamber can be ignited efficiently, and the internal combustion engine is operated. The fuel consumption is 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

従来の重ね放電型の点火装置は上記のように構成されており、この装置に使用する点火コイルには、１次電流が導通された際に発生する２次電圧の出力を阻止し、１次電流が遮断された際に発生する２次電圧（放電電圧）を出力するように高圧ダイオードが２次側コイルに接続されている。
そのため、前述のＤＣ−ＤＣコンバータなどの昇圧回路は、高圧ダイオードによって極性が定められる放電電圧と同極性の直流高電圧を出力するように回路接続されており、点火プラグが放電火花を発生するときには放電電流が一方向に流れる。
また、燃焼状態を検知するために、イオン電流を検出するセンサとして点火プラグを用いる場合、イオン電流検出回路は２次側コイルを介して上記の点火プラグへ接続することになる。
上記のイオン電流検出回路は、燃焼の開始から終了までに生じるイオン電流を検出するため、点火プラグに火花を発生させた電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を２次側コイルを介して点火プラグに印加する。
しかし、上記のように逆極性のイオン電流検出電圧を印加するように回路を構成すると、２次側コイルやイオン電流検出回路を電流経路とするイオン電流が高圧ダイオードによって阻止されてしまう。
そのため、イオン電流を検出する回路を備える場合には、上記の高圧ダイオードによる電流方向の制限を抑えなければならず、あるいは高圧ダイオードを除いて回路構成することになる。そのため、１次電流が導通した際に発生する２次電圧を遮断することが難しくなり、過早着火が発生してしまうという問題点があった。
また、上記の１次電流が導通した際に発生する２次電圧を抑制するためには、点火コイルの１次側と２次側の巻数比や交換効率等を小さく抑えることが考えられるが、内燃機関用点火装置として最低限の点火性能を有するように構成した場合でも、１次電流を導通させた際に例えば１［ｋＶ］程度の２次電圧が発生してしまうため、過早着火の発生を防ぐことが難し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、１次電流導通時に発生する２次電圧を抑制するとともに、イオン電流を検出して重ね放電の制御を行う内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。The conventional overlap discharge type ignition device is configured as described above, and the ignition coil used in this device prevents the output of the secondary voltage generated when the primary current is conducted, and A high voltage diode is connected to the secondary coil so as to output a secondary voltage (discharge voltage) generated when the current is interrupted.
For this reason, the booster circuit such as the DC-DC converter described above is connected in a circuit so as to output a DC high voltage having the same polarity as a discharge voltage whose polarity is determined by a high voltage diode, and when the spark plug generates a discharge spark. Discharge current flows in one direction.
Further, when a spark plug is used as a sensor for detecting an ionic current in order to detect the combustion state, the ionic current detection circuit is connected to the above spark plug via a secondary coil.
In order to detect the ionic current generated from the start to the end of combustion, the ionic current detection circuit ignites an ionic current detection voltage having a polarity opposite to the voltage that generated a spark in the spark plug via the secondary coil. Apply to plug.
However, if the circuit is configured to apply the ion current detection voltage having the opposite polarity as described above, the ion current having the secondary coil or the ion current detection circuit as a current path is blocked by the high voltage diode.
Therefore, when a circuit for detecting an ionic current is provided, the restriction of the current direction due to the high voltage diode must be suppressed, or the circuit configuration is made excluding the high voltage diode. Therefore, it becomes difficult to cut off the secondary voltage generated when the primary current is conducted, and there is a problem that premature ignition occurs.
Moreover, in order to suppress the secondary voltage generated when the primary current is conducted, it is conceivable to suppress the primary side to secondary side turns ratio, the exchange efficiency, etc. of the ignition coil. Even when the ignition device for an internal combustion engine is configured to have a minimum ignition performance, a secondary voltage of, for example, about 1 [kV] is generated when the primary current is conducted. There was a problem that it was difficult to prevent the occurrence.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses a secondary voltage generated when the primary current is conducted, and detects an ionic current to control overlap discharge. An object is to provide an apparatus.

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１次電流が導通・遮断されることにより点火プラグへ供給する２次電圧を２次側コイルに発生する点火コイルと、前記１次電流が導通されたときに２次側コイルに発生する第１の２次電圧へ重畳する第１の高電圧と、前記１次電流が遮断されたときに２次側コイルに発生する第２の２次電圧へ重畳する第２の高電圧とを生成して前記２次側コイルへ出力する昇圧回路と、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、前記１次側コイルに流れる１次電流および前記昇圧回路を制御して前記点火プラグに重ね放電を行わせる制御部と、を備え、前記イオン電流検出部は、前記２次側コイルから出力する第２の２次電圧、および、前記昇圧回路から出力する第１ならびに第２の高電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出し、前記制御部は、前記第１の２次電圧が発生するとき、前記昇圧回路を制御して、重畳することにより前記第１の２次電圧を小さくし、前記点火プラグに放電火花が発生することを防ぐ前記第１の高電圧を出力させ、前記第２の２次電圧が発生するとき、前記昇圧回路を制御して、前記第２の２次電圧に重畳して前記点火プラグに重ね放電を行わせる前記第２の高電圧を出力させる、ことを特徴とする。
また、前記制御部は、前記１次側コイルに１次電流を導通させる前に前記昇圧回路から前記第１の高電圧を出力させる、ことを特徴とする。
また、前記制御部は、前記第１の２次電圧と重畳することにより、該第１の２次電圧を小さくして前記イオン電流検出電圧を生成する第１の高電圧を前記昇圧回路から出力させる、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 secondary voltage to be supplied to a spark plug when a primary current flowing through a primary coil is turned on and off; A first high voltage superimposed on a first secondary voltage generated in the secondary coil when the secondary current is conducted and a second high voltage generated in the secondary coil when the primary current is interrupted A booster circuit that generates a second high voltage to be superimposed on the secondary voltage and outputs the second high voltage to the secondary coil, and an ion current detector that detects an ion current flowing in the combustion chamber via the secondary coil And a control unit for controlling the primary current flowing through the primary coil and the booster circuit according to an ion current detection signal output from the ion current detection unit to cause the spark plug to perform overlapping discharge, The ion current detection unit comprises A second secondary voltage output from the secondary coil and an ion current detection voltage having a polarity opposite to that of the first and second high voltages output from the booster circuit are applied to the spark plug to generate the ion When the first secondary voltage is generated, the control unit controls the booster circuit to reduce the first secondary voltage by superimposing and discharging the spark plug when the first secondary voltage is generated. The first high voltage that prevents the occurrence of sparks is output, and when the second secondary voltage is generated, the boost circuit is controlled to superimpose the ignition voltage on the second secondary voltage. The second high voltage that causes the plug to perform overlapping discharge is output.
The control unit may output the first high voltage from the booster circuit before conducting a primary current to the primary coil.
The controller outputs a first high voltage from the booster circuit that generates the ion current detection voltage by reducing the first secondary voltage by superimposing the first secondary voltage. It is characterized by that.

この発明によれば、重ね放電による高エネルギの点火を行って直接的な着火性の向上を図ること、および、イオン電流を検出して燃焼状態を把握し、この燃焼状態に対応した点火制御を行うことによって間接的な着火性の向上を図ることを兼ね備えることが可能になり、またさらに過早着火を回避することができる。   According to the present invention, high energy ignition by overlap discharge is performed to improve direct ignitability, and an ionic current is detected to grasp a combustion state, and ignition control corresponding to the combustion state is performed. By doing so, it is possible to improve the indirect ignitability and to avoid premature ignition.

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、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６は、実施例２による内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。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 an explanatory diagram showing the operation of the internal combustion engine ignition device of FIG.
FIG. 6 is an explanatory view showing the operation of the internal combustion engine ignition device according to the second embodiment.

以下、この発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
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、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（例えば交流５００［Ｖ］）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倍の直流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と２次側コイル３２、また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は、一端がシリンダブロック等に固定された点火プラグ６０の頭部電極に接続され、他端が高圧ダイオード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は、自身の制御端子（例えばスイッチトランジスタ３３にＩＧＢＴを使用した場合にはゲート端子）に、図示を省略したエンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵと記載する）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導通し、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に発生した２次電圧、即ち放電火花を誘起する放電電圧が点火プラグ６０へ出力される。このとき流れる放電電流は、高圧ダイオード５０によって電流方向が規制されている。
また、重ね時間制御部４０は、前述の点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したとき、重ね時間制御信号をｏｆｆレベルからｏｎ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共に昇圧して直流の高電圧を生成し、２次側コイル３２へ出力することにより前述の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、上記の放電電圧と同極性の高電圧が倍電圧回路２０から出力され、この高電圧が放電電圧に重畳されることによって流れる。
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。
この後、放電電流は点火プラグ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て点火プラグ６０に放電火花が発生し、燃焼室内で混合気が燃焼すると、正負の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、放電火花を発生させる電圧が点火プラグ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回路上の同一部分を流れる。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
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 boost the AC voltage to a voltage (for example, AC 500 [V]) that does not require a high voltage wiring.
The voltage doubler circuit 20 is, for example, a multi-stage voltage doubler rectifier circuit that rectifies an input AC voltage and boosts it to a DC voltage that is 6 times higher by using 6 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 coil 31 and a secondary 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.
The secondary coil 32 has one end connected to the head electrode of the spark plug 60 fixed to the cylinder block or the like, and the other end 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.
The switch transistor 33 receives an ignition signal from an unillustrated engine control unit (hereinafter referred to as ECU) at its own control terminal (for example, a gate terminal when an IGBT is used for the switch transistor 33).
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 is conducted 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, the secondary voltage generated in the secondary coil 32, that is, the discharge voltage that induces a discharge spark is output to the spark plug 60. The direction of the discharge current flowing at this time is regulated by the high-voltage diode 50.
Further, when the ignition signal transitions from on to off, the overlap time control unit 40 causes the overlap time control signal to transition from the off level to the on level. 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, and outputs it to the secondary coil 32 so as to be superimposed on the secondary voltage (discharge voltage) and spark plug. 60.
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 a high voltage having the same polarity as the discharge voltage is output from the voltage doubler circuit 20, and this high voltage is superimposed on the discharge voltage. It flows by doing.
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 flows through the cylinder block that reaches the GND level. And flows from the GND-side discharge electrode of the spark plug 60 to the head electrode.
Thereafter, the discharge current 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 via the secondary coil 32, that is, the output terminal on one side of the DC-AC booster circuit 10. .
When a discharge current flows as described above, a discharge spark is generated in the spark plug 60, and the air-fuel mixture burns in the combustion chamber, 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 generated between the discharge electrodes of the spark plug 60, the ionic current flows from the head electrode of the spark plug 60 to the secondary coil 32 as shown in FIG. It flows to GND through the diode 50. That is, the discharge current and the ionic current flow through the same part on the circuit, although the timing is different.

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、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａ、ＡＣスイッチ１１、重ね時間制御部４０ａを各々１つ備え、また、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気筒の内燃機関に使用するものは、６個の点火コイルユニットを備える。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａは、直流電圧を交流電圧に変換出力するインバータと、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、上記のインバータは、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］の交流電圧を生成する構成を有している。また、上記の昇圧回路は、インバータが生成した交流電圧を、高耐圧配線を必要としない程度の電圧へ昇圧する構成を有している。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａは、出力する交流電圧の大きさを重ね時間制御部４０ａの制御信号に応じて変化させるように構成されており、例えば第１レベルの交流電圧や、第１レベルの交流電圧よりも大きな第２レベルの交流電流を出力する構成を有している。
なお、ここで例示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａ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１０ａの出力端子と接続し、各々の点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄに、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａから出力される第１レベルの交流電圧ならびに第２レベルの交流電圧を、それぞれ供給する構成を有する。
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１０ａ、ＡＣスイッチ１１、および、各点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄ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から点火コイルユニット１２ａ〜１２ｄに対応する各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３０ａ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１０ａ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３１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のゲート端子は重ね時間制御部４０ａの点火時期制御信号出力端子に接続される。なお、点火コイル３０ａは、参考例で説明した点火コイル３０のよう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、後述するツェナーダイオード１０２、ダイオード１０３、およびシリンダブロック等のＧＮＤ部分を介して点火プラグ６０へ出力電圧が印加されるように接続されている。
また、倍電圧回路２０は、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２次側コイル３２に発生する電圧によって電流が流れ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。
なお、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等に対する耐性を有している。
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の出力点間が短絡状態にならない程度であり、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。
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、重ね放電を行う際に内燃機関用点火装置２の各部で観測される信号波形等を示したタイミングチャートである。
図中、最上段に示した波形は、図示を省略したＥＣＵ等から出力される点火信号である。その下方に示した波形は、重ね時間制御部４０ａから出力され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａの動作を制御する重ね時間制御信号である。その下方には、点火コイル３０ａの１次側コイル３１に流れる１次電流（点火コイル１次電流）、２次側コイル３２に発生する２次電圧（点火コイル２次電圧）、倍電圧回路２０から出力される高電圧（倍電圧回路出力電圧）、点火プラグ６０の放電電極間に生じる電圧（点火プラグ放電波形）を上段から順に示している。
重ね時間制御部４０ａは、入力した点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移すると、当該点火信号に対応する例えば点火コイルユニット１２ａとＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａとを接続するＡＣスイッチ１１の接点を導通状態に制御する。また、第１レベルの高電圧を示す重ね時間制御信号を生成し、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａを制御して第１レベルの交流電圧を生成させ、ＡＣスイッチ１１を介して点火コイルユニット１２ａへ供給する。この第１レベルの交流電圧を入力した点火コイルユニット１２ａの倍電圧回路２０は、当該第１レベルの交流電圧を整流するとともに昇圧を行って第１レベルの高電圧を生成し、前述の出力点間に出力する。この第１レベルの高電圧は、上記の点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移した時点から出力される。
第１レベルの高電圧は、１次側コイル３１に１次電流が導通した時点で２次側コイル３２に発生する２次電圧（以下、１次電流が導通した時点、即ち１次電流がｏｆｆ状態からｏｎ状態へ遷移したときに発生する２次電圧をＯＮ電圧と記載する）と当該第１レベルの高電圧を回路上で重ね合せた場合に、ＯＮ電圧の絶対値を小さくする電圧値を有する。
なお、上記の第１レベルの高電圧は、例えば第１レベルの高電圧のみを点火プラグ６０へ印加したとき、当該点火プラグ６０の放電電極間において絶縁破壊が発生しない、即ち放電電流が流れない電圧である。
また、点火信号が前述のようにｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移したとき、重ね時間制御部４０ａは、遷移時点から期間ｔ１が経過した後に、当該点火信号に対応する例えば点火コイルユニット１２ａへ有意を示す点火時期制御信号を出力して、点火コイルユニット１２ａのスイッチトランジスタ３３をｏｎ状態へ遷移させ、点火コイルユニット１２ａの１次側コイル３１に１次電流を導通させる。即ち、倍電圧回路２０から第１レベルの高電圧の出力を開始させた後、点火コイル３０に１次電流を導通させる。
上記の期間ｔ１は、例えば、点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移してＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａおよび倍電圧回路２０が起動され、第１レベルの高電圧が安定して出力されるまでの所要時間である。
１次電流が導通したとき（ｏｆｆ状態からｏｎ状態へ遷移した時点）に発生するＯＮ電圧は、１次電流が遮断されたときに発生する放電電圧とは逆極性を有しており、上記のように１次電流がｏｆｆ状態からｏｎ状態へ遷移した時点で最も大きな値になり、その後１次電流が流れている間は１次側コイル３１と２次側コイル３２の巻線比に応じた電圧値になる。
上記のＯＮ電圧が発生するときには、既にＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａおよび倍電圧回路２０が稼動しており、２次側コイル３２の他端と高圧ダイオード５０のアノードとの接続点には、倍電圧回路２０から低電位側の第１レベルの高電圧が印加されている。また、高電位側の第１レベルの高電圧はツェナーダイオード１０２およびダイオード１０３を介してＧＮＤに印加されていることから、２次側コイル３２と点火プラグ６０との間に形成された閉回路において、ＯＮ電圧に対して逆極性の第１レベルの高電圧が重畳され、ＯＮ電圧の発生時に点火プラグ６０の放電電極間に生じる電圧は絶対値が小さくなる。そのため、ＯＮ電圧が発生している期間においては点火プラグ６０に放電火花が発生することを防ぐことができる。
詳しくは、ＯＮ電圧によって流れるべき電流は高圧ダイオード５０によって抑制される。また上記のようにＯＮ電圧には逆極性の第１の高電圧が重畳されることから、イオン電流経路抵抗１５０を介して点火プラグ６０へ印加される電圧は放電火花が発生しない程度の小さいもの（好ましくは零）になり、過早着火の発生を防ぐことができる。
ＥＣＵ等から出力された点火信号がｏｎレベルからｏｆｆレベルへ遷移すると、重ね時間制御部４０ａは、点火時期制御信号の信号レベルを変化させてスイッチトランジスタ３３をｏｆｆ状態に遷移させ、１次側コイル３１に流れている１次電流を遮断する。この１次電流の遮断によって２次側コイル３２には例えば３［ｋＶ］の放電電圧（２次電圧）が発生し、点火プラグ６０に放電火花が発生する。
また、重ね時間制御部４０ａは、点火信号がｏｎレベルからｏｆｆレベルへ遷移したとき、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａを制御して第２レベルの交流電圧を生成させ、点火プラグユニット１２ａの倍電圧回路２０へ出力させる。このとき、倍電圧回路２０は、第１レベルの高電圧の出力動作を行っていることから、当該回路を構成する各コンデンサには既に電荷が蓄積されており、第２レベルの交流電圧を入力すると速やかに第２レベルの高電圧を出力する。
第２レベルの高電圧は、前述の第１レベルの高電圧と同じ回路中の接続点へ出力され、２次側コイル３２が発生した放電電圧に重畳されて点火プラグ６０に生じている放電火花を維持する。
例えば、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａが第２レベルの交流電圧として５００［Ｖ］の交流電圧を出力すると、倍電圧回路２０は第２レベルの高電圧として３［ｋＶ］の直流電圧を生成する。
このとき、重ね時間制御部４０ａは、１次電流が遮断された時点から予め設定された所定期間が経過するまで、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａから点火プラグユニット１２ａへ第２レベルの交流電圧を供給させ、倍電圧回路２０から第２レベルの高電圧を出力させる。
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１０ａ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５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。
前述のように、１次電流が遮断されて２次側コイル３２に放電電圧が発生し、また倍電圧回路２０が第２レベルの高電圧を出力して、上記の放電電圧に第２レベルの高電圧を重畳して点火プラグ６０に放電火花を発生させているとき、点火プラグ６０および点火コイルユニット１２ａを構成する回路には図示した矢印Ａのように放電電流が流れる。
また、２次側コイル３２が放電電圧を発生したときには、この放電電圧によってコンデンサ１０１が充電される。
２次側コイル３２が放電電圧を発生したときに流れる放電電流は、２次側コイル３２に接続された高圧ダイオード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、上記の放電電流は、ＧＮＤ部分を構成するシリンダブロック等を介して、点火プラグ６０のＧＮＤ側の放電電極に達し、さらに点火プラグ６０の頭部電極から２次側コイル３２へ流れる。
また、倍電圧回路２０が第２レベルの高電圧を出力しているときに流れる放電電流は、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、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、放電火花を維持して点火プラグ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１０ａ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に２次側コイル３２から出力される電流の順方向に流れる。即ち、倍電圧回路２０の出力電流はマイナス電流となる。
また、前述のように倍電圧回路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の出力電圧はコンデンサ１０１にも印加される。
コンデンサ１０１は、前述のように２次側コイル３２から放電電圧が印加され、さらに倍電圧回路２０から出力される各高電圧が印加されて充電が行われる。これらの充電動作により、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る。
２次側コイル３２が発生した放電電圧や倍電圧回路２０が生成した第２レベルの高電圧によって流れる放電電流は、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。
重ね放電を終了するとき、即ち、倍電圧回路２０から第２レベルの高電圧の出力が停止すると、コンデンサ１０１に蓄積されている電荷が放出されて、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、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、上記のコンデンサ１０１と２次側コイル３２との間をイオン電流経路抵抗１５０で接続して、前述の極性を有するイオン電流検出電圧をコンデンサ１０１から上記の各回路素子を介して点火プラグ６０の放電電極間に印加し、また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って、燃焼開始から終了に至るまでに発生するイオン電流を測定することができる。
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の出力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）が逆方向に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が生成する第１レベルの高電圧ならびに第２レベルの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、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。このことからイオン電流検出回路１００は、イオン電流の時間積分を行って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、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、重ね時間制御部４０ａがＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を制御して倍電圧回路２０から第１レベルの高電圧を出力させ、１次側コイル３１に１次電流が流れるときに発生するＯＮ電圧に第１レベルの高電圧を重畳して、ＯＮ電圧の絶対値を小さくするようにしたので、過早着火の発生を防ぐことができる。
また、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、放電電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を用いてイオン電流を検出するように構成したので、イオン電流を精度よく検出して重ね放電を適切に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、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１０ａ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 internal combustion engine ignition device 2 includes a DC-AC booster circuit 10a, an AC switch 11, and an overlap time control unit 40a. And four ignition coil units 12a, 12b, 12c, and 12d. 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 10a includes an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage and outputs it, and a circuit that boosts the AC voltage generated by the inverter (for example, a booster circuit including a booster transformer). In detail, the inverter described above is, for example, a DC voltage VB supplied from a battery (not shown) or a power supply voltage 5 [for a circuit device such as the overlap time control unit 40a in accordance with a control signal from the overlap time control unit 40a. V] is used to generate an AC voltage having a predetermined frequency, for example, 30 [kHz], using a DC voltage similar to V]. The booster circuit has a configuration that boosts the AC voltage generated by the inverter to a voltage that does not require a high-breakdown-voltage wiring.
Further, the DC-AC booster circuit 10a is configured to change the magnitude of the output AC voltage in accordance with the control signal of the overlap time control unit 40a. The second level alternating current is larger than the alternating current voltage.
The frequency of the AC voltage generated by the DC-AC booster circuit 10a exemplified here is set so as to conform to the circuit constant of the voltage doubler circuit 20 and the like.
The AC switch 11 is constituted by, for example, a semiconductor element, and has the same number of on / off contacts as the number of cylinders of the internal combustion engine or the number of spark plugs 60.
Further, the AC switch 11 receives a control signal from the overlap time control unit 40a, and individually connects the ignition coil units 12a to 12d provided in each cylinder to the output terminal of the DC-AC booster circuit 10a. The coil units 12a to 12d are each supplied with a first level AC voltage and a second level AC voltage output from the DC-AC booster circuit 10a.
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. The overlap time control unit 40a includes a DC-AC booster circuit 10a, an AC switch 11, and ignition coil units 12a to 12a. The wiring is connected so as to control the operation of 12d. The overlapping time control unit 40a is wired so as to input each ignition signal corresponding to the ignition coil units 12a to 12d 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 a discharge voltage generated by the secondary coil 32 of the ignition coil 30a 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 10a 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 31 is supplied with, for example, a voltage VB, and the primary coil One end of the switch contact of the switch transistor 33 is connected to the other end of the coil 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, the gate terminal of the IGBT is connected to the ignition timing control signal output terminal of the overlap time control unit 40a. The ignition coil 30a may be configured to include the switch transistor 33 like the ignition coil 30 described in the reference example.
One end of the secondary side coil 32 is connected to the head electrode of the spark plug 60 as described above, and the other end of the secondary side coil 32 is the output point on the low potential side of the voltage doubler circuit 20 and the high voltage diode 50. Connected to the anode.
In the voltage doubler circuit 20, the output point on the high potential side is connected to the cathode of the high voltage diode 50, and the output voltage is applied to the spark plug 60 through a GND portion such as a Zener diode 102, a diode 103, and a cylinder block described later. Connected so that.
The voltage doubler circuit 20 is connected to the spark plug 60 by connecting the output point on the low potential side to one end of the secondary coil 32. 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 current from flowing due to the voltage generated in the secondary coil 32 when the switch transistor 33 transitions from off to on. The polarity of the high-voltage diode 50 is determined by the secondary coil 32 as described above. Are connected in series to regulate the direction of current flowing in 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.
Note that the high voltage diode 50 has resistance to a discharge voltage applied to the spark plug 60.
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.
The anode of the Zener diode 102 is connected to the 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 ion current path resistor 150 is connected to the high voltage diode 50 in parallel. The ion current path resistor 150 has a resistance value of, for example, several hundreds [kΩ] to several [MΩ], is such that the output points of the voltage doubler circuit 20 are not short-circuited, and when detecting the ion current. It has a resistance value that does not hinder it.
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.
FIG. 4 is an explanatory view showing the operation of the internal combustion engine ignition device of FIG. This figure is a timing chart showing signal waveforms and the like observed at each part of the internal combustion engine ignition device 2 when performing overlap discharge.
In the figure, the waveform shown at the top is an ignition signal output from an ECU (not shown). The waveform shown below is an overlap time control signal that is output from the overlap time control unit 40a and controls the operation of the DC-AC booster circuit 10a. Below that, a primary current (ignition coil primary current) flowing in the primary coil 31 of the ignition coil 30a, a secondary voltage (ignition coil secondary voltage) generated in the secondary coil 32, and a voltage doubler circuit 20 Are shown in order from the top. The high voltage (voltage doubler circuit output voltage) output from, and the voltage (ignition plug discharge waveform) generated between the discharge electrodes of the ignition plug 60 are shown.
When the input ignition signal transitions from the off level to the on level, the overlap time control unit 40a conducts the contact of the AC switch 11 that connects, for example, the ignition coil unit 12a and the DC-AC booster circuit 10a corresponding to the ignition signal. Control to the state. Also, an overlap time control signal indicating a first level high voltage is generated, and a DC-AC booster circuit 10 a is controlled to generate a first level AC voltage, which is supplied to the ignition coil unit 12 a via the AC switch 11. To do. The voltage doubler circuit 20 of the ignition coil unit 12a to which the first level AC voltage is input rectifies and boosts the first level AC voltage to generate a first level high voltage. Output in between. The first level high voltage is output from the time when the ignition signal transitions from the off level to the on level.
The high voltage of the first level is a secondary voltage generated in the secondary coil 32 when the primary current is conducted to the primary coil 31 (hereinafter, when the primary current is conducted, that is, the primary current is turned off). The secondary voltage generated when transitioning from the state to the on state is described as the ON voltage) and the voltage value that decreases the absolute value of the ON voltage when the high voltage of the first level is superimposed on the circuit. Have.
The first level high voltage is such that when only the first level high voltage is applied to the spark plug 60, no breakdown occurs between the discharge electrodes of the spark plug 60, that is, no discharge current flows. Voltage.
In addition, when the ignition signal transitions from the off level to the on level as described above, the overlap time control unit 40a determines that the ignition coil unit 12a corresponding to the ignition signal is significant after the period t1 has elapsed from the transition point. The ignition timing control signal shown is output, the switch transistor 33 of the ignition coil unit 12a is switched to the on state, and the primary current is conducted to the primary coil 31 of the ignition coil unit 12a. That is, after starting the output of the first level high voltage from the voltage doubler circuit 20, the primary current is conducted to the ignition coil 30.
In the period t1, for example, the ignition signal transitions from the off level to the on level, the DC-AC booster circuit 10a and the voltage doubler circuit 20 are activated, and the first level high voltage is stably output. Time required.
The ON voltage generated when the primary current is conducted (at the time of transition from the off state to the on state) has a reverse polarity to the discharge voltage generated when the primary current is interrupted. Thus, when the primary current transitions from the off-state to the on-state, the maximum value is obtained. Thereafter, the primary current flows in accordance with the winding ratio of the primary side coil 31 and the secondary side coil 32. It becomes a voltage value.
When the above-described ON voltage is generated, the DC-AC booster circuit 10a and the voltage doubler circuit 20 are already in operation, and a voltage doubler is present at the connection point between the other end of the secondary coil 32 and the anode of the high voltage diode 50. A first level high voltage on the low potential side is applied from the circuit 20. Further, since the first level high voltage on the high potential side is applied to the GND via the Zener diode 102 and the diode 103, in a closed circuit formed between the secondary coil 32 and the spark plug 60, The first level high voltage of reverse polarity is superimposed on the ON voltage, and the voltage generated between the discharge electrodes of the spark plug 60 when the ON voltage is generated has a small absolute value. Therefore, it is possible to prevent a discharge spark from occurring in the spark plug 60 during the period when the ON voltage is generated.
Specifically, the current that should flow due to the ON voltage is suppressed by the high-voltage diode 50. In addition, since the first high voltage of reverse polarity is superimposed on the ON voltage as described above, the voltage applied to the spark plug 60 via the ion current path resistor 150 is small enough not to generate a discharge spark. (Preferably zero), and premature ignition can be prevented.
When the ignition signal output from the ECU or the like transits from the on level to the off level, the overlap time control unit 40a changes the signal level of the ignition timing control signal to cause the switch transistor 33 to transit to the off state, thereby causing the primary coil The primary current flowing through 31 is cut off. Due to the interruption of the primary current, a discharge voltage (secondary voltage) of, for example, 3 [kV] is generated in the secondary coil 32, and a discharge spark is generated in the spark plug 60.
Further, when the ignition signal transitions from the on level to the off level, the overlap time control unit 40a controls the DC-AC booster circuit 10a to generate the second level AC voltage, and the voltage doubler circuit of the spark plug unit 12a 20 to output. At this time, since the voltage doubler circuit 20 performs the output operation of the first level high voltage, the electric charge is already accumulated in each capacitor constituting the circuit, and the second level AC voltage is input. Then, the second level high voltage is output immediately.
The second level high voltage is output to a connection point in the same circuit as the first level high voltage described above, and is superposed on the discharge voltage generated by the secondary coil 32 and is generated in the spark plug 60. To maintain.
For example, when the DC-AC booster circuit 10a outputs an AC voltage of 500 [V] as the second level AC voltage, the voltage doubler circuit 20 generates a DC voltage of 3 [kV] as the second level high voltage.
At this time, the overlap time control unit 40a supplies the second-level AC voltage from the DC-AC booster circuit 10a to the spark plug unit 12a until a predetermined period elapses after the primary current is cut off. The second voltage high voltage is output from the voltage doubler circuit 20.
In an operating internal combustion engine, in particular, 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, a high voltage similar to the discharge voltage generated by the ignition coil 30a is used. It is preferable to supply a voltage. Therefore, the DC-AC booster circuit 10a 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. 5 is an explanatory diagram 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.
As described above, the primary current is interrupted and a discharge voltage is generated in the secondary coil 32, and the voltage doubler circuit 20 outputs a second level high voltage, and the second voltage is set to the second level. When a spark is generated in the spark plug 60 by superimposing a high voltage, a discharge current flows through the circuits constituting the spark plug 60 and the ignition coil unit 12a as indicated by an arrow A.
Further, when the secondary coil 32 generates a discharge voltage, the capacitor 101 is charged by this discharge voltage.
The discharge current that flows when the secondary coil 32 generates a discharge voltage is output in the forward direction of the high-voltage diode 50 connected to the secondary coil 32 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 constituting the GND portion, and further flows from the head electrode of the spark plug 60 to the secondary coil 32.
Further, the discharge current that flows when the voltage doubler circuit 20 outputs the second level high voltage 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. . Thereafter, the electric current flows to the spark plug 60 through a cylinder block or the like as GND, maintains the discharge spark, flows from the head electrode of the spark plug 60 to the secondary side coil 32, and the secondary side coil 32 and the high voltage diode 50 are connected. The voltage is fed back from the connection point with the anode 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 10a).
The current output from the voltage doubler circuit 20 flows in the forward direction of the current output from the secondary coil 32 when the ignition coil 30a generates a discharge voltage. That is, the output current of the voltage doubler circuit 20 is a negative current.
As described above, 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 output voltage of the voltage doubler circuit 20 is also applied to the capacitor 101.
As described above, the capacitor 101 is charged by applying the discharge voltage from the secondary coil 32 and further applying each high voltage output from the voltage doubler circuit 20. With these charging operations, 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). To accumulate power.
The above charging operation is performed until the voltage across the capacitor 101 reaches the breakdown voltage of the Zener diode 102.
The discharge current flowing due to the discharge voltage generated by the secondary coil 32 and the second level high voltage generated by the voltage doubler circuit 20 flows to the spark plug 60 via the Zener diode 102, the diode 103, etc. Is done.
When the overdischarge is finished, that is, when the output of the second level high voltage from the voltage doubler circuit 20 is stopped, the electric charge accumulated in the capacitor 101 is released, and the voltage across the capacitor 101 is changed to the ion current path resistance 150. The voltage is applied between the discharge electrodes of the spark plug 60 via the secondary coil 32, 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 of the capacitor 101 to the secondary coil 32 is blocked.
Therefore, the capacitor 101 and the secondary coil 32 are connected by the ion current path resistor 150, and the ion current detection voltage having the above-described polarity is transmitted from the capacitor 101 through the circuit elements described above to the spark plug 60. And a path through which the ionic current flows is secured.
As described above, when an ion current detection voltage 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 any of the discharge electrodes in accordance with their own charges.
Specifically, the ion current detection voltage is applied 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, thereby specifically igniting. By applying a positive voltage to the center electrode among the discharge electrodes of the plug 60, the ion current generated from the start to the end of combustion can be measured.
Therefore, the internal combustion engine ignition device 2 has a circuit configuration in which the ion current (arrow B) flows in the opposite direction to the discharge current (arrow A) that flows due to the output voltage of the secondary coil 32 or the voltage doubler circuit 20. Has been. That is, the discharge voltage generated by the secondary side coil 32, the first level high voltage generated by the voltage doubler circuit 20, and the ion current detection voltage having the opposite polarity to the second level high voltage are applied to the spark plug 60. The circuit configuration is as follows.
As described above, the ionic current that flows when each ionic 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 the 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. From this, the ion current detection circuit 100 calculates 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, 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 timing, the overlap discharge time, the magnitude of the overlap discharge current, and the like.
As described above, according to the first embodiment, the overlap time control unit 40 a controls the DC-AC booster circuit 10 to output the first level high voltage from the voltage doubler circuit 20 and causes the primary side coil 31 to output. Since the high voltage of the first level is superimposed on the ON voltage generated when the primary current flows to reduce the absolute value of the ON voltage, the occurrence of premature ignition can be prevented.
In addition, in the circuit configuration in which the output point of the voltage doubler circuit 20 is connected to the secondary side coil 32 to perform overlap discharge, the ion current is detected using an ion current detection voltage having a polarity opposite to the discharge voltage. Therefore, it is possible to accurately detect the ionic current and appropriately 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 a voltage doubler circuit 20 is provided in each of the ignition coil units 12a to 12d, and each ignition coil unit 12a is connected from one DC-AC booster circuit 10a. It is not limited to the structure which supplies the voltage used for overlap discharge to 12d.

この発明の実施例２による内燃機関用点火装置は、図２および図３等に示した内燃機関用点火装置２と同様な回路構成を有している。ここでは、実施例１で説明したものと同様な構成について重複説明を省略する。
次に、動作について説明する。
ここでは、実施例１による内燃機関用点火装置と同様な動作について重複説明を省略し、実施例２の内燃機関用点火装置の特徴となる動作を説明する。
図６は、実施例２による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、重ね放電を行う際に実施例２による内燃機関用点火装置２の各部で観測される信号波形等を示したタイミングチャートである。
図中、最上段に示した波形は、図示を省略したＥＣＵ等から出力される点火信号である。その下方に示した波形は、重ね時間制御部４０ａから出力され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａの動作を制御する重ね時間制御信号である。その下方には、点火コイル３０ａの１次側コイル３１に流れる１次電流（点火コイル１次電流）、２次側コイル３２に発生する２次電圧（点火コイル２次電圧）、倍電圧回路２０から出力される高電圧（倍電圧回路出力電圧）、点火プラグ６０の放電電極間に生じる電圧（点火プラグ放電波形）を上段から順に示している。
実施例２による重ね時間制御部４０ａは、実施例１で説明したものと同様に、点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移すると、１次側コイル３１に１次電流を導通させる前にＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａおよび倍電圧回路２０を稼動させて第１の高電圧を発生させておき、２次側コイル３２に発生したＯＮ電圧に上記の第１の高電圧を重畳して、当該ＯＮ電圧を小さくする。なお、上記の第１の高電圧は、点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移し、ｏｎレベルを所定期間維持した後、ｏｆｆレベルへ遷移するまでの期間に倍電圧回路２０から出力されるものであり、ＯＮ電圧の増減に対して反転した増減をするものである。
ここで、実施例２の重ね時間制御部４０ａが出力する、第１の高電圧を生成するための重ね時間制御信号は、上記のＯＮ電圧の変動に対応するように生成されたもので、この重ね時間制御信号によって制御されたＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａは、ＯＮ電圧を小さくするように増減する第１の交流電圧を生成する。また、この第１の交流電圧を用いて倍電圧回路２０が生成する第１の高電圧は、図６の「倍電圧回路出力電圧」に示したように変動し、好ましくはＯＮ電圧の極性を反転させたもののように変動する。
ＯＮ電圧は、１次電流が導通した瞬間に急峻に増大する。倍電圧回路２０が出力する第１の高電圧は、上記のＯＮ電圧が発生した瞬間のピーク電圧に対応するパルス状の高電圧部分を含んでいる。重ね時間制御部４０ａは、特にこのパルス状の高電圧等を遅延なく発生させるため、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａを制御してＯＮ電圧が発生する以前から（図６に示した期間ｔ１において）所定の高電圧を倍電圧回路２０から出力させておく。また、上記のパルス状の高電圧を出力した後においても、経時変化するＯＮ電圧に対応した所定の電圧を出力させる。
上記のような第１の高電圧をＯＮ電圧に重畳することにより、１次側コイル３１に１次電流が導通されているとき、即ち図６に示した期間ｔ２において点火プラグ６０に印加される電圧の絶対値が小さくなり、過早着火の発生が抑止される。
また、重ね時間制御部４０ａは、点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移して期間ｔ１が経過した後、スイッチトランジスタ３３を制御して１次側コイル３１に１次電流を導通し、点火信号がｏｎレベルからｏｆｆレベルへ遷移したタイミングで上記の１次電流を遮断する。この１次電流の遮断により２次側コイルに放電電圧が発生する。
重ね時間制御部４０ａは、１次電流を遮断したときＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａを制御して、実施例１で説明したものと同様に倍電圧回路２０から第２の高電圧を出力させ、２次側コイル３２が発生した放電電圧に重畳して点火プラグ６０に重ね放電を行わせる。
実施例２による内燃機関用点火装置２は、図６に示したように、２次側コイル３２に発生する放電電圧や倍電圧回路２０から出力される各高電圧とは逆極性の電圧Ｖｄ１をイオン電流検出電圧として点火プラグ６０へ印加している。
上記の電圧Ｖｄ１は、実施例１で説明したようにコンデンサ１０１に蓄積された電力によって供給され、イオン電流経路抵抗１５０、２次側コイル３２を介して、放電電圧や第２レベルの高電圧の出力後に点火プラグ６０へ印加されている。即ち、電圧Ｖｄ１は、実施例１で説明したイオン電流検出電圧である。なお、コンデンサ１０１に関する充電動作は、実施例１で説明したものと同様である。
重ね放電が終了した後にコンデンサ１０１から出力されるイオン電流検出電圧（電圧Ｖｄ１）を点火プラグ６０へ印加し、このときイオン電流検出回路１００がイオン電流を検出する動作は、実施例１で説明したものと同様に行われる。
また、点火コイル３０ａに１次電流が導通されたときに発生するＯＮ電圧は、前述のイオン電流検出電圧と同極性であることから、実施例２の内燃機関用点火装置２は、適当な大きさの第１の高電圧をＯＮ電圧に重畳することによって、当該ＯＮ電圧と同極性であって電圧変動を抑えた電圧Ｖｄ２を生成し、これをイオン電流検出電圧として使用する。
電圧Ｖｄ２を生成するために重ね時間制御部４０ａ、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａ、および倍電圧回路２０が生成する第１の高電圧は、前述のようにパルス状の高電圧部分を含むＯＮ電圧を小さくするように電圧レベルが変化し、好ましくは重ね合わせたＯＮ電圧を一定値の直流電圧にするものである。
また、上記の第１の高電圧をＯＮ電圧に重ね合わせて生成した電圧Ｖｄ２は、点火プラグ６０に印加するイオン電流検出電圧として使用可能な電圧レベルを有しており、例えば電圧Ｖｄ１と同様な電圧値である。
倍電圧回路２０は、第１の高電圧の出力を、ＧＮＤ部分と２次側コイル３２、高圧ダイオード５０、およびイオン電流経路抵抗１５０の接続点との間に行う。この接続点には高電位側となる第１の高電圧が印加され、２次側コイル３２に発生したＯＮ電圧と重畳されて、電圧Ｖｄ２（イオン電流検出電圧）となって点火プラグ６０へ印加される。
なお、点火プラグ６０に電圧Ｖｄ２が印加されて、イオン電流検出回路１００がイオン電流を検出する際の動作は、前述の電圧Ｖｄ１を印加した場合と同様である。
ＯＮ電圧から電圧Ｖｄ２を生成し、これを点火プラグ６０に印加することにより、１次電流が点火コイル３０ａに流れている期間ｔ２においてもイオン電流を検出することが可能になる。
重ね時間制御部４０ａは、上記の電圧Ｖｄ２が生成されて点火プラグ６０へ印加されたときにイオン電流検出回路１００から出力されるイオン電流検出信号を用いて燃焼室内の状況を検知し、例えば実施例１で説明したものと同様に重ね放電を行う期間などを調整する。
以上のように、この実施例２によれば、１次側コイル３１に１次電流が導通されたときに発生するＯＮ電圧に、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ａおよび倍電圧回路２０が生成する第１の高電圧を重畳し、当該ＯＮ電圧を小さくしてイオン電流検出電圧として用いるようにしたので、ＯＮ電圧による過早着火を防ぐことができる。また、点火コイル３０ａに１次電流が流れる期間においても、イオン電流を検出して燃焼室内の状況を検知することができ、ＯＮ電圧以外の要因による過早着火も検出することができる。
また、点火プラグ６０に放電火花を発生させる各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へ印加するようにしたので、精度よくイオン電流を検出することができ、この検出されたイオン電流に基づいて内燃機関の燃焼状況に適切に対応した点火制御を行うことができる。An internal combustion engine ignition device according to Embodiment 2 of the present invention has a circuit configuration similar to that of the internal combustion engine ignition device 2 shown in FIGS. Here, redundant description of the same configuration as that described in the first embodiment is omitted.
Next, the operation will be described.
Here, the same operation as that of the ignition device for an internal combustion engine according to the first embodiment will not be described, and the operation that characterizes the ignition device for the internal combustion engine of the second embodiment will be described.
FIG. 6 is an explanatory view showing the operation of the internal combustion engine ignition device according to the second embodiment. This figure is a timing chart showing signal waveforms and the like observed at each part of the internal combustion engine ignition device 2 according to the second embodiment when performing overlapping discharge.
In the figure, the waveform shown at the top is an ignition signal output from an ECU (not shown). The waveform shown below is an overlap time control signal that is output from the overlap time control unit 40a and controls the operation of the DC-AC booster circuit 10a. Below that, a primary current (ignition coil primary current) flowing in the primary coil 31 of the ignition coil 30a, a secondary voltage (ignition coil secondary voltage) generated in the secondary coil 32, and a voltage doubler circuit 20 Are shown in order from the top. The high voltage (voltage doubler circuit output voltage) output from voltage and the voltage (ignition plug discharge waveform) generated between the discharge electrodes of the spark plug 60 are shown.
When the ignition signal transitions from the off level to the on level, the overlap time control unit 40a according to the second embodiment performs DC− before the primary current is conducted to the primary coil 31 as described in the first embodiment. The AC booster circuit 10a and the voltage doubler circuit 20 are operated to generate a first high voltage, and the above-mentioned first high voltage is superimposed on the ON voltage generated in the secondary coil 32, and the ON voltage Make it smaller. The first high voltage is output from the voltage doubler circuit 20 during a period from when the ignition signal transitions from the off level to the on level and after the on level is maintained for a predetermined period until the ignition signal transitions to the off level. It is an increase / decrease that is reversed with respect to the increase / decrease of the ON voltage.
Here, the overlap time control signal for generating the first high voltage output from the overlap time control unit 40a of the second embodiment is generated so as to correspond to the fluctuation of the ON voltage. The DC-AC booster circuit 10a controlled by the overlap time control signal generates a first AC voltage that increases or decreases to reduce the ON voltage. Further, the first high voltage generated by the voltage doubler circuit 20 using this first AC voltage fluctuates as shown in “voltage doubler circuit output voltage” in FIG. 6, and preferably the polarity of the ON voltage is changed. It fluctuates like an inverted one.
The ON voltage increases sharply at the moment when the primary current is conducted. The first high voltage output from the voltage doubler circuit 20 includes a pulsed high voltage portion corresponding to the peak voltage at the moment when the ON voltage is generated. In order to generate the pulsed high voltage and the like without delay, the overlap time control unit 40a controls the DC-AC booster circuit 10a before the ON voltage is generated (in the period t1 shown in FIG. 6). Is output from the voltage doubler circuit 20 in advance. Further, even after outputting the pulse-like high voltage, a predetermined voltage corresponding to the ON voltage that changes with time is output.
By superimposing the first high voltage as described above on the ON voltage, the primary current is conducted to the primary coil 31, that is, applied to the spark plug 60 in the period t2 shown in FIG. The absolute value of the voltage is reduced, and the occurrence of premature ignition is suppressed.
Further, the overlap time control unit 40a controls the switch transistor 33 to conduct the primary current to the primary coil 31 after the period t1 has elapsed after the ignition signal has transitioned from the off level to the on level, and the ignition signal The primary current is cut off at the timing when the transition from the on level to the off level. As the primary current is cut off, a discharge voltage is generated in the secondary coil.
The superposition time control unit 40a controls the DC-AC booster circuit 10a when the primary current is cut off, and outputs the second high voltage from the voltage doubler circuit 20 in the same manner as described in the first embodiment. Superposed on the discharge voltage generated by the secondary coil 32, the spark plug 60 performs an overdischarge.
As shown in FIG. 6, the internal combustion engine ignition device 2 according to the second embodiment generates a voltage Vd1 having a polarity opposite to the discharge voltage generated in the secondary coil 32 and each high voltage output from the voltage doubler circuit 20. The ion current detection voltage is applied to the spark plug 60.
The voltage Vd1 is supplied by the electric power stored in the capacitor 101 as described in the first embodiment, and the discharge voltage or the second level high voltage is supplied via the ion current path resistor 150 and the secondary coil 32. It is applied to the spark plug 60 after the output. That is, the voltage Vd1 is the ion current detection voltage described in the first embodiment. The charging operation related to the capacitor 101 is the same as that described in the first embodiment.
The operation of applying the ion current detection voltage (voltage Vd1) output from the capacitor 101 to the spark plug 60 after the end of the overdischarge and detecting the ion current at this time by the ion current detection circuit 100 has been described in the first embodiment. Done in the same way.
Further, since the ON voltage generated when the primary current is conducted to the ignition coil 30a has the same polarity as the above-described ion current detection voltage, the internal combustion engine ignition device 2 of the second embodiment has an appropriate magnitude. By superimposing the first high voltage on the ON voltage, a voltage Vd2 having the same polarity as the ON voltage and suppressing voltage fluctuation is generated and used as the ion current detection voltage.
The first high voltage generated by the overlap time control unit 40a, the DC-AC booster circuit 10a, and the voltage doubler circuit 20 to generate the voltage Vd2 is an ON voltage including a pulsed high voltage portion as described above. The voltage level changes so as to decrease, and preferably, the superimposed ON voltage is changed to a constant DC voltage.
Further, the voltage Vd2 generated by superimposing the first high voltage on the ON voltage has a voltage level that can be used as an ion current detection voltage applied to the spark plug 60, and is similar to the voltage Vd1, for example. It is a voltage value.
The voltage doubler circuit 20 outputs the first high voltage between the GND portion and the connection point of the secondary coil 32, the high voltage diode 50, and the ion current path resistor 150. A first high voltage on the high potential side is applied to this connection point, and is superimposed on the ON voltage generated in the secondary coil 32 to be applied to the spark plug 60 as a voltage Vd2 (ion current detection voltage). Is done.
The operation when the voltage Vd2 is applied to the spark plug 60 and the ion current detection circuit 100 detects the ion current is the same as when the voltage Vd1 is applied.
By generating the voltage Vd2 from the ON voltage and applying it to the spark plug 60, it becomes possible to detect the ion current even during the period t2 when the primary current is flowing through the ignition coil 30a.
The overlap time control unit 40a detects the situation in the combustion chamber using an ion current detection signal output from the ion current detection circuit 100 when the voltage Vd2 is generated and applied to the spark plug 60, and is implemented, for example, In the same manner as described in Example 1, the period for performing the overlapping discharge is adjusted.
As described above, according to the second embodiment, the DC-AC booster circuit 10a and the voltage doubler circuit 20 generate the ON voltage generated when the primary current is conducted to the primary coil 31. Since the ON voltage is reduced and used as the ion current detection voltage, pre-ignition due to the ON voltage can be prevented. In addition, even during the period when the primary current flows through the ignition coil 30a, it is possible to detect the state of the combustion chamber by detecting the ion current, and it is possible to detect pre-ignition due to factors other than the ON voltage.
In addition, since an ion current detection voltage having a polarity opposite to that of each high voltage that generates a spark in the spark plug 60 is applied to the spark plug 60, the ion current can be accurately detected. Based on the ion current, ignition control appropriately corresponding to the combustion state of the internal combustion engine can be performed.

１ 内燃機関用点火装置
２ 内燃機関用点火装置
１０ ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
１０ａ ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
１１ ＡＣスイッチ
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
２０ 倍電圧回路
３０ 点火コイル
３０ａ 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
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DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ignition device for internal combustion engines 2 Ignition device for internal combustion engines 10 DC-AC booster circuit 10a DC-AC booster circuit 11 AC switch 12a Ignition coil unit 12b Ignition coil unit 12c Ignition coil unit 12d Ignition coil unit 20 Double voltage circuit 30 Ignition coil 30a Ignition coil 31 Primary coil 32 Secondary coil 33 Switch transistor 40 Overlap time control unit 40a Overlap time control unit 50 High voltage diode 60 Spark 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

Claims (2)

１次側コイルに流れる１次電流が導通・遮断されることにより点火プラグへ供給する２次電圧を２次側コイルに発生する点火コイルと、
前記１次電流が導通されたときに２次側コイルに発生する第１の２次電圧へ重畳する第１の高電圧と、前記１次電流が遮断されたときに２次側コイルに発生する第２の２次電圧へ重畳する第２の高電圧とを生成して前記２次側コイルへ出力する昇圧回路と、
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、前記１次側コイルに流れる１次電流および前記昇圧回路を制御して前記点火プラグに重ね放電を行わせる制御部と、
を備え、
前記イオン電流検出部は、
前記２次側コイルから出力する第２の２次電圧、および、前記昇圧回路から出力する第１ならびに第２の高電圧とは逆極性のイオン電流検出電圧を前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出し、
前記制御部は、
前記第１の２次電圧が発生するとき、
該第１の２次電圧と重畳することにより、前記第１の２次電圧を小さくして前記イオン電流検出電圧を生成する第１の高電圧を前記昇圧回路から出力させ、
前記第２の２次電圧が発生するとき、
前記第２の２次電圧に重畳して前記点火プラグに重ね放電を行わせる第２の高電圧を前記昇圧回路から出力させる、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。 An ignition coil for generating a secondary voltage to be supplied to the spark plug when the primary current flowing through the primary coil is turned on and off;
A first high voltage superimposed on a first secondary voltage generated in a secondary coil when the primary current is conducted, and a secondary coil generated when the primary current is interrupted A boosting circuit that generates a second high voltage superimposed on a second secondary voltage and outputs the second high voltage to the secondary coil;
An ion current detector for detecting an ion current flowing through the combustion chamber via the secondary coil;
A control unit that controls the primary current flowing in the primary coil and the booster circuit in accordance with an ion current detection signal output from the ion current detection unit, and causes the spark plug to perform overlapping discharge;
With
The ion current detector is
A second secondary voltage output from the secondary coil and an ion current detection voltage having a polarity opposite to that of the first and second high voltages output from the booster circuit are applied to the spark plug to generate the ion Detect the current
The controller is
When the first secondary voltage is generated,
By superimposing the first secondary voltage, the first secondary voltage is reduced, and a first high voltage for generating the ion current detection voltage is output from the booster circuit .
When the second secondary voltage is generated,
To output the second high voltage for superimposed before Symbol second secondary voltage perform overlapping discharge to the spark plug from the booster circuit,
An internal combustion engine ignition device. 前記制御部は、
前記１次側コイルに１次電流を導通させる前に、前記昇圧回路から前記第１の高電圧を出力させる、
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 controller is
Outputting the first high voltage from the booster circuit before conducting a primary current to the primary coil;
The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1.

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