JP2000265934A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フルトランジスタ型点火装置において、内燃
機関の運転状態に応じて変化するイオン電流を、全運転
領域で常に正確に検出できるようにする。 【解決手段】 点火コイルの二次巻線のインダクタンス
を、従来のもの（２０〜３０Ｈ）に比べて小さい４〜１
６Ｈの範囲内に設定することにより、一次巻線への通電
・遮断によって点火プラグを火花放電させた際の火花放
電の継続時間、及び火花放電終了時に生じる二次巻線の
電圧変動時間を短くする。この結果、火花放電開始後、
混合気の燃焼に伴い発生したイオン量に対応したイオン
電流を検出できるようになるまでの時間が短くなり、イ
オン電流を正確に検出できるようになる。また、二次巻
線のインダクタンスを小さくすると、火花放電の継続時
間が短くなって、混合気の着火性が低下するので、最初
の火花放電（時点ｔ１）後に、イオン電流から失火判定
を行い（時点ｔ３）、失火時には、一次巻線への通電遮
断によって再度火花放電を行う。この結果、混合気の着
火性も確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点火プラグの火花
放電後に燃料混合気が着火することにより発生するイオ
ンを、電流値として検出するイオン電流検出機能を備え
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】そして、このようなイオン電流検出機能を
有する点火装置としては、例えば、特開平４−１９１４
６５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
ートランジスタ等のスイッチング素子によりオン・オフ
制御する、所謂フルトランジスタ型の点火装置に適用し
たものが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来のフルトランジスタ型の点火装置においては、点
火プラグを火花放電させた後、イオン電流を正確に検出
できるようになるまでの時間が長くなってしまい、内燃
機関の運転状態によっては、イオン電流を正確に検出で
きないことがあった。

【０００６】即ち、まず、フルトランジスタ型の点火装
置では、点火プラグを火花放電させる点火タイミングの
前に、パワートランジスタをオンして点火コイルの一次
巻線に電流を流し、その後の点火タイミングで、パワー
トランジスタをオフして、点火コイルの二次巻線に点火
用高電圧を発生させ、この点火用高電圧を点火プラグに
印加することにより、点火プラグを火花放電させる。

【０００７】そして、点火プラグの火花放電は、電極間
を絶縁破壊する容量放電と、それに続いて発生する誘導
放電（アーク放電ともいう）とからなり、誘導放電を含
む火花放電の継続時間は、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とによって決まる。

【０００８】また、内燃機関の始動時やアイドリング時
等、内燃機関の低回転・低負荷運転時には、混合気が着
火し難く、着火性を確保するには、内燃機関の高回転・
高負荷運転時に比べて、火花放電の継続時間を充分長く
（２〜３ｍｓ程度）する必要がある。

【０００９】このため、従来のフルトランジスタ型点火
装置では、内燃機関の低回転・低負荷運転時等にも火花
放電により混合気を確実に着火させることができるよう
に（換言すれば、火花放電の継続時間を充分長くできる
ように）、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンス
を大きい値（２０〜３０Ｈ程度）に設定している。

【００１０】しかし、このように混合気の着火性を考慮
して点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを充分
大きい値に設定すると、火花放電の継続時間が必要以上
に長くなってしまい、例えば、内燃機関の高回転・高負
荷運転時のように、点火プラグの火花放電開始直後に混
合気が速やかに着火・燃焼し得る運転条件下では、混合
気の燃焼によって発生したイオンが点火プラグの火花放
電中になくなり、イオン電流を検出できないことがあ
る。尚、これは、火花放電後の混合気の燃焼に伴い発生
するイオンは、混合気の着火後わずかな時間しか存在し
ないためである。

【００１１】また、点火プラグの火花放電終了時には、
点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスによって
（詳しくは、この自己インダクタンスと点火系の容量成
分で生じる共振特性によって）、二次巻線側に電圧変動
（振動）生じる。そして、こうした電圧変動が生じてい
るときに、点火プラグにイオン電流検出用の高電圧を印
加して、イオン電流を検出しようとしても、その検出信
号（イオン電流）は、二次巻線の電圧変動の影響を受け
て大きく変動してしまい、正確なイオン電流を検出する
ことができない。

【００１２】このため、従来の点火装置には、点火プラ
グに火花放電を発生させてから（点火タイミング）から
点火プラグが火花放電を終了して二次巻線の電圧が安定
する迄の期間はイオン電流の検出を禁止する、所謂マス
キング処理を行うようにしたものもある。

【００１３】しかし、火花放電終了時に生じる二次巻線
の電圧変動は、二次巻線の自己インダクタンスが大きい
程、長く続くことから、混合気の着火性を確保するため
に二次巻線の自己インダクタンスを大きい値に設定した
従来の点火装置では、点火プラグの火花放電開始後、イ
オン電流を検出できるようになるまでの時間がより長く
なってしまい、イオン電流を正確に検出できない運転領
域が増えてしまう。

【００１４】また更に、イオン電流を正確に検出できれ
ば、その検出信号に重畳された特定周波数（ノック周波
数）の信号を取り出すことにより、内燃機関のノッキン
グを検出することができるが、点火コイルの二次巻線の
自己インダクタンスが大きいと、点火系全体がローパス
フィルタとなって、イオン電流の検出信号に重畳される
ノッキング信号成分が減衰してしまう。

【００１５】このため、従来のフルトランジスタ型点火
装置では、たとえイオン電流を検出できたとしても、検
出したイオン電流からノッキングを検出することができ
ないといった問題もある。本発明は、こうした問題に鑑
みなされたもので、フルトランジスタ型の点火装置にお
いて、内燃機関の運転状態に応じて変化するイオン電流
を、内燃機関の全運転領域で常に正確に検出できるよう
にすることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１記載の発明は、二次巻線の一端が
点火プラグに接続された点火コイルと、該点火コイルの
一次巻線に流れる一次電流を、外部からの指令に従い通
電、遮断するスイッチング素子と、該スイッチング素子
をオン・オフさせることにより、前記点火コイルの二次
巻線に点火用高電圧を発生させて、前記点火プラグを火
花放電させる点火制御手段と、前記点火プラグの火花放
電後に、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
装置であって、前記点火コイルの前記二次巻線の自己イ
ンダクタンスを４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定したことを
特徴とする。

【００１７】即ち、本発明（請求項１）の内燃機関用点
火装置は、点火制御手段が、パワートランジスタ等から
なるスイッチング素子を内燃機関の回転に同期してオン
・オフさせることにより、点火コイルの二次巻線に点火
用高電圧を発生させて、点火プラグを火花放電させる、
所謂フルトランジスタ型点火装置であり、既述した従来
の点火装置と同様、イオン電流検出手段が、点火プラグ
の火花放電後に点火プラグの電極間を流れるイオン電流
を検出する。

【００１８】そして、本発明（請求項１）では、点火プ
ラグに印加する点火用高電圧を発生するための点火コイ
ルの二次巻線の自己インダクタンスを、従来のフルトラ
ンジスタ型点火装置で使用される点火コイルの二次巻線
の自己インダクタンス（２０〜３０Ｈ）よりも小さい、
４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定している。

【００１９】これは、二次巻線の自己インダクタンスを
４Ｈよりも小さくすると、火花放電の継続時間が短くな
り過ぎ、混合気を着火できない運転領域が確実に発生し
てしまい、逆に、二次巻線の自己インダクタンスを１６
Ｈよりも大きくすると、火花放電終了後に二次巻線に生
じる電圧変動の発生期間が長くなり過ぎ、イオン電流検
出手段が検出したイオン電流から、混合気の燃焼によっ
て発生したイオン量（延いては内燃機関の運転状態）を
正確に検出することができなくなってしまうためであ
る。

【００２０】つまり、本発明の内燃機関用点火装置は、
従来の点火装置のように、混合気の着火性のみを考慮し
て、火花放電の継続時間が充分長くなるように、点火コ
イルの二次巻線の自己インダクタンスを充分大きい値に
設定するのではなく、後述実施例にて例示する各種実験
を行うことにより、混合気の着火性を確保しつつ、内燃
機関の全運転領域でイオン電流を正確に検出し得る二次
巻線の自己インダクタンスを設定しているのである。

【００２１】そして、このように構成された本発明の内
燃機関用点火装置によれば、前述した従来装置に比べ
て、点火制御手段の動作によって点火プラグを火花放電
させた後の火花放電の継続時間を短くすることができ、
しかも、火花放電終了時に生じる二次巻線の電圧変動を
速やかに収束させることができることから、点火プラグ
が火花放電を開始する点火タイミングからイオン電流検
出手段がイオン電流検出動作を開始するまでの時間を短
くすることができる。

【００２２】よって、本発明によれば、内燃機関の高回
転・高負荷運転時等、混合気が着火し易い運転条件下で
も、混合気の燃焼によって発生したイオンがなくなる前
に、そのイオンの発生量に対応したイオン電流を正確に
検出することが可能になる。また、本発明では、点火コ
イルの二次巻線の自己インダクタンスを、従来のものよ
りも小さい４Ｈ〜１６の範囲内に設定していることか
ら、後述の実験例から明らかなように、点火系全体がノ
ッキング周波数成分を減衰させてしまうローパスフィル
タとなるのを防止し、イオン電流検出手段にて検出され
たイオン電流から、内燃機関に発生したノッキングに対
応した信号成分を取り出し、ノッキングを判定すること
も可能である。

【００２３】ここで、イオン電流検出手段は、点火プラ
グの火花放電後に点火プラグの電極間に流れるイオン電
流を検出できるものであればよいが、例えば、請求項２
に記載のように、イオン電流検出手段を、点火プラグの
火花放電後に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、その電圧印加によって点火プラグ
の電極間に流れるイオン電流を検出するようにするとよ
い。

【００２４】つまり、このように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させるためには、
後述実施例に記載のように、点火プラグへの点火用高電
圧の印加によって点火プラグが火花放電した際に流れる
放電電流にてコンデンサを充電しておき、この充電電荷
を利用して、検出用高電圧を発生する、といったことが
可能になり、こうすることで、検出用高電圧発生のため
の電力を別途電源装置から取り込む必要がなくなり、電
力消費量を低減できる。

【００２５】一方、本発明（請求項１，２）では、点火
コイルの二次巻線の自己インダクタンスの値を４Ｈ〜１
６Ｈの範囲内に設定することにより、点火プラグによる
火花放電の継続時間及び火花放電終了時に生じる二次巻
線の電圧変動期間を短くしているが、このように、火花
放電の継続時間を短くすると、内燃機関の低回転・低負
荷運転時のように混合気が着火し難い運転条件下では、
混合気が失火し易くなる。

【００２６】そこで、このような問題を解決するには、
請求項３に記載のように、請求項１又は請求項２記載の
内燃機関用点火装置に対して、更に、イオン電流検出手
段により検出されたイオン電流に基づき混合気の着火・
失火を判定し、失火を判定すると、前記スイッチング素
子を再度駆動して、前記点火プラグを再度火花放電させ
る再点火制御手段を設けるとよい。

【００２７】即ち、請求項３記載の内燃機関用点火装置
では、点火制御手段が点火プラグを火花放電させ、その
後、イオン電流検出手段がイオン電流を検出すると、再
点火制御手段が、その検出されたイオン電流に基づき、
混合気の着火・失火を判定して、失火を判定すると、点
火プラグを再度火花放電させる。

【００２８】このため、請求項３記載の発明によれば、
点火制御手段による１回目の火花放電により混合気を着
火・燃焼させることができなかった場合にでも、再点火
制御手段による火花放電によって混合気を着火・燃焼さ
せることができるようになり、二次巻線の自己インダク
タンスを従来より小さい値に設定することにより生じ
る、失火が発生し易くなるという問題を防止することが
可能となる。

【００２９】ここで、再点火制御手段は、点火制御手段
が点火プラグを火花放電させた後、一回だけ、イオン電
流から失火の有無を判定して、失火判定時に、点火プラ
グを火花放電させるようにしてもよく、例えば、自らが
点火プラグを火花放電させた２回目以降の火花放電後
も、イオン電流から失火の有無を判定して、失火判定時
に、点火プラグを火花放電させる、というように、「失
火判定→火花放電」を複数回繰り返し行うようにしても
よい。そして、再点火制御手段を、「失火判定→火花放
電」を複数回繰り返し行うように構成すれば、混合気の
失火をより確実に防止し、着火性を高めることが可能に
なる。

【００３０】尚、このように再点火制御手段を、「失火
判定→火花放電」を複数回繰り返し行うように構成する
ことができるのは、本発明では、点火プラグの二次巻線
の自己インダクタンスを４Ｈ〜１６Ｈと、従来のものに
比べて小さい値に設定しているためである。

【００３１】つまり、点火プラグの二次巻線の自己イン
ダクタンスが小さいということは、二次巻線に点火用高
電圧を発生させるのに必要な一次巻線の自己インダクタ
ンスも、当然、従来のものに比べて小さくなり、この結
果、二次巻線に点火用高電圧を発生させるのに要する一
次巻線の通電時間（換言すれば、スイッチング素子のオ
ン時間）も短くなる。

【００３２】そして、本発明では、点火プラグの二次巻
線の自己インダクタンスを小さくすることにより、点火
コイルの火花放電の継続時間を短くして、火花放電開始
後、短時間で、イオン電流を正確に検出できるようにし
ている。従って、本発明の点火装置では、「一次巻線の
通電→火花放電→イオン電流検出」に要する時間が従来
のものに比べて極めて短くなり、内燃機関の点火一回当
たりに、「失火判定→火花放電」を複数回繰り返し行う
ことができるようになるのである。

【００３３】また、点火プラグの二次巻線の自己インダ
クタンスを上記範囲内に設定することにより失火が発生
し易くなるのは、内燃機関の低回転・低負荷運転時であ
り、内燃機関の高回転・高負荷運転時には、混合気は着
火し易く、失火する虞はないので、再点火制御手段の動
作を、内燃機関の運転状態に応じて制限するようにして
もよい。

【００３４】具体的には、内燃機関の回転速度が所定回
転速度以下であるときや、スロットルバルブの開度，吸
入空気量Ｑと回転数Ｎとの比Ｑ／Ｎ，吸気管圧力等から
得られる内燃機関の負荷が所定レベル以下であるときに
だけ、再点火制御手段を動作させ、それ以外の運転領域
では、再点火制御手段による「失火判定→火花放電」の
動作を禁止するようにしてもよい。

【００３５】そして、このようにすれば、内燃機関の高
回転時等、内燃機関一回転当たりの時間が短くなり、点
火制御手段及び再点火制御手段を実現するエンジン制御
装置側で、点火一回当たりの処理に利用可能な時間が短
くなったときに、エンジン制御装置側での処理の負担を
増大させることなく、点火制御を良好に実行できること
になる。

【００３６】また、混合気は、内燃機関の回転速度が低
い程着火し難くなり、しかも、内燃機関の１行程当たり
に再点火制御手段が「失火判定→火花放電」を実行し得
る回数は、内燃機関の回転速度が高い程少なくなるの
で、上記のように、再点火制御手段を、「失火判定→火
花放電」の動作を複数回実行するよう構成する場合に
は、その最大実行回数を、内燃機関の回転速度に応じ
て、内燃機関の回転速度が低い程多くなるように設定し
てもよい。

【００３７】一方、混合気をより確実に着火・燃焼させ
るには、請求項４に記載のように、点火制御手段を、内
燃機関の１燃焼サイクルの燃焼タイミングにおいて、ス
イッチング素子を複数回連続してオン・オフすることに
より、点火プラグを複数回連続して火花放電させるよう
に構成し、イオン電流検出手段側では、点火制御手段が
点火プラグを複数回連続して火花放電させた後に、イオ
ン電流を検出するようにしてもよい。

【００３８】つまり、このようにすれば、点火制御手段
による点火プラグの複数回の火花放電によって混合気を
より確実に着火させ、その後、イオン電流検出手段にて
検出されるイオン電流から、失火，ノッキング等、内燃
機関の運転状態を良好に検出することができるようにな
る。

【００３９】尚、このように、点火制御手段を、点火プ
ラグの火花放電を複数回連続して発生させるように構成
する場合には、火花放電を不必要に実行してしまい、こ
れによって、イオン電流の検出精度が低下したり、点火
プラグの寿命が短くなることのないように、点火制御手
段が点火プラグに発生させる火花放電の回数を制限する
ことが望ましい。

【００４０】具体的には、混合気が着火し難い運転条件
下（例えば、内燃機関の低回転・低負荷運転時）では、
点火制御手段による火花放電の連続回数を多くし、混合
気が着火し易い運転条件下（例えば、内燃機関の高回転
・高負荷運転時）では、点火制御手段による火花放電の
連続回数を少なくする（場合によっては火花放電１回に
する）、というように、点火制御手段が制御する点火プ
ラグの火花放電の回数を内燃機関の運転状態に応じて設
定する火花放電連続回数設定手段を設け、点火制御手段
側では、その設定された火花放電回数に従いスイッチン
グ素子をオン・オフして、点火プラグを１又は複数回火
花放電させるように構成すればよい。

【００４１】またこのように点火制御手段にて点火プラ
グの火花放電を複数回連続的に実行させるのは、混合気
の着火性を高めるためであることから、火花放電の継続
時間を短くすると混合気の着火性が著しく低下する内燃
機関、具体的には、燃料噴射弁（インジェクタ）が気筒
内に燃料を直接噴射するように構成された所謂直噴式の
内燃機関に適用するとよい。

【００４２】つまり、直噴式の内燃機関では、インジェ
クタから点火プラグ近傍に直接燃料が噴射されるため、
点火プラグによる火花放電の発生期間が短いと、燃料が
くすぶり易く、混合気をより確実に着火させるには、他
の内燃機関（詳しくは、吸気管側で燃料を供給して吸気
行程時に燃料と空気との混合気を気筒内に吸入させる内
燃機関）に比べて、点火用高電圧の立上がりを急峻に
し、且つ、火花放電の継続時間を長くする必要がある。

【００４３】そして、本発明の点火装置では、点火コイ
ルの二次巻線の自己インダクタンスを４Ｈ〜１６Ｈの範
囲内に設定しているので、従来の点火装置に比べて、二
次巻線のインピーダンスが小さくなって、点火用高電圧
の立上がりを急峻にできる。しかし、この場合、既述し
たように、火花放電の継続時間が短くなるので、イオン
電流の検出には適しているが、直噴式の内燃機関では、
火花放電の継続時間が短くなりすぎ、着火性が低下する
虞がある。

【００４４】しかし、請求項４に記載のように、点火制
御手段によるイオン電流検出前の火花放電を、複数回連
続して実行させるようにすれば、火花放電の継続時間を
長くしたのと同様の効果が得られ、混合気の着火性を確
保できる。よって、請求項４記載の発明は、特に、直噴
式の内燃機関の適用することにより、より効果を発揮す
ることができるようになるのである。

【００４５】尚、請求項４記載の発明と請求項３記載の
発明とは、互いに組み合わせることが可能であり、これ
ら発明を組み合わせれば、点火制御手段により火花放電
を複数回実行させる際の回数を必要最小限に抑えつつ、
混合気を確実に着火・燃焼させることが可能となり、点
火プラグの火花放電回数が不必要に増加するのを防止し
て、火花放電回数の増大に伴う点火プラグの寿命低下を
抑えることができる。

【００４６】一方、本発明では、点火コイルの二次巻線
の自己インダクタンスを４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定す
るが、設定した自己インダクタンスの値によっては、点
火プラグの火花放電の継続時間が、混合気を着火・燃焼
させるのに必要な最小時間よりも長くなることも考えら
れる。

【００４７】そこで、火花放電の継続時間をより短くし
て、イオン電流の検出精度を高めるには、請求項５記載
のように、内燃機関の運転状態に応じて点火プラグの火
花放電を休止する火花放電休止手段を設けるとよい。つ
まり、例えば、二次巻線の自己インダクタンスを本発明
における最大値である１６Ｈに設定した場合、混合気が
着火し易い内燃機関の高回転・高負荷運転時には、火花
放電の継続時間が必要以上に長くなることが考えられ
る。一方、内燃機関の高回転・高負荷運転時のイオン電
流の検出精度を高めるには、火花放電開始後、イオン電
流の検出を開始するまでの時間をできるだけ短くするこ
とが望ましい。そこで、請求項５に記載の発明では、例
えば、混合気が着火し易い内燃機関の高回転・高負荷時
程、点火プラグの火花放電継続時間が短くなるように、
点火プラグの火花放電を、内燃機関の運転状態に応じて
休止させるのである。この結果、請求項５に記載の発明
によれば、火花放電の継続時間をより短くして、イオン
電流の検出精度を高めることが可能になる。

【００４８】尚、火花放電を休止させるには、点火プラ
グの火花放電期間中に、スイッチング素子をオンして、
点火コイルの一次巻線段への通電を再開させるようにす
ればよい。但し、この通電再開後に、スイッチング素子
をオフすると、点火プラグは再び火花放電することにな
るので、混合気を着火させる必要のないときには、内燃
機関が排気行程に入ってから、スイッチング素子をオフ
するようにするとよい。

【００４９】

【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
火装置の構成（ａ）及びイオン電流検出特性（ｂ）を表
す説明図である。

【００５０】図１（ａ）に示すように、本実施例の内燃
機関用点火装置は、外側電極２ａがグランドに接地され
た点火プラグ２と、二次巻線Ｌ２の一端が点火プラグ２
の中心電極２ｂに接続された点火コイル４と、正極側が
点火コイル４の一次巻線Ｌ１の一端に接続され、負極側
がグランドに接地された直流電源（バッテリ）６と、点
火コイル４の一次巻線Ｌ１のバッテリ６とは反対側に設
けられ、グランドを介してバッテリ６の負極側に至る一
次巻線Ｌ１の通電経路を導通・遮断するスイッチング素
子８と、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の点火プラグ２と
は反対側に設けられ、混合気の燃焼により点火プラグ２
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
を検出するためのイオン電流検出回路１０と、スイッチ
ング素子８をオン・オフさせて、点火コイル４の一次巻
線を通電し、通電遮断時（スイッチング素子８のターン
オフ時）に、点火コイル４の二次巻線Ｌ２に点火用高電
圧を発生させて、点火プラグ２を火花放電させると共
に、その後、イオン電流検出回路１０を駆動してイオン
電流を検出させる、マイクロコンピュータからなる制御
装置１２と、から構成されている。

【００５１】尚、スイッチング素子８は、コレクタが点
火コイル４の一次巻線Ｌ１に接続され、エミッタがグラ
ンドに接地され、ベースが制御装置１２に接続されたＮ
ＰＮ型のパワートランジスタからなり、制御装置１２か
ら出力される点火信号ＩＧがHighレベルであるときにオ
ン状態となって、点火コイル４の一次巻線Ｌ１とバッテ
リ６との間の通電経路を導通して、一次巻線Ｌ１に電流
を流す。

【００５２】また、点火コイル４は、スイッチング素子
８のターンオフ時に、一次巻線Ｌ１への通電により蓄積
されたエネルギによって、二次巻線Ｌ２の点火プラグ２
の中心電極２ｂ側に、グランド電位よりも低い負の点火
用高電圧が誘起されるように構成されており、点火プラ
グ２の火花放電時には、二次巻線Ｌ２からイオン電流検
出回路１０側に放電電流が流れる。

【００５３】また、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己
インダクタンスは、本発明を適用することにより、４Ｈ
〜１６Ｈの範囲内（例えば８Ｈ）に設定されており、一
次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２との巻数比（換言すれば一次
巻線Ｌ１の自己インダクタンス）は、一次巻線Ｌ１への
通電遮断時に二次巻線Ｌ２に発生させる点火用高電圧に
応じて設定されている。

【００５４】次に、イオン電流検出回路１０は、特許請
求の範囲に記載のイオン電流検出手段に相当するもので
あり、一端がグランドに接地された抵抗２０と、この抵
抗２０に対してカソードがグランド側となるように並列
接続されたたダイオード２２と、同じく抵抗２０に対し
て並列接続された、抵抗２４及びツェナーダイオード２
６の直列回路と、抵抗２０のグランド側とは反対側に直
列接続されたコンデンサ２８とを備えており、抵抗２０
の両端電圧（＝ダイオード２２の両端電圧＝抵抗２４及
びツェナーダイオード２６からなる直列回路の両端電
圧）が、イオン電流の検出信号（イオン電流信号）Ｓｉ
として、制御装置１２に入力される。

【００５５】また、コンデンサ２８の抵抗２０とは反対
側には、充電用ダイオード３０のカソードが接続されて
いる。充電用ダイオード３０は、点火プラグ２の火花放
電時に点火コイル４の二次巻線Ｌ２からイオン電流検出
回路１０側に流れ込む放電電流を利用してコンデンサ２
８を充電するためのものであり、そのアノードは、点火
コイル４の二次巻線Ｌ２の点火プラグ２とは反対側に接
続されている。そして、この充電用ダイオード３０に
は、その両端を制御装置１２から出力されるイオン電流
検出期間を表すウィンドウ信号ＩＷ（Highレベル）によ
って短絡する、放電用スイッチ３２が、並列に接続され
ている。

【００５６】また、イオン電流検出回路１０には、カソ
ードが、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の点火プラグ２と
は反対側に接続され、アノードがグランドに接地された
ツェナーダイオード３４が設けられている。このツェナ
ーダイオード３４は、二次巻線Ｌ２及び点火プラグ２と
共に閉ループを形成して、点火プラグ２の火花放電時に
放電電流を流すと共に、火花放電時の二次巻線Ｌ２とグ
ランドとの間の電圧をツェナー電圧に保持することによ
り、点火プラグ２の火花放電時に、充電用ダイオード３
０を介して、コンデンサ２８を、ツェナーダイオード３
４のツェナー電圧から、ダイオード３０及び２２の順方
向電圧（２×Ｖｆ＝約１．４Ｖ）分を減じた検出用高電
圧（点火プラグ２が火花放電しない程度の電圧；約３０
０Ｖ程度）まで充電しておくためのである。

【００５７】そして、このように構成されたイオン電流
検出回路１０では、放電用スイッチ３２がオフ状態にあ
る時、点火コイル４の二次巻線Ｌ２からグランドに向か
う方向にだけ電流を流すことが可能となり、点火プラグ
２の火花放電時には、放電電流を、充電用ダイオード３
０，コンデンサ２８及びダイオード２２を通る閉ループ
で流すと共に、これら各部の両端電圧がツェナーダイオ
ード３４のツェナー電圧を越えることのないよう、ツェ
ナーダイオード３４にも放電電流を流す。

【００５８】そして、このとき、コンデンサ２８の両端
電圧は、ツェナーダイオード３４のツェナー電圧で決ま
る所定の検出用高電圧となり、コンデンサ２８には、放
電用スイッチ３２をオフした際に、検出用高電圧を点火
コイル４の二次巻線Ｌ２を介して点火プラグ２の中心電
極２ｂに印加し得る電荷が蓄積されることになる。

【００５９】次に、この状態で、放電用スイッチ３２が
閉じられると、コンデンサ２８から放電用スイッチ３２
及び二次巻線Ｌ２を通って、点火プラグ２の中心電極２
ｂに検出用高電圧が印加される。そして、このとき、点
火プラグ２の電極近傍に混合気の燃焼によって生じたイ
オンが存在すれば、点火プラグ２の電極間及び抵抗２０
を通る経路で、イオン電流が流れることになる。また、
このようにイオン電流が流れると、抵抗２０には、その
イオン電流の大きさと抵抗２０の抵抗値とで決まる電圧
降下が生じ、抵抗２０の両端電圧は、イオン電流に対応
した値となる。

【００６０】従って、上記のように、抵抗２０の両端電
圧（実際には、抵抗２０とコンデンサ２８との接続点に
生じるグランド電位よりも低い負電圧）を、イオン電流
信号Ｓｉとして制御装置１２に入力することにより、制
御装置１２側で、イオン電流を検出できることになる。

【００６１】尚、抵抗２４とツェナーダイオード２６と
の直列回路は、電流測定レンジ（検出抵抗）を自動的に
変化させるためのものである。即ち、例えば、ツェナー
ダイオード２６の降伏電圧を３Ｖ、抵抗Ｒ２０の抵抗値
を１００ｋΩ，抵抗２４の抵抗値を１０ｋΩに設定した
場合、電流が０〜３０μＡ（換言すればイオン電流信号
Ｓｉが３Ｖ以下）のときには、イオン電流は抵抗Ｒ２０
のみに流れるが、イオン電流信号Ｓｉが３Ｖを越える
と、イオン電流がツェナーダイオード２６を通って抵抗
Ｒ２４に流れることになるので、イオン電流検出用の抵
抗値が、抵抗Ｒ２０と抵抗Ｒ２４との合成抵抗（約１０
ｋΩ）となる。

【００６２】この結果、イオン電流と検出電圧（イオン
電流信号Ｓｉ）との関係は、図１（ｂ）に示すように、
イオン電流がツェナーダイオード２６の降伏電圧と抵抗
Ｒ２０の抵抗値とで決まる設定値以下（図では３０μＡ
以下）の場合には、イオン電流信号Ｓｉは、イオン電流
の変化に対応して大きく変化するが、イオン電流がその
設定値を越えると、イオン電流の変化に対するイオン電
流信号Ｓｉの変化（傾き）が小さくなり、検出可能なイ
オン電流の変化幅（換言すればイオン電流検出回路１０
のダイナミックレンジ）が大きくなる。従って、本実施
例のイオン電流検出回路１０によれば、イオン電流を広
範囲にしかも高精度に測定できることになる。

【００６３】次に、制御装置１２が実行する点火制御処
理について図２に示すフローチャートに沿って説明す
る。尚、制御装置１２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、以下に説明する点火制御処理のために、別途、
内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力），回転速度，スロ
ットル開度，冷却水温，吸気温等、機関各部の運転状態
を検出する運転状態検出処理を行っている。

【００６４】本実施例の点火制御処理は、例えば、内燃
機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角セ
ンサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気、圧縮、燃
焼、排気を行う１サイクルに１回の割で実行される。そ
して、図２に示すように、点火制御処理が開始される
と、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、別途実
行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運
転状態（吸入空気量，回転速度等）を読み込み、その運
転状態に基づき、点火プラグ２を火花放電させるべき点
火時期と、火花放電の継続時間を表す放電時間と、火花
放電終了後にイオン電流を検出（詳しくはイオン電流信
号Ｓｉをサンプリング）する時間（サンプリング時間）
とを算出する。

【００６５】尚、点火時期は、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若しくは計
算式を用いて制御基準値を求め、これを冷却水温，吸気
温等に基づき補正する、といった手順で算出される。ま
た、放電時間は、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、混合気が着火し難
い内燃機関の低回転低負荷運転時には長く、混合気が着
火し易い高回転高負荷運転時には短くなるように、予め
設定されたマップ若しくは計算式を用いて算出される。

【００６６】また、サンプリング時間は、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、火花放電によって混合気が着火・燃焼するのに時
間がかかる内燃機関の低回転低負荷運転時には長く、混
合気が着火・燃焼するのに要する時間が短い高回転高負
荷運転時には短くなるように、予め設定されたマップ若
しくは計算式を用いて算出される。

【００６７】次に、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて算出し
た点火時期にて点火プラグ２を火花放電させるのに必要
な一次巻線Ｌ１への通電開始時期を求め、その通電開始
時期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、通電開
始時期になるのを待つ。そして、Ｓ１２０にて、通電開
始時期に達したと判断されると、Ｓ１３０に移行して、
点火信号ＩＧをLow からHighレベルに変化させる（図３
に示す時点ｔ０参照）。この結果、スイッチング素子８
がオン状態となって、点火コイル４の一次巻線Ｌ１に一
次電流が流れる。尚、一次巻線Ｌ１の通電時間は予め設
定されており、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて算出した点
火時期からその通電時間分だけ早い時期を、一次巻線Ｌ
１の通電開始時期として設定する。

【００６８】次に、Ｓ１４０では、クランク角センサか
らの検出信号に基づき、Ｓ１１０にて求めた点火時期に
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、点火時期になる
のを待つ。そして、Ｓ１４０にて、点火時期に達したと
判断されると、Ｓ１５０に移行して、点火信号ＩＧをHi
ghからLow レベルに変化させる（図３に示す時点ｔ１参
照）。

【００６９】この結果、スイッチング素子８がターンオ
フして、一次巻線Ｌ１への通電が遮断され、点火コイル
４の二次巻線Ｌ２の点火プラグ２側に点火用高電圧（以
下、二次巻線Ｌ２の点火プラグ２側電圧を二次電圧Ｖ２
という）が発生して、点火プラグ２が火花放電する。
尚、このとき、イオン電流検出回路１０内の放電用スイ
ッチ３２は、オフ状態であり、イオン電流検出回路１０
内のコンデンサ２８には、検出用高電圧発生のための電
荷が蓄積される。

【００７０】また次に、続くＳ１６０では、Ｓ１５０に
よる一次巻線Ｌ１への通電遮断後（換言すれば火花放電
開始後）、Ｓ１１０にて求めた放電時間が経過したか否
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、放電時間が経過するのを待
つ。そして、Ｓ１６０にて、放電時間が経過したと判断
されると、Ｓ１７０に移行して、点火信号ＩＧを再度Lo
w からHighレベルに変化させ、続くＳ１８０にて、イオ
ン電流検出回路１０に対して出力するウィンドウ信号Ｉ
ＷをLow からHighレベルに変化させる（図３に示す時点
ｔ２参照）。

【００７１】この結果、スイッチング素子８が再度オン
状態となって、一次巻線Ｌ１への通電が再開され、点火
プラグ２の火花放電が強制的に終了されると共に、イオ
ン電流検出回路１０内の放電用スイッチ３２がオンし
て、イオン電流検出回路１０内のコンデンサ２８に蓄積
された電荷によって、点火プラグ２の電極間に、火花放
電時とは逆極性の検出用高電圧が印加されることにな
る。

【００７２】尚、Ｓ１７０及びＳ１８０の動作によっ
て、点火プラグの火花放電を強制的に終了すると同時
に、ウィンドウ信号ＩＷをLow からHighレベルに変化さ
せた直後には、図３に示すように、二次巻線Ｌ２に電圧
変動が生じ、イオン電流検出回路１０から制御装置１２
に入力されるイオン電流信号Ｓｉも大きく変動するが、
本実施例では、二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスを例
えば８Ｈと小さい値に設定していることから、この変動
期間は短く、その後、混合気が着火・燃焼してイオンが
発生すれば、イオン電流信号Ｓｉは、図３に点線で示す
ように、イオンの発生量に応じて変動し、逆に、混合気
が着火せず、イオンが発生しなければ、イオン電流信号
Ｓｉは、図３に実線で示すように、基準レベルに速やか
に収束することになる。

【００７３】次に、Ｓ１９０では、イオン電流検出回路
１０から出力されるイオン電流信号Ｓｉを取り込み、Ｓ
２００にて、Ｓ１７０及びＳ１８０の処理実行後、Ｓ１
１０で求めたサンプリング時間が経過したか否かを判定
し、サンプリング時間が経過していなければ再度Ｓ１９
０に移行する、といった手順で、サンプリング時間内に
イオン電流検出回路１０から出力されたイオン電流信号
Ｓｉをサンプリングする。

【００７４】そして、Ｓ２００にて、サンプリング時間
が経過したと判断されると、Ｓ２１０に移行して、イオ
ン電流検出回路１０に対するウィンドウ信号ＩＷをHigh
からLow レベルに変化させて、イオン電流の検出を一旦
終了し（図３に示す時点ｔ３参照）、続くＳ２２０に
て、Ｓ１９０にてサンプリングしたサンプリング時間内
のイオン電流信号Ｓｉの変化に基づき、失火判定を行
う。

【００７５】次に、Ｓ１９０にて、失火は発生しておら
ず、混合気は正常燃焼していると判断されると、Ｓ２３
０に移行して、内燃機関が燃焼行程から排気行程に移行
したか否かを判断することにより、排気行程になるのを
待ち、内燃機関が排気行程に入ると、Ｓ２４０に移行し
て、点火信号ＩＧをHighからLow レベルに変化させて、
一次巻線Ｌ１への通電を遮断し、当該処理を一旦終了す
る。尚、これは、内燃機関が正常燃焼しているにもかか
わらず失火判定後にそのまま一次巻線Ｌ１の通電を遮断
すると、点火プラグ２に火花放電が発生して、混合気の
燃焼に悪影響を及ぼすことが考えられるためである。

【００７６】一方、Ｓ１９０にて、サンプリング時間中
にサンプリングしたイオン電流信号Ｓｉから、イオン電
流を検出できず、失火したと判断されると、Ｓ２５０に
移行して、点火信号ＩＧをHighからLow レベルに変化さ
せることにより、混合気を着火させるための火花放電を
再度実行させる（図３に示す時点ｔ３参照）。

【００７７】そして、続くＳ２６０では、内燃機関の運
転状態（回転速度，負荷等）に基づき、火花放電の継続
時間を予測し、その継続時間が経過した時刻を、イオン
電流の検出開始タイミングとして設定し、続くＳ２７０
にて、現在時刻が、設定された検出タイミングに達した
か否かを判断することにより、検出タイミングになるの
を待つ。

【００７８】次に、Ｓ２７０にて、検出タイミングに達
したと判断されると、今度は、Ｓ２８０に移行して、上
記Ｓ１８０と同様、イオン電流検出回路１０に対して出
力するウィンドウ信号ＩＷをLow からHighレベルに変化
させる（図３に示す時点ｔ４参照）。

【００７９】そして、続くＳ２９０では、イオン電流検
出回路１０から出力されるイオン電流信号Ｓｉを取り込
み、Ｓ３００にて、Ｓ２８０の処理実行後、Ｓ１１０で
求めたサンプリング時間が経過したか否かを判定し、サ
ンプリング時間が経過していなければ再度Ｓ２９０に移
行する、といった手順で、サンプリング時間内にイオン
電流検出回路１０から出力されたイオン電流信号Ｓｉを
サンプリングする。

【００８０】そして、Ｓ３００にて、サンプリング時間
が経過したと判断されると、Ｓ３１０に移行して、イオ
ン電流検出回路１０に対するウィンドウ信号ＩＷをHigh
からLow レベルに変化させて、イオン電流の検出を終了
する（図３に示す時点ｔ５）。そして、続くＳ３２０で
は、Ｓ１９０にてサンプリングしたサンプリング時間内
のイオン電流信号Ｓｉの変化に基づき、失火判定を行
い、その判定結果を記憶（又は表示）し、当該処理を終
了する。

【００８１】以上説明したように、本実施例の内燃機関
用点火装置は、点火コイル４の一次巻線Ｌ１に直列接続
されたスイッチング素子８をオン・オフさせることによ
り、点火プラグ２に点火用高電圧を印加して、その電極
間に火花放電を発生させる、フルトランジスタ型点火装
置であり、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己インダク
タンスが、４Ｈ〜１６Ｈの範囲内（例えば８Ｈ）に設定
されている。このため、二次巻線Ｌ２の自己インダクタ
ンスが２０Ｈ〜３０Ｈ程度に設定された従来の点火装置
に比べ、二次巻線Ｌ２のインピーダンスが極めて小さく
なり、点火プラグ２の火花放電の継続時間が短くなる。

【００８２】また、内燃機関を実際に運転する際には、
図３に示すように、まず、内燃機関の運転状態に基づき
求めた点火時期（時点ｔ１）で点火プラグ２が火花放電
するよう、図３に示す時点ｔ０から時点ｔ１までの間、
スイッチング素子８をオンして点火コイル４の一次巻線
Ｌ１を通電し、スイッチング素子８がターンオフした時
点ｔ１で、点火コイル４の二次巻線Ｌ２側に点火用高電
圧を発生させて、この点火用高電圧にて点火プラグ２を
火花放電させる。

【００８３】そして、火花放電は、そのまま放置してお
けば、一次巻線Ｌ１への通電によって点火コイル４に蓄
積されたエネルギが放出されるまで継続するが、本実施
例では、火花放電の継続時間を計時し、これが、内燃機
関の運転状態に基づき設定した放電時間に達した時点ｔ
２で、スイッチング素子８を再度オンして一次巻線Ｌ１
を通電することにより、火花放電を強制終了させる。こ
のため、点火プラグ２の火花放電の継続時間は、従来の
点火装置に比べて、より短くなる。

【００８４】また、火花放電を強制終了させると、その
後、内燃機関の運転状態に基づき設定したサンプリング
時間が経過する時点ｔ３までの間、イオン電流検出回路
１０から出力されるイオン電流信号Ｓｉをサンプリング
する。このサンプリングしたイオン電流信号Ｓｉの信号
波形は、火花放電の終了に伴い二次巻線Ｌ２に発生する
電圧変動（二次電圧Ｖ２の変動）の影響を受けるが、二
次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが従来のものに比べて
小さいことから、二次電圧Ｖ２の変動期間，延いてはイ
オン電流信号Ｓｉの変動期間も短くなる。

【００８５】このため、本実施例によれば、火花放電開
始後、混合気の燃焼に伴い発生したイオン量に対応した
イオン電流を検出できるようになるまでの時間が、従来
の点火装置に比べて極めて短くなり、混合気が着火し易
く、火花放電を開始してから混合気の燃焼によってイオ
ンが発生するまでの時間が短い運転条件下（内燃機関の
高回転・高負荷運転時等）でも、イオン電流を正確に検
出できることになる。

【００８６】また、本実施例では、イオン電流信号Ｓｉ
のサンプリングが終了すると（時点ｔ３）、そのサンプ
リングしたイオン電流信号Ｓｉに基づき失火判定を行う
が、この失火判定では、二次電圧Ｖ２の変動期間を除く
イオン電流信号Ｓｉの信号波形を用いることにより、内
燃機関の運転状態によらず、常に正確に失火判定を行う
ことが可能となる。

【００８７】また更に、本実施例では、失火判定の結
果、失火が検出されると、スイッチング素子８をオフし
て一次巻線Ｌ１への通電を遮断することにより、点火プ
ラグ２を再度火花放電させる。このため、一回目の火花
放電にて混合気を着火・燃焼させることができなかった
場合でも、この２回目の火花放電により混合気を着火・
燃焼させることが可能になる。

【００８８】尚、本実施例においては、制御装置１２で
実行される点火制御処理の内、Ｓ１２０〜Ｓ１５０の処
理が、本発明の点火制御手段として機能し、Ｓ１６０，
１７０の処理が、本発明の火花放電休止手段として機能
し、Ｓ１８０〜Ｓ２２０及びＳ２５０の処理が、本発明
の再点火制御手段として機能する。

【００８９】以上のように、本実施例では、点火コイル
４の二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスを、従来のもの
に比べて極めて小さい４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定する
ことにより、点火プラグ２の火花放電の継続時間及び火
花放電終了時に生じる二次電圧Ｖ２の変動期間を、従来
よりも短くし、しかも、１回目の火花放電の継続時間に
ついては、火花放電を強制終了させることにより、より
短くするようにしている。

【００９０】これは、既述したように、混合気が着火し
易く、火花放電開始後イオンが発生するまでの時間が短
い運転条件下でも、イオン電流を正確に検出できるよう
にするためであるが、次に、こうした効果を裏付ける各
種実験例について説明する。 ［実験例１］まず、図４は、１．８Ｌ，４気筒の内燃機
関を搭載した車両を用いて、点火コイルの二次巻線の自
己インダクタンスがイオン電流に与える影響を測定した
測定結果を表す。

【００９１】図４において、（ａ）は、上記実施例と同
じイオン電流検出回路を備えたフルトランジスタ型点火
装置で、点火コイルに、二次巻線の自己インダクタンス
が８Ｈのものを用い、内燃機関をリーン空燃比で運転し
つつ、車両を１００km/hで走行させた際の、イオン電流
信号Ｓｉ、二次電圧Ｖ２及び気筒内燃焼圧力Ｐｉの測定
結果であり、（ｂ）は、二次巻線の自己インダクタンス
が１６Ｈの点火コイルを用いて同様の実験を行った測定
結果であり、（ｃ）は、二次巻線の自己インダクタンス
が２３Ｈの点火コイルを用いて同様の実験を行った測定
結果である。尚、各測定結果の下方に記載の矢印↑は、
火花放電の開始時期（点火時期）を表す。 そして、こ
の測定結果から、二次巻線の自己インダクタンスが２３
Ｈの点火コイルを用いた場合には、火花放電終了時に生
じる二次電圧Ｖ２の変動が長く続き、イオン電流信号Ｓ
ｉもそれに応じて振動するため、混合気の燃焼に伴い発
生したイオン量に対応したイオン電流波形が、その振動
の影響を受けてしまうことが判った。また、二次巻線の
自己インダクタンスを１６Ｈ，８Ｈと小さくすると、火
花放電終了時に生じる二次電圧Ｖ２の変動期間が短くな
り、イオン電流信号Ｓｉが二次電圧Ｖ２の変動の影響を
受け難くなることも判った。

【００９２】従って、この実験例１の測定結果から、イ
オン電流を正確に検出するには、点火コイルの二次巻線
の自己インダクタンスを、従来のように２０Ｈ〜３０Ｈ
程度に設定するのではなく、上記実施例のように、従来
よりも小さい値（４Ｈ〜１６Ｈ）に設定した方がよいこ
とが判る。

【００９３】［実験例２］次に、図５は、二次巻線の自
己インダクタンスが１６Ｈの点火コイルを用いて、実験
例１と同様の点火装置で、１．８Ｌ，４気筒の内燃機関
を運転させ、その運転時に、点火プラグの火花放電を最
後まで継続させたとき（ａ）と、火花放電を強制終了さ
せたとき（ｂ）とで、イオン電流信号Ｓｉがどのように
変わるかを測定結果を表す。

【００９４】尚、図５において、各測定結果の下方に記
載の矢印ｔ１は、火花放電の開始時期（点火時期）を表
し、（ｂ）の下方に記載の矢印ｔ１は、スイッチング素
子を再通電して火花放電を強制終了させたタイミングを
表す。また、この実験では、実験例１と同様に、内燃機
関には車両に搭載されたもの使用した。そして、図５の
測定結果は、内燃機関をストイキ（理論空燃比）で運転
させつつ、車両を１００km/hで走行させた際に得られた
値である。

【００９５】この測定結果から、火花放電を継続させる
と、火花放電の継続時間だけでなく、火花放電終了時に
生じる二次電圧Ｖ２の変動期間も長くなり、イオン量に
対応したイオン電流信号Ｓｉを検出できなくなることが
あるのに対し、火花放電を強制遮断させると、火花放電
の継続時間及び火花放電終了時の二次電圧Ｖ２の変動期
間が共に短くなって、イオン量に対応したイオン電流信
号Ｓｉが得られるようになることが判った。

【００９６】従って、この実験例３による測定結果か
ら、イオン電流を正確に検出するには、点火コイルの二
次巻線の自己インダクタンスを、従来よりも小さい値に
設定するだけではなく、上記実施例のように、火花放電
の継続期間が、混合気を着火し得る範囲内で、できるだ
け短くなるように、火花放電を強制的に終了させるとよ
いことが判る。 ［実験例３］次に、図６は、二次巻線の自己インダクタ
ンスが１６Ｈの点火コイルと、同じく自己インダクタン
スが２３Ｈの点火コイルとを夫々用いて、実験例１と同
様の点火装置で、１．８Ｌ，４気筒の内燃機関を、点火
プラグの火花放電を強制終了させつつ運転させ、その運
転時に、混合気が正常燃焼（着火）したときと、失火し
たときとで、イオン電流信号Ｓｉがどのように変化する
かを測定した測定結果を表す。

【００９７】尚、図６において、（ａ）は、二次巻線の
自己インダクタンスが１６Ｈの点火コイルを用いた場合
の測定結果であり、（ｂ）は、二次巻線の自己インダク
タンスが２３Ｈの点火コイルを用いた場合の測定結果で
ある。また、各測定結果の下方に記載の矢印は、火花放
電の開始時期（点火時期）を表す。また、この実験で
は、実験例１，実験例２と同様に、内燃機関には車両に
搭載されたもの使用した。そして、図６の測定結果は、
内燃機関をストイキ（理論空燃比）で運転させつつ、車
両を７５km/hで走行させた際に得られた値である。

【００９８】この測定結果から、二次巻線の自己インダ
クタンスが２３Ｈの点火コイルを用いた場合には、火花
放電終了後に生じる振動により、イオン電流信号Ｓｉか
ら混合気の失火・着火を判定できないことがあるのに対
し、二次巻線の自己インダクタンスが１６Ｈの点火コイ
ルを用いた場合には、火花放電終了後に生じる振動の発
生期間が短いことから、その振動後のイオン電流信号Ｓ
ｉの信号波形から、混合気の失火・着火を正確に判定で
きることが判った。

【００９９】従って、この実験例３による測定結果から
も、イオン電流を正確に検出するには、点火コイルの二
次巻線の自己インダクタンスを、従来よりも小さい値
（４Ｈ〜１６Ｈ）に設定した方がよいことが判る。 ［実験例４］次に、図７は、二次巻線の自己インダクタ
ンスが２３Ｈに設定された上記実施例の点火コイルを用
いて、下記(1)〜(3)の点火制御を行うことにより、２
Ｌ，６気筒の内燃機関を運転し、各点火制御において内
燃機関を運転し得る混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を測定し
た測定結果（ａ）、及び、各点火制御における気筒内燃
焼圧力Ｐｉのばらつき測定した測定結果（ｂ）を表す。

【０１００】(1) 火花放電の継続時間を制限することな
く（継続時間は２．０ｍsec.となった）、火花放電を一
回だけ実行させる従来の点火制御。 (2) 火花放電の継続時間を、夫々、１．５ｍsec.及び
０．７ｍsec.に制限し、火花放電を一回だけ実行させる
点火制御。

【０１０１】(3) 火花放電の継続時間を０．７ｍsec.に
制限しつつ、火花放電を行い、その１回目の火花放電後
にイオン電流信号Ｓｉに基づき失火判定を行って、失火
検出時には再度火花放電を実行させる上記実施例と同様
の点火制御。尚、この実験での内燃機関の運転条件は、
回転速度：２０００r.p.m.、ブースト（吸入負圧）：１
３０mmHgである。

【０１０２】そして、この測定結果（ａ）から、火花放
電を一回だけ行う点火制御では、火花放電の継続時間を
短くし過ぎると（本測定結果では０．７ｍsec.）、混合
気を着火させることができない運転領域が増えて、運転
可能な混合気の空燃比の上限が低くなることが判った。
しかし、火花放電の継続時間を同様に制限しても、上記
実施例のように、失火判定を行って、失火検出時には火
花放電を再度実行するようにすれば、２回目の火花放電
で混合気を着火させることが可能になり、運転可能な混
合気の空燃比の上限も、従来の点火制御と同程度になる
ことが判った。

【０１０３】一方、測定結果（ｂ）からは、火花放電を
一回だけ行う点火制御では、火花放電の継続時間を短く
し過ぎると（本測定結果では０．７ｍsec.）、混合気を
着火させることができない運転領域が増えることから、
内燃機関を安定して運転することができず、内燃機関運
転時の気筒内燃焼圧力Ｐｉのばらつきが大きくなること
が判った。しかし、火花放電の継続時間を同様に制限し
ても、上記実施例のように、失火判定を行って、失火検
出時には火花放電を再度実行するようにすれば、内燃機
関を安定して運転することができるようになり、内燃機
関運転時の気筒内燃焼圧力Ｐｉのばらつきも、従来の点
火制御と同程度になることが判った。

【０１０４】従って、この実験例４による測定結果から
は、点火コイルの二次巻線の自己インダクタンスを小さ
い値（４Ｈ〜１６Ｈ）に設定し、点火プラグの火花放電
の継続時間を運転状態に応じて制限するようにした場合
には、上記実施例のように、火花放電後に、イオン電流
信号Ｓｉを用いて失火判定を行い、失火検出時には、点
火プラグを再度火花放電させるようにするとよいことが
判る。 ［実験例５］次に、従来の点火コイルを用いた点火装置
において検出したイオン電流に基づくノッキングの検出
精度と、本発明の点火コイルを用いた点火装置において
検出したイオン電流に基づくノッキングの検出精度とを
比較するため、図８に示す回路構成にて、ノッキング発
生時にイオン電流信号Ｓｉに重畳されるノッキング信号
成分を測定（シミュレーション）した。そのシミュレー
ション結果を、図９に示す。

【０１０５】尚、このシミュレーションには、図８に示
すように、点火コイル４の一次巻線Ｌ１の両端に、夫
々、バッテリ６及びＮＰＮパワートランジスタからなる
スイッチング素子８を接続し、二次巻線Ｌ２の一端（図
１に示した実際の点火装置とは反対側）に、外側電極２
ａがグランドに接地された点火プラグ２の中心電極２ｂ
を接続し、二次巻線Ｌ２の他端に、コンデンサ２８を介
して、一端がグランドに接地された抵抗２０の他端を接
続すると共に、抵抗２０とコンデンサ２８との間に、カ
ソードが接地されたダイオード２２のアノードを接続
し、更に、コンデンサ２８の二次巻線側に、アノードが
接地されたツェナーダイオード３４のカソードを接続し
た、シミュレーション用の点火回路を用いた。尚、これ
ら各構成要素は、上記実施例のものと同じものを使用し
ているため、同一符号としている。

【０１０６】そして、点火プラグ２に対しては、イオン
電流の経路となる高抵抗値（１ＭΩ）の抵抗５０を並列
に接続すると共に、イオン電流にノッキング信号成分を
重畳するための回路を並列に接続した。ノッキング信号
重畳用の回路は、アノードが点火プラグ２の中心電極２
ｂ側に接続されたダイオード５２と、エミッタが抵抗５
６を介してグランドに接地されたＮＰＮ型のトランジス
タ５３と、一端がダイオード５２のカソードに接続さ
れ、他端がトランジスタ５３のコレクタに接続された抵
抗５４と、トランジスタ５３のベースに接続された抵抗
５８とからなり、この抵抗５８を介してトランジスタ５
３のベースに周波数７ｋＨｚ，１４ｋＨｚの駆動信号を
印加することにより、イオン電流にノッキング信号成分
を重畳できるようにされている。

【０１０７】また、このシミュレーションでは、二次巻
線Ｌ２の自己インダクタンスが、４Ｈ，８Ｈ，１６Ｈ，
２３Ｈに設定された４種類の点火コイルを用いた。そし
て、これらの点火コイルを備えた点火回路毎に、スイッ
チング素子８をオン・オフすることで、点火プラグ２の
電極間に火花放電を発生させ、コンデンサ２８を充電
し、火花放電終了後、コンデンサ２８に充電された検出
用高電圧によって、抵抗Ｒ５０にリーク電流（シミュレ
ーション用のイオン電流）を流し、同時に、トランジス
タ５３を周波数７ｋＨｚ，１４ｋＨｚの駆動信号にてス
イッチングすることにより、点火プラグ２の電極間の等
価抵抗を、抵抗Ｒ５０から、抵抗Ｒ５０と抵抗Ｒ５４と
抵抗Ｒ５６との合成抵抗（＝Ｒ５０×（Ｒ５４＋Ｒ５
６）／（Ｒ５０＋Ｒ５４＋Ｒ５６）へと周期的に切り換
え、そのときイオン電流検出用の抵抗２０の両端に生じ
る電圧ＶｉをＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析した。そ
の解析結果が、図９に示すシミュレーション結果であ
る。

【０１０８】図９に示す如く、二次巻線Ｌ２の自己イン
ダクタンスが４Ｈの点火コイル４を用いた場合、イオン
電流の検出電圧Ｖｉには、トランジスタ５３のスイッチ
ング周波数７ｋＨｚ，１４ｋＨｚと同じ信号成分と、こ
れら各信号の高調波成分とが重畳されている。しかし、
点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己インダクタンスが、
８Ｈ、１６Ｈ、２３Ｈと大きくなるにつれて、これら各
信号成分のレベルが低下し、特に、二次巻線Ｌ２の自己
インダクタンスが２３Ｈの点火コイル４を用いた場合に
は、１４ｋＨｚを越える高調波成分がノイズに埋もれて
しまい、計測できないことが判った。

【０１０９】従って、この実験例５によるシミュレーシ
ョン結果からは、イオン電流検出回路を用いて検出した
イオン電流信号Ｓｉからノッキングを正確に検出するに
は、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己インダクタンス
を、従来よりも小さい値（４Ｈ〜１６Ｈ）に設定した方
がよいことが判る。

【０１１０】尚、点火コイル４の二次巻線Ｌ２の自己イ
ンダクタンスが大きい程、イオン電流に重畳されるノッ
キング信号成分のレベルが低くなるのは、二次巻線Ｌ２
とこれに接続される点火系各部の容量成分とにより、点
火系全体がローパスフィルタとなって、高周波のノッキ
ング信号成分が減衰してしまうためであると考えられ
る。 ［実験例６］次に、図１０〜図１４は、２Ｌ，４気筒の
内燃機関を用いて、点火コイルの二次巻線の自己インダ
クタンスが、イオン電流に基づくノッキングの検出精度
に与える影響を実際に測定した測定結果を表す。

【０１１１】尚、この実験例６では、二次巻線の自己イ
ンダクタンスを４Ｈ、８Ｈ、１２Ｈ、１６Ｈ、２３Ｈに
設定した５種類の点火コイルを用いて、内燃機関を、ノ
ッキング無しの状態及びノッキング有りの状態で運転し
た。またこの運転時には、イオン電流に基づくノッキン
グの検出精度と、気筒内の燃焼圧力に基づくノッキング
の検出精度と、内燃機関の振動を検出するノックセンサ
を用いたノッキングの検出精度とを比較するため、内燃
機関の回転速度が１６００[r.p.m.]、４０００[r.p.
m.]、６０００[r.p.m.]のときに、これら各ノッキング
検出方法に沿った下記(1) 〜(3) の測定を行った。

【０１１２】(1) 上記実施例と同じイオン電流検出回路
を用いてイオン電流を検出し、得られたイオン電流信号
Ｓｉを、周波数帯域３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのバンドパス
フィルタに通して、イオン電流信号Ｓｉに重畳されたノ
ッキング信号成分を抽出し、この抽出したノッキング信
号成分を所定のノック判定期間中積分した。

【０１１３】(2) 気筒内の燃焼圧力を検出する圧力セン
サからの検出信号を、周波数帯域３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ
のバンドパスフィルタに通して、ノッキング信号成分を
抽出し、この抽出したノッキング信号成分を所定のノッ
ク判定期間中積分した。 (3) ノックセンサからの検出信号を、周波数帯域３ｋＨ
ｚ〜２０ｋＨｚのバンドパスフィルタに通して、ノッキ
ング信号成分を抽出し、この抽出したノッキング信号成
分を所定のノック判定期間中積分した。

【０１１４】そして、上記(1) 〜(3) の測定方法により
得られた各信号の積分値を、夫々、内燃機関にノッキン
グが発生しているときの積分値と、内燃機関にノッキン
グが発生していないときの積分値とに分け、各値の平均
値の比をＳ／Ｎ比（＝ノッキング発生時の積分値／ノッ
キング無時の積分値）として求めた。

【０１１５】図１０〜１４は、その結果（Ｓ／Ｎ比）を
表しており、図１０は、点火コイルの二次巻線の自己イ
ンダクタンスが４ＨであるときのＳ／Ｎ比を、図１１
は、同じく８ＨであるときのＳ／Ｎ比を、図１２は、同
じく１２ＨであるときのＳ／Ｎ比を、図１３は、同じく
１６ＨであるときのＳ／Ｎ比を、図１４は、同じく２３
ＨであるときのＳ／Ｎ比を、夫々表す。

【０１１６】そして、この測定結果から、二次巻線Ｌ２
の自己インダクタンスが、４Ｈから、８Ｈ，１２Ｈ，１
６Ｈと大きくなるに従い、イオン電流に基づくノッキン
グの検出精度（Ｓ／Ｎ比）が低下してゆき、二次巻線Ｌ
２の自己インダクタンスを２３Ｈにすると、イオン電流
に基づくノッキングの検出精度（Ｓ／Ｎ）が、ノックセ
ンサで得られる検出精度（Ｓ／Ｎ）よりも悪くなってし
まうことが判った。

【０１１７】従って、この実験例６からも、イオン電流
に基づくノッキングの検出精度を高めるには、点火コイ
ルの二次巻線の自己インダクタンスをできるだけ小さく
することが望ましく、少なくとも１６Ｈ以下に設定しな
いと、ノッキングの検出精度を確保できないことが判っ
た。

【０１１８】尚、上記各種実験例から、内燃機関の運転
状態に対応したイオン電流を正確に検出するには、点火
コイルの二次巻線の自己インダクタンスを、１６Ｈ以下
のできるだけ小さい値に設定すればよいこと判った。そ
こで、自己インダクタンスの下限を確認するために、二
次巻線の自己インダクタンスを４Ｈよりも小さい点火コ
イルを作製し、上記と同じ実験をしようとしたが、二次
巻線の自己インダクタンスを４Ｈよりも小さくすると、
混合気の着火に必要な火花放電の継続時間を確保するこ
とができず、内燃機関を正常に運転できないことが判っ
た。従って、点火コイルの二次巻線の自己インダクタン
スは、４Ｈ以上に設定する必要がある。

【０１１９】以上、本発明の実施例及びその効果を裏付
ける各種実験例について説明したが、本発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ること
ができる。例えば、上記実施例では、点火プラグの火花
放電後に、イオン電流から失火を検出すると、点火プラ
グを再度火花放電させる、再点火制御手段としての処理
を、一回だけ行うものとして説明したが、この再点火制
御手段としての処理は、複数回実行するようにしてもよ
い。具体的には、図２のＳ２２０にて失火を検出した際
に、失火の連続回数をカウントし、そのカウント値が再
点火実行可能回数を表す設定値に達していれば、Ｓ２５
０に移行し、逆に、カウント値が再点火実行可能回数を
表す設定値に達してい無ければ、Ｓ１５０に戻って、点
火プラグを火花放電させるようにしてもよい。そして、
このようにすれば、混合気をより確実に着火・燃焼させ
ることができるようになる。

【０１２０】また、上記実施例では、イオン電流から失
火を判定するまでの点火プラグの火花放電回数は、１回
であるとして説明したが、例えば、図１５に示すよう
に、点火信号ＩＧを複数回（図では３回）連続して反転
させることにより、スイッチング素子８を複数回連続し
てオン・オフさせて、点火プラグを複数回連続して火花
放電させ、その後、最後の火花放電が完了（強制終了）
した後、イオン電流を検出して、失火を判定するように
してもよい。そして、このようにすれば、前述した直噴
式の内燃機関のように、混合気を着火・燃焼させるのに
要する火花放電の継続時間が長い内燃機関であっても、
混合気をより確実に着火させることができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の内燃機関用点火装置の構成及びイオ
ン電流検出特性を表す説明図である。

【図２】 制御装置による点火制御処理を表すフローチ
ャートである。

【図３】 点火制御処理に伴う装置各部の信号波形を表
すタイムチャートである。

【図４】 実験例１による測定結果を表すグラフであ
る。

【図５】 実験例２による測定結果を表すグラフであ
る。

【図６】 実験例３による測定結果を表すグラフであ
る。

【図７】 実験例４による測定結果を表すグラフであ
る。

【図８】 実験例５で用いたシミュレーション用の点火
回路を表す電気回路図である。

【図９】 実験例５によるシミュレーション結果を表す
グラフである。

【図１０】 実験例６において二次巻線の自己インダク
タンスを４Ｈにしたときの測定結果を表すグラフであ
る。

【図１１】 実験例６において二次巻線の自己インダク
タンスを８Ｈにしたときの測定結果を表すグラフであ
る。

【図１２】 実験例６において二次巻線の自己インダク
タンスを１２Ｈにしたときの測定結果を表すグラフであ
る。

【図１３】 実験例６において二次巻線の自己インダク
タンスを１６Ｈにしたときの測定結果を表すグラフであ
る。

【図１４】 実験例６において二次巻線の自己インダク
タンスを２３Ｈにしたときの測定結果を表すグラフであ
る。

【図１５】 点火制御処理の他の例を説明するタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

２…点火プラグ、２ａ…外側電極、２ｂ…中心電極、４
…点火コイル、Ｌ１…一次巻線、Ｌ２…二次巻線、６…
バッテリ、８…スイッチング素子、１０…イオン電流検
出回路、１２…制御装置、２０，２４…抵抗、２２…ダ
イオード、２６，３４…ツェナーダイオード、２８…コ
ンデンサ、３０…充電用ダイオード、３２…放電用スイ
ッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 繁 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G019 AA09 BB06 CD06 GA14 GA16 KC04 LA05 3G084 BA16 FA24 FA25

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次巻線の一端が点火プラグに接続され
   た点火コイルと、 該点火コイルの一次巻線に流れる一次電流を、外部から
   の指令に従い通電、遮断するスイッチング素子と、 該スイッチング素子をオン・オフさせることにより、前
   記点火コイルの二次巻線に点火用高電圧を発生させて、
   前記点火プラグを火花放電させる点火制御手段と、 前記点火プラグの火花放電後に、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であって、 前記点火コイルの前記二次巻線の自己インダクタンスを
   ４Ｈ〜１６Ｈの範囲内に設定したことを特徴とする内燃
   機関用点火装置。
2. 【請求項２】 前記イオン電流検出手段は、前記点火プ
   ラグの火花放電後に、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。
3. 【請求項３】 前記イオン電流検出手段により検出され
   たイオン電流に基づき混合気の着火・失火を判定し、失
   火を判定すると、前記スイッチング素子を再度駆動し
   て、前記点火プラグを再度火花放電させる再点火制御手
   段を設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用
   点火装置。
4. 【請求項４】 前記点火制御手段は、内燃機関の１燃焼
   サイクルの燃焼タイミングにおいて、前記スイッチング
   素子を複数回連続してオン・オフすることにより、前記
   点火プラグを複数回連続して火花放電させ、 前記イオン電流検出手段は、前記点火制御手段が前記点
   火プラグを複数回連続して火花放電させた後に、イオン
   電流を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。
5. 【請求項５】 内燃機関の運転状態に応じて前記点火プ
   ラグの火花放電を休止する火花放電休止手段を設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。