JP2001140739A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一次巻線への通電時間を調整することなく、
火花エネルギを必要最小限に抑え、点火プラグの電極の
消耗を抑制することが可能な内燃機関用点火装置を提供
する。 【解決課題】 内燃機関用点火装置１は、ＥＣＵ１９が
トランジスタ１７の動作を制御して一次電流ｉ１を遮断
することで、二次巻線Ｌ２に誘導した点火用高電圧を点
火プラグ１３に印加して火花放電を発生させる。そし
て、火花放電持続時間Ｔｔで火花放電を強制的に遮断す
るために、ＥＣＵが点火コイル１５に内蔵されるサイリ
スタ２１をオン状態にし、一次巻線Ｌ１の両端を短絡し
て一次巻線Ｌ１に電流を流すことで火花放電を遮断す
る。それにより、点火プラグ１３に供給される火花エネ
ルギの過剰な供給を抑制し、点火プラグ１３の電極の消
耗を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点火コイルにて発
生した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内燃機関用点火装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関において、混合気の正常な燃焼
を得るために必要な火花エネルギの大きさは、内燃機関
の運転状態によって異なることが知られている。ここ
で、火花エネルギは、火花放電で流れる電流の大きさ及
び放電時間として表すことができる。

【０００３】ここで、内燃機関の運転状態において、ア
イドリング運転等の低回転低負荷時では、燃焼室への混
合気の充填量は少なく、混合気の流動も遅いため、混合
気の燃焼は非常に緩慢に進む。したがって、低回転低負
荷時に安定した燃焼を得るためには火花エネルギを大き
くして、火炎核の成長を助け、混合気の燃焼を助ける必
要がある。一方で、高回転高負荷時では、燃焼室への混
合気の充填量が多いことから混合気密度が高く、また混
合気の流動が速いことから混合気がより均質に攪拌され
ることから、混合気の燃焼は早く進むので比較的小さい
火花エネルギでも混合気を燃焼させることが可能であ
る。

【０００４】また、混合気の空燃比が異なる場合におい
ても、必要な火花エネルギの大きさは異なり、例えば、
リーンバーンエンジン等で行われる、空燃比２０以上の
希薄空燃比での運転時には、燃料の密度が低く混合気へ
の着火性が悪くなるため、火花エネルギを大きくする必
要がある。

【０００５】このため、従来の内燃機関用点火装置で
は、火花エネルギが不足することのないように、寒冷地
での始動時における低回転低負荷時といった最も着火性
の劣る運転状態の中であっても、混合気への着火性が良
好となるような火花エネルギを供給できるように設定さ
れるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の内燃機関用点火装置では、最大の火花エネルギ
より少ない火花エネルギでも運転可能な状態（例えば、
高回転高負荷時等）では、火花エネルギの供給が過剰に
なってしまう。このことは、混合気への着火性に良好な
影響をもたらすことがなく、点火プラグの電極の無駄な
消耗を招いてしまう。特に、希薄空燃比で燃焼する内燃
機関では、希薄な燃料を点火プラグでの火花放電時前ま
でに均一に拡散させた混合気としなければ着火性が安定
して得られないため、混合気の乱流（スワール流やタン
ブル流）を強く（速く）しなければならない。そのた
め、この乱流の影響により火花エネルギが低下する火花
放電の後半時において、火花放電が吹き消え、再度発生
するといった繰り返し現象（多重放電）を引き起こして
しまうおそれがある。この多重放電が発生してしまう
と、点火プラグの電極温度を過昇温させ電極の消耗を促
進させてしまうばかりか、火花放電（多重放電）が電極
の一部に集中して、電極の偏消耗を招いてしまう。

【０００７】一方、こうした内燃機関用点火装置では、
近年、点火プラグに点火用高電圧を印加すべく点火コイ
ルの一次巻線への通電・非通電を切り換えるスイッチン
グ手段として、パワートランジスタ等の半導体素子から
なるスイッチング素子を使用するフルトランジスタ型の
点火装置（誘導放電型点火装置）が一般的になってきて
いる。このフルトランジスタ型の点火装置では、点火コ
イルにて火花放電に必要なエネルギを蓄積させる際の火
花放電前における一次巻線への通電時間を、スイッチン
グ素子の駆動時間（オン時間）を調整することで、容易
に制御できる。このため、上記点火装置では、内燃機関
の運転状態に応じて、点火コイルの一次巻線への通電時
間を制御することにより、火花エネルギを混合気の燃焼
に必要な大きさに制御することができる。

【０００８】しかしながら、火花放電前における一次巻
線への通電時間を制御する場合には、一次巻線への通電
時間が短くなるにしたがい、その通電によって点火コイ
ルに蓄積されるエネルギも小さくなり、通電遮断時に二
次巻線に発生する点火用高電圧が低くなってしまう。こ
の結果、一次巻線への通電時間を制御する方法では、例
えば、内燃機関の高回転高負荷時のように火花エネルギ
は比較的小さくてもよいが、点火プラグにて火花放電を
発生させるために必要な要求電圧が高くなる運転条件下
においては、一次巻線への通電遮断時に二次巻線に発生
する点火用高電圧が低くなってしまい、火花放電が発生
せずに失火を招くおそれがある。

【０００９】本発明は、こうした問題に鑑みてなされた
ものであり、火花放電前における点火コイルの一次巻線
への通電時間を制御せずに、点火プラグに供給される火
花エネルギを必要最小限に抑えると共に、確実な火花放
電を発生させることができ、さらには、点火プラグでの
多重放電の要因ともなる過剰な火花エネルギの供給を抑
えて点火プラグの長寿命化を図ることができる内燃機関
用点火装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【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、一次巻線、二次巻
線及びコイルコアを備え、該二次巻線が内燃機関に装着
された点火プラグと共に閉ループを形成する点火コイル
と、前記一次巻線の一端に接続され、内燃機関の回転に
同期して該一次巻線に一定時間通電し、該通電電流の遮
断を行う第１スイッチング手段と、を備え、前記第１ス
イッチング手段にて前記一次巻線への通電、遮断を行う
ことにより、前記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内燃機関用点火装
置であって、内燃機関の運転状態に基づき、火花放電持
続時間を算出する火花放電持続時間算出手段と、前記点
火コイルに内蔵されるとともに、外部からの指令に基づ
いて前記点火コイルの一次巻線の両端を短絡する一次巻
線短絡手段と、前記火花放電持続時間算出手段にて算出
された火花放電持続時間に応じて、前記一次巻線短絡手
段を動作させて前記一次巻線の両端を短絡することによ
り、前記点火プラグの火花放電を強制的に遮断する火花
放電遮断手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１１】かかる構成では、点火プラグでの火花放電
が持続しているときに、一次巻線短絡手段を動作させて
一次巻線の両端を短絡すると、点火コイルのコイルコア
（鉄芯）中に残されている磁束（残存磁束）により、一
次巻線と一次巻線短絡手段とで形成される閉ループに電
流が流れ始める。そして、この閉ループを流れる電流は
次第に増加していき、この電流が、火花放電の経過とと
もに徐々に低下していく点火コイルのコイルコア中の残
存磁束に対応する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］にまで上昇すると、
火花放電発生時に二次巻線にて発生する点火用高電圧と
は逆極性の電圧が二次巻線に誘導され、点火プラグでの
火花放電が強制的に遮断されることになる。

【００１２】本発明（請求項１）において第１の注目す
べき点は、火花放電前における点火コイルの一次巻線へ
の通電時間を制御するのではなく、内燃機関の運転状態
に基づいて火花放電持続時間算出手段にて算出される火
花放電持続時間に応じて、点火プラグの火花放電持続時
間の制御を行うことで、点火プラグに過剰な火花エネル
ギが供給されることを防止する点にある。さらに、その
火花放電持続時間の制御にあたっては、一次巻線の両端
を一次巻線短絡手段にて短絡させることで火花放電を強
制的に遮断を行う点にある。

【００１３】ところで、点火プラグの火花放電を強制的
に遮断する時期と点火コイルのコイルコア中の残存磁束
との両者には関係がある。火花放電を早い時期に強制的
に遮断しようとする場合には、残存磁束が大きくコイル
コア中に残っている。そのため、一次巻線短絡手段にて
一次巻線の両端を短絡したときに、該一次巻線短絡手段
と該一次巻線とで形成される閉ループを流れる電流、即
ち火花放電を遮断するための電流としては、大きな電流
値が必要となる。他方、火花放電を比較的遅い時期に強
制的に遮断しようとする場合には、コイルコア中の残存
磁束は小さいことから、一次巻線短絡手段にて一次巻線
の両端を短絡した際に閉ループを流れる電流、即ち火花
放電を遮断するための電流としては小さな電流値でもよ
い。

【００１４】そこで、比較的早い時期に火花放電の遮断
を行うあたっては、上述したように一次巻線短絡手段に
て一次巻線の両端を短絡したときの閉ループを流れる電
流としては大きな電流値が必要となることから、一次巻
線の両端を短絡したときにいかに大きな電流値の電流を
流せるかがポイントになる。そのため、点火コイルの定
数自体を最適化することも考えられるが、とりわけ、本
発明にあっては、一次巻線短絡手段を点火コイルに内蔵
させている点に第２の注目すべき点がある。

【００１５】つまり、一次巻線短絡手段が点火コイルの
外部に配置される際には、上記一次巻線短絡手段を何ら
かの制御ケース、あるいは、点火時期制御を行う電子制
御装置（ＥＣＵ）に収納させることが必要となる。その
ため、一次巻線短絡手段と点火コイルの一次巻線との電
気的接続をなすためのハーネスをかなり長く設けなけれ
ばならない。しかしながら、ハーネスを長くすると、ハ
ーネス自体の抵抗が火花放電の遮断性能に影響を及ぼす
可能性がある。つまり、一次巻線短絡手段を動作させた
直後では、一次巻線の両端に発生する電圧が小さいがた
めに、ハーネス自体の抵抗が大きく影響して、火花放電
を強制遮断するために一次巻線短絡手段と一次巻線とで
形成される閉ループに流れる電流の立ち上がりが遅延化
し（換言すれば、電流の立ち上がりの傾きが小さくな
り）、火花放電を遮断する時期までが遅延化してしまう
おそれがある。また、ハーネスが長く設けると、ハーネ
スによる浮遊容量成分がノイズとなって、一次巻線短絡
手段を誤動作させたりする可能性もある。

【００１６】そこで、このような問題を抑制ないし防止
するために、一次巻線短絡手段と点火コイルの一次巻線
とを限りなく近くに配置して、ハーネスを限りなく短く
することが必要となる。そのため、本発明では、上述し
たように一次巻線の短絡手段を点火コイルに内蔵させて
いるのである。それより、上記問題を有効に抑制ないし
防止することができ、火花放電持続時間算出手段により
算出された火花放電時間に基づいて一次巻線の両端を一
次巻線短絡手段により短絡したときにも、確実に火花放
電を遮断することが可能になる。また、一次巻線短絡手
段を収納されるための制御ケースを別途設けることがな
くなり、低コスト化を図ることもできる。さらに、点火
コイルは、例えばポリブチレンフタレート、ポリフタレ
ート等の絶縁性樹脂により成形されたケース内に、一次
巻線や二次巻線等を内蔵した上で、そのケース内に例え
ばエポキシ系の熱硬化性樹脂を充填、封止した構造を一
般に有するものであり、一次巻線短絡手段をこの点火コ
イル（即ち、点火コイルのケース内）に内蔵させること
にによって、この一次巻線短絡手段はケース及び熱硬化
性樹脂に封止されることになるので、一次巻線短絡手段
の耐久性、防水性を確実なものとすることができる。

【００１７】なお、一次巻線の両端の短絡してから火花
放電が遮断されるまでの時間は、上述したように点火コ
イルのコイルコア中の残存磁束の大きさと関係すること
から、一次巻線の両端を短絡する時期は、火花放電遮断
時期よりも早い時期に実行する必要がある。但し、点火
コイルのコイルコア中の残存磁束の大きさは、火花放電
持続時間によって左右されることから、一次巻線の両端
を短絡する時期を、火花放電持続時間算出手段により算
出される火花放電持続時間に基づいて設定すれば、正確
な時期に火花放電遮断を行うことが可能になる。

【００１８】以上説明したように、請求項１記載の発明
によれば、火花放電前における一次巻線への通電時間を
可変させることなく充分に長くさせることができ、二次
巻線にて発生する点火用高電圧を、内燃機関のあらゆる
運転条件下においても確実に火花放電できる電圧にした
状態で、点火プラグに印加することができる。そして、
点火コイルに内蔵される一次巻線短絡手段を用いて、火
花放電を強制的に遮断する構成を図ることよって、点火
プラグに供給される火花エネルギの過剰な供給を有効に
抑制するとともに、火花放電の強制的な遮断を確実に行
うことができる。それにより、点火プラグの電極の消耗
を抑え、点火プラグの長寿命化を図ることができる。さ
らに、火花放電持続時間を内燃機関の運転状態に基づい
て最適に制御することにより、多重放電の発生を抑え、
点火プラグの電極の偏消耗を防止することができる。

【００１９】ところで、本発明の一次巻線短絡手段とし
ては、一次巻線の両端を短絡できれば良いことから、例
えば、トランジスタや双方向性三端子サイリスタ、ＦＥ
Ｔのような半導体スイッチング素子等を用いることがで
きる。しかしながら、点火コイルのコイルコア中の残存
磁束を完全に消費する前に一次巻線の両端を開放してし
まうと、一次電流が急激に遮断されて再度火花放電が発
生してしまうおそれがある。そのため、一次巻線に電流
が流れなくなるまでは一次巻線の両端を短絡する必要が
ある。そして、点火コイルのコイルコア中の残存磁束の
大きさは、火花放電を遮断する時期、即ち火花放電持続
時間によっても異なるため、一次巻線の両端を開放する
時期は、火花放電持続時間算出手段により算出される火
花放電持続時間に応じて設定する必要がある。

【００２０】そこで、一次巻線短絡手段を、請求項２記
載のように外部からの指令にしたがい、前記点火コイル
のコイルコアに蓄積された磁束を消費する方向にのみ通
電を許容して、前記点火コイルの一次巻線の両端を短絡
した後、許容方向の電流が流れなくなることで一次巻線
の両端を開放するスイッチング素子にて構成するとよ
い。

【００２１】つまり、一次巻線短絡手段が、外部からの
指令によって一次巻線の短絡を開始した後、外部からの
指令に依らず、一次巻線に電流が流れなくなることで、
自動的に一次巻線の両端を開放する動作を行うのであ
る。これにより、一次巻線を開放する時期を火花放電持
続時間に基づいて設定して一次巻線短絡手段を開放させ
る制御処理を行う必要がなくなり、一次巻線短絡手段の
制御処理の簡略化を図ることができる。

【００２２】また、かかる構成によれば、点火コイルの
コイルコア中の残存磁束が完全に消費される前に、火花
放電前の一次巻線への通電が開始された場合にも、許容
方向とは反対の電流が流れるよう電圧が印加されるの
で、一次巻線短絡手段は、一次巻線の両端を開放するこ
とになる。このため、火花放電前の一次巻線通電時に一
次巻線短絡手段が誤って一次巻線の両端を短絡してしま
い、点火コイルへの火花エネルギの蓄積を妨害してしま
うことを防止できる。

【００２３】なお、このように一次巻線の両端を短絡す
る方法としては、外部指令信号がゲートに入力されるサ
イリスタによって一次巻線の両端を短絡する方法等が挙
げられる。サイリスタを用いて一次巻線の両端を短絡す
るには、後述する実施態様に示すようにサイリスタを一
次巻線と並列に接続するとよい。後述する実施態様の回
路によれば、ゲートに入力される外部指令信号がハイレ
ベルになりサイリスタがオン状態になると、サイリスタ
の通電可能方向にのみ通電が許容されて一次巻線の両端
が短絡され一次電流が流れる。このあと、ゲートに入力
される外部指令信号をローレベルとしても、一次電流が
通電されている間はサイリスタのオン状態が継続され
る。そして、一次電流が流れなくなるとサイリスタがオ
フ状態となり、一次巻線の両端を開放する。このように
サイリスタを用いる方法は、単数の半導体素子（サイリ
スタ）で構成可能であり、トランジスタにより構成する
回路のように複数の半導体素子を用いる必要が無く、単
純な構成で安価に実現することが可能という利点があ
る。

【００２４】したがって、請求項２記載の発明によれ
ば、火花放電遮断における制御処理が簡略化できるとと
もに、点火コイルへの火花エネルギの蓄積を妨害する誤
動作を防ぐことができるようになり、低コストで信頼性
の高い内燃機関用点火装置を実現できる。

【００２５】さらに、本発明の内燃機関用点火装置で
は、請求項３に記載のように、前記第１スイッチング手
段が、前記一次巻線短絡手段とともに前記点火コイルに
内蔵されているとよい。

【００２６】第１スイッチング手段を点火コイルの外部
に配置する際には、上記一次巻線短絡手段（第２スイッ
チング手段）を外部に配置するときと同様、何らかの制
御ケース等に収納させることが必要となる。そのため、
一次巻線と第１スイッチング手段とを電気的接続するた
めのハーネスを長く設けなければならなくなる。しかし
ながら、第１スイッチング手段による一次電流遮断時に
は通常数百ボルトと高い電圧が発生するものであること
から、一次巻線と第１スイッチング手段とを接続するハ
ーネスが長いと、この電圧の影響によりハーネスの被服
が劣化する等の不具合が生じるおそれがある。そこで、
第１スイッチング手段についても、上記一次巻線短絡手
段（第２スイッチング手段）と同様に点火コイルに内蔵
することで、一次巻線と第１スイッチング手段と接続す
るハーネスの長さを限りなく短くすることができ、上記
問題を抑制ないし防止することができるようになる。

【００２７】ついで、上述の請求項１〜３に記載の内燃
機関用点火装置は、請求項４に記載のように、燃料とし
て気体燃料を用いるガスエンジンで使用することで、点
火プラグの長寿命化の効果をより発揮することができ
る。

【００２８】気体燃料は、ガソリン等の液体燃料に比べ
て絶縁性が高いため、相対的に火花放電に要する電圧が
高くなる。このため、燃料として気体燃料を用いるガス
エンジン向けの点火コイルとしての最大二次電圧発生能
力は、ガソリンエンジン向けのそれよりも高く設定して
おく必要がある（例えば、ガソリンエンジン向けの点火
コイルとしての最大二次電圧が３０ｋＶ以上とすれば、
ガスエンジン向けのそれは４０ｋＶ以上に設定）。そこ
で、点火コイルの設計としては、一次巻線と二次巻線と
の一次／二次の巻き数比及び巻き数を増やすこと、ある
いは火花放電遮断するための一次電流値を上げることが
必要となる。

【００２９】しかしながら、このように点火コイルを設
計することで、最大二次電圧発生能力は上昇するが、同
時に火花エネルギも増加してしまう問題がある。このこ
とは、火花放電持続時間と最大二次電流の相反する関係
が関わっており、火花放電持続時間を短くするように設
計する（点火コイルの設計としては、一次／二次の巻き
数比を少なくする）と、二次電流のピーク値が大きくな
ってしまい、エネルギ密度が上昇することにより点火プ
ラグの電極の消耗が促進されてしまう。また、二次電流
値を少なくするように設計する（点火コイルの設計とし
ては、一次／二次の巻き数比を多くする）と、二次電流
のピーク値は下がる代わりに火花放電持続時間が長くな
ってしまい、点火プラグの電極の消耗に影響を及ぼして
しまう。即ち、ガスエンジンではガソリンエンジンに比
べ、点火プラグの無駄な火花エネルギの供給量が多くな
ることが懸念され、点火プラグの寿命を短くしてしまう
おそれがある。

【００３０】このため、請求項４に記載のように、気体
燃料を用いるガスエンジンに対して、請求項１〜３のい
ずれかに記載の内燃機関用点火装置を適用すれば、火花
放電での火花エネルギが過剰になるのを防ぐことがで
き、点火プラグの長寿命化を図るという効果をより発揮
することができる。

【００３１】さらに、ガスエンジンの中でも定置型ガス
エンジンでは、燃費が性能上重要なファクターであるこ
とから、低燃費化のためリーン化が促進されている。そ
のため定置型ガスエンジンでは、希薄空燃比での燃焼を
効率良く行うべく、混合気の乱流を強くしなければなら
ず、多重放電が発生し易い。そこで、本発明の内燃機関
用点火装置を定置型ガスエンジンに適用することで、多
重放電の発生を抑制して点火プラグの電極の消耗を抑
え、点火プラグの長寿命化を有効に図ることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施態様を図面
を参照して説明する。まず、図１は、第１実施例の内燃
機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。なお、
本実施例では、単気筒の内燃機関について説明を行う
が、本発明は複数の気筒を備える内燃機関についても適
用でき、各気筒毎の点火装置の基本構成は同様のもので
ある。

【００３３】図１に示すように、第１実施例の内燃機関
用点火装置１は、放電用の電気エネルギ（例えば電圧１
２Ｖ）を供給する電源装置（バッテリ）１１と、内燃機
関の気筒に設けられた点火プラグ１３と、一次巻線Ｌ
１、二次巻線Ｌ２、コイルコアＣ、一次巻線Ｌ１と直列
接続されたｎｐｎ型のトランジスタ１７、さらには一次
巻線Ｌ１の両端を短絡するために一次巻線Ｌ１と並列接
続されたサイリスタ２１を内蔵する点火コイル１５と、
該トランジスタ１７及びサイリスタ２１に対して、第１
指令信号Ｓａ及び第２指令信号Ｓｂを各々出力する電子
制御装置（以下、ＥＣＵという）１９と、を備えてい
る。

【００３４】これらのうち、点火コイル１５に内蔵され
たトランジスタ１７は、一次巻線Ｌ１への通電・非通電
を切り換える半導体素子からなるスイッチング素子であ
り、本実施例の内燃機関用点火装置１は、フルトランジ
スタ型の点火装置である。そして、一次巻線Ｌ１の一端
はトランジスタ１７のコレクタに接続され、他端は電源
装置１１の正極に接続されている。また、二次巻線Ｌ２
の一端は、点火コイル１５に内蔵される整流素子Ｄを介
して、電源装置１１の正極に接続されている一次巻線Ｌ
１の一端に接続され、他端は点火プラグ１３の中心電極
１３ａに接続されている。そして、点火プラグ１３の接
地電極１３ｂは、電源装置１１の負極と同電位のグラン
ドに接地されており、トランジスタ１７のベースはＥＣ
Ｕ１９と接続され、トランジスタ１７のエミッタはグラ
ンドに接地されている。また、サイリスタ２１は、カソ
ードが一次巻線Ｌ１と電源装置１１との接続端に、アノ
ードが一次巻線Ｌ１とトランジスタ１７との接続端に、
ゲートがＥＣＵ１９に接続されている。

【００３５】そして、ＥＣＵ１９からトランジスタ１７
に対して出力される第１指令信号Ｓａがローレベル（一
般にグランド電位）である場合には、トランジスタ１７
にベース電流は流れず、トランジスタ１７はオフ状態と
なり、トランジスタ１７を通じて一次巻線Ｌ１に電流が
流れることはない。また、第１指令信号Ｓａがハイレベ
ルである場合には、トランジスタ１７はオン状態とな
り、電源装置１１の正極側から点火コイル１５の一次巻
線Ｌ１を通って電源装置１１の負極側に至る、一次巻線
Ｌ１の通電経路を形成し、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１
を流す。

【００３６】したがって、第１指令信号Ｓａがハイレベ
ルであり、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れている状
態のときに、第１指令信号Ｓａがローレベルになると、
トランジスタ１７がターンオフし、一次巻線Ｌ１への一
次電流ｉ１の通電を遮断させることになる。すると、点
火コイル１５の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、
これが点火プラグ１３に印加されることで、点火プラグ
１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生する。

【００３７】なお、点火コイル１５は、トランジスタ１
７による一次巻線Ｌ１への通電、遮断により、点火プラ
グ１３の中心電極１３ａ側にグランド電位よりも低い負
の点火用高電圧を発生させるように構成されており、火
花放電に伴い二次巻線Ｌ２に流れる二次電流（放電電
流）ｉ２は、点火プラグ１３の中心電極１３ａから二次
巻線Ｌ２を通って、一次巻線Ｌ１側に流れる。また、二
次巻線Ｌ２と一次巻線Ｌ１との接続部分には、二次巻線
Ｌ２から一次巻線Ｌ１側に電流が流れるのを許容し、逆
方向への電流の流れを阻止するために、ダイオード等か
らなる整流素子Ｄが設けられている。本実施例では、整
流素子Ｄとして、アノードが二次巻線Ｌ２に、カソード
が一次巻線Ｌ１に接続されたダイオードを設けており、
整流素子Ｄの動作によって、トランジスタ１７のターン
オン時（一次巻線Ｌ１への通電開始時）に二次巻線Ｌ２
に電流が流れるのが阻止される。

【００３８】次に、ＥＣＵ１９からサイリスタ２１に対
して出力される第２指令信号Ｓｂがローレベルである場
合には、サイリスタ２１がオフ状態となるため、一次巻
線Ｌ１の両端がサイリスタ２１により短絡されることは
ない。また、第２指令信号Ｓｂがハイレベルである場
合、サイリスタ２１がオン状態となり、点火コイル１５
の一次巻線Ｌ１の両端が短絡されて、一次巻線Ｌ１とサ
イリスタ２１による閉ループが形成される。なお、サイ
リスタ２１がオン状態のとき、一次巻線Ｌ１に流れる電
流は、トランジスタ１７がオン状態のときに流れる方向
と同じ方向にのみ流れることが許容される。

【００３９】続いて、図２に、図1に示す回路図におけ
る第１指令信号Ｓａ、第２指令信号Ｓｂ、点火プラグ１
３の中心電極１３ａの電位Ｖｐ、点火コイル１５の一次
巻線Ｌ１に流れる一次電流ｉ１の各状態を表すタイムチ
ャートを示す。図２における時刻ｔ１にて、第１指令信
号Ｓａをローからハイレベルに切り換え、点火コイル１
５の一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１を流し、その後、予め
設定された通電時間が経過した時刻ｔ２にて、第１指令
信号Ｓａをハイからローレベルに切り換え、点火コイル
１５の一次巻線Ｌ１への一次電流ｉ１の通電を遮断する
と、点火プラグ１３の中心電極１３ａに負の点火用高電
圧が印加されて、その電位Ｖｐが急峻に低下し、点火プ
ラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生す
る。

【００４０】そして、点火プラグ１３の電極１３ａ−１
３ｂ間に火花放電が発生し、内燃機関の運転状態に基づ
いて算出された火花放電持続時間が経過した時刻ｔ３に
て、第２指令信号Ｓｂをローからハイレベルに切り換
え、サイリスタ２１をオン状態にして一次巻線Ｌ１の両
端を短絡すると、点火コイル１５に残されている磁束に
よって、一次巻線Ｌ１とサイリスタ２１とにより形成さ
れる閉ループに一次電流ｉ１が流れ始める。そして、こ
の一次電流ｉ１が次第に増加していき、この一次電流ｉ
１が、火花放電の経過とともに徐々に低下していく点火
コイル１５のコイルコアＣ中の残存磁束に対応する磁界
Ｈ［Ａ／ｍ］にまで上昇すると（時刻ｔ４）、火花放電
発生時に二次巻線Ｌ２に発生していた点火用高電圧とは
逆極性の電圧が二次巻線Ｌ２に誘導されるため、点火プ
ラグ１３での火花放電が強制的に遮断される。

【００４１】ここで、点火プラグ１３での火花放電を強
制的に遮断するときの一次電流ｉの値（以下、火花放電
遮断電流値ｉｔという）について詳細に説明すると、こ
の火花放電遮断電流値ｉｔは、点火コイル１５における
磁束−磁界特性（Ｂ−Ｈ特性）によって決定される。つ
まり、火花放電が遮断されるのは、一次電流ｉ１により
発生する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］が、Ｂ−Ｈ特性上において、
点火コイル１５のコイルコアＣ中に残存する磁束Ｂ
［Ｔ］に対応する磁界Ｈに達したときに、点火用高電圧
とは逆極性の電圧が二次巻線Ｌ２に誘導されるためであ
る。そして、点火コイル１５に一次電流ｉ１を流すこと
で発生する磁界Ｈが、火花放電を遮断する磁界Ｈとなる
ときの一次電流ｉ１の電流値が火花放電遮断電流値ｉｔ
となる。

【００４２】また、点火コイル１５のＢ−Ｈ特性は、一
般的に磁束Ｂが大きいほど磁界Ｈは大きくなるため、点
火コイル１５に残されている磁束Ｂが大きいほど、火花
放電遮断電流値ｉｔは大きくする必要がある。そして、
点火コイル１５に残されている磁束Ｂが大きいほど、サ
イリスタ２１をオン状態にした後、一次電流ｉ１が火花
放電遮断電流値ｉｔに達するまでの所要時間（以下、電
流到達所要時間Ｔｓという）は長くなる傾向にある。

【００４３】ところで、本実施例においては、サイリス
タ２１が点火コイル１５に内蔵されている。このサイリ
スタ２１が点火コイルの外部に配置される場合には、サ
イリスタ２１を何らかの制御ケース、あるいは、ＥＣＵ
１９に収納させることが必要となる。但し、そのような
場合は、サイリスタ２１と一次巻線Ｌ１との電気的接続
をなすためのハーネス（図示しない）をかなり長くしな
ければならない。しかしながら、ハーネスを長くする
と、ハーネス自体の抵抗が火花放電の遮断性能に影響を
及ぼす可能性がある。特に、サイリスタ２１をオン状態
にした直後では、一次巻線Ｌ１の両端に発生する電圧が
小さいがために、ハーネス自体の抵抗が大きく影響して
しまい、火花放電を強制遮断するために必要な一次電流
ｉ１の立ち上がりが遅延化してしまい、火花放電を遮断
する時期が遅延化してしまうおそれがあるのである。

【００４４】そこで、本実施例では、サイリスタ２１を
点火コイル１５に内蔵させることにより、サイリスタ２
１と一次コイル１５とを限りなく近くに配置すること
で、ハーネスを限りなく短くしている。それより、ハー
ネス自体の抵抗による一次電流ｉ１の立ち上がりの遅延
化を抑制することができ、火花放電の遮断性能（遮断時
期）を確実なものとしているのである。また、本実施例
では、一次巻線への通電・非通電を切り換えるトランジ
スタ１７についても、点火コイル１５に内蔵されてい
る。

【００４５】なお、「点火コイル１５にサイリスタ２１
及びトランジスタ１７が内蔵されている」とは、一次巻
線Ｌ１、二次巻線Ｌ２、コイルコアＣ、整流素子Ｄ等を
内蔵する点火コイル１５のケース、詳細にはポリブチレ
ンフタレート、ポリフタレート等の絶縁性樹脂により成
形されたケース（図示しない）内に、サイリスタ２１及
びトランジスタ１７を組み付けた上で、例えばエポキシ
系の熱硬化性樹脂により充填、封止してなる状態をいう
ものである。

【００４６】そして、一次電流ｉ１が火花放電遮断電流
値ｉｔに到達して、点火プラグ１３での火花放電が遮断
されると、それまで増加していた一次電流ｉ１が減少し
始める。この一次電流点ｉ１は、コイルコアＣ中の残存
磁束が一次巻線Ｌ１の内部抵抗により消費されるにした
がい徐々に減少していき、この磁束が消費されると一次
電流ｉ１は流れなくなる。このとき（時刻ｔ５）、第２
指令信号Ｓｂがハイからローレベルに切り替えられ、サ
イリスタ２１がターンオフして、一次巻線Ｌ１とサイリ
スタ２１とで形成される閉ループが開放される。このよ
うにして、内燃機関の１燃焼サイクルにおける点火プラ
グ１３での火花放電が終了する。

【００４７】次に、このようにＥＣＵ１９において実行
される点火制御処理を、図３に示すフローチャートに沿
って説明する。なお、ＥＣＵ１９は、内燃機関の火花放
電発生時期、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に
制御するためのものであり、以下に説明する点火制御処
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。

【００４８】図３に示す点火制御処理は、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燃焼サイクルに１回の割合で実行され
る。そして、この点火制御処理が開始されると、まずＳ
１１０（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機関の運転状態を読み込
み、Ｓ１２０にて、その読み込んだ運転状態に基づき、
火花放電発生時期（いわゆる点火時期）ｔｓ、火花放電
持続時間Ｔｔ、第２指令信号Ｓｂのハイレベル変更時期
ｔｂ及び第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間Ｔｂを
算出する。

【００４９】なお、火花放電発生時期ｔｓは、例えば、
内燃機関の吸入空気量と回転速度をパラメータとするマ
ップ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、火花放電持続時間Ｔｔは、例えば、
内燃機関の回転速度とエンジン負荷を表すスロットル開
度に基づき、混合気を燃焼させるのに要する火花エネル
ギが大きい運転条件下（低回転低負荷時等）では長く、
火花エネルギが小さくてよい運転条件下（高回転高負荷
時等）では短くなるように、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。

【００５０】そして、第２指令信号Ｓｂのハイレベル変
更時期ｔｂは、火花放電発生時期ｔｓから火花放電持続
時間Ｔｔが経過した火花放電遮断時期にて火花放電を遮
断するように、火花放電遮断時期よりも電流到達所要時
間Ｔｓだけ早い時刻が設定される。なお、電流到達所要
時間Ｔｓは、火花放電持続時間Ｔｔが長い場合（点火コ
イル１５のコイルコアＣ中の残存磁束が少ない場合）に
は短く、火花放電持続時間Ｔｔが短い場合（点火コイル
１５のコイルコアＣ中の残存磁束が多い場合）には長く
なるように、例えば、火花放電持続時間Ｔｔに基づい
て、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。

【００５１】さらに、第２指令信号Ｓｂのハイレベル継
続時間Ｔｂは、例えば、火花放電持続時間Ｔｔに基づい
て、点火コイル１５のコイルコアＣ中の残存磁束が消費
されるまでサイリスタ２１のオン状態を継続するよう
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。なお、第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間
Ｔｂは、火花放電持続時間Ｔｔが長い場合（点火コイル
１５のコイルコアＣ中の残存磁束が少ない場合）には短
く、火花放電持続時間Ｔｔが短い場合（点火コイル１５
のコイルコアＣ中の残存磁束Ｂが多い場合）には長くな
るように設定される。

【００５２】次に、Ｓ１３０では、Ｓ１２０にて算出し
た火花放電発生時期ｔｓよりも、予め設定された一次巻
線Ｌ１の通電時間だけ早い、一次巻線Ｌ１の通電開始時
期を求め、通電開始時期に達した時点（図２に示す時刻
ｔ１）で、第１指令信号Ｓａをローからハイレベルに変
化させる。

【００５３】Ｓ１３０の処理により、第１指令信号Ｓａ
をローからハイレベルに切り換えると、点火コイル１５
に内蔵されたトランジスタ１７がオン状態になるため、
一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れる。また、火花放電
発生時期ｔｓまでの一次巻線Ｌ１の通電時間は、一次巻
線Ｌ１への通電によって、内燃機関のあらゆる運転条件
下で混合気を燃焼させるのに要する最大の火花エネルギ
を点火コイル１５に蓄積させるのに要する時間となるよ
うに、予め設定されている。

【００５４】そして、Ｓ１４０では、クランク各センサ
からの検出信号に基づき、Ｓ１２０で算出した火花放電
発生時期ｔｓに達したか否かを判断し、否定判定された
場合には、同ステップを繰り返し実行することで、火花
放電発生時期ｔｓになるまで待機する。Ｓ１４０にて、
火花放電発生時期ｔｓに達したと判断されると（図２に
示す時刻ｔ２）、Ｓ１５０に移行する。

【００５５】Ｓ１５０では、図２の時刻ｔ２に示したよ
うに、第１指令信号Ｓａをハイからローレベルに反転さ
せる。この結果、トランジスタ１７がターンオフして、
一次電流ｉ１が遮断されて、点火コイル１５の二次巻線
Ｌ２に点火用高電圧が誘導され、点火プラグ１３の電極
１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生する。

【００５６】続いて、Ｓ１６０では、Ｓ１４０にて火花
放電発生時期ｔｓに達したと判断された後、Ｓ１２０に
て算出した火花放電持続時間Ｔｔで火花放電を遮断する
ように設定された第２指令信号Ｓｂのハイレベル変更時
期ｔｂ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で、第２指令信
号Ｓｂのハイレベル変更時期ｔｂに達するまで待機す
る。そして、Ｓ１６０にて、第２指令信号Ｓｂのハイレ
ベル変更時期ｔｂに達したと判断されると（図２に示し
た時刻ｔ３）、Ｓ１７０に移行し、第２指令信号Ｓｂを
ローからハイレベルに切り換える。

【００５７】これにより、点火コイル１５に内蔵された
サイリスタ２１がオン状態となり、点火コイル１５のコ
イルコアＣ中の残存磁束によって、一次巻線Ｌ１とサイ
リスタ２１とで形成される閉ループに一次電流ｉ１が流
れ始める。そして、この一次電流ｉ１が増加していき火
花放電遮断電流値ｉｔに達すると（図２に示した時刻ｔ
４）、点火プラグ１３での火花放電が強制的に遮断され
る。この後、点火コイル１５のコイルコアＣ中の残存磁
束が、一次巻線Ｌ１の内部抵抗によって消費されてい
き、一次巻線Ｌ１とサイリスタ２１との閉ループに流れ
る一次電流ｉ１が減少していく。

【００５８】続く、Ｓ１８０では、Ｓ１６０で肯定判定
された後、Ｓ１２０で算出された第２指令信号Ｓｂのハ
イレベル継続時間Ｔｂが経過したか否かを判定してお
り、肯定判定された場合にはＳ１９０に移行し、否定判
定された場合には、同じステップを繰り返し実行するこ
とで待機する。

【００５９】そして、第２指令信号Ｓｂのハイレベル継
続時間Ｔｂが経過すると、Ｓ１８０にて肯定判定され
（図２に示す時刻ｔ５）、Ｓ１９０に移行し、Ｓ１９０
にて、第２指令信号Ｓｂをハイからローレベルに反転さ
せて、本点火制御処理を終了する。

【００６０】なお、本実施例では、第２指令信号Ｓｂの
ハイレベル継続時間Ｔｂは、Ｓ１２０にて火花放電継続
時間Ｔｔに基づき値を設定するようにしているが、サイ
リスタ２１を用いて一次巻線Ｌ１の両端を短絡している
ため、火花放電持続時間Ｔｔの長さに関わらず、第２指
令信号Ｓｂのハイレベル継続信号Ｔｂに固定値を設定し
てもよい。

【００６１】つまり、一旦オン状態とされたサイリスタ
２１は、外部条件によって電流が概略零になるまでオン
状態を維持するため、一次電流ｉ１が流れている間は、
第２指令信号Ｓｂがローレベルに切り換えられた後に
も、サイリスタ２１はオン状態を継続する。このため、
第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間Ｔｂを、点火コ
イル１５のコイルコアＣ中の残存磁束が完全に消費され
る時間より短く設定し、第２指令信号Ｓｂをローレベル
に反転させた場合でも、一次電流ｉ１が概略零になるま
でサイリスタ２１はオン状態を継続する。そして、この
後一次電流ｉ１が概略零になった時点で自動的にサイリ
スタ２１はオフ状態となり、一次巻線Ｌ１の両端を開放
する。

【００６２】このため、サイリスタ２１を用いた場合に
は、第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間Ｔｂを、火
花放電持続時間Ｔｔに応じて設定することなく、固定値
としても、最適な時刻で一次巻線Ｌ１の両端を開放する
ことが可能になる。なお、固定値は、少なくともサイリ
スタ２１をオン状態にすることが可能な長さとすればよ
い。

【００６３】また、サイリスタ２１を用いると、点火コ
イル１５のコイルコアＣ中の残存磁束が完全に消費され
る前に火花放電前の一次巻線Ｌ１への通電が開始された
場合に、サイリスタ２１には逆バイアスの電圧が印加さ
れることから、一次巻線Ｌ１の両端を開放することにな
る。このため、サイリスタ２１を用いることで、火花放
電前の一次巻線通電時に誤って一次巻線Ｌ１の両端を短
絡してしまい、点火コイル１５へのエネルギの蓄積を妨
害してしまうことを防止できる。

【００６４】そして、図２に示す時刻ｔ５では、一次電
流ｉ１は概略零であるため、第２指令信号Ｓｂがローレ
ベルになるとともに、サイリスタ２１がオフ状態とな
る。なお、図２のタイムチャートにおいて、時刻ｔ２が
火花放電発生時期ｔｓに相当し、時刻ｔ２から時刻ｔ４
までの期間が火花放電持続時間Ｔｔに、時刻ｔ３が第２
指令信号Ｓｂのハイレベル変更時期ｔｂに、時刻ｔ３か
ら時刻ｔ５までの期間が第２指令信号Ｓｂのハイレベル
継続時間Ｔｂに、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間が電
流到達所要時間Ｔｓに各々相当している。

【００６５】以上説明したように、本実施例の内燃機関
用点火装置１においては、まず、ＥＣＵ１９が第１指令
信号Ｓａによって、点火コイル１５に内蔵されたトラン
ジスタ１７をオン・オフさせることにより、点火コイル
１５の二次巻線Ｌ２に誘導した点火用高電圧を点火プラ
グ１３に印加して、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３
ｂ間に火花放電を発生させる。そして、内燃機関の運転
状態に基づいて算出した火花放電持続時間Ｔｔで火花放
電を強制的に遮断するために、ＥＣＵ１９が第２指令信
号Ｓｂをハイレベルに反転して、点火コイル１５に内蔵
されたサイリスタ２１をオン状態にすることで、一次巻
線Ｌ１に電流を流して、火花放電を強制的に遮断してい
る。

【００６６】このため、本実施例によれば、点火コイル
１５の一次巻線Ｌ１への火花放電前における通電時間を
充分長くすることができ、二次巻線Ｌ２に発生させる点
火用高電圧を、内燃機関のあらゆる運転条件下で確実に
火花放電できる電圧した状態とすることができ、かつ、
点火プラグ１３に供給される火花エネルギの過剰な供給
を抑えることが可能になる。したがって、内燃機関の高
負荷高回転時のように火花エネルギが少なくてもよい運
転条件下では、高い点火用高電圧にて点火プラグ１３を
確実に火花放電させつつ、火花放電持続時間Ｔｔを短く
するこで、点火プラグ１３への過剰な火花エネルギの供
給を抑えるといったことができる。逆に、内燃機関の低
負荷低回転時のように混合気が着火しにくい運転条件下
では、火花放電持続時間Ｔｔを長くして、混合気を確実
に燃焼させる、といったことができる。

【００６７】そして、このように火花放電持続時間Ｔｔ
を内燃機関の運転状態によって最適に制御することによ
り、多重放電の発生も抑制でき、点火プラグ１３の中心
電極１３ａ及び接地電極１３ｂの偏消耗の発生を防止
し、点火プラグ１３の長寿命化を図ることができる。

【００６８】また、本実施例は、発熱に対する耐久性に
優れた高価な半導体素子ではなく、単数のサイリスタ２
１を設けることで、点火プラグ１３での火花放電を強制
的に遮断しており、火花放電遮断を行うための内燃機関
用点火装置１を、低コストの部品を利用しつつ、部品点
数の少ない簡易的な構成にて実現している。

【００６９】さらに、サイリスタ２１を用いて一次巻線
Ｌ１の両端を短絡する構成であることから、点火制御処
理において、第２指令信号Ｓｂのハイレベル継続時間Ｔ
ｂを固定値としても、正常に火花放電遮断を実現でき、
点火制御処理の簡略化を図ることも可能である。また、
サイリスタ２１を用いることで、火花放電前における一
次巻線通電時に点火コイル１５へのエネルギの蓄積を妨
害してしまうことを防止でき、信頼性の高い内燃機関用
点火装置１を実現できる。

【００７０】なお、本実施例では、トランジスタ１７が
特許請求の範囲に記載の第１スイッチング手段に相当す
るものであり、サイリスタ２１が一次巻線短絡手段（第
２スイッチング手段）に相当し、点火制御処理における
Ｓ１２０が火花放電持続時間算出手段に相当し、点火制
御処理におけるＳ１７０が火花放電遮断手段に相当する
ものである。

【００７１】次に、本実施例に示した内燃機関用点火装
置１によって、火花放電の強制遮断が可能であることを
確認するために、実際に火花放電遮断を行うとともに、
その時の点火コイル１５の一次巻線Ｌ１に流れる一次電
流ｉ１、及び二次巻線Ｌ２に流れる二次電圧Ｖｐを測定
した。

【００７２】測定は、バッテリ電圧を１２［Ｖ］、火花
放電前の一次巻線通電時間を４［ｍｓ］、通電遮断時の
一次電流ｉ１を５［Ａ］として火花放電を発生させた
後、火花放電持続時間Ｔｔを変化させて、各火花放電持
続時間Ｔｔ毎の一次電流ｉ１及び二次電圧Ｖｐの変化を
記録して行った。火花放電持続時間Ｔｔは、（ａ）火花
放電を強制遮断しない場合、（ｂ）火花放電持続時間Ｔ
ｔが２．０［ｍｓ］の場合、（ｃ）火花放電持続時間Ｔ
ｔが１．０［ｍｓ］の場合、（ｄ）火花放電持続時間Ｔ
ｔが０．５［ｍｓ］の場合、の４条件について測定を行
った。

【００７３】図４に、その測定結果の波形（グラフ）を
示す。なお、（ａ）から（ｄ）の各測定結果には、ＩＧ
信号、サイリスタゲート信号、一次電流ｉ１、二次電圧
（点火プラグの中心電極の電位）Ｖｐの４本の波形を記
載しており、各波形とも横軸レンジは、０．５［ｍｓ］
であり、また、各波形番号の矢印位置は、縦軸における
各波形の基準となる０レベルを表している。

【００７４】そして、波形１が、第１指令信号Ｓａに相
当するＩＧ信号であり、縦軸レンジは（５Ｖ／ＤＩＶ）
であり、ＩＧ信号のローレベル（０［Ｖ］）が第１指令
信号Ｓａのハイレベルに、ＩＧ信号のハイレベル（５
［Ｖ］）が第１指令信号Ｓａのローレベルに相当する。

【００７５】次に、波形２が、第２指令信号Ｓｂに相当
するサイリスタゲート信号であり、縦軸レンジは（５Ｖ
／ＤＩＶ）であり、サイリスタゲート信号のローレベル
（０［Ｖ］）が第２指令信号Ｓｂのローレベルに、サイ
リスタゲート信号のハイレベル（７［Ｖ］）が第２指令
信号Ｓｂのハイレベルに相当する。

【００７６】また、波形３が、一次電流ｉ１であり、縦
軸レンジは（２Ａ／ＤＩＶ）である。そして、波形４
が、二次電圧Ｖｐであり、縦軸レンジは（１ｋＶ／ＤＩ
Ｖ）である。 （ａ）火花放電を強制遮断しない場合 この場合には、ＩＧ信号（波形１）がローからハイレベ
ルに反転した後、二次電圧Ｖｐが負側に大きく変動し火
花放電が開始され、火花放電発生からおよそ３．０［ｍ
ｓ］経過した後に電圧値が変動して０［Ｖ］となり、火
花放電は自然に遮断されている。

【００７７】（ｂ）火花放電持続時間Ｔｔが２．０［ｍ
ｓ］の場合 この場合、火花放電が開始された後、サイリスタゲート
信号（波形２）がローからハイレベルに反転すると、一
次電流ｉ１（波形３）が増加して、およそ１．２［Ａ］
に達したところで、二次電圧Ｖｐ（波形４）が変動して
０［Ｖ］となり、火花放電が強制的に遮断されている。
このとき、サイリスタゲート信号がハイレベルとなった
後、火花放電が強制遮断されるまでの時間は、０．１
［ｍｓ］以下である。

【００７８】（ｃ）火花放電持続時間Ｔｔが１．０［ｍ
ｓ］の場合 この場合、火花放電が開始された後、サイリスタゲート
信号（波形２）がローからハイレベルに反転すると、一
次電流ｉ１（波形３）が増加を開始し、およそ２．５
［Ａ］に達したところで、二次電圧Ｖｐ（波形４）が変
動して０［Ｖ］となり、火花放電が強制的に遮断されて
いる。このとき、サイリスタゲート信号がハイレベルと
なった後、火花放電が強制遮断されるまでの時間は、お
よそ０．１［ｍｓ］である。

【００７９】（ｄ）火花放電持続時間Ｔｔが０．５［ｍ
ｓ］の場合 この場合、火花放電が開始された後、サイリスタゲート
信号（波形２）がローからハイレベルに反転すると、一
次電流ｉ１（波形３）が増加を開始し、およそ３．９
［Ｖ］に達したところで、二次電圧Ｖｐ（波形４）が変
動して０［Ｖ］となり、火花放電が強制的に遮断されて
いる。このとき、サイリスタゲート信号がハイレベルと
なった後、火花放電が強制遮断されるまでの時間は、お
よそ０．２［ｍｓ］である。

【００８０】これらの測定結果から、本実施例の内燃機
関用点火装置１を用いることで、火花放電持続時間Ｔｔ
を変化させることが可能であることがわかる。ところ
が、火花放電持続時間Ｔｔが短くなるほど、サイリスタ
ゲート信号がハイレベルとなってから火花放電が遮断さ
れるまでの時間が長くなっており、火花放電持続時間Ｔ
ｔを短く設定するには限界があることも判った。しかし
ながら、内燃機関の運転に際して、実用上必要となる最
短の火花放電持続時間Ｔｔは、０．２［ｍｓ］であり、
実際の測定において、火花放電持続時間Ｔｔを０．２
［ｍｓ］に設定可能であることが、本件の発明者によっ
て確認されており、本実施例の内燃機関用点火装置１を
実際に用いることは可能である。

【００８１】そして、図５に、火花放電持続時間Ｔｔを
０．５［ｍｓ］とした場合の、複数回の火花放電波形を
示す。なお、横軸レンジは５［ｍｓ］であり、また、各
波形番号の矢印位置は、縦軸における各波形の基準とな
る０レベルを表している。また、波形１がＩＧ信号であ
り、波形２がサイリスタゲート信号であり、波形３が一
次電流ｉ１であり、波形４が二次電圧（点火プラグの中
心電極の電位）Ｖｐであり、各波形のレンジは、図４と
同様である。

【００８２】図５に示す火花放電は、２［ｍｓ］周期
（３０００ｒｐｍに相当）で行われており、各火花放電
は火花放電持続時間Ｔｔが０．５［ｍｓ］に設定されて
強制的に遮断されている。図５に示すように、一次電流
ｉ１（波形３）が増加して５［Ａ］であるときに、ＩＧ
信号（波形１）がハイレベルになり一次電流ｉ１を遮断
することで火花放電が発生し、その後、火花放電持続時
間Ｔｔが０．５［ｍｓ］となるようにサイリスタゲート
信号（波形２）がハイレベルになる。そして、一次電流
ｉ１（波形３）が増加して火花放電遮断電流値ｉｔに達
すると、火花放電が遮断される。さらに、時間経過に伴
い一次電流ｉ１が減少していき、一次電流ｉ１が概略零
となった時点で、サイリスタゲート信号がローレベルに
なる。これと同時にＩＧ信号（波形１）がハイレベルに
なり、一次電流ｉ１が再度通電されて増加していき、次
の火花放電のための火花エネルギが蓄積される。そし
て、点火時期になるとＩＧ信号がローレベルになり再び
火花放電が発生する。この繰り返しによって、強制的に
遮断される火花放電を周期的に発生させることで、混合
気への着火を行う。

【００８３】この測定結果から、本実施例の内燃機関用
点火装置１を用いることで、周期的に行われる火花放電
において火花放電遮断を行えることがわかる。したがっ
て、上記の測定結果から、本実施例の内燃機関用点火装
置１によれば、実用上必要となる範囲で火花放電持続時
間Ｔｔを変化させることができるとともに、周期的に行
われる火花放電においても火花放電遮断を行うことがで
きるようになる。これにより、内燃機関の運転状態に基
づいて火花放電持続時間Ｔｔを設定し、混合気への着火
を行うことで、点火プラグへの過剰な火花エネルギの供
給を防ぎ、点火プラグの電極の消耗を無駄に促進させて
しまうことを防ぐことが可能になる。

【００８４】そして、このような内燃機関用点火装置１
を、点火コイルの最大二次電圧が高く設定されるメタン
ガス等の気体燃料を使用するガスエンジンに用いれば、
点火プラグの電極の無駄な消耗をより有効に抑制するこ
とが可能になり、ガスエンジンに使用される点火プラグ
の長寿命化を図ることができる。

【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を表す電
気回路図である。

【図２】 実施例の内燃機関用点火装置の各部の状態を
表すタイムチャートである。

【図３】 電子制御装置（ＥＣＵ）が実行する点火制御
処理を表すフローチャートである。

【図４】 火花放電持続時間を変化させた場合の一次電
流と二次電圧を測定した結果を表すグラフである。

【図５】 複数回の火花放電を実行した場合の一次電流
と二次電圧を測定した結果を表すグラフである。

【符号の説明】

１…内燃機関用点火装置、１１…電源装置、１３…点火
プラグ、１３ａ…中心電極、１３ｂ…接地電極、１５…
点火コイル、１７…トランジスタ（第１スイッチング手
段）、１９…ＥＣＵ、２１…サイリスタ（一次巻線短絡
手段）、Ｄ…整流素子、Ｃ…コイルコア、Ｌ１…一次巻
線、Ｌ２…二次巻線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次巻線、二次巻線及びコイルコアを備
   え、該二次巻線が内燃機関に装着された点火プラグと共
   に閉ループを形成する点火コイルと、 前記一次巻線の一端に接続され、内燃機関の回転に同期
   して該一次巻線に一定時間通電し、該通電電流の遮断を
   行う第１スイッチング手段と、を備え、前記第１スイッ
   チング手段にて前記一次巻線への通電、遮断を行うこと
   により、前記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内燃機関用点火装置であ
   って、 内燃機関の運転状態に基づき、火花放電持続時間を算出
   する火花放電持続時間算出手段と、 前記点火コイルに内蔵されるとともに、外部からの指令
   に基づいて前記点火コイルの一次巻線の両端を短絡する
   一次巻線短絡手段と、 前記火花放電持続時間算出手段にて算出された火花放電
   持続時間に応じて、前記一次巻線短絡手段を動作させて
   前記一次巻線の両端を短絡することにより、前記点火プ
   ラグの火花放電を強制的に遮断する火花放電遮断手段
   と、を備えたことを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 【請求項２】 前記一次巻線短絡手段が、外部からの指
   令にしたがい、前記点火コイルのコイルコアに蓄積され
   た磁束を消費する方向にのみ通電を許容して、前記点火
   コイルの一次巻線の両端を短絡した後、許容方向の電流
   が流れなくなることで該一次巻線の両端を開放する第２
   スイッチング手段にて構成された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。
3. 【請求項３】 前記第２スイッチング手段が、前記一次
   巻線短絡手段とともに前記点火コイルに内蔵されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用点
   火装置。
4. 【請求項４】 前記内燃機関は、燃料として気体燃料を
   用いるガスエンジンであることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載の内燃機関用点火装置。