JP2015200258A - 点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正常に着火したか否かを適切に判定可能な点火装置を提供する。
【解決手段】点火装置３０は、一次コイル４１および二次コイル４２を有する点火コイル４０と、点火スイッチ４５を有するイグナイタ部と、二次電流検出回路６１と、ＥＣＵ３２と、失火判定部６２と、を備える。ＥＣＵ３２は、通常通電期間Ｐｎに亘って通電され通常点火時期θｎに遮断される一次電流Ｉ１である通常放電電流Ｉｎの通電および遮断を制御する。ＥＣＵ３２は、通常点火時期θｎよりも後の再放電通電期間Ｐａに亘って通電され、再放電通電時期θａに遮断される一次電流Ｉ１である再放電電流Ｉａの通電および遮断を制御する。失火判定部６２は、再点火時期θａよりも後の二次電流Ｉ２に係る二次電圧情報、または、一次電圧Ｖ１に係る一次電圧情報に基づき、正常に着火したか否かを判定する。これにより、正常に着火したか否かを適切に判定することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、点火装置に関する。

従来、内燃機関の失火検出装置が公知である。例えば特許文献１では、イオン電流検出器によりイオン電流を検出することにより、失火を検出している。

特開平２−１０４９７８号公報

特許文献１の失火検出器は、点火コイルの二次コイル側に設けられているため、イオン電流の検出による正規点火時のエネルギロスがある。また、イオン電流に点火ノイズが重畳するため、特許文献１のように、点火ノイズのマスキングや検出タイミングの調整等が必要である。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、正常に着火したか否かを適切に判定可能な点火装置を提供することにある。

本発明の点火装置は、点火コイルと、イグナイタ部と、通常放電制御部と、再放電制御部と、失火判定部と、を備える。
点火コイルは、一次コイル、および、二次コイルを有する。一次コイルは、直流電源から供給される一次電流が流れる。二次コイルは、内燃機関の燃焼室において混合気に点火する点火プラグの電極に接続され、一次電流の通電および遮断によって発生する二次電圧が印加され二次電流が流れる。
イグナイタ部は、点火スイッチを有する。点火スイッチは、一次コイルの直流電源と反対側である接地側に接続され、一次電流の導通および遮断を切り替える。

通常放電制御部は、通常放電電流の通電および遮断を制御する。通常放電電流は、通常通電期間に亘って通電され、通常点火時期に遮断される一次電流である。通常放電電流は、混合気に点火し着火させるための一次電流である。
再放電制御部は、再放電電流の通電および遮断を制御する。再放電電流は、通常点火時期よりも後の再放電通電期間に亘って通電され、再点火時期に遮断される一次電流である。または、再放電電流は、再点火時期に通電開始される一次電流である。再放電電流は、通常放電電流よりも少ない一次電流である。

通常放電電流の遮断により点火プラグに放電が発生し、燃焼室の混合気に正常に着火し燃焼が生じると、燃焼室には燃焼イオンが発生する。燃焼室に燃焼イオンが十分に存在する状態において、再放電電流の通電および遮断、または、再放電電流の通電開始により生じる二次電圧が通常点火時における放電電圧より低い着火時再放電可能電圧に達すると、点火プラグにて放電が発生する。一方、通常点火時の燃焼室における燃焼が不十分であると、燃焼室に燃焼イオンが存在しない、或いは、少ない。燃焼室の燃焼イオンが不足した状態において、再放電電流の通電および遮断、または、再放電電流の通電開始により二次電圧が発生しても、失火時再放電可能電圧が着火時再放電可能電圧と比較して相対的に高いため、点火プラグにて放電が発生しない。

そこで、失火判定部は、再点火時期よりも後の二次電流に係る二次電流情報、または、一次コイルに印加される電圧である一次電圧に係る一次電圧情報に基づき、再放電の有無で正常に着火したか否かを判定する。これにより、正常に着火したか否かを適切に判定することができる。

本発明における失火判定では、燃焼イオンを検出するためのイオン検出電圧の二次側からの印加を行わないため、従来の燃焼イオン検出回路により燃焼イオンを検出する場合と比較し、正規点火時のエネルギロスを低減することができる。また、点火ノイズの影響を考慮することなく、比較的高い自由度で高精度に失火判定を行うことができる。また、例えば二次電流に基づくフィードバック制御を行っている場合、二次電流に基づいて判定することにより、新たな構成を別途追加することなく、或いは、最小限の構成を追加することで失火判定を行うことができる。

本発明の第１実施形態によるエンジンシステムの構成を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態による点火装置の構成図である。 本発明の第１実施形態による点火装置の基本動作を説明するタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による失火検出処理を説明するタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による筒内圧を説明するタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による再点火時の二次電圧を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態による点火装置の構成図である。 本発明の第３実施形態による失火検出処理を説明するタイムチャートである。

以下、本発明による点火装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
［エンジンシステムの構成］
まず、エンジンシステムの概略構成について図１を参照して説明する。図１に示すように、内燃機関システムとしてのエンジンシステム１０は、火花点火式の内燃機関としてのエンジン１３を備える。

エンジン１３は、スロットル弁１４を通じて吸気マニホールド１５から供給される空気とインジェクタ１６から噴射される燃料との混合気を燃焼室１７内で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストン１８を往復運動させる。ピストン１８の往復運動は、クランクシャフト１９により回転運動に変換されて出力される。燃焼により生じた燃焼ガスは、排気マニホールド２０を経由して大気中に放出される。
すなわち本実施形態のエンジン１３は、所謂「ポート噴射エンジン」であるが、燃料を燃焼室１７に直接噴射する所謂「直噴エンジン」としてもよい。

燃焼室１７の入口であるシリンダヘッド２１の吸気ポートには、吸気弁２２が設けられる。また、燃焼室１７の出口であるシリンダヘッド２１の排気ポートには、排気弁２３が設けられる。吸気弁２２および排気弁２３は、バルブ駆動機構２４により開閉駆動される。なお、吸気弁２２および排気弁２３の少なくとも一方のバルブ駆動機構２４にバルブタイミングを調整する可変バルブ機構を設けてもよい。

燃焼室１７の混合気への点火は、点火装置３０により行われる。具体的には、点火装置３０により点火プラグ７の電極間での放電による火花を発生させ、発生した火花により燃焼室１７の混合気に点火される。
点火プラグ７は、エンジン１３の燃焼室１７で所定のギャップを隔てて対向する一対の電極（図２参照）を有する。点火プラグ７の電極間に放電電圧Ｖ２ｒが印加されると、電極間のギャップに放電が発生する。放電電圧Ｖ２ｒとは、電極間の絶縁を破壊し、放電が発生しうる程度の高電圧をいう。

［点火装置の構成］
点火装置３０は、点火回路ユニット３１、「通常放電制御部」および「再放電制御部」としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）３２、および、点火コイル４０を備える。点火回路ユニット３１および点火コイル４０の詳細については、図２に基づいて後述する。
ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび入出力ポート等からなるマイクロコンピュータにより構成され、クランク角センサ３５、カム角センサ３６、水温センサ３７、スロットル開度センサ３８、および、吸気圧センサ３９等の各種センサからの信号が入力される。ＥＣＵ３２は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、スロットル弁１４、インジェクタ１６、および、点火回路ユニット３１等を制御することで、エンジン１３の運転状態を制御する。

図２に示すように、点火コイル４０は、一次コイル４１、二次コイル４２、および、整流素子４３を有し、公知の昇圧トランスを構成している。
一次コイル４１は、一端が直流電源としてのバッテリ６の正極に接続され、他端が点火スイッチ４５を経由して接地される。以下、一次コイル４１のバッテリ６と反対側を「接地側」或いは「低電圧側」という。
二次コイル４２は、一次コイル４１と磁気的に結合されており、一端が点火プラグ７の一対の電極を経由して接地され、他端が整流素子４３および二次電流検出抵抗４７を経由して接地される。

以下、一次コイル４１に流れる電流を一次電流Ｉ１といい、二次コイル４２に流れる電流を二次電流Ｉ２とする。また、図２中に矢印で示すように、一次電流Ｉ１は、一次コイル４１から点火スイッチ４５に向かう方向の電流を正とし、二次電流Ｉ２は、二次コイル４２から点火プラグ７に向かう方向の電流を正とする。また、一次コイル４１の点火スイッチ４５側の電圧を一次電圧Ｖ１といい、二次コイル４２の点火プラグ７側の電圧を二次電圧Ｖ２という。

整流素子４３は、ダイオードで構成され、二次電流Ｉ２を整流する。
点火コイル４０は、一次コイル４１を流れる電流の変化に応じた電磁誘導の相互誘導作用により二次コイル４２に高電圧を発生させ、この高電圧を点火プラグ７に印加する。本実施形態では、１つの点火プラグ７に対し、１つの点火コイル４０が設けられる。

点火回路ユニット３１は、イグナイタ部４４、二次電流検出抵抗４７、エネルギ投入部５０、二次電流検出回路６１、および、失火判定部６２を有する。
イグナイタ部４４は、点火スイッチ４５、および、整流素子４６を有する。
点火スイッチ４５は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成され、コレクタが一次コイル４１の接地側に接続され、エミッタが接地され、ゲートがＥＣＵ３２に接続される。点火スイッチ４５のエミッタは、整流素子４６を経由して、コレクタに接続される。

点火スイッチ４５は、ゲートに入力される点火信号ＩＧＴに応じてオンオフが切り替えられる。詳しくは、点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴの立ち上がり時にオンとなり、点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にオフとなる。一次電流Ｉ１は、点火スイッチ４５により点火信号ＩＧＴに従って導通および遮断が切り替えられる。

エネルギ投入部５０は、ＤＣＤＣコンバータ５１、コンデンサ５６、放電スイッチ５７、放電用ドライバ回路５８、および、整流素子５９を有する。
ＤＣＤＣコンバータ５１は、エネルギ蓄積コイル５２、充電スイッチ５３、充電用ドライバ回路５４、および、整流素子５５から構成され、バッテリ６の電圧を昇圧してコンデンサ５６に供給する。

エネルギ蓄積コイル５２は、一端がバッテリ６に接続され、他端が充電スイッチ５３を経由して接地される。
充電スイッチ５３は、例えばＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）で構成されており、ドレインがエネルギ蓄積コイル５２に接続され、ソースが接地され、ゲートが充電用ドライバ回路５４に接続される。充電用ドライバ回路５４は、充電スイッチ５３のオンオフを切り替える充電スイッチ信号ＳＷｃを充電スイッチ５３のゲートに出力する。

整流素子５５は、ダイオードで構成され、コンデンサ５６からエネルギ蓄積コイル５２および充電スイッチ５３側への電流の逆流を防止する。
コンデンサ５６は、正極が整流素子５５を経由してエネルギ蓄積コイル５２と充電スイッチ５３との接続点に接続され、負極が接地される。コンデンサ５６は、ＤＣＤＣコンバータ５１から供給された電荷を蓄える。

充電スイッチ５３のオンオフは、後述するエネルギ投入期間信号ＩＧＷがオフとなっている間に行われる。充電スイッチ５３がオンしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に誘起電流が流れ、電気エネルギが蓄積される。また、充電スイッチ５３がオフしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に蓄積された電気エネルギがバッテリ６の直流電圧に重畳してコンデンサ５６側に放出される。これにより、コンデンサ５６の電圧は比較的高い電圧（例えば、１００［Ｖ］から数百［Ｖ］）に昇圧され充電される。

放電スイッチ５７は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成され、ドレインがコンデンサ５６の正極側に接続され、ソースが一次コイル４１と点火スイッチ４５との間に接続され、ゲートが放電用ドライバ回路５８に接続される。放電スイッチ５７がオンされると、エネルギ投入部５０から点火コイル４０にエネルギが投入され、放電スイッチ５７がオフされると、エネルギ投入部５０から点火コイル４０にエネルギが投入されない。
放電用ドライバ回路５８は、放電スイッチ５７のオンオフを切り替える放電スイッチ信号ＳＷｄを放電スイッチ５７のゲートに出力する。
整流素子５９は、ダイオードで構成され、点火コイル４０からコンデンサ５６への電流の逆流を防止している。

なお、図２では１気筒に対応する構成を記載しているが、実際には放電スイッチ５７より下流側の構成は気筒数分が並列して設けられ、放電スイッチ５７の下流側に気筒毎に設けられる気筒分配スイッチのオンオフに応じ、コンデンサ５６に蓄えられたエネルギが各経路に分配される。

二次電流検出回路６１は、二次電流検出抵抗４７の両端電圧に基づき、二次電流Ｉ２を検出する。二次電流検出回路６１は、電流フィードバック回路として機能し、二次電流Ｉ２が下限値Ｉ２＿Ｌと上限値Ｉ２＿Ｕとの間となるようなフィードバック信号Ｓｆｂを放電用ドライバ回路５８に出力する。二次電流検出回路６１は、例えば所謂ヒステリシスコンパレータを用い、二次電流Ｉ２の絶対値が下限値Ｉ２＿Ｌになると放電スイッチ５７をオンし、上限値Ｉ２＿Ｕになると放電スイッチ５７をオフする信号をフィードバック信号Ｓｆｂとして出力するように構成することで、比較的簡単なアナログ回路にて構成可能である。
また、二次電流検出回路６１は、検出された二次電流Ｉ２に係る二次電流情報を失火判定部６２に出力する。

失火判定部６２は、二次電流検出回路６１から出力された二次電流情報に基づき、燃焼室１７にて正常に着火したか否かの判定を行う。燃焼室１７にて正常に着火していていないと判定された場合、すなわち失火判定された場合、失火判定部６２は、失火した旨の情報をＥＣＵ３２にダイアグ報知する。失火判定の詳細については後述する。

ＥＣＵ３２は、クランク角センサ３５等の各種センサから取得したエンジン１３の運転情報に基づき、点火信号ＩＧＴ、および、エネルギ投入期間信号ＩＧＷを生成し、点火回路ユニット３１に出力する。
点火信号ＩＧＴは、点火スイッチ４５のゲート、および、充電用ドライバ回路５４に入力される。点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴがハイレベルである期間、オンとなる。充電用ドライバ回路５４は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、充電スイッチ５３のゲートに対し、充電スイッチ５３をオンオフ制御する充電スイッチ信号ＳＷｃを繰り返し出力する。

エネルギ投入期間信号ＩＧＷは、充電用ドライバ回路５４、および、放電用ドライバ回路５８に入力される。放電用ドライバ回路５８は、例えばＡＮＤ回路および増幅回路により構成され、エネルギ投入期間信号ＩＧＷおよび二次電流検出回路６１から出力されるフィードバック信号Ｓｆｂがハイレベルである期間、放電スイッチ５７をオンする放電スイッチ信号ＳＷｄを、放電スイッチ５７のゲートに対して出力する。本実施形態では、エネルギ投入期間信号ＩＧＷがハイレベルである期間が、「エネルギ投入期間」に対応する。

［点火装置の作動］
点火装置３０の作動について図３のタイムチャートを参照して説明する。図３のタイムチャートは、共通時間軸を横軸とし、縦軸に上から順に、点火信号ＩＧＴ、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２、投入エネルギＥ、充電スイッチ信号ＳＷｃ、放電スイッチ信号ＳＷｄを示している。

ここで、コンデンサ電圧Ｖｄｃは、コンデンサ５６の電圧を意味する。また、投入エネルギＥは、コンデンサ５６から放出され、一次コイル４１の接地側端子から点火コイル４０に供給されるエネルギを意味し、１回のエネルギ投入期間におけるエネルギ供給開始からの積算値を示す。なお、エネルギ投入期間におけるエネルギ供給開始タイミングは、最初の放電スイッチ信号ＳＷｄが立ち上がる時間ｔ３である。

一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２は、図２の矢印方向の電流を正の値とし、矢印と反対方向の電流を負の値とする。以下の説明において、負の電流の大小に言及する場合、電流の絶対値を基準として大小を表す。すなわち、負の電流については、電流値がゼロから離れ絶対値が大きくなるほど「電流が増加する（または上昇する）」といい、ゼロに近づき絶対値が小さくなるほど「電流が減少する（または低下する）」という。電圧についても同様とする。

図３中の時間ｔ１にて点火信号ＩＧＴがハイレベル（図３中では「Ｈ」で示す。）になると、点火スイッチ４５がオンされ、一次電流Ｉ１が一次コイル４１に通電され、時間の経過に伴って一次電流Ｉ１が増加する。これにより、点火信号ＩＧＴがハイレベルである時間ｔ１から時間ｔ２の間に、一次コイル４１には電磁エネルギが蓄積される。
このとき、エネルギ投入期間信号ＩＧＷはローレベル（図３中では「Ｌ」で示す。）であり、放電スイッチ５７はオフされている。

また、点火信号ＩＧＴがハイレベルである期間、矩形波パルス状の充電スイッチ信号ＳＷｃが充電スイッチ５３のゲートに入力される。すると、充電スイッチ５３のオン後のオフ期間に、コンデンサ電圧Ｖｄｃがステップ状に上昇し、コンデンサ５６が充電される。なお、コンデンサ５６の充電は、点火信号ＩＧＴの発信に同期して開始する必要は必ずしもなく、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが立ち上がる前に十分な電気エネルギが蓄積されていればよい。また、コンデンサ電圧Ｖｄｃ（すなわちコンデンサ５６のエネルギ蓄積量）は、充電スイッチ信号ＳＷｃのオンデューティ比およびオンオフ回数により制御可能である。ここで、オンデューティ比とは、点火周期におけるオン時間の比率とする。

時間ｔ２において、点火信号ＩＧＴがローレベルとなり、点火スイッチ４５がオフされると、一次コイル４１に通電されていた一次電流Ｉ１が急激に遮断され、一次電流Ｉ１により形成されていた磁界が消失する。すると、一次コイル４１に形成されていた磁界を打ち消すように、二次コイル４２に磁界が誘導され、二次コイル４２に大きな二次電圧Ｖ２が生じる。二次電圧Ｖ２が放電電圧Ｖ２ｒに達すると、点火プラグ７の電極間に火花放電が生じ、二次コイル４２に二次電流Ｉ２（放電電流）が流れる。これにより、燃焼室１７の混合気に点火される。

時間ｔ２において、火花放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない場合、二次電流Ｉ２は、破線で示すように、時間経過とともにゼロに近づき、放電を維持できない程度まで減衰すると放電が終了する。本実施形態では、一次電流Ｉ１の遮断により生じるエネルギにより点火する方式を「通常点火」という。通常点火では、火花放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない。

一方、時間ｔ２後のタイミングである時間ｔ３において、エネルギ投入期間信号ＩＧＷがハイレベルになると、放電スイッチ信号ＳＷｄがハイレベルとなる。また、二次電流検出回路６１から出力されるフィードバック信号Ｓｆｂがハイレベルとなると、放電スイッチ５７がオンされる。充電スイッチ５３がオフの状態にて放電スイッチ５７がオンされると、コンデンサ５６に蓄えられていたエネルギが放出され、一次コイル４１の接地側に投入される。これにより、一次コイル４１には、投入エネルギＥに起因する一次電流Ｉ１が通電される。投入エネルギＥにより一次コイル４１の接地側から一次電流Ｉ１が通電されると、通常点火により通電される二次電流Ｉ２に対し、投入エネルギＥによる一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分が同じ極性で重畳される。

時間ｔ３から時間ｔ４までの期間は、フィードバック信号Ｓｆｂに応じ、放電スイッチ５７のオンオフが繰り返される。本実施形態では、二次電流Ｉ２が減少して下限値Ｉ２＿Ｌとなったときに放電スイッチ５７をオンしてエネルギ投入部５０から一次コイル４１の接地側にエネルギを投入することで二次電流Ｉ２を増加させる。また、二次電流Ｉ２が増加して上限値Ｉ２＿Ｕとなったとき、放電スイッチ５７をオフする。なお、点火コイル４０へのエネルギ投入により、コンデンサ電圧Ｖｄｃは低下するが、二次電流Ｉ２が上限値Ｉ２＿Ｕに到達するまでは、放電スイッチ５７をオンし、エネルギ投入を継続する。
下限値Ｉ２＿Ｌおよび上限値Ｉ２＿Ｕは、点火状態を良好に維持可能な程度の値に設定される。また、下限値Ｉ２＿Ｌと上限値Ｉ２＿Ｕとの間隔は、二次電流検出回路６１の回路定数に応じたヒステリシスとなる。

これにより、二次電流Ｉ２には、放電スイッチ５７がオンされる毎に、投入エネルギＥによる一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分が重畳される。すなわち、放電スイッチ信号ＳＷｄがオンになる毎にコンデンサ５６の蓄積エネルギにより一次電流Ｉ１が順次追加され、これに対応して二次電流Ｉ２が順次追加される。これにより、エネルギ投入期間において、二次電流Ｉ２は、下限値Ｉ２＿Ｌと上限値Ｉ２＿Ｕとで規定される所定範囲内となるように制御される。ここで、エネルギ投入部５０から供給される投入エネルギＥによる一次電流Ｉ１についても、「直流電源から供給される一次電流」の概念に含まれるものとする。
時間ｔ４において、エネルギ投入期間信号ＩＧＷがローレベルになると、放電スイッチ信号ＳＷｄがオフ信号となり、放電スイッチ５７のオンオフ作動が停止し、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２がゼロとなる。

本実施形態では、点火スイッチ４５のオフによる放電後、一次コイル４１の接地側（すなわち低電圧側）から点火コイル４０にエネルギを投入することにより、一次コイル４１のバッテリ６側または二次コイル４２の点火プラグ７と反対側から点火コイル４０にエネルギを投入する場合と比較し、最低限のエネルギを効率よく投入し、点火可能な状態を持続させることができる。
以下、一次コイル４１の接地側からエネルギの投入を行う点火方式を「エネルギ投入点火」という。

ここで、本実施形態による失火判定について、図４〜図６に基づいて説明する。図４は、共通の横軸をクランク角度とし、縦軸に上から順に、点火信号ＩＧＴ、一次電圧Ｖ１、一次電流Ｉ１、二次電圧Ｖ２、および、二次電流Ｉ２を示している。また、図５は、横軸をクランク角度とし、縦軸を筒内圧としている。また、図６は再放電時の二次電圧Ｖ２（図４中に２点鎖線で囲む領域）を拡大した図である。図４〜図６においては、燃焼室１７にて正常に着火した場合を実線、失火した場合を破線にて示す。後述の図８についても同様である。

なお、一次電圧Ｖ１は、点火スイッチ４５のオン時やエネルギ投入期間等を除く定常状態において、バッテリ６の電圧であるバッテリ電圧Ｖｂと等しい。また、図４中の一次電圧Ｖ１に係る跳ね返り再放電電圧Ｖ１ａ、再放電時の一次側最大出力電圧Ｖ１ｍａｘ、および、判定閾値Ｖｔｈについては、第２実施形態にて説明する。

図４〜図６では、エネルギ投入部５０からのエネルギ投入を行わない通常点火時における失火判定について説明する。
図４に示すように、ＥＣＵ３２は、点火信号ＩＧＴをハイレベルとすることで、点火スイッチ４５をオンにし、通常放電電流Ｉｎを通常通電期間Ｐｎに亘って通電する。また、ＥＣＵ３２は、通常点火時期θｎにて点火信号ＩＧＴをローレベルとすることで、点火スイッチ４５をオフし、通常放電電流Ｉｎを遮断する。通常放電電流Ｉｎが遮断されると、二次コイル４２に磁界が誘導され、二次電圧Ｖ２が放電電圧Ｖ２ｒに達すると、点火プラグ７の電極間に放電が発生し、二次電流Ｉ２が通電される。

点火プラグ７の電極間での放電により、燃焼室１７の混合気に点火され、燃焼室１７にて正常な燃焼が生じることを「着火」といい、燃焼が生じない、或いは、燃焼が不十分であることを「失火」という。また、着火した場合、燃焼室１７は、燃焼イオンが多量に存在する。一方、失火した場合、燃焼室１７には、燃焼イオンが存在しない、或いは、少量しか存在しない。換言すると、失火した場合、燃焼室１７には燃焼イオンが不足している、とも言える。

ところで、点火プラグ７の電極間に燃焼イオンが存在する場合、燃焼イオンが存在しない場合と比較して低電圧にて放電を発生させることができる。
そこで本実施形態では、ＥＣＵ３２は、通常点火時期θｎよりも後のタイミングにおいて、点火信号ＩＧＴをハイレベルとし、点火スイッチ４５を再度オンにして、一次コイル４１に再放電電流Ｉａを通電する。また、ＥＣＵ３２は、再点火時期θａにて点火信号ＩＧＴをローレベルとすることで、点火スイッチ４５をオフにし、再放電電流Ｉａを遮断する。本実施形態では、通常点火時期θｎよりも後のタイミングにて点火スイッチ４５をオフにするタイミングを「再点火時期θａ」と定義する。再放電電流Ｉａが通電される期間である再放電通電期間Ｐａは、通常放電電流Ｉｎが通電される期間である通常通電期間Ｐｎより短い。そのため、再点火時期θａにおける再放電電流Ｉａは、通常点火時期θｎにおける通常放電電流Ｉｎより小さい。

再放電電流Ｉａが遮断されると、二次コイル４２に磁界が誘導され、二次電圧Ｖ２が高まる。ここで、通常点火時期θｎにおける通常放電電流Ｉｎの遮断による放電にて着火していた場合、点火プラグ７の電極間に燃焼イオンが存在するため、放電電圧Ｖ２ｒより小さい着火時再放電可能電圧Ｖ２ａにて放電が発生し、二次電流Ｉ２が通電される。一方、通常点火時期θｎにおける通常放電電流Ｉｎの遮断などによる放電にて失火していた場合、点火プラグ７の電極間に燃焼イオンが不足しているので、着火時再放電可能電圧Ｖ２ａでは放電が発生せず、二次電流Ｉ２は通電されない。

失火判定部６２は、再点火時期θａ後の二次電流情報に基づき、二次電流Ｉ２が判定閾値Ｉｔｈ以上であれば正常に着火したと判定し、二次電流Ｉ２が判定閾値Ｉｔｈ未満であれば失火したと判定する。なお、失火時には再点火時期θａの後に二次電流Ｉ２が通電されない、すなわち失火時の二次電流Ｉ２は略ゼロであるので、再点火時期θａの後に、例えば数ｍＡ程度の微少電流が検出されれば、正常に着火したと判定することができる。

また、図５に実線で示すように、筒内圧は、正常に燃焼が生じると、燃焼により高まり、その後低下する。一方、図５に破線で示すように、失火すると、筒内圧は、上死点をピークとして、ピストン１８の駆動に伴って低下する。ここで、失火時の筒内圧を失火時筒内圧Ｐａｍとする。

再点火時期θａ後の二次電圧Ｖ２について、図６に基づいて説明する。
図６に示すように、着火時において、点火プラグ７の電極間に燃焼イオンが存在するので、着火時再放電可能電圧Ｖ２ａにて放電が発生し、二次電圧Ｖ２が放電維持電圧Ｖ２ｋまで急激に低下する。
また、失火時の再放電に要求される二次電圧Ｖ２を失火時再放電可能電圧Ｖ２ｒｍとする。失火時再放電可能電圧Ｖ２ｒｍは、失火時筒内圧Ｐａｍ（図５参照）に比例する。再放電時の最大出力電圧Ｖ２ｍａｘが失火時再放電可能電圧Ｖ２ｒｍより小さい場合、失火時において、点火プラグ７の電極間にて放電が発生せず、図４および図６中に破線で示す如く、再放電通電期間Ｐａに依存する最大出力電圧Ｖ２ｍａｘを頂点する減衰振動自由波形（オープン波形）となる。

最大出力電圧Ｖ２ｍａｘは、再放電通電期間Ｐａが長いほど大きくなる。そのため、再放電通電期間Ｐａは、最大出力電圧Ｖ２ｍａｘが着火時再放電可能電圧Ｖ２ａ以上であって失火時再放電可能電圧Ｖ２ｒｍ未満となるように設定される。これにより、再放電電流Ｉａの遮断により着火時には再放電が発生し、失火時には再放電が発生せず、適切に失火判定を行うことができる。

再点火時期θａは、着火時において確実に燃焼期間にあたり、かつ、再放電時における最大出力電圧Ｖ２ｍａｘが失火時再放電可能電圧Ｖ２ｒｍより小さくなる（すなわちＶ２ｍａｘ＜Ｖ２ｒｍとなる）タイミングに設定される。再点火時期θａは、エンジン１３に応じた適合等により設定される。

例えば、再点火時期θａは、着火時の筒内圧が最大となるタイミングより後の所定のタイミングに設定される。これにより、着火時には確実に燃焼イオンが存在するタイミングにて失火判定を行うことができる。なお、再放電時における最大出力電圧Ｖ２ｍａｘが失火時再放電可能電圧Ｖ２ｒｍより小さいという条件を満たすべく、再点火時期θａを、着火時の筒内圧が最大となるタイミングより前としてもよい。
再放電通電期間Ｐａ、および、再点火時期θａを適切に設定することで、正常に着火したか否かを適切に判定することができる。

以上詳述したように、本実施形態の点火装置３０は、点火コイル４０と、イグナイタ部４４と、ＥＣＵ３２と、失火判定部６２と、を備える。
点火コイル４０は、一次コイル４１、および、二次コイル４２を有する。一次コイル４１は、バッテリ６から供給される一次電流Ｉ１が流れる。二次コイル４２は、内燃機関の燃焼室１７において混合気に点火する点火プラグ７の電極に接続され、一次電流Ｉ１の通電および遮断によって発生する二次電圧が印加され二次電流Ｉ２が流れる。

イグナイタ部４４は、点火スイッチ４５を有する。点火スイッチ４５は、一次コイル４１のバッテリ６と反対側である接地側に接続され、一次電流Ｉ１の通電および遮断を切り替える。
ＥＣＵ３２は、通常放電電流Ｉｎの通電および遮断を制御する。通常放電電流Ｉｎは、通常通電期間Ｐｎに亘って通電され、通常点火時期θｎに遮断される一次電流Ｉ１である。また、通常放電電流Ｉｎは、混合気に点火し着火させるための一次電流Ｉ１である。
ＥＣＵ３２は、再放電電流Ｉａの通電および遮断を制御する。再放電電流Ｉａは、通常点火時期θｎよりも後の再放電通電期間Ｐａに亘って通電され、再点火時期θａに遮断される一次電流Ｉ１である。また、再放電電流Ｉａは、通常放電電流Ｉｎよりも少ない一次電流Ｉ１である。

通常放電電流Ｉｎの遮断により点火プラグ７に放電が発生し、燃焼室１７の混合気に正常に着火し燃焼が生じると、燃焼室１７には燃焼イオンが発生する。燃焼室１７に燃焼イオンが十分に存在する状態において、再放電電流Ｉａの通電および遮断により生じる二次電圧Ｖ２が通常点火時における放電電圧Ｖ２ｒより低い着火時再放電可能電圧Ｖ２ａに達すると、点火プラグ７にて放電が発生する。一方、通常点火時の燃焼室１７における燃焼が不十分であると、燃焼室１７に燃焼イオンが存在しない、或いは、少ない。燃焼室１７の燃焼イオンが不足した状態において、再放電電流Ｉａの通電および遮断により生じる二次電圧Ｖ２発生しても、失火時再放電可能電圧Ｖ２ｒｍが着火時再放電可能電圧Ｖ２ａと比較して相対的に高いため、点火プラグ７にて放電が生じない。

そこで本実施形態では、失火判定部６２は、再点火時期θａよりも後の二次電流Ｉ２に係る二次電流情報に基づき、再放電の有無で正常に着火したか否かを判定する。具体的には、再点火時期θａよりも後の二次電流Ｉ２が判定閾値Ｉｔｈ以上である場合、燃焼室１７にて燃焼が生じたと判定し、判定閾値Ｉｔｈ未満である場合、失火したと判定する。これにより、正常に着火したか否かを適切に判定することができる。

本実施形態における失火判定では、燃焼イオンを検出するためのイオン検出電圧の二次側からの印加を行わないため、従来の燃焼イオン検出回路により燃焼イオンを検出する場合と比較し、正規点火時のエネルギロスを低減することができる。また、点火ノイズの影響を考慮することなく、比較的高い自由度で高精度に失火判定を行うことができる。また、例えば二次電流Ｉ２に基づくフィードバック制御を行っている場合、新たな構成を別途追加することなく、或いは、最小限の構成を追加することで、失火判定を行うことができる。

再放電電流Ｉａが通電される期間である再放電通電期間Ｐａは、通常通電期間Ｐｎより短い。これにより、着火時再放電可能電圧Ｖ２ａが放電電圧Ｖ２ｒより小さくなるので、失火しているにも関わらず再放電電流Ｉａにより放電が生じてしまうことによる誤検出を回避することができる。
ＥＣＵ３２は、点火スイッチ４５のオンオフを制御することで、再放電電流Ｉａの通電および遮断を制御する。これにより、例えばエネルギ投入部５０を備えない点火装置においても、失火判定を行うことができる。

また、点火装置３０は、エネルギ投入部５０をさらに備える。エネルギ投入部５０は、点火スイッチ４５により通常放電電流Ｉｎを遮断し当該遮断による電圧で点火プラグ７にて放電が発生した後のエネルギ投入期間において、エネルギを投入する。詳細には、エネルギ投入部５０は、エネルギ投入期間において、点火状態を継続可能なエネルギを同じ放電電流の極性のままで投入する。これにより、失火を抑制することができる。

エネルギ投入部５０は、一次コイル４１の接地側から点火コイル４０にエネルギを投入する。これにより、一次コイル４１のバッテリ６側または二次コイル４２の点火プラグ７と反対側からエネルギを投入する場合と比較し、最低限のエネルギを効率よく投入することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による点火装置を図７に示す。
本実施形態の点火装置１３０は、一次電圧検出部４８を備える。一次電圧検出部４８は、分圧抵抗である抵抗４８１、４８２により構成される。抵抗４８１、４８２の抵抗値は、分圧された一次電圧Ｖ１である一次電圧情報を失火判定部６３にて取得可能なように適宜設定される。

失火判定部６３は、一次電圧検出部４８から取得される一次電圧情報に基づき、燃焼室１７にて正常に着火したか否かの判定を行う。燃焼室１７にて正常に着火していないと判定された場合、すなわち失火判定された場合、失火した旨の情報をＥＣＵ３２にダイアグ報知する。

ここで、本実施形態による失火判定について説明する。本実施形態では、二次電流Ｉ２に替えて、一次電圧Ｖ１にて失火判定する点を除き、再通電方法等は上記実施形態と同様である。

一次電圧Ｖ１は、二次電圧Ｖ２の跳ね返りにより、図４に示すように推移する。すなわち、実線で示すように、再点火時期θａにて一次電流Ｉ１の遮断により上昇する。また、着火時において、点火プラグ７の電極間に燃焼イオンが存在し、再放電が発生すると、一次電圧Ｖ１は跳ね返り再放電電圧Ｖ１ａをピークに急激に低下し、一次側放電維持電圧Ｖ１ｋとなる。
一方、破線で示すように、失火時において、点火プラグ７の電極間の燃焼イオンが不足していると、再放電が発生しないので、一次電圧Ｖ１は、一次側最大出力電圧Ｖ１ｍａｘを頂点とするオープン波形となる。

そこで本実施形態では、失火判定部６３は、再点火時期θａ後であって、着火時に放電が生じるタイミングよりも後の一次電圧情報に基づき、燃焼室１７にて燃焼が生じたか否かを判定する。具体的には、一次電圧Ｖ１が判定閾値Ｖｔｈ以下であれば正常に着火したと判定し、一次電圧Ｖ１が判定閾値Ｖｔｈより大きければ失火したと判定する。判定閾値Ｖｔｈは、一次側放電維持電圧Ｖ１ｋより大きく、再放電時の一次側最大出力電圧Ｖ１ｍａｘより小さい値に設定される。

本実施形態では、点火装置１３０の失火判定部６３は、再点火時期θａよりも後の一次コイル４１に印加される電圧である一次電圧Ｖ１に係る一次電圧情報に基づき、正常に着火したか否かを判定する。具体的には、再点火時期θａよりも後の一次電圧Ｖ１が判定閾値Ｖｔｈ以下である場合、正常に着火したと判定し、判定閾値Ｖｔｈより大きい場合、失火したと判定する。
このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８に示す。
上記実施形態では、点火スイッチ４５をオンおよびオフすることにより、再放電電流Ｉａの通電および遮断を行う。本実施形態では、点火スイッチ４５に替えて、放電スイッチ５７をオンすることにより再放電電流Ｉａの通電を行う。なお、回路構成は、第１実施形態と同様とする。

ここで、点火方式をエネルギ投入点火とした場合の失火判定について、図８に基づいて説明する。
図８に示すように、エネルギ投入点火では、通常点火時と同様、ＥＣＵ３２は、点火信号ＩＧＴをローレベルとすることで、通常点火時期θｎにて点火スイッチ４５をオフして通常放電電流Ｉｎを遮断する。通常放電電流Ｉｎが遮断されると、二次電圧Ｖ２が上昇し、放電電圧Ｖ２ｒに達すると、点火プラグ７の電極間に放電が発生し、二次電流Ｉ２が通電される。また、エネルギ投入点火では、ＥＣＵ３２は、点火プラグ７にて放電が発生した後、エネルギ投入期間信号ＩＧＷをハイレベルとすることで、放電スイッチ５７は、フィードバック信号Ｓｆｂに応じてオンオフされる。放電スイッチ５７をオンすることにより、一次コイル４１の接地側からエネルギが投入される。

また、本実施形態では、ＥＣＵ３２は、再点火時期θａにて、エネルギ投入期間信号ＩＧＷをハイレベルとし、放電スイッチ５７をオンにする。本実施形態では、エネルギ投入期間後において、放電スイッチ５７を最初にオンするタイミングを「再点火時期θａ」と定義する。図８では、再点火時期θａにおいて、放電スイッチ５７を１回オンオフすることで再放電電流Ｉａを通電する例を示しているが、エネルギ投入期間におけるフィードバック制御と同様に、エネルギ投入期間信号ＩＧＷがハイレベルである期間に、放電スイッチ５７のオンオフを繰り返すように構成してもよい。

放電スイッチ５７をオンにすると、点火コイル４０の接地側からエネルギが投入され、一次電圧Ｖ１が正側に、二次電圧Ｖ２が負側に増加する。
第１実施形態にて説明したように、着火時において、点火プラグ７の電極間に燃焼イオンが存在する場合、二次電圧Ｖ２が着火時再放電可能電圧Ｖ２ａに達すると放電が発生し、二次電流Ｉ２が通電される。

失火判定部６２は、再点火時期θａの後の二次電流情報に基づき、二次電流Ｉ２が判定閾値Ｉｔｈ以上であれば正常に着火したと判定し、二次電流Ｉ２が判定閾値Ｉｔｈ未満であれば失火したと判定する。
なお、第２実施形態と同様の回路構成とし、第２実施形態と同様、一次電圧Ｖ１に基づいて失火判定を行ってもよい。

放電スイッチ５７のオンによる再放電時において二次コイル４２に印加される最大出力電圧Ｖ２ｍａｘ＿ｅが失火時再放電可能電圧Ｖ２ｒｍより小さい場合、失火時において、点火プラグ７の電極間にて放電が発生しない。
最大出力電圧Ｖ２ｍａｘ＿ｅは、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、一次コイル４１の巻数Ｎ１、および、二次コイル４２の巻数Ｎ２に基づき、式（１）で表される
Ｖ２ｍａｘ＿ｅ＝Ｖｄｃ×Ｎ２／Ｎ１ ・・・（１）

上記実施形態と同様、再点火時期θａは、着火時において確実に燃焼期間にあたり、かつ、最大出力電圧Ｖ２ｍａｘ＿ｅが失火時再放電可能電圧Ｖ２ｒｍより小さくなるタイミングに設定される。

本実施形態では、再放電電流Ｉａは、通常点火時期θｎよりも後の再点火時期θａに通電開始される一次電流Ｉ１である。
また、エネルギ投入部５０は、エネルギ投入と停止とを切り替える放電スイッチ５７を有する。ＥＣＵ３２は、放電スイッチ５７のオンオフを制御することで、再放電電流Ｉａの通電および遮断を制御する。
コンデンサ電圧Ｖｄｃがバッテリ電圧Ｖｂより高い値（例えば６０［Ｖ］程度）であれば、短時間にて再放電時の最大出力電圧Ｖ２ｍａｘ＿ｅを高めることができるので、例えば、再放電通電期間Ｐａを十分に確保できない場合であっても、適切に失火判定を行うことができる。
更には、コンデンサ電圧Ｖｄｃは任意の電圧値に精度よく充電することができ、点火スイッチ４５にて一次コイル４１への通電および遮断を実施して判定する方法よりも、二次電圧Ｖ２を精度よく発生させることができるので判定精度を更に高めることができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
（ア）通電制御部
上記実施形態では、再点火時期は、着火時の筒内圧が最大となるタイミングに基づいて設定される。他の実施形態では、例えば、ＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）点火となるように通常点火時期が設定されている場合、再点火時期を上死点後の所定のクランク角（例えばＡＴＤＣ５［°ＣＡ］）としてもよい。また、ＭＢＴ点火ではなく、例えば触媒暖機等を考慮して通常点火時期が設定されている場合、再点火時期を、通常点火時期から所定のリードタイミング後としてもよい。
また、上記実施形態では、ＥＣＵが「通常放電制御部」および「再放電制御部」を構成する。他の実施形態では、通常放電制御部および再放電制御部の少なくとも一方をＥＣＵとは別途の回路等により構成してもよい。

（イ）失火判定部
上記実施形態では、失火判定部は、ＥＣＵとは別途に設けられる。他の実施形態では、ＥＣＵが二次電流情報または一次電圧情報を取得し、ＥＣＵにて失火判定を行ってもよい。すなわち、失火判定部をＥＣＵにより構成してもよい。

（ウ）エネルギ投入点火
上記実施形態では、エネルギ投入点火は、点火状態を継続可能なエネルギを一次コイルの接地側から投入する。他の実施形態では、エネルギ投入点火は、点火状態を継続可能なエネルギを投入可能であればどのようなものであってもよく、従来の多重放電方式や、例えば特開２０１２−１６７６６５号公報に開示された「ＤＣＯ方式」としてもよい。例えば、ＤＣＯ方式を採用する場合、２つの点火コイルのうちの一方を「点火コイル」とみなし、他方を「エネルギ投入部」とみなしてコイル電源を制御して二次電流を制御したり点火継続時間を制御したりすればよい。
また他の実施形態では、エネルギ投入部を省略し、エネルギ投入点火を行わなくてもよい。

（エ）二次電流フィードバック制御
上記実施形態では、二次電流検出抵抗および二次電流検出回路を有し、二次電流に基づくフィードバック制御を行う。他の実施形態では、二次電流に基づくフィードバック制御は必ずしも行わなくてもよい。
また、上記実施形態では、二次電流検出回路がアナログ回路により構成される例を説明した。他の実施形態では、例えば二次電流検出回路からの二次電流情報をＥＣＵに出力し、ＥＣＵにて二次電流指令値を演算するように構成してもよい。
また、失火判定部が一次電圧情報に基づいて失火判定を行う場合、二次電流検出抵抗および二次電流検出回路を省略してもよい。

（オ）点火回路ユニット
点火回路ユニットは、電子制御ユニットを収容するハウジング内に収容してもよい。また、点火回路ユニットは、点火コイルを収容するハウジング内に収容してもよい。
点火スイッチおよびエネルギ投入部は、別々のハウジング内に収容してもよい。例えば、点火コイルを収容するハウジング内に点火スイッチが収容され、電子制御ユニットを収容するハウジング内にエネルギ投入部が収容されてもよい。

（カ）点火スイッチ、充電スイッチ、放電スイッチ
上記実施形態では、点火スイッチはＩＧＢＴにより構成される。他の実施形態では、点火スイッチは、ＩＧＢＴに限らず、比較的耐圧の高い他のスイッチング素子により構成してもよい。
また、上記実施形態では、充電スイッチおよび放電スイッチは、ＭＯＳＦＥＴで構成される。他の実施形態では、充電スイッチおよび放電スイッチの少なくとも一方は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、ＩＧＢＴ等の他のスイッチング素子により構成してもよい。

（キ）直流電源
上記実施形態では、直流電源はバッテリにより構成される。他の実施形態では、直流電源は、バッテリに限らず、例えば交流電源をスイッチングレギュレータ等により安定化した直流安定化電源等により構成してもよい。
また、直流電源が、例えばハイブリッド車両や電気自動車の主機バッテリ等、出力電圧が高い場合、ＤＣＤＣコンバータを省略して出力電圧をそのまま用いたり、或いは、出力電圧を降圧して用いたりしてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

６・・・バッテリ（直流電源）
７・・・点火プラグ
１７・・・燃焼室
３０、１３０・・・点火装置
３２・・・ＥＣＵ（通常放電制御部、再放電制御部）
４０・・・点火コイル
４４・・・イグナイタ部
５０・・・エネルギ投入部
６２、６３・・・失火判定部

Claims (6)

1. 直流電源（６）から供給される一次電流が流れる一次コイル（４１）、および、内燃機関（１３）の燃焼室（１７）において混合気に点火する点火プラグ（７）の電極に接続され前記一次電流の通電および遮断によって発生する二次電圧が印加され二次電流が流れる二次コイル（４２）を有する点火コイル（４０）と、
   前記一次コイルの前記直流電源と反対側である接地側に接続され前記一次電流の通電および遮断を切り替える点火スイッチ（４５）を有するイグナイタ部（４４）と、
   通常通電期間に亘って通電され通常点火時期に遮断される前記一次電流である通常放電電流の通電および遮断を制御する通常放電制御部（３２）と、
   前記通常点火時期よりも後の再放電通電期間に亘って通電され再点火時期に遮断される、または、前記再点火時期に通電開始される前記一次電流である再放電電流の通電および遮断を制御する再放電制御部（３２）と、
   前記再点火時期よりも後の前記二次電流に係る二次電流情報、または、前記一次コイルに印加される電圧である一次電圧に係る一次電圧情報に基づき、正常に着火したか否かを判定する失火判定部（６２、６３）と、
   を備えることを特徴とする点火装置（３０、１３０）。
2. 前記再放電通電期間は、前記通常通電期間より短いことを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
3. 前記再放電制御部は、前記点火スイッチのオンオフを制御することで、前記再放電電流の通電および遮断を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の点火装置。
4. 前記点火スイッチにより前記通常放電電流を遮断し当該遮断による電圧で前記点火プラグにて放電が発生した後において、エネルギを投入するエネルギ投入部（５０）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火装置。
5. 前記エネルギ投入部は、前記一次コイルの接地側から前記点火コイルにエネルギを投入することを特徴とする請求項４に記載の点火装置。
6. 前記エネルギ投入部は、エネルギ投入と停止とを切り替える放電スイッチ（５７）を有し、
   前記再放電制御部は、前記放電スイッチのオンオフを制御することで、前記再放電電流の通電および遮断を制御することを特徴とする請求項４または５に記載の点火装置。

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