JP2020139445A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ投入回路を備える点火装置において、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑制する。【解決手段】内燃機関用点火装置（１０）は、点火プラグ（８０）と、１次コイル（１１）と、１次コイルと磁気的に結合され、点火プラグに接続された２次コイル（２１）と、１次コイルの電流を通電及び遮断して、点火プラグに火花放電を生じさせる主点火回路（３１）と、１次コイルに含まれる所定巻線（１１ｂ）へ電気エネルギを投入及び停止して、火花放電を継続させるエネルギ投入回路（３２）と、所定巻線を含む還流経路（６２）を電流が還流することを許可及び禁止する還流回路（３３）と、主点火回路を制御するとともに、還流回路による還流の許可の開始時期を、主点火回路により電流の遮断を実行させる信号である遮断信号をトリガとして決定し、開始時期から所定期間後に許可を終了させる制御部（６０）と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に用いられる点火装置に関する。

従来、１次コイルの通電制御を行って点火プラグに火花放電を生じさせる主点火回路と、火花放電中に１次コイルに電気エネルギを投入して火花放電を継続させるエネルギ投入回路と、を備える点火装置がある（特許文献１参照）。

特許第６３０７９９４号公報

ところで、特許文献１に記載の点火装置において、主点火時に火花放電が行われなかったり途切れたりして、２次コイルを含む回路で電気エネルギが消費されない場合に、２次コイルから１次コイルへ電気エネルギが跳ね返ることに本願発明者は着目した。その場合、１次コイルに高電圧が発生し、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、エネルギ投入回路を備える点火装置において、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、内燃機関用点火装置（１０）であって、
点火プラグ（８０）と、
１次コイル（１１、１１１）と、
前記１次コイルと磁気的に結合され、前記点火プラグに接続された２次コイル（２１）と、
前記１次コイルの電流を通電及び遮断して、前記点火プラグに火花放電を生じさせる主点火回路（３１）と、
前記１次コイルに含まれる所定巻線（１１ｂ、１１１ｂ、１１１ｃ）へ電気エネルギを投入及び停止して、前記火花放電を継続させるエネルギ投入回路（３２、１３２〜１３４、５０、２３３）と、
前記所定巻線を含む還流経路（６２、１６２、１６３、２６２）を電流が還流することを許可及び禁止する還流回路（３３、４１、１３３、１３４、１４１、２３３、２４１）と、
前記主点火回路を制御するとともに、前記還流回路による前記還流の許可の開始時期を、前記主点火回路により前記電流の遮断を実行させる信号である遮断信号をトリガとして決定し、前記開始時期から所定期間後に前記許可を終了させる制御部（６０、７０）と、
を備える。

上記構成によれば、主点火回路は、１次コイルの電流を通電及び遮断して、点火プラグに火花放電を生じさせる。エネルギ投入回路は、１次コイルに含まれる所定巻線へ電気エネルギを投入及び停止して、火花放電を継続させる。そして、還流回路は、所定巻線を含む還流経路を電流が還流することを許可及び禁止する。

ここで、制御部は、主点火回路を制御して、１次コイルの電流を通電及び遮断させる。このとき、点火プラグで火花放電が行われなかったり途切れたりして、２次コイルを含む回路で電気エネルギが消費されない場合は、上述したように１次コイルに高電圧が発生してエネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。

この点、制御部は、還流回路による還流許可の開始時期を、主点火回路により電流の遮断を実行させる信号である遮断信号をトリガとして決定する。このため、１次コイルに含まれる所定巻線に高電圧が発生したとしても、還流経路に電流を還流させることができ、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。さらに、制御部は、還流許可の開始時期を遮断信号をトリガとして決定するため、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかる前に速やかに還流経路に電流を還流させることができる。そして、制御部は、還流許可の開始時期から所定期間後に還流許可を終了させる、すなわち還流回路による還流を禁止する。

第２の手段では、前記制御部は、ハイレベル又はローレベルの状態をとる主点火信号を受信し、前記主点火信号の立ち上がり時に前記主点火回路を通電させ、前記主点火信号の立ち下がりを前記遮断信号として、前記主点火信号の立ち下がり時に前記主点火回路を遮断させ且つ前記還流回路による前記還流の許可を開始する。

上記構成によれば、制御部は、ハイレベル又はローレベルの状態をとる主点火信号を受信し、主点火信号の立ち上がり時に主点火回路を通電させ、主点火信号の立ち下がり時に主点火回路を遮断させる。このため、制御部は、一般的な主点火信号を用いて、主点火回路による電流の通電及び遮断を制御することができる。そして、制御部は、主点火信号の立ち下がりを遮断信号として、主点火信号の立ち下がり時に還流回路による還流の許可を開始する。したがって、還流回路による還流の許可を開始する時期を、容易且つ正確に決定することができる。

第３の手段では、前記制御部は、前記還流回路による前記還流の許可の終了時期を、次に前記主点火回路により前記電流の通電が開始される以前とする。こうした構成によれば、還流経路に電流が還流することが、主点火回路による電流の通電に影響を及ぼすことを抑制することができる。

第４の手段では、前記制御部は、次の前記主点火信号の立ち上がり時に前記還流回路による前記還流の許可を終了させる。

上記構成によれば、制御部は、次の主点火信号の立ち上がり時に還流回路による還流の許可を終了させる。したがって、還流回路による還流の許可を終了する時期を、容易且つ正確に決定することができる。

第５の手段は、内燃機関用点火装置（１０）であって、
点火プラグ（８０）と、
１次コイル（１１、１１１）と、
前記１次コイルと磁気的に結合され、前記点火プラグに接続された２次コイル（２１）と、
前記１次コイルの電流を通電及び遮断して、前記点火プラグに火花放電を生じさせる主点火回路（３１）と、
前記１次コイルに含まれる所定巻線（１１ｂ、１１１ｂ、１１１ｃ）へ電気エネルギを投入及び停止して、前記火花放電を継続させるエネルギ投入回路（３２、１３２〜１３４、５０、２３３）と、
前記所定巻線を含む還流経路（６２、１６２、１６３、２６２）を電流が還流することを許可及び禁止する還流回路（３３、４１、１３３、１３４、１４１、２３３、２４１）と、
前記主点火回路を制御するとともに、前記主点火回路により前記電流が遮断された以後に前記還流回路により前記還流の許可を開始させ、前記還流の許可の終了時期を、次に前記主点火回路により前記電流の通電が開始される以前とする制御部（６０、７０）と、
を備える。

上記構成によれば、制御部は、主点火回路により電流が遮断された以後に還流回路により還流許可を開始させる。このため、１次コイルに含まれる所定巻線に高電圧が発生したとしても、還流経路に電流を還流させることができ、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。さらに、制御部は、還流の許可の終了時期を、次に主点火回路により電流の通電が開始される以前とする。このため、第３の手段と同様の作用効果を奏することができる。

第６の手段では、前記制御部は、ハイレベル又はローレベルの状態をとる主点火信号を受信し、前記主点火信号の立ち上がり時に前記主点火回路を通電させ、前記主点火信号の立ち下がり時に前記主点火回路を遮断させ、次の前記主点火信号の立ち上がり時に前記還流回路による前記還流の許可を終了させる。上記構成によれば、第４の手段と同様の作用効果を奏することができる。

１次コイルの電流を通電及び遮断して、点火プラグに火花放電を生じさせる誘導放電主点火の後に、エネルギ投入回路により火花放電を継続させるエネルギ投入点火を、実行する時と実行しない時とがある。ここで、エネルギ投入点火が実行されていない時であっても、上述したように１次コイルに高電圧が発生することにより、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。

この点、第７の手段では、前記制御部は、前記主点火回路により前記電流が遮断された以後に、前記エネルギ投入回路により前記火花放電を継続させるエネルギ投入点火が実行されていない時に、前記還流回路による前記還流の許可を実行させる。こうした構成によれば、エネルギ投入点火を実行しない時であっても、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。

エネルギ投入点火が実行されている時であっても、上述したように１次コイルに高電圧が発生することにより、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。

この点、第８の手段では、前記制御部は、前記主点火回路により前記電流が遮断された以後に、前記エネルギ投入回路により前記火花放電を継続させるエネルギ投入点火が実行されている時に、前記還流回路による前記還流の許可を実行させる。こうした構成によれば、エネルギ投入点火を実行する時であっても、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。

第９の手段では、前記制御部は、前記エネルギ投入点火の実行時に、前記還流回路により前記還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持して、前記エネルギ投入回路により前記所定巻線へ前記電気エネルギを投入及び停止させる。

上記構成によれば、制御部は、エネルギ投入点火の実行時に、還流回路により還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持する。このため、１次コイルに含まれる所定巻線に高電圧が発生したとしても、還流経路に電流を還流させることができ、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。

ここで、エネルギ投入回路により所定巻線へ電気エネルギを投入した後に停止させると、エネルギ投入が瞬間的に停止され、２次電流が急激に低下したり、所定巻線に誘導起電力が発生したりして、エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。この点、エネルギ投入回路により所定巻線へ電気エネルギを投入した後に停止させた時に、還流経路を電流が還流することが許可された状態が維持されているため、エネルギ投入を緩やかに低下させることができ、２次電流の急減を抑制することができるとともに、所定巻線に発生した誘導起電力による電流を還流経路に還流させることができる。したがって、エネルギ投入点火において電流を還流させる還流経路と、２次コイルを含む回路で電気エネルギが消費されない場合に電流を還流させる還流経路とを兼用にすることができる。

第１実施形態の点火装置の電気的構成を示す回路図。 誘導放電主点火の態様を示すタイムチャート。 図２の領域Ａを拡大して示すタイムチャート。 第２実施形態の点火装置の電気的構成を示す回路図。 第３実施形態の点火装置の電気的構成を示す回路図。

（第１実施形態）
以下、車両に搭載される多気筒のガソリンエンジン（内燃機関）の点火装置に具現化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。エンジンは、例えば希薄燃焼（リーンバーン）が可能な筒内直接噴射式のエンジンであり、気筒内に混合気の旋回流（タンブル流やスワール流等）を生じさせる旋回流コントロール部を備える。点火装置は、所定の点火タイミング（点火時期）において、エンジンの燃焼室内の混合気に点火（着火）を行う。点火装置は、各気筒の点火プラグに対応した点火コイルを用いるＤＩ（Direct Ignition）タイプの点火装置である。

図１に示すように、点火装置１０（内燃機関用点火装置）は、エンジン制御の中枢を成すエンジンＥＣＵ７０（Electronic Control Unit）から与えられる指示信号（主点火信号ＩＧＴ及びエネルギ投入信号ＩＧＷ）に基づいて、点火コイルの１次コイル１１の通電を制御する。そして、点火装置１０は、１次コイル１１の通電を制御することで点火コイルの２次コイル２１に生じる電気エネルギを制御して、点火プラグ８０に生じる火花放電を制御する。

ＥＣＵ７０は、各種センサから取得したエンジンパラメータ（暖機状態、エンジン回転速度、エンジン負荷等）や、エンジンの制御状態（希薄燃焼の有無、旋回流の程度等）に応じて、主点火信号ＩＧＴ及びエネルギ投入信号ＩＧＷを生成して出力する。

点火装置１０は、点火プラグ８０、１次コイル１１、２次コイル２１、スイッチング素子３１〜３３、ダイオード４１〜４３、電流検出抵抗４８、及び制御回路６０を備えている。点火プラグ８０は、エンジンの気筒毎に搭載されている。そして、１次コイル１１及び２次コイル２１は点火プラグ８０毎に設けられているが、ここでは１つの点火プラグ８０に対応する構成を例に説明する。なお、点火装置１０の各構成は、１次コイル１１及び２次コイル２１を収容するケース内に収容されている。

点火プラグ８０は、周知の構成からなり、２次コイル２１の一端に接続される中心電極と、エンジンのシリンダヘッド等を介してＧＮＤに接続（接地）される外側電極とを備えている。２次コイル２１の他端は、ダイオード４３及び電流検出抵抗４８を介してＧＮＤに接続（接地）されている。ダイオード４３のアノードが２次コイル２１に接続されており、カソードが電流検出抵抗４８に接続されている。電流検出抵抗４８は、２次コイル２１に流れる２次電流を検出する。電流検出抵抗４８の出力は制御回路６０へ入力される。ダイオード４３は、１次コイル１１の通電時に発生する不要な電圧による火花放電を抑制する。そして、点火プラグ８０は、２次コイル２１に生じる電気エネルギにより、中心電極と外側電極との間で火花放電を生じさせる。

点火コイルは、１次コイル１１と、１次コイル１１に磁気的に結合された２次コイル２１とを備えている。２次コイル２１の巻線数は、１次コイル１１の巻線数よりも多くなっている。

１次コイル１１は中間タップ１６を備えている。１次コイル１１において、中間タップ１６を挟んで一方の巻線が第１巻線１１ａであり、他方の巻線が第２巻線１１ｂである。第１巻線１１ａの巻線数は、第２巻線１１ｂの巻線数よりも多い。

中間タップ１６は、ダイオード４２を介してバッテリ８２に接続されている。バッテリ８２は、例えば周知の鉛バッテリであり、１２Ｖの電圧を供給する。ダイオード４２のアノードがバッテリ８２に接続されており、カソードが中間タップ１６に接続されている。

第１巻線１１ａにおけるＧＮＤ側の端部（中間タップ１６と反対側の端部）は、スイッチング素子３１に接続されている。スイッチング素子３１（第１スイッチ）は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子である。スイッチング素子３１の出力側の端子がＧＮＤに接続（接地）されている。スイッチング素子３１は、制御回路６０からの信号に基づいて、第１巻線１１ａとＧＮＤとを断続する。これにより、スイッチング素子３１（主点火回路）は、第１巻線１１ａ（１次コイル）の電流を通電及び遮断して、点火プラグ８０に火花放電を生じさせる。

第２巻線１１ｂにおける中間タップ１６と反対側の端部は、スイッチング素子３２を介してＧＮＤに接続されている。スイッチング素子３２（第２スイッチ）は、ＭＯＳ型トランジスタ等の半導体スイッチング素子である。スイッチング素子３２は、制御回路６０からの信号に基づいて、第２巻線１１ｂとＧＮＤとを断続する。これにより、スイッチング素子３２（エネルギ投入回路）は、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１ｂ（所定巻線）へ電気エネルギを投入及び停止して、上記火花放電を継続させる。

第２巻線１１ｂの両端は、スイッチング素子３３及びダイオード４１を介して接続されている。スイッチング素子３３（第３スイッチ）は、ＭＯＳ型トランジスタ等の半導体スイッチング素子である。ダイオード４１のアノードがスイッチング素子３３に接続されており、カソードが中間タップ１６に接続されている。第２巻線１１ｂ、スイッチング素子３３、及びダイオード４１は、環状に接続されている。第２巻線１１ｂ、スイッチング素子３３、及びダイオード４１を含む環状の経路により、還流経路６２が構成されている。スイッチング素子３３（還流回路）は、還流経路６２を電流が還流することを許可及び禁止する。

制御回路６０（制御部）は、入出力インターフェース、駆動回路等を備えている。制御回路６０は、ＥＣＵ７０からの信号及び電流検出抵抗４８の出力等に基づいて、スイッチング素子３１〜３３の断続状態を制御する。これにより、制御回路６０は、「誘導放電主点火」、及び「エネルギ投入点火」の２方式の点火を選択して実行する。

図２は、誘導放電主点火の態様を示すタイムチャートである。図２の左半分に、通常動作時の動作を示す。

誘導放電主点火では、制御回路６０は、ＥＣＵ７０からの主点火信号ＩＧＴがハイレベル（Ｈ）である期間に亘って、スイッチング素子３１（第１ＳＷ３１）をｏｎ状態（接続状態）に制御する。これにより、１次コイル１１の第１巻線１１ａに、バッテリ８２の電圧（バッテリ電圧）が供給される。そして、１次電流Ｉ１が増加し、主点火信号ＩＧＴがローレベル（Ｌ）になった時刻ｔ１で、制御回路６０はスイッチング素子３１をｏｆｆ状態（切断状態）に制御する。これにより、第１巻線１１ａ及び２次コイル２１に高電圧が発生し、点火プラグ８０に火花放電が生じて、２次コイル２１に２次電流が流れる。その後、２次電流が減衰していき、放電が維持できる最小の電流である放電維持電流よりも減少すると、点火プラグ８０での放電が終了する。

エネルギ投入点火では、制御回路６０は、上記のように誘導放電主点火を開始した後、スイッチング素子３３（第３ＳＷ３３）をオン状態に制御する。その後、制御回路６０は、ＥＣＵ７０からのエネルギ投入信号ＩＧＷに基づいて、スイッチング素子３２をｏｎ状態とｏｆｆ状態とに交互に制御する。ここで、電流Ｉｄ２（図１参照）の流れる第２巻線１１ｂの巻線数は、第１巻線１１ａの巻線数よりも少ない。このため、点火プラグ８０における放電を維持するために必要な電圧である放電維持電圧Ｖｍよりも高い電圧で電流を流し込むことができ、誘導放電主点火時と同一方向の２次電流が２次コイル２１に追加して流れる。例えば、制御回路６０は、主点火信号ＩＧＴの立ち上がりとエネルギ投入信号ＩＧＷの立ち上がりとの時間差に基づいて目標２次電流を設定する。制御回路６０は、主点火信号ＩＧＴの電圧レベルが、閾値Ｖｔｈよりも低い状態から高い状態に変化したことにより、主点火信号ＩＧＴの立ち上がりを検出する。制御回路６０は、主点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にスイッチング素子３２の制御を開始し、電流検出抵抗４８により検出される２次電流が目標２次電流になるように、スイッチング素子３２をｏｎ状態とｏｆｆ状態とに制御する。制御回路６０は、主点火信号ＩＧＴの電圧レベルが、閾値Ｖｔｈよりも高い状態から低い状態に変化したことにより、主点火信号ＩＧＴの立ち下がりを検出する。制御回路６０は、エネルギ投入信号ＩＧＷの立下がり時にスイッチング素子３２の制御を終了する。

誘導放電主点火では、制御回路６０は、スイッチング素子３１を制御して、第１巻線１１ａ（１次コイル）の電流を通電及び遮断させる。このとき、点火プラグ８０で火花放電が行われなかったり途切れたりして、２次コイル２１を含む回路で電気エネルギが消費されない場合に、２次コイル２１から１次コイル１１へ電気エネルギが跳ね返る。例えば、誘導放電主点火時に、火花放電が行われなかったり途切れたりした場合、２次コイル２１には負極性から始まり極性が交番しながら減衰する高電圧が発生する。２次コイル２１に交番した高電圧が発生すると、１次コイル１１にも交番した無負荷の高電圧が巻数比に応じて発生する。これにより、スイッチング素子３２に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。

そこで、制御回路６０は、スイッチング素子３１（第１ＳＷ３１）により電流が遮断された以後に、スイッチング素子３３（第３ＳＷ３３）により還流の許可を開始させる。すなわち、制御回路６０は、スイッチング素子３１により電流が遮断された以後に、エネルギ投入点火が実行されていない時に、スイッチング素子３３による還流の許可を実行させる。具体的には、スイッチング素子３３による還流の許可の開始時期を、スイッチング素子３１により電流の遮断を実行させる信号である遮断信号をトリガとして決定する。詳しくは、制御回路６０は、主点火信号ＩＧＴの立ち上がり時にスイッチング素子３１を通電させ、主点火信号ＩＧＴの立ち下がりを遮断信号として、主点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にスイッチング素子３１を遮断させ且つスイッチング素子３３による還流の許可を開始する。

そして、制御回路６０は、開始時期から所定期間後に還流の許可を終了させる。具体的には、制御回路６０は、還流の許可の終了時期を、次にスイッチング素子３１により電流の通電が開始される時刻ｔ２以前とする。詳しくは、制御回路６０は、次の主点火信号ＩＧＴの立ち上がり時刻ｔ３にスイッチング素子３３による還流の許可を終了させる。なお、制御回路６０は、還流の開始時期（時刻ｔ１）から次の主点火信号ＩＧＴの立ち上がり時刻ｔ２までの期間が標準期間Ｔｏｎよりも長い場合は、標準期間Ｔｏｎが経過した時点でスイッチング素子３３による還流の許可を終了させる。標準期間Ｔｏｎは、第２巻線１１ｂに発生する電圧が、スイッチング素子３２にアバランシェ降伏が発生する電圧Ｖａ（図３参照）未満まで減衰する時間に設定されている。

図２の右半分に、点火プラグ８０で火花放電が行われなかったり途切れたりした時、すなわち火花放電の経路がオープンになっている２次オープン時の動作を示す。図３は、図２の領域Ａの拡大図である。なお、図３には、通常動作時の動作も併せて示している。

図３に示すように、時刻ｔ３において、主点火信号ＩＧＴが立ち下がって第１巻線１１ａ及び２次コイル２１に高電圧が発生しても、点火プラグ８０に火花放電が生じていない。このため、２次コイル２１の電気エネルギの逃げ場がなくなり、２次コイル２１の２次電圧Ｖ２が負極性の過大な電圧となる。この２次電圧Ｖ２により、１次コイル１１の１次電圧Ｖ１が巻数比に応じた正極性の過大な電圧となる。その後、２次電圧Ｖ２は、極性が交番しながら減衰するものの、高電圧の状態が時刻ｔ５近くまで維持される。

ここで、点火装置１０がスイッチング素子３３及びダイオード４１（すなわち還流経路６２）を備えていない比較例の動作を破線で示し、本実施形態の動作を実線で示す。

破線で示す比較例では、時刻ｔ４において、第２巻線１１ｂとスイッチング素子３２との間の電圧Ｖｄ（図１参照）が上記電圧Ｖａを超えて、スイッチング素子３２の電流Ｉｄ２が増加する。すなわち、スイッチング素子３２に過大な電圧ストレスがかかり、スイッチング素子３２がアバランシェ降伏する。その後、時刻ｔ５において、電圧Ｖｄが電圧Ｖａ未満になると、スイッチング素子３２のアバランシェ降伏が終了し、スイッチング素子３２の電流Ｉｄ２が０になる。なお、スイッチング素子３２がアバランシェ降伏することを単純に防ごうとすれば、スイッチング素子３２に高耐圧又は高耐量のスイッチング素子を用いる必要がある。

一方、実線で示す本実施形態では、主点火信号ＩＧＴの立ち下がり時（時刻ｔ３）に、スイッチング素子３１が遮断され且つスイッチング素子３３（第３ＳＷ３３）による還流の許可が開始される。このため、時刻ｔ４において、電圧Ｖｄが上昇してもスイッチング素子３３の電流Ｉｄ３（図１参照）が増加し、スイッチング素子３２の電流Ｉｄ２は増加しない。すなわち、第２巻線１１ｂに発生した誘導起電力による電流は、還流経路６２を還流する。その後、時刻ｔ５において、電圧Ｖｄが０になり、スイッチング素子３３の電流Ｉｄ３が０になる。

また、エネルギ投入点火が実行されている時であっても、誘導放電主点火を開始した後に、上述したように１次コイル１１に高電圧が発生することにより、スイッチング素子３２に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。

そこで、本実施形態では、制御回路６０は、スイッチング素子３１により電流が遮断された以後にエネルギ投入点火が実行されている時に、スイッチング素子３３による還流の許可を実行させる。具体的には、制御回路６０は、エネルギ投入点火の実行時に、スイッチング素子３３により還流経路６２を電流が還流することを許可させた状態を維持する。これにより、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１ｂに高電圧が発生したとしても、還流経路６２に電流が還流する。

ここで、スイッチング素子３２により第２巻線１１ｂへ電気エネルギを投入した後に停止させると、第２巻線１１ｂに誘導起電力が発生して、スイッチング素子３２に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。この点、スイッチング素子３２により第２巻線１１ｂへ電気エネルギを投入した後に停止させた時に、還流経路６２を電流が還流することが許可された状態が維持されている。これにより、第２巻線１１ｂに発生した誘導起電力による電流も、還流経路６２を還流する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・制御回路６０は、スイッチング素子３１により電流が遮断された以後にスイッチング素子３３により還流許可を開始させる。このため、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１ｂに高電圧が発生したとしても、還流経路６２に電流を還流させることができ、スイッチング素子３２に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。その結果、スイッチング素子３２の素子耐圧や素子耐量を下げることができる。

・制御回路６０は、スイッチング素子３３による還流許可の開始時期を、スイッチング素子３１により電流の遮断を実行させる信号である遮断信号をトリガとして決定する。このため、スイッチング素子３２に過大な電圧ストレスがかかる前に速やかに還流経路６２に電流を還流させることができる。

・制御回路６０は、ハイレベル又はローレベルの状態をとる主点火信号ＩＧＴを受信し、主点火信号ＩＧＴの立ち上がり時にスイッチング素子３１を通電させ、主点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にスイッチング素子３１を遮断させる。このため、制御回路６０は、一般的な主点火信号ＩＧＴを用いて、スイッチング素子３１による電流の通電及び遮断を制御することができる。そして、制御回路６０は、主点火信号ＩＧＴの立ち下がりを遮断信号として、主点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にスイッチング素子３３による還流の許可を開始する。したがって、スイッチング素子３３による還流の許可を開始する時期を、容易且つ正確に決定することができる。

・制御回路６０は、スイッチング素子３３による還流の許可の終了時期を、次にスイッチング素子３１により電流の通電が開始される以前とする。このため、還流経路６２に電流が還流することが、スイッチング素子３１による電流の通電に影響を及ぼすことを抑制することができる。

・制御回路６０は、次の主点火信号ＩＧＴの立ち上がり時にスイッチング素子３３による還流の許可を終了させる。したがって、スイッチング素子３３による還流の許可を終了する時期を、容易且つ正確に決定することができる。

・制御回路６０は、スイッチング素子３１により電流が遮断された以後に、スイッチング素子３２により火花放電を継続させるエネルギ投入点火が実行されていない時に、スイッチング素子３３による還流の許可を実行させる。こうした構成によれば、誘導放電主点火を実行し、エネルギ投入点火を実行しない時であっても、スイッチング素子３２に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。

・制御回路６０は、スイッチング素子３１により電流が遮断された以後に、スイッチング素子３２により火花放電を継続させるエネルギ投入点火が実行されている時に、スイッチング素子３３による還流の許可を実行させる。こうした構成によれば、エネルギ投入点火を実行する時であっても、スイッチング素子３２に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。

・制御回路６０は、エネルギ投入点火の実行時に、スイッチング素子３３により還流経路６２を電流が還流することを許可させた状態を維持する。このため、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１ｂに高電圧が発生したとしても、還流経路６２に電流を還流させることができ、スイッチング素子３２に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。

・スイッチング素子３２により第２巻線１１ｂへ電気エネルギを投入した後に停止させた時に、還流経路６２を電流が還流することが許可された状態が維持されている。このため、第２巻線１１ｂに発生した誘導起電力による電流を、還流経路６２に還流させることができる。したがって、エネルギ投入点火において電流を還流させる還流経路６２と、２次コイル２１を含む回路で電気エネルギが消費されない場合に電流を還流させる還流経路６２とを兼用にすることができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、図４を参照して第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態の点火装置１０では、１次コイル１１１は、第１巻線１１１ａ、第２巻線１１１ｂ、及び第３巻線１１１ｃを含んでいる。第１巻線１１１ａの一端はスイッチング素子３１（第１スイッチ）に接続されており、他端はバッテリ８２に接続されている。第２巻線１１１ｂ（所定巻線）の一端は、スイッチング素子１３２（第２スイッチ）を介してバッテリ８２に接続されている。第２巻線１１１ｂの他端は、スイッチング素子１３４（第４スイッチ）を介してＧＮＤに接続され、且つ第３巻線１１１ｃの一端に接続されている。第３巻線１１１ｃ（所定巻線）の他端は、スイッチング素子１３３（第３スイッチ）を介してＧＮＤに接続されている。

第２巻線１１１ｂとスイッチング素子１３２との間には、ダイオード１４１のカソードが接続されている。ダイオード１４１のアノードはＧＮＤに接続されている。

誘導放電主点火では、制御回路６０は、ＥＣＵ７０からの主点火信号ＩＧＴがハイレベル（Ｈ）である期間に亘って、スイッチング素子３１をｏｎ状態に制御する。これにより、１次コイル１１１の第１巻線１１１ａに、バッテリ８２の電圧が供給される。そして、１次電流が増加し、主点火信号ＩＧＴがローレベル（Ｌ）になった時点で、制御回路６０はスイッチング素子３１をｏｆｆ状態に制御する。これにより、第１巻線１１１ａ及び２次コイル２１に高電圧が発生し、点火プラグ８０に火花放電が生じて、２次コイル２１に２次電流が流れる。その後、２次電流が減衰していき、放電が維持できる最小の電流である放電維持電流よりも減少すると、点火プラグ８０での放電が終了する。

エネルギ投入点火では、制御回路６０は、上記のように誘導放電主点火を開始した後、以下の第１投入制御又は第２投入制御を実行する。

第１投入制御では、スイッチング素子１３３をオン状態に制御する。その後、制御回路６０は、ＥＣＵ７０からのエネルギ投入信号ＩＧＷに基づいて、スイッチング素子１３２をｏｎ状態とｏｆｆ状態とに交互に制御する。なお、スイッチング素子１３２〜１３４により、エネルギ投入回路か構成されている。

第２投入制御では、スイッチング素子１３４をオン状態に制御する。その後、制御回路６０は、ＥＣＵ７０からのエネルギ投入信号ＩＧＷに基づいて、スイッチング素子１３２をｏｎ状態とｏｆｆ状態とに交互に制御する。ＥＣＵ７０は、第１投入制御と第２投入制御とを切り替えることにより、エネルギ投入点火において２次コイル２１に発生する２次電圧を変更することができる。

エネルギ投入点火のその他の制御方法は、第１実施形態のエネルギ投入点火と同様である。

誘導放電主点火時において、制御回路６０（制御部）は、以下の第１還流制御又は第２還流制御を実行する。

第１還流制御では、主点火信号ＩＧＴの立ち下がりを遮断信号として、主点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にスイッチング素子３１を遮断させ且つスイッチング素子１３３（還流回路）による還流の許可を開始する。この場合、ＧＮＤ→ダイオード１４１→第２巻線１１１ｂ→第３巻線１１１ｃ→スイッチング素子１３３→ＧＮＤの第１還流経路１６２が形成される。このため、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１１ｂ及び第３巻線１１１ｃに高電圧が発生したとしても、第１還流経路に電流を還流させることができ、スイッチング素子１３２，１３３に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。その後、制御回路６０は、次の主点火信号ＩＧＴの立ち上がり時点でスイッチング素子１３３による還流の許可を終了させる。

第２還流制御では、主点火信号ＩＧＴの立ち下がりを遮断信号として、主点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にスイッチング素子３１を遮断させ且つスイッチング素子１３３（還流回路）及びスイッチング素子１３４（還流回路）による還流の許可を開始する。この場合、上記第１還流経路と、ＧＮＤ→ダイオード１４１→第２巻線１１１ｂ→スイッチング素子１３４→ＧＮＤの第２還流経路１６３とが形成される。このため、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１１ｂ及び第３巻線１１１ｃに高電圧が発生したとしても、第１還流経路及び第２還流経路に電流を還流させることができ、スイッチング素子１３２〜１３４に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。その後、制御回路６０は、次の主点火信号ＩＧＴの立ち上がり時点で、スイッチング素子１３３及びスイッチング素子１３４による還流の許可を終了させる。

また、上記第１投入制御において、制御回路６０は、スイッチング素子３１により電流が遮断された以後にエネルギ投入点火が実行されている時に、スイッチング素子１３３による還流の許可を実行させる。具体的には、制御回路６０は、第１投入制御の実行時に、スイッチング素子１３３により上記第１還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持する。これにより、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１１ｂ及び第３巻線１１１ｃに高電圧が発生したとしても、第１還流経路に電流を還流させることができる。さらに、スイッチング素子１３２により第２巻線１１１ｂ及び第３巻線１１１ｃへ電気エネルギを投入した後に停止させた時に、第２巻線１１１ｂ及び第３巻線１１１ｃに発生した誘導起電力による電流も、第１還流経路に還流させることができる。したがって、第１投入制御において電流を還流させる第１還流経路と、２次コイル２１を含む回路で電気エネルギが消費されない場合に電流を還流させる第１還流経路とを兼用にすることができる。

上記第２投入制御において、制御回路６０は、スイッチング素子３１により電流が遮断された以後にエネルギ投入点火が実行されている時に、スイッチング素子１３４による還流の許可を実行させる。具体的には、制御回路６０は、第２投入制御の実行時に、スイッチング素子１３４により上記第２還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持する。これにより、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１１ｂに高電圧が発生したとしても、第２還流経路に電流を還流させることができる。さらに、スイッチング素子１３２により第２巻線１１１ｂへ電気エネルギを投入した後に停止させた時に、第２巻線１１１ｂに発生した誘導起電力による電流も、第２還流経路に還流させることができる。したがって、第２投入制御において電流を還流させる第２還流経路と、２次コイル２１を含む回路で電気エネルギが消費されない場合に電流を還流させる第２還流経路とを兼用にすることができる。

なお、第２実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・制御回路６０は、スイッチング素子１３３及びスイッチング素子１３４をオン状態に制御した後、ＥＣＵ７０からのエネルギ投入信号ＩＧＷに基づいて、スイッチング素子１３２をｏｎ状態とｏｆｆ状態とに交互に制御する第３投入制御を実行することもできる。

・制御回路６０は、主点火信号ＩＧＴの立ち下がりを遮断信号として、主点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にスイッチング素子３１を遮断させ且つスイッチング素子１３４（還流回路）による還流の許可を開始する第３還流制御を実行することもできる。この場合、上記第２還流経路が形成され、上記第１還流経路は形成されない。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、図５を参照して第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態の点火装置１０では、エネルギ投入回路５０はバッテリ８２の電圧を昇圧して、第１巻線１１ａ、第２巻線１１ｂ（所定巻線）へ供給する。エネルギ投入回路５０は、チョークコイル５１、スイッチング素子５２、コンデンサ５３、ダイオード５４、スイッチング素子２３２、及びスイッチング素子２３３を備えている。チョークコイル５１はバッテリ８２に接続されている。スイッチング素子５２は、ＭＯＳ型トランジスタ等の半導体スイッチング素子であり、バッテリ８２からチョークコイル５１への電流を通電及び遮断する。スイッチング素子５２の断続状態は、制御回路６０により制御される。スイッチング素子５２の断続状態が制御されることにより、コンデンサ５３はチョークコイル５１に蓄えられた電気エネルギを充電する。ダイオード５４は、コンデンサ５３に蓄えられた電気エネルギがチョークコイル５１側へ逆流すること防止する。そして、スイッチング素子２３２が接続状態に制御されることで、エネルギ投入回路５０は昇圧された電圧（例えば数十Ｖ〜数百Ｖ）を中間タップ１６へ供給する。

中間タップ１６とダイオード４２との間には、ダイオード２４１のカソードが接続されている。ダイオード２４１のアノードはＧＮＤに接続されている。第２巻線１１ｂにおける中間タップ１６と反対側の端部は、スイッチング素子２３３及びダイオード４４を介してバッテリ８２に接続されている。ダイオード４４のアノードがバッテリ８２に接続されており、カソードが第２巻線１１ｂにおける中間タップ１６と反対側の端部に接続されている。スイッチング素子２３３は、パワートランジスタやＭＯＳ型トランジスタ等の半導体スイッチング素子であり、ダイオード４４に並列接続されている。スイッチング素子２３３の断続状態は、制御回路６０により制御される。ダイオード４４は、ＭＯＳ型トランジスタの寄生ダイオードであってもよい。

制御回路６０（制御部）は、「誘導放電主点火」、「エネルギ投入点火」、及び「急速通電多回点火」の３方式の点火を選択し実行する。

誘導放電主点火では、制御回路６０は、ＥＣＵ７０からの主点火信号ＩＧＴがハイレベル（Ｈ）である期間に亘って、スイッチング素子２３３をｏｎ状態に制御する。これにより、１次コイル１１の第１巻線１１ａ及び第２巻線１１ｂに、バッテリ８２の電圧が供給される。そして、１次電流が増加し、主点火信号ＩＧＴがローレベル（Ｌ）になった時点で、制御回路６０はスイッチング素子２３３をｏｆｆ状態に制御する。これにより、１次コイル１１及び２次コイル２１に高電圧が発生し、点火プラグ８０に火花放電が生じて、２次コイル２１に２次電流が流れる。その後、２次電流が減衰していき、放電が維持できる最小の電流である放電維持電流よりも減少すると、点火プラグ８０での放電が終了する。

エネルギ投入点火では、制御回路６０は、上記のように誘導放電主点火を開始した後、スイッチング素子２３３をオン状態に制御する。その後、制御回路６０は、ＥＣＵ７０からのエネルギ投入信号ＩＧＷに基づいて、スイッチング素子２３２をｏｎ状態とｏｆｆ状態とに交互に制御する。エネルギ投入点火のその他の制御方法は、第１実施形態のエネルギ投入点火と同様である。

急速通電多回点火では、制御回路６０は、上記のように誘導放電主点火を開始した後、スイッチング素子２３２をオン状態に制御する。なお、制御回路６０は、ＥＣＵ７０からの主点火信号ＩＧＴがＨである期間に、バッテリ電圧を昇圧させてエネルギ投入回路５０のコンデンサ５３に充電させる。

その後、制御回路６０は、多回点火信号がＨである期間に亘って、スイッチング素子３１をオン状態に制御する。このとき、エネルギ投入回路５０はバッテリ電圧よりも昇圧された電圧を供給する。これにより、誘導放電主点火と比較して１次電流の増加速度が速くなり、誘導放電主点火時と同一方向の１次電流が第１巻線１１ａに急速に流れる。そして、１次電流が増加し、多回点火信号がＬになった時点で、制御回路６０はスイッチング素子３１をオフ状態に制御する。これにより、２次コイル２１に２次電流が流れて、点火プラグ８０に火花放電が生じる。以後、多回点火信号のＨとＬとに基づいて、スイッチング素子３１がオン状態とオフ状態とに交互に制御される。スイッチング素子３１が所定回数オン状態とオフ状態とに制御されると、制御回路６０はスイッチング素子２３２をオフ状態に制御する。なお、多回点火信号は、制御回路６０が指示してもよいし、ＥＣＵ７０から制御回路６０へ指示してもよい。

誘導放電主点火時において、制御回路６０（制御部）は、主点火信号ＩＧＴの立ち下がりを遮断信号として、主点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にスイッチング素子３１を遮断させ且つスイッチング素子２３３による還流の許可を開始する。この場合、ＧＮＤ→ダイオード２４１→第２巻線１１ｂ→スイッチング素子２３３→バッテリ８２→ＧＮＤの還流経路２６２が形成される。このため、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１ｂに高電圧が発生したとしても、還流経路に電流を還流させることができ、スイッチング素子２３３（エネルギ投入回路５０）に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。その後、制御回路６０は、次の主点火信号ＩＧＴの立ち上がり時点でスイッチング素子２３３による還流の許可を終了させる。なお、スイッチング素子２３３及びダイオード２４１により、還流回路が構成されている。

また、制御回路６０は、スイッチング素子３１により電流が遮断された以後にエネルギ投入点火が実行されている時に、スイッチング素子２３３による還流の許可を実行させる。具体的には、制御回路６０は、エネルギ投入点火の実行時に、スイッチング素子２３３により上記還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持する。これにより、１次コイル１１に含まれる第２巻線１１ｂに高電圧が発生したとしても、還流経路に電流を還流させることができる。さらに、スイッチング素子２３２により第２巻線１１ｂへ電気エネルギを投入した後に停止させた時に、第２巻線１１ｂに発生した誘導起電力による電流も、還流経路に還流させることができる。したがって、エネルギ投入点火において電流を還流させる還流経路と、２次コイル２１を含む回路で電気エネルギが消費されない場合に電流を還流させる還流経路とを兼用にすることができる。

なお、上記の各実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記の各実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・制御回路６０は、主点火信号ＩＧＴの立ち下がりをトリガとして、主点火信号ＩＧＴの立ち下がりの所定期間後（例えば数十μｓ後）にスイッチング素子３３による還流の許可を開始することもできる。これにより、還流動作の開始が主点火動作よりも早まることを防止して、確実な主点火動作と主点火後の還流動作とが相互に干渉することなく確実に実施することができる。

・制御回路６０は、スイッチング素子３３による還流許可の開始時期を、制御回路６０によりスイッチング素子３１をｏｆｆ状態に駆動する信号（遮断信号）をトリガとして決定することもできる。

・制御回路６０は、スイッチング素子３３による還流許可の終了時期を、標準期間Ｔｏｎの経過時点及び主点火信号ＩＧＴの立ち上がり時点のうち、早い方の時点としてもよい。これにより、還流許可の終了を容易かつ確実に実施することができる。

・ＥＣＵ７０により制御回路６０の機能を実現することもできる。

１０…点火装置、１１…１次コイル、２１…２次コイル、３１…スイッチング素子、３２…スイッチング素子、３３…スイッチング素子、５０…エネルギ投入回路、６０…制御回路、６２…還流経路、７０…ＥＣＵ、８０…点火プラグ、１１１…１次コイル、１３２…スイッチング素子、１３３…スイッチング素子、１３４…スイッチング素子、２３３…スイッチング素子。

Claims (9)

1. 点火プラグ（８０）と、
   １次コイル（１１、１１１）と、
   前記１次コイルと磁気的に結合され、前記点火プラグに接続された２次コイル（２１）と、
   前記１次コイルの電流を通電及び遮断して、前記点火プラグに火花放電を生じさせる主点火回路（３１）と、
   前記１次コイルに含まれる所定巻線（１１ｂ、１１１ｂ、１１１ｃ）へ電気エネルギを投入及び停止して、前記火花放電を継続させるエネルギ投入回路（３２、１３２〜１３４、５０、２３３）と、
   前記所定巻線を含む還流経路（６２、１６２、１６３、２６２）を電流が還流することを許可及び禁止する還流回路（３３、４１、１３３、１３４、１４１、２３３、２４１）と、
   前記主点火回路を制御するとともに、前記還流回路による前記還流の許可の開始時期を、前記主点火回路により前記電流の遮断を実行させる信号である遮断信号をトリガとして決定し、前記開始時期から所定期間後に前記許可を終了させる制御部（６０、７０）と、
   を備える内燃機関用点火装置（１０）。
2. 前記制御部は、ハイレベル又はローレベルの状態をとる主点火信号を受信し、前記主点火信号の立ち上がり時に前記主点火回路を通電させ、前記主点火信号の立ち下がりを前記遮断信号として、前記主点火信号の立ち下がり時に前記主点火回路を遮断させ且つ前記還流回路による前記還流の許可を開始する、請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
3. 前記制御部は、前記還流回路による前記還流の許可の終了時期を、次に前記主点火回路により前記電流の通電が開始される以前とする、請求項１又は２に記載の内燃機関用点火装置。
4. 前記制御部は、次の前記主点火信号の立ち上がり時に前記還流回路による前記還流の許可を終了させる、請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
5. 点火プラグ（８０）と、
   １次コイル（１１、１１１）と、
   前記１次コイルと磁気的に結合され、前記点火プラグに接続された２次コイル（２１）と、
   前記１次コイルの電流を通電及び遮断して、前記点火プラグに火花放電を生じさせる主点火回路（３１）と、
   前記１次コイルに含まれる所定巻線（１１ｂ、１１１ｂ、１１１ｃ）へ電気エネルギを投入及び停止して、前記火花放電を継続させるエネルギ投入回路（３２、１３２〜１３４、５０、２３３）と、
   前記所定巻線を含む還流経路（６２、１６２、１６３、２６２）を電流が還流することを許可及び禁止する還流回路（３３、４１、１３３、１３４、１４１、２３３、２４１）と、
   前記主点火回路を制御するとともに、前記主点火回路により前記電流が遮断された以後に前記還流回路により前記還流の許可を開始させ、前記還流の許可の終了時期を、次に前記主点火回路により前記電流の通電が開始される以前とする制御部（６０、７０）と、
   を備える内燃機関用点火装置（１０）。
6. 前記制御部は、ハイレベル又はローレベルの状態をとる主点火信号を受信し、前記主点火信号の立ち上がり時に前記主点火回路を通電させ、前記主点火信号の立ち下がり時に前記主点火回路を遮断させ、次の前記主点火信号の立ち上がり時に前記還流回路による前記還流の許可を終了させる、請求項５に記載の内燃機関用点火装置。
7. 前記制御部は、前記主点火回路により前記電流が遮断された以後に、前記エネルギ投入回路により前記火花放電を継続させるエネルギ投入点火が実行されていない時に、前記還流回路による前記還流の許可を実行させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関用点火装置。
8. 前記制御部は、前記主点火回路により前記電流が遮断された以後に、前記エネルギ投入回路により前記火花放電を継続させるエネルギ投入点火が実行されている時に、前記還流回路による前記還流の許可を実行させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関用点火装置。
9. 前記制御部は、前記エネルギ投入点火の実行時に、前記還流回路により前記還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持して、前記エネルギ投入回路により前記所定巻線へ前記電気エネルギを投入及び停止させる、請求項８に記載の内燃機関用点火装置。

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