JP6245047B2 - 点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグの動作を制御する点火装置に関する。

従来、点火プラグの電極間に放電を発生させ、混合気に着火させる内燃機関の点火装置において、部品の故障や配線の異常時等にも点火を実行し、退避走行を可能とする技術が知られている。例えば特許文献１に開示された点火装置は、多重点火装置の故障時に点火コイルへ通電させる専用経路を別に設けることで点火動作を継続させている。

特開２００２−２５０２６４号公報

特許文献１の点火装置では、故障時専用の通電経路を設ける必要があるため、構成が複雑となる。また、正常時と故障時とで放電方式が異なるため、無駄な電力を消費する可能性があり、燃費が低下するおそれがある。さらに、混合気への着火性が低下すると、未燃焼ガス等のエミッションが排出されるおそれがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源電圧を昇圧する昇圧回路部の故障時に、専用の通電経路を必要とせず、且つ、燃費の低下を回避しエミッションの排出を抑制する点火装置を提供することにある。

本発明は、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動作を制御する点火装置であって、点火コイル、点火スイッチ、昇圧回路部、エネルギ投入部、及び異常判定部を備える。
点火コイルは、直流電源から供給される一次電流が流れる一次コイル、及び、点火プラグの電極に接続され、一次電流の通電及び遮断、より詳しくは、通電に続く遮断による二次電圧が発生し二次電流が流れる二次コイルを有する。
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、点火信号に従って一次電流の通電と遮断とを切り替える。

昇圧回路部は、直流電源の電源電圧を昇圧可能な複数の昇圧ユニットが互いに並列に接続されて構成されている。
エネルギ投入部は、点火スイッチにより一次電流を遮断し、遮断による二次電圧で点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、昇圧回路部が出力したエネルギを点火コイルに投入する。
異常判定部は、昇圧回路部における複数の昇圧ユニットのいずれかが異常であることを判定する。
例えば、昇圧回路部は、一端が直流電源に接続されたエネルギ蓄積コイル、及び、エネルギ蓄積コイルの他端とグランドとの間に接続されエネルギ蓄積コイルからグランドへの電流経路を開閉可能な充電スイッチを有し、異常判定部は、充電スイッチの接地側に設けられた電流検出抵抗の検出値に基づき、昇圧ユニットの異常を判定する。

本発明の第１の態様の点火装置は、さらに、エネルギ投入部による投入エネルギを制御する投入エネルギ制御手段を備える。そして、異常判定部によっていずれかの昇圧ユニットの異常が判定されたとき、投入エネルギ制御手段は、昇圧回路部の能力に応じて、二次電流の目標値（Ｉ２^*）、又は、エネルギ投入期間の少なくとも一方を変更することを特徴とする。
また、本発明の第２の態様の点火装置は、異常判定部によっていずれかの昇圧ユニットの異常が判定されたとき、内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御手段に対し、昇圧回路部の能力に応じて、混合気の空燃比を変更するように指令することを特徴とする。
ここで、「昇圧回路部の能力」とは、「異常な昇圧ユニットを除く正常な昇圧ユニットによって投入エネルギを生成する能力」を意味する。

本発明の点火装置は、昇圧回路部が複数の昇圧ユニットによって構成されているため、一部の昇圧ユニットが故障しても、他の正常な昇圧ユニットにより投入エネルギを生成することができる。よって、特許文献１の従来技術のように、故障時専用の通電経路を必要としない。
本発明の第１の態様では、昇圧回路部の能力が低下するほど二次電流の目標値を低く、又は、エネルギ投入期間を短く変更することで、昇圧回路部が生成したエネルギを、エネルギ投入部が点火コイルに効率的に投入することができる。したがって、エネルギ投入に伴う消費電力を抑制し、燃費の低下を回避することができる。また、混合気への着火性を確保することで、燃焼室からの未燃焼ガス等のエミッションの排出を抑制しつつ、安定した退避走行を実現することができる。

本発明の第２の態様では、昇圧回路部の能力が低下するほど混合気の空燃比をリッチ側に変更することで、吹き消えや失火の発生を好適に防止しつつ、第１の態様と同様の効果を得ることができる。また、昇圧回路部の全ての昇圧ユニットが異常となった場合、エネルギ投入部によるエネルギ投入自体が実施不能となる。そこで、一次電流の増減によって発生する二次電流による「通常点火」において空燃比をリッチ側に変更することで、着火性を向上させることができる。

さらに、昇圧回路部における複数の昇圧ユニットは、電気的性能が互いに同等に設定されており、投入エネルギ制御手段は、異常判定部によって異常と判定された昇圧ユニットの数に基づき、昇圧回路部の能力を判断することが好ましい。
仮に昇圧回路部が２つの昇圧ユニットを有する場合、２つの昇圧ユニットの電気的性能が異なっていると、第１ユニットが故障したときと第２ユニットが故障したときとで昇圧回路部の能力が変動するため、処理が複雑になる。そこで、２つの昇圧ユニットの電気的性能を同等とすれば、第１ユニットと第２ユニットのいずれが故障した場合でも区別せず同様の処理をすることができるため、処理を単純にすることができる。

本発明の各実施形態による点火装置が適用されるエンジンシステムの概略構成図。 本発明の第１実施形態による点火装置の構成図。 昇圧回路部の全部の昇圧ユニットが正常の場合のタイムチャート。 昇圧回路部の一部の昇圧ユニットが異常の場合のタイムチャート。 昇圧回路部の異常ユニット数と（ａ）目標二次電流Ｉ２^*、（ｂ）エネルギ投入期間ＩＧＷとの関係を示すマップ。 昇圧回路部の全部の昇圧ユニットが異常の場合のタイムチャート。 本発明の第２実施形態による点火装置の構成図。 昇圧回路部の異常ユニット数と空燃比との関係を示すマップ。

以下、本発明の複数の実施形態による点火装置を図面に基づいて説明する。
本発明の各実施形態による点火装置は、車両等に搭載されるエンジンシステムに適用される。以下の実施形態の説明では特許請求の範囲に記載の「内燃機関」を「エンジン」という。

［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、エンジンシステム１０は火花点火式のエンジン１３を備えている。エンジン１３は、例えば４気筒等の多気筒エンジンであり、図１では１気筒の断面のみを図示する。以下に説明する構成は、図示しない他の気筒にも同様に設けられている。
なお、図１のエンジンシステム１０は、ＥＧＲ（排気還流）システムを有していないものとする。或いは、ＥＧＲシステムを有している場合でも、本実施形態の特徴とは関連性が低いため、図示を省略する。さらに、排気通路に設けられる触媒の図示も省略する。

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。このピストン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。燃焼ガスは、排気マニホールド２０等を通じて大気中に放出される。

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、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が設けられている。吸気弁２２及び排気弁２３は、バルブ駆動機構２４により開閉駆動される。吸気弁２２のバルブタイミングは、可変バルブ機構２５により調整される。

燃焼室１７の混合気の点火は、点火装置３０によって点火プラグ７の電極間に放電を発生させることにより行われる。点火装置３０は、電子制御ユニット３２の指令に基づき点火回路ユニット３１を動作させて点火コイル４０から点火プラグ７に高電圧を印加することにより、燃焼室１７で火花放電を発生させる。
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）を有し、上記ギャップで絶縁破壊が生じるだけの高電圧が一対の電極間に印加されると放電を発生させる。以下の説明において、「高電圧」とは、点火プラグ７の一対の電極間で放電が発生し得るほどの電圧をいう。

電子制御ユニット３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート等からなるマイクロコンピュータによって構成されており、図中、「ＥＣＵ」と表す。
破線矢印で示すように、電子制御ユニット３２は、クランク位置センサ３５、カム位置センサ３６、水温センサ３７、スロットル開度センサ３８、及び吸気圧センサ３９等の各種センサからの検出信号が入力される。電子制御ユニット３２は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、実線矢印で示すように、スロットル弁１４、インジェクタ１６、及び点火回路ユニット３１等を駆動してエンジン１３の運転状態を制御する。

以下、点火装置３０の構成、作動について実施形態毎に説明する。第１、第２実施形態の点火装置の符号を、それぞれ「３０１」、「３０２」とする。
（第１実施形態）
［点火装置の構成］
第１実施形態の点火装置３０１の構成について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、点火装置３０１は、点火コイル４０、点火回路ユニット３１、及び電子制御ユニット３２を含む。

点火コイル４０は、一次コイル４１と二次コイル４２と整流素子４３とを有し、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、一定の直流電圧を供給可能な「直流電源」としてのバッテリ６の正極に接続されており、他端が点火スイッチ４５を介して接地されている。以下、一次コイル４１のバッテリ６と反対側を「接地側」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の一対の電極を介して接地されており、他端が整流素子４３及び二次電流検出抵抗４７を介して接地されている。

一次コイル４１に流れる電流を一次電流Ｉ１といい、一次電流Ｉ１の通電及び遮断によって発生し、二次コイル４２に流れる電流を二次電流Ｉ２という。図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、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ており、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て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が設けられている。

点火回路ユニット３１は、点火スイッチ（イグナイタ）４５、昇圧回路部５１、異常判定部４９、エネルギ投入部５０、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を有している。
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）で構成されており、コレクタが点火コイル４０の一次コイル４１の接地側に接続され、エミッタが接地され、ゲートが電子制御ユニット３２に接続されている。エミッタは、整流素子４６を介してコレクタに接続されている。
点火スイッチ４５は、ゲートに入力される点火信号ＩＧＴに応じてオンオフ動作する。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。一次コイル４１における一次電流Ｉ１は、点火スイッチ４５により点火信号ＩＧＴに従って通電及び遮断が切り替えられる。

昇圧回路部５１は、複数の昇圧ユニットが互いに並列に接続されて構成されている。本実施形態では、電気的性能が互いに同等に設定された２つの昇圧ユニット５１１、５１２が並列に接続されている。各昇圧ユニット５１１、５１２は、バッテリ６の直流電圧を昇圧する「ＤＣＤＣコンバータ」として機能する。また、昇圧回路部５１は、昇圧ユニット５１１、５１２を共通に駆動する充電スイッチ用ドライバ回路５３０を有している。

第１昇圧ユニット５１１は、エネルギ蓄積コイル５２１、充電スイッチ５３１、電流検出抵抗５４１、及び整流素子５５１を有している。
エネルギ蓄積コイル５２１は、一端がバッテリ６に接続され、他端が充電スイッチ５３１及び電流検出抵抗５４１を介して接地されている。充電スイッチ５３１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５２１に接続され、ソースが接地され、ゲートがドライバ回路５３０に接続されている。充電スイッチ５３１は、エネルギ蓄積コイル５２からグランドへの電流経路を開閉可能である。
整流素子５５１は、ダイオードで構成されており、コンデンサ５６からエネルギ蓄積コイル５２１及び充電スイッチ５３１側への電流の逆流を防止する。

充電スイッチ５３１がオンしたとき、エネルギ蓄積コイル５２１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５３１がオフしたとき、エネルギ蓄積コイル５２１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側へ放出される。充電スイッチ５３１がオンオフ動作を繰り返すことで、エネルギ蓄積コイル５２１にてエネルギの蓄積と放出が繰り返され、バッテリ電圧が昇圧される。

第２昇圧ユニット５１２は、第１昇圧ユニット５１１と同様にエネルギ蓄積コイル５２２、充電スイッチ５３２、電流検出抵抗５４２、及び整流素子５５２を有しており、同様に作用する。第２昇圧ユニット５１２の充電スイッチ５３２は、第１昇圧ユニット５１１の充電スイッチ５３１と同期してオンオフ動作する。
こうして昇圧回路部５１は、２つの昇圧ユニット５１１、５１２が昇圧した直流電圧をコンデンサ５６に出力する。

異常判定部４９は、各昇圧ユニット５１１、５１２の電流検出抵抗５４１、５４２に基づいて、昇圧ユニット５１１、５１２が正常であるか異常であるか判定する。
昇圧ユニット５１１、５１２の異常例として、充電スイッチ５３１、５３２の短絡故障や断線故障等が想定される。充電スイッチ５３１、５３２に対するドライバ回路５３０の指令がオフのとき電源電圧に近い電圧が検出された場合、充電スイッチ５３１、５３２が短絡故障している可能性がある。一方、充電スイッチ５３１、５３２に対するドライバ回路５３０の指令がオンのときゼロに近い電圧が検出された場合、充電スイッチ５３１、５３２が断線故障している可能性がある。異常判定部４９は、このように、電流検出抵抗５４１、５４２の検出値に基づき、各昇圧ユニット５１１、５１２の異常を判定する。

ここで、「異常」と「故障」の違いについて注意的に述べておく。「異常」とは、特性が正常でない状態をいい、例えば、素子の温度特性によって特性が基準範囲から一時的に外れた場合や、部品の個体ばらつきが平均値から３σ以上離れているような場合を含む。それに対し、「故障」とは、短絡や故障等、本来あるべき状態とは異なる状態になったことをいう。ただし、装置の動作中に部品が故障状態であることを直接的に確認できるとは限らないため、「異常」のレベルが一定の閾値を超えたとき、「故障」であると推認する。
これは本来の違いであるが、以下の説明中、「異常」と「故障」のどちらを用いても、技術解釈上大きな影響が無い場合には、厳密に区別しないこととする。

図２の説明に戻り、次にエネルギ投入部５０は、コンデンサ５６、放電スイッチ５７、放電スイッチ用ドライバ回路５８及び整流素子５９を有しており、昇圧回路部５１が生成しコンデンサ５６に蓄積されたエネルギを一次コイル４１の接地側に継続的に投入する。
コンデンサ５６は、一方の電極が、各昇圧ユニット５１１、５１２の整流素子５５１、５５２を介してエネルギ蓄積コイル５２１、５２２の接地側に接続され、他方の電極が接地されている。コンデンサ５６は、昇圧回路部５１によって昇圧された電圧を蓄電する。

放電スイッチ５７は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成されており、ドレインがコンデンサ５６に接続され、ソースが一次コイル４１の接地側に接続され、ゲートがドライバ回路５８に接続されている。ドライバ回路５８は、放電スイッチ５７をオンオフ駆動可能である。
整流素子５９は、ダイオードで構成されており、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気筒に対する構成のみを示しているが、現実には、放電スイッチ５７以降の構成は気筒数分が並列して設けられており、放電スイッチ５７の手前で電流経路が気筒毎に分岐され、コンデンサ５６に蓄積されたエネルギが各経路に分配される。

二次電流検出回路４８は、燃焼室１７に設けられる点火プラグ７の火花電流を二次電流検出抵抗４７の両端電圧に基づいて二次電流Ｉ２を検出する。そして、二次電流Ｉ２を目標値（以下「目標二次電流Ｉ２^*」という。）に一致させようとするフィードバック制御により、放電スイッチ５７のオンオフを決定し、ドライバ回路５８に指令する。
以上が点火回路ユニット３１の構成である。

次に、電子制御ユニット３２は、特許請求の範囲に記載の「投入エネルギ制御手段」に相当する点火制御部３３を含む。なお、本実施形態における点火制御部３３は、投入エネルギのみでなく点火信号ＩＧＴの生成の機能も含むため、「点火制御部」という。
電子制御ユニット３２の点火制御部３３は、クランク位置センサ３５等の各種センサから取得したエンジン１３の運転情報に基づいて、点火信号ＩＧＴ及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、充電スイッチ用ドライバ回路５３０、及び放電スイッチ用ドライバ回路５８に入力される。点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、オンとなる。充電スイッチ用ドライバ回路５３０は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、第１充電スイッチ５３１及び第２充電スイッチ５３２のゲートに対し、第１充電スイッチ５３１をオンオフ制御する第１充電スイッチ信号ＳＷ１、及び、第２充電スイッチ５３２をオンオフ制御する第２充電スイッチ信号ＳＷ２を繰り返し出力する。

エネルギ投入期間信号ＩＧＷは、充電スイッチ用ドライバ回路５３０及び放電スイッチ用ドライバ回路５８に入力される。放電スイッチ用ドライバ回路５８は、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが入力されている期間、放電スイッチ５７のゲートに対し、放電スイッチ５７をオンオフ制御する放電スイッチ信号ＳＷｄを繰り返し出力する。
また、放電スイッチ用ドライバ回路５８には、目標二次電流Ｉ２^*を指示するための目標二次電流信号ＩＧＡが入力される。
以上で、点火装置３０１の構成の説明を終わる。

ところで、昇圧回路部５１を複数の昇圧ユニット５１１、５１２で構成しているのは、主として、仮に２つのうち１つが故障しても残りの１つでフェイルセーフ機能を確保することができるようにするという冗長設計の思想による。また、それ以外の理由として、場合によっては、高耐圧の部品を１つ使うよりも標準的な部品を複数並列に用いる方がトータルの製造コストや搭載スペースを低減可能である、或いは、製造時やメンテナンス時の部品調達や交換作業が容易であるということもある。

特に車両に搭載されるエンジンシステムの場合、上述の「フェイルセーフ機能」とは、自宅、修理工場、又は路肩等の安全な場所までの退避走行、いわゆるリンプホームを可能とすることである。そのためには、点火プラグ７の放電による混合気への着火を安定して行う必要がある。さらには、可及的に燃費の低下を回避し、エミッションの排出を抑制することが望まれる。
本実施形態は、このような目的を達成するための構成として、上述の異常判定部４９、及び、電子制御ユニット３２の点火制御部３３を備えることを特徴とする。

［点火装置の作動］
次に、第１実施形態の点火装置３０１の作動について、昇圧回路部を構成する昇圧ユニットが＜１＞全部が正常の場合、＜２＞一部が異常の場合、＜３＞全部が異常の場合、の順に図３〜図６を参照して説明する。図２に示す、２つの昇圧ユニット５１１、５１２を有する昇圧回路部５１においては、２つとも正常又は２つとも異常の場合が「全部が正常又は異常」に相当し、１つが正常で１つが異常である場合が「一部異常」に相当する。

＜１＞「全部の昇圧ユニットが正常の場合」
以下、全部の昇圧ユニットが正常の場合を、単に「正常時」という。
図３のタイムチャートは、共通の時間軸を横軸とし、縦軸に上から順に、点火信号ＩＧＴ、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ、第１充電スイッチ信号ＳＷ１、第２充電スイッチ信号ＳＷ２、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、放電スイッチ信号ＳＷｄ、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２の時間変化を示している。ここで、「コンデンサ電圧Ｖｄｃ」はコンデンサ５６に蓄電された電圧を意味する。

図３中、「一次電流Ｉ１」及び「二次電流Ｉ２」は、図２に示す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、負領域において、電流値が０［Ａ］から離れ絶対値が大きくなるほど「電流が増加又は上昇する」といい、０［Ａ］に近づき絶対値が小さくなるほど「電流が減少又は低下する」という。

エネルギ投入期間信号ＩＧＷが出力されている時刻ｔ３−ｔ４の期間を、同じ記号を用いて「エネルギ投入期間ＩＧＷ」といい、エネルギ投入期間ＩＧＷにおける二次電流Ｉ２の制御目標値を、「目標二次電流Ｉ２^*」という。また、「正常時」のエネルギ投入期間を「ＩＧＷ＿ｒ」、「正常時」の目標二次電流を「Ｉ２^*＿ｒ」と表す。
目標二次電流Ｉ２^*は、点火放電を良好に維持可能な程度の電流に設定される。
二次電流Ｉ２は、目標二次電流Ｉ２^*を中間値とする制御範囲内で増加と減少とを繰り返す波状の波形となる。ただし、後で参照する図４、図６では、二次電流Ｉ２の波状図示を省略し直線で示す。

時刻ｔ１にて点火信号ＩＧＴがＨ（ハイ）レベルに立ち上がると、点火スイッチ４５がオンされる。このとき、エネルギ投入期間信号ＩＧＷはＬ（ロー）レベルであるため放電スイッチ５７はオフである。これにより、一次コイル４１における一次電流Ｉ１の通電が開始する。

また、点火信号ＩＧＴがＨレベルに立ち上がっている間、互いに同期した矩形波パルス状の充電スイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２が、それぞれ、第１充電スイッチ５３１、第２充電スイッチ５３２のゲートに入力される。すると、充電スイッチ５３１、５３２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する。
このようにして、点火信号ＩＧＴがＨレベルに立ち上がっている時刻ｔ１−ｔ２間に、点火コイル４０が充電されるとともに、昇圧回路部５１の出力によってコンデンサ５６にエネルギが蓄積される。このエネルギの蓄積は、時刻ｔ２までに終了する。
このとき、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ＳＷ１、ＳＷ２のオンデューティ比及びオンオフ回数によって制御可能である。

その後、時刻ｔ２にて点火信号ＩＧＴがＬレベルに立ち下げられ点火スイッチ４５がオフされると、それまで一次コイル４１に通電していた一次電流Ｉ１が急激に遮断される。すると、二次コイル４２に高電圧が発生し、点火プラグ７の電極間にて放電が発生することにより、二次電流（放電電流）が流れる。
時刻ｔ２で点火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０［Ａ］に近づき、放電を維持できない程度まで減衰すると放電は終了する。このような放電による点火方式を「通常点火」という。

それに対し本実施形態では、時刻ｔ２の直後の時刻ｔ３にエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＨレベルに立ち上げられ、充電スイッチ５３１、５３２がオフの状態で放電スイッチ５７がオンされる。すると、コンデンサ５６の蓄積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、点火放電中に、「投入エネルギに起因する一次電流Ｉ１」が通電する。

このとき、二次コイル４２には、時刻ｔ２−ｔ３間に通電していた二次電流Ｉ２に対し、投入エネルギに起因する一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分が同じ極性で重畳される。この一次電流Ｉ１の重畳は、時刻ｔ３−ｔ４の間、放電スイッチ５７がオンされる毎に行われる。
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。二次電流Ｉ２が所定値になると放電スイッチ５７がオフされ一次電流Ｉ１への重畳投入が停止し、Ｉ２が低下していき所定値になると再度放電スイッチ５７がオンされる。これにより、二次電流Ｉ２は、目標二次電流Ｉ２^*に一致するように維持される。
時刻ｔ４でエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＬレベルに立ち下げられると、放電スイッチ信号ＳＷｄのオンオフ動作が停止し、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２ともにゼロとなる。

このように、時刻ｔ２における点火放電の後、「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制御方式は、本出願人が開発したものである。以下、本明細書において、単に「エネルギ投入制御」という場合、この制御方式を意味する。
一方、周知の多重放電方式のように、一次コイル４１のバッテリ６側、或いは二次コイル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方式を包括して「従来のエネルギ投入制御」という。本出願人が開発したエネルギ投入制御では、従来の多重放電方式などに比べ、低電圧側からエネルギを投入することで最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、点火可能な状態を一定期間持続させることができる。

＜２＞「一部の昇圧ユニットが異常の場合」
一部の昇圧ユニットが異常の場合の作動について、図４を参照して説明する。図４では、２つの昇圧ユニット５１１、５１２のうち第２昇圧ユニット５１２が異常である場合を例示する。図４中、正常時（図３）の特性線を参照として二点鎖線で示す。また、放電スイッチ信号ＳＷｄ及び一次電流Ｉ１の図示を省略する。

第２昇圧ユニット５１２が異常であることを異常判定部４９が判定すると、ドライバ回路５３０は、第２充電スイッチ５３２の駆動を停止する。これにより、点火信号ＩＧＴの出力期間中、第２充電スイッチ信号ＳＷ２は常時オフとなる。一方、第１昇圧ユニット５１１の第１充電スイッチ信号ＳＷ１は正常時のとおり出力され、第１充電スイッチ５３１は、正常時と同様にオンオフ動作する。
したがって、昇圧回路部５１は、第１昇圧ユニット５１１が昇圧した電圧のみをコンデンサ５６に出力することとなる。その結果、同じ時間内でコンデンサ５６に蓄積されるコンデンサ電圧Ｖｄｃ＿ｈは、正常時のコンデンサ電圧Ｖｄｃ＿ｒの約（１／√２）となる。

また、異常判定部４９は、異常信号ＥＲＲを点火制御部３３及び充電スイッチ用ドライバ回路５３０へ出力する。
異常信号ＥＲＲを受信した点火制御部３３は、エネルギ投入部５０に対し、投入エネルギの制御値を、次の２通りの方法の少なくともいずれか一方で変更するように指示する。
１つ目の方法は、実線で示すように、エネルギ投入期間ＩＧＷはそのままで目標二次電流Ｉ２^*を変更する方法である。図４の例では、正常時の目標二次電流Ｉ２^*＿ｒに対し、１ユニット異常時の目標二次電流を約半分のＩ２^*＿ｈとしている。
２つ目の方法は、長破線で示すように、目標二次電流Ｉ２^*はそのままでエネルギ投入期間ＩＧＷを変更する方法である。図４の例では、正常時のエネルギ投入期間ＩＧＷ＿ｒに対し、１ユニット異常時のエネルギ投入期間を約半分のＩＧＷ＿ｈとしている。

２つの方法で「電流×時間」の積算値で表される投入エネルギの大きさは、いずれも、蓄積されたコンデンサ電圧Ｖｄｃ＿ｈが正常時の約（１／√２）となることに対応して、正常時の約半分となる。例えば、点火の機会を多く確保することを優先する場合には、エネルギ投入期間ＩＧＷをそのままにして目標二次電流Ｉ２^*を低下させるとよい。一方、放電の強さを優先する場合には、目標二次電流Ｉ２^*をそのままにしてエネルギ投入期間ＩＧＷを短縮するとよい。

そこで、例えば、エンジン１３の回転数及び負荷の条件によって、低回転、低負荷条件では目標二次電流Ｉ２^*を低下させ、高回転、高負荷条件ではエネルギ投入期間ＩＧＷを短縮するというように使い分けてもよい。或いは、重み付けを考慮しつつ、目標二次電流Ｉ２^*及びエネルギ投入期間ＩＧＷの両方を変更してもよい。
いずれにせよ、点火制御部３３は、「昇圧回路部５１の能力」、すなわち、「昇圧回路部５１の正常な第１昇圧ユニット５１１による投入エネルギの生成能力」に応じて、目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷを正常時に対して変更する。

続いて、昇圧回路部を構成する昇圧ユニットの数が一般にＮ個（Ｎ≧２）の場合における、異常ユニット数と目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷの変更値との関係について、図５（ａ）、（ｂ）のマップを参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、点火制御部３３は、異常ユニット数が少ないときほど目標二次電流Ｉ２^*を高く設定し、異常ユニット数が多いときほど目標二次電流Ｉ２^*を低く設定する。ただし、異常ユニット数が限界数α（０≦α＜Ｎ）以下の領域では、正常時の目標二次電流Ｉ２^*を維持する。

昇圧ユニットを使用する場合、通常時には能力の１００％を使うのでなく、所定の能力利用率（例えば６０〜９０％）で使用することが一般的である。したがって、昇圧回路部の一部の昇圧ユニットが異常となった場合でも、正常な昇圧ユニットの能力利用率を上げることで、異常となった昇圧ユニット分の出力不足をある程度まで補い、正常時の総出力を維持することができる。

このように、正常な昇圧ユニットの能力利用率を上げることで出力不足を補うことができる異常ユニット数の最大値を限界数αという。また、異常ユニット数が０からαまでの領域を「余裕領域」という。要するに、図５（ａ）は、「異常ユニット数が余裕領域を超える領域では、異常ユニット数の増加に伴い、目標二次電流Ｉ２^*を低下させる」ことを示している。また、昇圧ユニットの全数Ｎが異常の場合には、目標二次電流Ｉ２^*を０にすることを示している。このことは、異常ユニット数とエネルギ投入期間ＩＧＷとの関係を示す図５（ｂ）についても同様である。

なお、図４を参照する上述の説明では、簡単のため限界数αを０とし、２つの昇圧ユニットのうち１つが異常となった場合、１ユニット異常時の目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷを正常時の約半分とするとした。このように、異常となった昇圧ユニットの能力利用率を調整せず、マップの限界数αを基本的に０としてもよい。

＜３＞「全部の昇圧ユニットが異常の場合」
全部の昇圧ユニットが異常の場合の作動について、図６を参照して説明する。
第１昇圧ユニット５１１及び第２昇圧ユニット５１２が異常であることを異常判定部４９が判定すると、ドライバ回路５３０は、第１充電スイッチ５３１及び第２充電スイッチ５３２の駆動を停止する。これにより、点火信号ＩＧＴの出力期間中、第１充電スイッチ信号ＳＷ１及び第２充電スイッチ信号ＳＷ２は常時オフとなる。つまり、昇圧回路部５１の能力がゼロの状態となる。

結局、エネルギ投入用電圧としてコンデンサ５６に蓄積されるコンデンサ電圧Ｖｄｃがゼロとなるため、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入が実施不能となる。点火制御部３３は、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ（参照のため二点鎖線で示す）の出力を中止する。
その結果、時刻ｔ２における一次電流Ｉ１の増減によって発生する二次電流Ｉ２による「通常点火」のみが実施されることとなる。

（効果）
（１）本実施形態の点火装置３０１は、昇圧回路部５１が複数の昇圧ユニット５１１、５１２によって構成されているため、一部の昇圧ユニットが故障しても、他の正常な昇圧ユニットにより投入エネルギを生成することができる。よって、特許文献１の従来技術のように、故障時専用の通電経路を必要としない。

（２）本実施形態の点火装置３０１は、昇圧回路部５１における複数の昇圧ユニット５１１、５１２のうちいずれかが異常であることを判定する異常判定部４９と、エネルギ投入部５０による投入エネルギを制御する点火制御部３３を備えている。異常判定部４９によっていずれかの昇圧ユニットの異常が判定されたとき、点火制御部３３は、昇圧回路部５１の能力に応じて、目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷの少なくとも一方を変更する。詳しくは、昇圧回路部５１の能力が低下するほど目標二次電流Ｉ２^*を低く、又は、エネルギ投入期間ＩＧＷを短く変更する。

これにより、昇圧回路部５１の能力が低下した場合でも、昇圧回路部５１が生成したエネルギを、エネルギ投入部５０が点火コイル４０に効率的に投入することができるため、エネルギ投入に伴う消費電力を抑制し、燃費の低下を回避することができる。また、混合気への着火性を確保することで、燃焼室１７からの未燃焼ガス等のエミッションの排出を抑制しつつ、安定した退避走行を実現することができる。

（３）本実施形態の昇圧回路部５１を構成する昇圧ユニット５１１、５１２は、電気的性能が互いに同等に設定されており、点火制御部３３は、昇圧ユニット５１１、５１２のいずれが異常と判定された場合も、目標二次電流Ｉ２^*又はエネルギ投入期間ＩＧＷを同様に、例えば正常時の約半分に変更する。異常の昇圧ユニットを区別する必要が無いため、処理を単純にすることができる。

（４）本実施形態の点火装置３０１は、エネルギ投入制御の方式として、昇圧回路部５１で昇圧しコンデンサ５６に蓄電した投入エネルギを、一次コイル４１の接地側から投入する方式を採用している。低電圧側からエネルギを投入することで最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、点火可能な状態を一定期間持続させることができる。
また、エネルギ投入期間ＩＧＷ中、二次電流Ｉ２は、常に負の値となり、交番電流を用いる他の方式のようにゼロクロスしないため、吹き消えの発生を防止することができる。

（５）本実施形態の点火装置３０１は、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備え、二次電流Ｉ２をフィードバック制御するため、フィードフォワード制御に対し、二次電流Ｉ２の実値を目標二次電流Ｉ２^*に精度良く一致させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図７、図８を参照して説明する。図７の構成図において第１実施形態の図２と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。
図７に示すように、第２実施形態では、電子制御ユニット３２に、「投入エネルギ制御手段」としての点火制御部３３、及び「内燃機関制御手段」としてのエンジン制御部３４を含む。ただし、この区分は説明の便宜上のものであり、現実の物理的な区分や配置を意味するものではない。第２実施形態の点火装置３０２は、点火コイル４０、点火回路ユニット３１、及び、「電子制御ユニット３２のうちの点火制御部３３」を含む。

また、点火装置３０２の異常判定部４９からの異常信号ＥＲＲは、電子制御ユニット３２のエンジン制御部３４及び充電スイッチ用ドライバ回路５３０に出力される。エンジン制御部３４は、異常信号ＥＲＲに基づいて、スロットル弁１４のアクチュエータ及びインジェクタ１６に信号を出力し、吸気量及び燃料噴射量を制御することで混合気の空燃比を変更する。点火装置３０２のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

図８に示すように、エンジン制御部３４は、異常ユニット数が少ないときほど空燃比をリーンとし、異常ユニット数が多いときほど空燃比をリッチとする。図８の縦軸はリーン又はリッチの方向を示すのみであり、具体的な数値を表すものでない。
また、第１実施形態の図５と同様に、異常ユニット数がα以下の領域は、正常な昇圧ユニットのみで正常時の総エネルギを出力可能な余裕領域であるため、エンジン制御部３４は空燃比を一定に維持する。ただし、余裕領域を設けなくてもよい。

第２実施形態では、昇圧回路部５１の能力が低下するほど混合気の空燃比をリッチ側に変更することで、吹き消えや失火の発生を好適に防止しつつ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、昇圧回路部５１の全ての昇圧ユニットが異常となった場合、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入自体が実施不能となる。そこで、一次電流Ｉ１の増減によって発生する二次電流Ｉ２による「通常点火」において空燃比をリッチ側に変更することで、点火プラグ７による混合気の着火性を向上させることができる。

さらに、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、昇圧回路部５１のいずれかの昇圧ユニットが異常となったとき、異常判定部４９からの異常信号ＥＲＲを点火制御部３３及びエンジン制御部３４の両方に送信し、投入エネルギの制御値と空燃比との両方を変更する。これにより、エネルギ投入に伴う消費電力を抑制しつつ、より着火性を向上させることができる。よって、さらに安定した退避走行を実現可能となる。

（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態のエネルギ投入部５０は、複数の昇圧ユニット５１１、５１２を有する昇圧回路部５１が出力したエネルギを「一次コイルの接地側から投入する方式」を採用している。本発明のエネルギ投入部は、この形態の他、複数の昇圧ユニットを有する昇圧回路部が出力したエネルギを一次コイルのバッテリ側や二次コイルに投入する方式を採用してもよい。

また、図２の構成の点火装置３０１によるエネルギ投入制御は、図３に示すように、点火信号ＩＧＴのＨレベル中に充電スイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２をオンオフしてコンデンサ電圧Ｖｄｃを蓄積した後、エネルギ投入期間ＩＧＷに、一次コイル４１の接地側にエネルギを投入する方法に限らない。例えば、エネルギ投入期間ＩＧＷに、充電スイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２と放電スイッチ信号ＳＷｄとを交互にオンオフ制御することで、充電スイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２がオンのときエネルギ蓄積コイル５２が蓄積したエネルギを、その都度、一次コイル４１の接地側に投入するようにしてもよい。その場合、コンデンサ５６を備えなくてもよい。

（イ）昇圧回路部を構成する複数の昇圧ユニットの数は、２つ以上、いくつでもよい。上記実施形態の昇圧回路部５１を構成する２つの昇圧ユニット５１１、５１２は、電気的性能が互いに同等に設定されているが、他の実施形態では、複数の昇圧ユニットの電気的性能に優劣をつけてもよい。その場合、どの昇圧ユニットが異常であるかによって、投入エネルギの制御値や混合気の空燃比の狙い値を変更することが好ましい。

（ウ）二次電流Ｉ２の制御は、上記実施形態のように、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備え、二次電流Ｉ２をフィードバック制御する形態に限らない。例えば、二次電流検出抵抗４７及び二次電流検出回路４８を備えず、二次電流Ｉ２をフィードフォワード制御してもよい。

（エ）点火回路ユニット３１は、電子制御ユニット３２を収容するハウジング内に収容されるか、或いは点火コイル４０を収容するハウジング内に収容されてもよい。
点火スイッチ４５及びエネルギ投入部５０は別々のハウジング内に収容されてもよい。例えば、点火コイル４０を収容するハウジング内に点火スイッチ４５が収容され、電子制御ユニット３２を収容するハウジング内にエネルギ投入部５０が収容されてもよい。

（オ）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で構成されてもよい。また、充電スイッチ及び放電スイッチは、ＭＯＳＦＥＴに限らず、他のスイッチング素子で構成されてもよい。
（カ）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って安定化した直流安定化電源等で構成されてもよい。

（キ）電子制御ユニット３２は、点火制御部３３及びエンジン制御部３４の機能部分が一つのユニットとして構成されてもよく、或いは、信号線等によって互いに通信される別体のユニットとして構成されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１３ ・・・内燃機関、 １７ ・・・燃焼室、
３０（３０１、３０２） ・・・点火装置、
３３ ・・・点火制御部（投入エネルギ制御手段）、
３４ ・・・エンジン制御部（内燃機関制御手段）、
４０ ・・・点火コイル、
４１ ・・・一次コイル、 ４２ ・・・二次コイル、
４５ ・・・点火スイッチ、
４９ ・・・異常判定部、
５０ ・・・エネルギ投入部、
５１ ・・・昇圧回路部、 ５１１、５１２ ・・・昇圧ユニット、
６ ・・・バッテリ（直流電源）、
７ ・・・点火プラグ。

Claims (5)

1. 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）の動作を制御する点火装置（３０１）であって、
   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）、及び、前記点火プラグの電極に接続され、前記一次電流の通電および遮断による二次電圧が発生し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、点火信号（ＩＧＴ）にしたがって前記一次電流の通電と遮断とを切り替える点火スイッチ（４５）と、
   前記直流電源の電源電圧を昇圧可能な複数の昇圧ユニット（５１１、５１２）が互いに並列に接続されて構成された昇圧回路部（５１）と、
   前記点火スイッチにより前記一次電流を遮断し、前記遮断による二次電圧で前記点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、前記昇圧回路部が出力したエネルギを前記点火コイルに投入するエネルギ投入部（５０）と、
   前記昇圧回路部における前記複数の昇圧ユニットのうちのいずれかが異常であることを判定する異常判定部（４９）と、
   前記エネルギ投入部による投入エネルギを制御する投入エネルギ制御手段（３３）と、
   を備え、
   前記異常判定部によっていずれかの前記昇圧ユニットの異常が判定されたとき、
   前記投入エネルギ制御手段は、前記昇圧回路部の能力に応じて、前記二次電流の目標値（Ｉ２^*）、又は、前記エネルギ投入期間の少なくとも一方を変更することを特徴とする点火装置。
2. 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）の動作を制御する点火装置（３０２）であって、
   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）、及び、前記点火プラグの電極に接続され、前記一次電流の通電および遮断による二次電圧が発生し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、点火信号（ＩＧＴ）にしたがって前記一次電流の通電と遮断とを切り替える点火スイッチ（４５）と、
   前記直流電源の電源電圧を昇圧可能な複数の昇圧ユニット（５１１、５１２）が互いに並列に接続されて構成された昇圧回路部（５１）と、
   前記点火スイッチにより前記一次電流を遮断し、前記遮断による二次電圧で前記点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間（ＩＧＷ）において、前記昇圧回路部が出力したエネルギを前記点火コイルに投入するエネルギ投入部（５０）と、
   前記昇圧回路部における前記複数の昇圧ユニットのうちのいずれかが異常であることを判定する異常判定部（４９）と、
   を備え、
   前記異常判定部によっていずれかの前記昇圧ユニットの異常が判定されたとき、
   前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御手段（３４）に対し、前記昇圧回路部の能力に応じて、混合気の空燃比を変更するように指令することを特徴とする点火装置。
3. 前記エネルギ投入手段は、
   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１または２に記載の点火装置。
4. 前記昇圧回路部における前記複数の昇圧ユニットは、電気的性能が互いに同等に設定されており、
   前記投入エネルギ制御部は、前記異常判定部によって異常と判定された前記昇圧ユニットの数に基づき、前記昇圧回路部の能力を判断す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. 前記昇圧回路部は、一端が前記直流電源に接続されたエネルギ蓄積コイル（５２１、５２２）、及び、前記エネルギ蓄積コイルの他端とグランドとの間に接続され前記エネルギ蓄積コイルからグランドへの電流経路を開閉可能な充電スイッチ（５３１、５３２）を有し、
   前記異常判定部は、前記充電スイッチの接地側に設けられた電流検出抵抗（５４１、５４２）の検出値に基づき、前記昇圧ユニットの異常を判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の点火装置。

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