JP6373932B2 - 放電停止装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用点火装置による火花放電を放電途中で停止させる放電停止装置に関するものである。

周知のように、点火主回路と、直流電源と、点火制御手段とを備えた電流遮断型の内燃機関用点火装置がある。点火主回路は、点火コイルと該点火コイルの一次巻線に対して直列に接続された点火用スイッチとを有して一次巻線と点火用スイッチとにより一次電流通電回路が構成されている。

直流電源は、一次電流通電回路の両端に印加するための直流電圧を出力する。そして、点火制御手段は、点火用スイッチを内燃機関の点火時期よりも前のタイミングでオン状態にした後点火時期にオフ状態にするように制御する。

さらに、点火制御手段は、点火用スイッチがオフ状態になった際に点火コイルの一次巻線に誘起する高い電圧（通常は、４００Ｖ程度）を、該点火コイルによりさらに昇圧することにより、点火コイルの二次巻線に点火用の高電圧を誘起させる。そして、点火制御手段は、この点火用高電圧を内燃機関の気筒に取りつけられた点火プラグに印加することにより、機関を点火するようになっている。

この種の点火装置においては、機関の低速時などに必要とする最大の点火エネルギを得ることができるように回路が設計される。このため、機関の高速運転時のように、必要とする点火エネルギが比較的小さくて済む状況になると、点火エネルギが過剰になるという問題を有している。

従来から、電流遮断型の点火装置の点火エネルギを制御する提案がなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１の点火装置は、点火動作時に点火コイルの一次巻線に誘起する電圧がアノードカソード間に順方向に印加される向きの点火エネルギ制御用のサイリスタを、点火コイルの一次巻線に対して並列に接続している。

そして、特許文献１は、点火時期に点火コイルの一次電流を遮断した後、適当なタイミングでこのサイリスタをオン状態にして点火コイルの一次巻線を短絡している。特許文献１は、このような短絡動作を採用することにより、点火出力を減衰させて、点火エネルギが過剰にならないように制御している。

また、特許文献２は、点火コイルの一次巻線と点火用スイッチとの直列回路に対して並列に単方向通電素子を接続して、点火動作を行った後に、電源スイッチをオフし、点火用スイッチを再導通させている。特許文献２は、このようにして点火コイルの一次巻線を短絡する短絡回路を構成させ、点火エネルギを制御している。

また、一次巻線を短絡させる以外にも、特許文献３のように、コンデンサを用いて一次巻線の電流を徐々に減衰させることでも、火花放電を停止させることができる。

上記のように、点火エネルギの制御手段を設けることで、点火エネルギが過剰になることを防ぐことができる。この結果、点火プラグの無用の消耗を防ぐことができ、点火プラグの寿命を延ばすことができる。

特開２００１−１２３３８号公報 特開２００３−３１４４１９号公報 特開２００１−１９３６２１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上記のような一次巻線の両端を短絡させることによる点火エネルギの制御手段を備えた従来の点火装置において、一次巻線の両端を短絡させた閉ループ経路には、一次巻線の内部抵抗以外にも、閉ループを形成する素子のオン抵抗や配線抵抗等による抵抗成分が存在する。

また、一次コイル短絡動作開始から点火コイル内の磁気エネルギ消費が完了するまでの時間を短縮させる目的、あるいは放電停止動作時のエネルギ消費を点火コイルの一次巻線と閉ループ経路に分散させて一次巻き線の発熱を抑制する目的で、閉ループ経路内に抵抗器を設置する場合がある。そのような場合には、一次巻線の閉ループ経路の抵抗値が高くなる。

しかしながら、一次巻線の閉ループ経路の抵抗値が高い場合には、点火コイル内に残されている磁束により発生する電流が制限される。この結果、放電停止動作開始から二次巻線での火花放電が停止完了するまでの時間が長くなる。さらに、抵抗値が高くなる場合には、二次巻線での火花放電を停止するだけの電流値に到達しなくなり、二次巻線側での火花放電が電流値の小さい状態で残ることになる。

一次巻線の閉ループ経路の抵抗値増大によって起こる放電停止完了までの長期化は、放電停止による点火エネルギの制御性能を低下させる。また、放電停止までの間に内燃機関気筒内の流動により放電が吹き消え、再度放電するといった繰り返し現象（多重放電）を引き起こす可能性がある。このような多重放電が発生すると、逆に点火プラグの電極の消耗を早めてしまい、点火プラグの耐久性に悪影響を及ぼす。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたものであって、点火装置による放電を放電途中で素早く確実に停止させることのできる放電停止装置を得ることを目的とするものである。

本発明に係る放電停止装置は、間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを有し、間隙に火花放電を発生させることで内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグと、１次コイルと、１次コイルと磁気結合する２次コイルと、を含む点火コイルと、１次コイルへ電流を供給する電源装置と、１次コイルと電源装置との間に配置され、電源装置から供給される電流の導通状態／遮断状態の切り替えを行う第１スイッチと、第１スイッチを導通状態に切り替えることで１次コイルに電流を通電させ、可燃混合気を着火させるために十分な火花放電を点火プラグに発生させるためのエネルギを１次コイルに蓄積させ、１次コイルにエネルギが蓄積されている状態で、第１スイッチを遮断状態に切り替え、電流を遮断し、２次コイルに高電圧を発生させ、高電圧により点火プラグの間隙に火花放電を発生させるコントローラとを備えた内燃機関用点火装置において、火花放電を放電途中で停止させる放電停止装置であって、１次コイルの両端をつなぐ還流経路中に配置され、還流経路の導通状態／遮断状態の切り替えを行う第２スイッチを備え、コントローラは、火花放電の発生中に、第１スイッチを導通状態に切り替え、１次コイルに電流を再通電させる再通電制御処理部と、火花放電の発生中に第２スイッチを導通状態に切り替え、還流経路を導通状態にする還流制御処理部とを含んで構成され、再通電制御処理部と還流制御処理部を用いて、火花放電を放電途中で停止させ、再通電制御処理部は、１次コイルに流れる電流の変化量を検出し、電流の変化量があらかじめ設定された閾値以下となっているときに、第１スイッチを遮断状態に切り替え、再通電を終了させるものである。

本発明によれば、電源装置から点火コイルの１次コイルに供給される電流の導通／遮断の切り替えを行う第１スイッチに加え、１次コイルの両端をつなぐ還流経路中に第２スイッチをさらに設け、火花放電の発生中に、第１スイッチを導通状態に切り替え、１次コイルに電流を再通電させる再通電制御処理部と、第２スイッチを火花放電の発生中に導通状態に切り替え、還流経路を導通状態にする還流制御処理部と、を備えて構成されている。この結果、点火装置による放電を放電途中で素早く確実に停止させることのできる放電停止装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における放電停止装置の全体構成を示す電気回路図である。 本発明の実施の形態１における放電停止装置の具体的な構成を示す電気回路図である。 本発明の実施の形態１に係る図２の回路構成を備えた放電停止装置における各部の波形を示したタイムチャートである。 本実施の形態１におけるＥＣＵにより実行される点火制御処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態１における電流検出器を備えた放電停止装置の具体的な構成を示す電気回路図である。 本発明の実施の形態１におけるＥＣＵにより実行される点火制御処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態２における放電停止装置の具体的な構成を示す電気回路図である。 本発明の実施の形態２に係る図７の回路構成を備えた放電停止装置における各部の波形を示したタイムチャートである。

以下、本発明の放電停止装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態では、単気筒の内燃機関について説明を行うが、本発明は、複数気筒を備える内燃機関についても適用できる。その場合、同様な基本構成の放電停止装置を気筒数分備えてもよいし、一次巻線短絡手段等の放電停止装置の一部構成要素を複数気筒で共有してもよい。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における放電停止装置の全体構成を示す電気回路図である。図１に示すように、本実施の形態１で示す基本的な構成は、点火コイル１、点火プラグ２、スイッチ３、スイッチ４、電源装置５、抵抗６、および制御装置７を備えている。

点火コイル１は、点火コイル１に磁気エネルギを注入する一次巻線１ａと、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ２に点火用高電圧を発生させる二次巻線１ｂとで構成される。スイッチ３は、一次巻線１ａと直列接続されており、閉状態となることで、一次巻線１ａ、スイッチ３、電源装置５による閉回路が構成される。

スイッチ４は、一次巻線１ａの両端を短絡するためのスイッチであり、一次巻線１ａとスイッチ４で形成される閉ループ経路内には抵抗６が接続されている。また、電源装置５は、放電用の電気エネルギを供給する電源である。抵抗６は、スイッチ４がオン状態時の一次巻線１ａの閉ループ経路の抵抗成分を表しており、スイッチ４のオン抵抗や配線抵抗などを含む抵抗値である。

さらに、制御装置７は、第１指令信号Ｓａおよび第２指令信号Ｓｂを各々出力することで、スイッチ３、スイッチ４の開閉制御を行う。

そして、一次巻線１ａの一端は、電源装置５の正極に接続され、他端は、スイッチ３を介して電源装置５の負極に接続される。スイッチ３のオンオフは、制御装置７の第１指令信号Ｓａにより制御される。一方、二次巻線１ｂの両端は、それぞれ点火プラグの中心電極と側方電極に接続される。

さらに、一次巻線１ａの一端には、スイッチ４の一端が接続され、スイッチ４の他端は、抵抗６を介して一次巻線１ａの他端に接続される。スイッチ４をオンすることで、一次巻線１ａを短絡させることができる。スイッチ４のオンオフは、制御装置７の第２指令信号Ｓｂによって制御される。

そして、第１指令信号Ｓａによってスイッチ３がオフされる場合には、一次巻線１ａに電流が流れることはない。また、第２指令信号Ｓｂによってスイッチ４がオフ状態で、第１指令信号Ｓａによってスイッチ３がオンされると、電源装置５の正極側から点火コイルの一次巻線１ａを通って電源装置５の負極側に至る通電経路が形成され、一次巻線１ａに一次電流ｉ１が流れる。

次に、一次巻線１ａに一次電流ｉ１が流れて点火コイルに磁気エネルギが蓄えられている状態で、第１指令信号Ｓａによりスイッチ３がオフされると、一次巻線１ａへの一次電流ｉ１の通電が停止し、一次電流ｉ１が遮断させる。すると、二次巻線１ｂに点火用高電圧が発生し、これが点火プラグ２に印加されることで、点火プラグ２の電極間に火花放電が発生する。

火花放電中に、あらかじめ設定した時刻で、第１指令信号Ｓａによってスイッチ３が再度オンされると、電源装置５の正極側から一次巻線１ａに再通電がはじまる。再通電に伴う一次電流ｉ１により、点火コイルに残された磁束Φに対応する磁界Ｈが発生すると、二次巻線１ｂに点火用高電圧とは逆極性の電圧が発生する。

この結果、点火プラグ２での火花放電が強制的に停止される。また、一次巻線１ａに再通電する時間は、制御装置７内の再通電時間算出手段によって、点火コイル１内の残り磁束Φに対して最適に制御される。

次に、制御装置７は、第２指令信号Ｓｂによりスイッチ４をオンすることで、点火コイル１の一次巻線１ａの両端が短絡されて一次巻線１ａとスイッチ４と抵抗６による閉ループが形成された状態で、第１指令信号Ｓａによりスイッチ３をオフする。すると、点火コイル１内の磁束エネルギにより、形成された一次巻線１ａの閉ループに電流が流れはじめ、閉ループ内の抵抗成分によって点火コイル内に残された磁気エネルギが消費される。

一次巻線１ａを短絡させるスイッチ４がオフ状態で点火用スイッチ３をオフにすると、再通電が終了する時刻で、二次巻線１ｂで点火用高電圧が発生し、再放電が起こってしまう。そのため、点火用のスイッチ３をオフする以前の時刻で、一次巻線１ａを短絡させるスイッチ４をオンしておく必要がある。

その後、点火コイル内の磁気エネルギを消費完了し、スイッチ４をオフにして１次巻線の短絡を開放する。このようにして、内燃機関の１燃焼サイクルにおける火花放電が終了する。

図１に示す基本構成により、本実施の形態１に係る放電停止装置の一連の手順を説明した。しかしながら、この説明は、概念的であるため、実際に本発明の放電停止装置を実施することを想定し、図１の構成をさらに具体化した放電停止装置の構成について、図２を用いて説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における放電停止装置の具体的な構成を示す電気回路図である。図２に示すように、先の図１の回路構成を具体化した放電停止装置は、点火コイル１０１、点火プラグ１０２、ＩＧＢＴ１０３、サイリスタ１０４、電源装置（バッテリ）１０５、電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１０６、および抵抗１０７を備えている。

点火コイル１０１は、一次巻線１０１ａ、二次巻線１０１ｂ、および整流素子１０８で構成されている。点火プラグ１０２は、内燃機関の気筒に設けられている。ＩＧＢＴ１０３は、一次巻線１０１ａと直列接続されている。サイリスタ１０４は、一次巻線１０１ａの両端を短絡するために一次巻線１０１ａと並列接続されている。電源装置（バッテリ）１０５は、放電用の電気エネルギ（例えば、電圧１２Ｖ）を供給する。

さらに、電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１０６は、ＩＧＢＴ１０３およびサイリスタ１０４に対して、第１指令信号Ｓ１ａおよび第２指令信号Ｓ１ｂを各々出力する。

また、抵抗１０７は、サイリスタ１０４に直列接続される。抵抗１０７は、サイリスタ１０４がオン状態時の一次巻線１０１ａの閉ループ経路の抵抗成分を表しており、サイリスタのオン抵抗や配線抵抗などを含む。

そして、一次巻線１０１ａの一端は、電源装置１０５の正極に接続され、他端は、ＩＧＢＴ１０３のコレクタに接続されている。また、二次巻線１０１ｂの一端は、整流素子１０８を介して、電源装置１０５の正極に接続されている一次巻線１０１ａの一端に接続され、他端は、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａに接続されている。

そして、点火プラグ１０２の側方電極１０２ｂは、電源装置１０５の負極と同電位のグランドに接地されている。ＩＧＢＴ１０３のベースは、ＥＣＵ１０６と接続され、ＩＧＢＴ１０３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１０４は、カソードが一次巻線１０１ａと電源装置１０５との接続端に、アノードが抵抗１０７を通じて一次巻線１０１ａとＩＧＢＴ１０３との接続端に、ゲートがＥＣＵ１０６に、それぞれ接続されている。

そして、ＥＣＵ１０６からＩＧＢＴ１０３に対して出力される第１指令信号Ｓ１ａがローレベル（一般にグランド電位）である場合には、ＩＧＢＴ１０３にベース電流は流れず、ＩＧＢＴ１０３はオフ状態となる。この結果、ＩＧＢＴ１０３を通じて一次巻線１０１ａに電流が流れることはない。

また、第１指令信号Ｓ１ａがハイレベルである場合には、ＩＧＢＴ１０３はオン状態となる。この結果、電源装置１０５の正極側から点火コイル１０１の一次巻線１０１ａを通って電源装置１０５の負極側に至る、一次巻線１０１ａの通電経路が形成され、一次巻線１０１ａに一次電流ｉ１が流れる。

したがって、第１指令信号Ｓ１ａがハイレベルであり、一次巻線１０１ａに一次電流ｉ１が流れている状態の時に、第１指令信号Ｓ１ａがローレベルに切り替わると、ＩＧＢＴ１０３がターンオフし、一次巻線１０１ａへの一次電流ｉ１の通電が停止され、一次電流ｉ１が遮断させることになる。

すると、点火コイル１０１の二次巻線１０１ｂに点火用高電圧が発生する。そして、この点火用高電圧が点火プラグ１０２に印加されることで、点火プラグ１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間に火花放電が発生する。

なお、点火コイル１０１は、ＩＧＢＴ１０３による一次巻線１０１ａへの通電遮断により、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａ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いる。この結果、火花放電に伴い二次巻線１０１ｂに流れる二次電流ｉ２は、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａから二次巻線１０１ｂを通って、一次巻線１０１ａ側に流れる。

また、二次巻線１０１ｂと一次巻線１０１ａとの接続部分には、二次巻線１０１ｂから一次巻線１０１ａ側の順方向に電流が流れることを許容し、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１０８が設けられている。

図２に示した本実施の形態１の具体例では、整流素子１０８として、アノードが二次巻線１０１ｂに、カソードが一次巻線１０１ａに接続されたダイオードが設けられている。そして、この整流素子１０８の動作によって、ＩＧＢＴ１０３のターンオン時、すなわち、一次巻線１０１ａへの通電開始時に、二次巻線１０１ｂに電流が流れることが阻止される。

次に、ＥＣＵ１０６からサイリスタ１０４に対して出力される第２指令信号Ｓ１ｂがローレベルである場合には、サイリスタ１０４がオフ状態となる。このため、一次巻線１０１ａの両端が、サイリスタ１０４により短絡されることはない。

また、第２指令信号Ｓ１ｂがハイレベルである場合には、サイリスタ１０４がオン状態となり、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａの両端が短絡される。この結果、一次巻線１０１ａとサイリスタ１０４と抵抗１０７による閉ループが形成される。

なお、サイリスタ１０４がオン状態のとき、一次巻線１０１ａに流れる電流は、ＩＧＢＴ１０３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。図２の回路構成では、整流素子１０８の一端は、二次巻線１０１ｂ側に接続されるが、整流素子１０８の一端がグランドに接続された構成を採用しており、この構成によっても同様の効果が得られる。

続いて、タイミングチャートを用いて、図２の回路構成の一連動作について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る図２の回路構成を備えた放電停止装置における各部の波形を示したタイムチャートである。

具体的には、この図３では、図２に示す回路図における、第１指令信号Ｓ１ａ、第２指令信号Ｓ１ｂ、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａに流れる一次電流ｉ１、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａの電位Ｖｐ、および点火コイル１０１の二次巻線１０１ｂに流れる二次電流ｉ２の各状態を、上段から順にタイミングチャートとして示している。

時刻ｔ１１にて、ＥＣＵ１０６は、第１指令信号Ｓ１ａをローレベルからハイレベルに切り換える。この結果、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａに一次電流ｉ１が流れる。その後、ＥＣＵ１０６は、あらかじめ設定された通電時間が経過した時刻ｔ１２にて、第１指令信号Ｓ１ａをハイレベルからローレベルに切り換え、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａへの一次電流ｉ１の通電を遮断する。

遮断した結果、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａ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１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間に火花放電が発生する。

そして、点火プラグ１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間に火花放電が発生した後、内燃機関の運転状態に基づいて算出された火花放電維持時間が経過した時刻ｔ１３にて、ＥＣＵ１０６は、第１指令信号Ｓ１ａをローレベルからハイレベルに再び切り替る。この結果、一次巻線１０１ａに再通電の一次電流ｉ１が流れはじめる。

点火コイル１０１の鉄芯に残されている磁束Φに対応する磁界Ｈを発生する電流値にまで再通電の一次電流ｉ１が達する時刻ｔ１５において、火花発生時に二次巻線１０１ｂ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１０１ｂに誘導される。この結果、電極１０２ａ−１０２ｂ間の電圧が放電維持電圧を下回ると、点火プラグ１０２での火花放電が強制的に遮断される。

鉄芯に残されている磁束Φが多いほど、火花放電が停止する一次電流ｉ１は、高くなる。このため、鉄芯に残されている磁束Φが多いほど、必要な再通電時間は、長くなる。

放電停止後に再通電を続けると、コイルに追加で無用な磁束Φが蓄えられる。このため、ＥＣＵ１０６は、再通電時間算出手段によって算出された再通電終了時刻ｔ１６にて、第１指令信号Ｓ１ａをハイレベルからローレベルに再度切り替えることで、再通電を停止させる。

なお、ＥＣＵ１０６は、この時刻ｔ１６以前の時刻ｔ１４において、第２指令信号Ｓ１ｂをローからハイレベルに切り替え、サイリスタ１０４をオン状態にして、一次巻線１０１ａの両端を短絡しておく。この結果、再通電後は、点火コイル１５に残されている磁束Φによって、一次巻線１０１ａとサイリスタ１０４と抵抗１０７により形成される閉ループに一次電流ｉ１が流れ始める。

ここで、サイリスタ１０４をオン状態にする時刻ｔ１４は、時刻ｔ１３から時刻ｔ１６までの間の任意の時刻でよい。

この時、一次巻線１０１ａの閉ループ経路の抵抗成分１０７が大きくなると、磁束Φに対応する磁界Ｈを発生する電流値にまで一次電流ｉ１が上昇しなくなり、再度、点火プラグ１０２に点火用高電圧と同極性の電圧が発生する。しかしながら、再絶縁破壊電圧は、放電維持電圧（数百Ｖ程度）に比べて圧倒的に高電圧（数ｋＶから数十ｋＶ）である。このため、点火プラグ１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間には、再度の火花放電は発生しない。

点火コイル１０１に残されていた磁束Φが一次巻線１０１ａの内部抵抗と閉ループ経路の抵抗成分１０７によって消費されて、一次電流ｉ１が徐々に減少していく。そして、磁束が消費された時刻ｔ１７において、一次電流ｉ１は、流れなくなる。

その後、ＥＣＵ１０６は、時刻ｔ１８において、第２指令信号Ｓ１ｂをハイレベルからローレベルに切り替えることで、サイリスタ１０４をターンオフさせる。この結果、一次巻線１０１ａとサイリスタ１０４とによ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火花放電が終了する。

次に、上述した図３のタイミングチャートを用いて、再通電時間算出手段による演算処理について説明する。再通電時間算出手段は、点火プラグ１０２の電極間での放電の切れを保障し、なおかつ、コイルに無駄な磁束が蓄えられないように再通電時間を算出する。つまり、再通電時間は、点火プラグ１０２の電極間での放電が切れる時刻ｔ１５から、再通電が終了する時刻ｔ１６までの時間が短くなるように、設定されなければいけない。

再通電時間算出手段による再通電時間算出例その１．
算出例その１では、再通電時間算出部は、一次巻線への初期通電時間（以下、一次通電時間と呼ぶ）と火花放電維持時間を用いて、再通電時間を算出する。点火コイル１内の磁束Φは、一次通電遮断時である時刻ｔ１２のときが最大であり、点火プラグ１０２で火花放電が続いている間に、磁束Φが消費されていく。

そのため、時刻ｔ１２と時刻ｔ１３の間隔に相当する放電維持時間が短いほど、点火コイル内に残っている磁束が多くなる。よって、火花放電時間が短いほど、放電停止に要する一次巻線への再通電の電流値は高くなり、再通電時間算出手段は、時刻ｔ１３と時刻ｔ１６の間隔に相当する再通電時間を長く設定する。

例えば、算出される再通電時間は、
再通電時間＝（α×一次通電時間×残留磁束割合）
と考えることができる。ここで、
α＝（α１／α２）
であり、α１は、磁束Φに対応する磁界Ｈを発生する電流値であり、α２は、再通電開始から放電停止までの区間に相当する再通電区間での電流値の増加速度である。α１とα２は、点火コイルの実験データや設計パラメータから決定することができる。

また、残留磁束割合は、一次通電終了時の磁束Φを最大として、放電停止開始時に点火コイル内に残された磁束Φの割合であり、
残留磁束割合＝（１−（放電維持時間／通常放電維持時間））
と考えられる。

ここで、通常放電維持時間は、放電停止を行わない場合と同じ放電条件での火花放電維持時間である。

例として、一次通電時間を５［ｍｓ］、放電維持時間を０．２［ｍｓ］、通常放電維持時間を２［ｍｓ］、実験により決定したαを０．０２とすると、残留磁束割合は、０．９となり、再通電時間は、０．０９［ｍｓ］と算出できる。

このようにして算出された再通電時間で再通電停止時刻ｔ１６を設定することで、点火プラグ１０２での放電を遮断可能な再通電電流を流すことができる。

そして、時刻ｔ１６を適切に設定することで、必要以上に長く再通電が行われないため、無用なコイル発熱が抑制される。このような再通電時間の演算は、点火周期毎に行ってもよく、また、あらかじめ設定したマップを用いて行ってもよい。

次に、ＥＣＵ１０６において実行される点火制御処理をフローチャートに沿って説明する。図４は、本実施の形態１におけるＥＣＵ１０６により実行される点火制御処理のフローチャートである。なお、この図４のフローチャートは、一例として、図３の回路構成に対応している。

ＥＣＵ１０６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る。さらに、ＥＣＵ１０６は、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。

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、ステップＳ１０１にて、ＥＣＵ１０６は、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込む。

次に、ステップＳ１０２にて、ＥＣＵ１０６は、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、火花放電維持時間Ｔｔを算出し、さらに、火花放電発生時期ｔｓと火花放電維持時間Ｔｔから再通電開始時期ｒｂを算出する。

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、火花放電維持時間Ｔｔ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、混合気を燃焼させるのに要する火花エネルギが大きい第１の運転条件下では長く、火花エネルギが小さくてよい第２の運転条件下では短くなるように、あらかじ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。具体的には、第１の運転条件とは、内燃機関の低負荷低回転時等に相当し、第２の運転条件とは、高負荷高回転時等に相当する。

ここでは、火花放電発生時期ｔｓは、Ｂ２０°、火花放電維持時間Ｔｔは、０．２［ｍｓ］とする。また、混合気に点火するには、火花放電時間は、０．０５［ｍｓ］以上とするとよい。よって、一次巻線への再通電が開始される再通電開始時期ｒｂは、火花放電発生時期ｔｓ＝Ｂ２０°の時刻からカウントして、火花放電維持時間Ｔｔ＝０．２［ｍｓ］だけ経過した時刻となる。

次に、ステップＳ１０３にて、ＥＣＵ１０６は、再通電維持時間算出部により、再通電維持時間Ｒｔ、一次巻線短絡時間Ｔｂを算出する。

再通電維持時間Ｒｔは、一次通電時間と火花放電維持時間Ｔｔに基づいて、火花放電が停止する再通電の電流値が低い場合には短く、火花放電が停止する再通電の電流値が高い場合には長くなるように、あらかじ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。

具体的には、火花放電が停止する再通電の電流値が低い場合とは、点火コイル１０１に残されている磁束Φが多い場合に相当し、火花放電が停止する再通電の電流値が高い場合とは、点火コイル１０１に残されている磁束Φが多い場合に相当する。

ここでは、算出された再通電時間Ｒｔは、０．０５［ｍｓ］とする。再通電による発熱を抑制するには、再通電時間Ｒｔは、０．５［ｍｓ］以下となる範囲で算出するとよい。

さらに、一次巻線短絡時間Ｔｂは、例えば、火花放電維持時間Ｔｔに基づいて、点火コイル１０１に残された磁束Φが消費されるまでサイリスタ１０４のオン状態を継続するように、あらかじ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、一次巻線短絡時間Ｔｂは、火花放電維持時間Ｔｔが長い場合には短く、火花放電維持時間Ｔｔが短い場合（点火コイル１０１に残されている磁束Φが多い場合）には長くなるように設定される。

具体的には、火花放電維持時間Ｔｔが長い場合とは、点火コイル１０１に残されている磁束Φが少ない場合に相当し、火花放電維持時間Ｔｔが短い場合とは、点火コイル１０１に残されている磁束Φが多い場合に相当する。ここでは、一次巻線短絡時間Ｔｂは、７［ｍｓ］とする。

次に、ステップＳ１０４にて、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ１０２にて算出した火花放電発生時期ｔｓよりも、あらかじめ設定された一次通電時間だけ早い、一次巻線１０１ａの通電開始時期を求める。そして、ＥＣＵ１０６は、通電開始時期に達した時点、すなわち、先の図３に示す時刻ｔ１１の時点で、第１指令信号Ｓ１ａをローレベルからハイレベルに変化させる。

第１指令信号Ｓ１ａをローレベルからハイレベルに切り換えると、ＩＧＢＴ１０３がオン状態になる。このため、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａに一次電流ｉ１が流れる。

そして、ステップＳ１０５にて、ＥＣＵ１０６は、クランク角センサからの検出信号に基づき、ステップＳ１０２で算出した火花放電発生時期ｔｓに達したか否かを判断する。そして、ＥＣＵ１０６は、ＮＯと判定した場合には、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。

一方、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ１０５にて、火花放電発生時期ｔｓに達したと判断すると、すなわち、時刻ｔ１２になったと判断すると、ステップＳ１０６に移行する。

次に、ステップＳ１０６にて、ＥＣＵ１０６は、図３の時刻ｔ１２に示したように、第１指令信号Ｓ１ａをハイレベルからローレベルに反転させる。この結果、ＩＧＢＴ１０３がターンオフして、一次電流ｉ１が遮断されて、点火コイル１０１の二次巻線１０１ｂに点火用高電圧が誘導され、点火プラグ１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間に火花放電が発生する。

続いて、ステップＳ１０７にて、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ１０５にて火花放電発生時期ｔｓに達したと判断した後、ステップＳ１０２にて算出した火花放電維持時間Ｔｔで火花放電を遮断開始するように設定された再通電開始時期ｒｂに達したか否かを判断する。そして、ＥＣＵ１０６は、再通電開始時期ｒｂに達したと判断すると、すなわち、時刻ｔ１３に達したと判断すると、ステップＳ１０８に移行する。

次に、ステップＳ１０８にて、ＥＣＵ１０６は、第１指令信号Ｓ１ａをローレベルからハイレベルに切り換える。これにより、電源１０５から点火コイル１０１の一次巻き線１０１ａに再通電が発生し、電流ｉ１が流れ始める。

次に、ステップＳ１０９にて、ＥＣＵ１０６は、第２指示信号Ｓ１ｂをローレベルからハイレベルに切り換える。この処理は、後述するステップＳ１１１で第１指令信号Ｓ１ａをハイレベルからローレベルに切り替えるまでに行わなければいけない。

続いて、ステップＳ１１０にて、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ１０７にて再通電開始時期ｒｂに達したと判断された後、ステップＳ１０３にて算出した、火花放電維持時間Ｔｔで火花放電を遮断開始するように設定された再通電維持時間Ｒｔに達したか否かを判断する。そして、ＥＣＵ１０６は、再通電維持時間Ｒｔに達した、すなわち、時刻ｔ１６である、と判断すると、ステップＳ１１１に移行する。

ステップＳ１１１にて、ＥＣＵ１０６は、第１指令信号Ｓ１ａをハイレベルからローレベルに切り換える。これにより、電源１０５から点火コイル１０１の一次巻き線１０１ａへの再通電が止まる。それと同時に、点火コイル１０１に残っている磁束によって、一次巻線１０１ａとサイリスタ１０４とで形成される閉ループに、一次電流ｉ１が流れ始める。

このステップ後、点火コイル１０１に残されていた磁束が、一次巻線１０１ａの内部抵抗と抵抗１０７によって消費されていき、一次巻線１０１ａとサイリスタ１０４との閉ループに流れる一次電流ｉ１が減少していく。

続く、ステップＳ１１２にて、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ１０９で第２指令信号Ｓ１ｂがローレベルからハイレベルに変更された後、ステップＳ１０３で算出された一次巻線短絡時間Ｔｂが経過したか否かを判定する。そして、ＥＣＵ１０６は、ＹＥＳと判定した場合には、ステップＳ１１３に移行し、ＮＯと判定した場合には、同じステップを繰り返し実行することで待機する。

そして、一次巻線短絡時間Ｔｂが経過し、時刻ｔ１８に到達すると、ステップＳ１１３にて、ＥＣＵ１０６は、第２指令信号Ｓ１ｂをハイレベル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。

再通電時間算出手段による再通電時間算出例その２．
算出例その２では、再通電時間算出部は、再通電時の一次巻線１０１ａの電流変化によって再通電時間を算出する。これが特に有効なケースは、内燃機関気筒内の流動等に火花放電が流され伸長するとき、あるいは放電経路が変化する等の場合である。

そのような時、点火プラグ１０２で火花放電が続いている間の磁束Φの減少速度は、エンジン気筒内の放電状況によって大きく変化する。そのため、同じ火花放電維持時間でも点火コイル内に残される磁束Φは、同じではない。つまり、実際の内燃機関気筒内において、一次通電時間と火花放電維持時間による演算では、点火コイル内に残される磁束Φに適した再通電時間の算出が困難である。

点火コイル内に残っている磁束Φに対応する磁界Ｈが発生し、点火プラグ１０２での火花放電が停止する時刻ｔ１５までは、再通電の電流値は、急速に上昇していく。その一方で、火花放電停止時刻ｔ１５後は、点火コイル１０１の鉄芯にさらに磁束Φを蓄えていくことになるため、時刻ｔ１５以降における再通電の電流上昇速度は、鈍化する。そこで、算出例その２において、再通電時間算出部は、この電流変化によって、放電停止完了時刻ｔ１５を検知する。

例えば、再通電時間算出部は、再通電の電流微分値を取得し、再通電を開始してからある時刻で電流の微分値があらかじめ設定した閾値を下回ったときに、放電停止完了時刻ｔ１５を過ぎてコイルへの再充電に移行したと判断する。この時刻を再通電停止時刻ｔ１６とすると、時刻ｔ１６は、コイル内の残り磁束Φに適した再通電時間の設定となる。

上記のように算出された時刻ｔ１６で再通電を停止させることで、放電停止開始時刻ｔ１３の磁束Φが未知であっても、点火プラグ１０２での放電を遮断可能な再通電電流を流すことができ、なおかつ、必要以上に長く再通電が行われず、無用なコイル発熱を抑制することができる。

この時刻ｔ１６を演算する場合には、放電停止装置の構成として、再通電時の一次巻線１０１ａを流れる再通電の電流変化を検出するための電流検出器を備える必要がある。

図５は、本発明の実施の形態１における電流検出器を備えた放電停止装置の具体的な構成を示す電気回路図である。電流検出抵抗１０９は、電源１０５の正極端子と一次巻線１０１ａとの間に直列に設置される。電流検出抵抗１０９の両端の電圧Ｖ１ａと電圧Ｖ１ｂは、差動増幅器１１０に入力される。

そして、ＥＣＵ１０６は、電流検出抵抗１０９の両端間での電圧降下を差動増幅器１１０によって増幅した出力Ｖ１を測定する。そして、ＥＣＵ１０６は、出力Ｖ１を電流値に変換する。

次に、ＥＣＵ１０６において実行される点火制御処理について、フローチャートに沿って説明する。図６は、本発明の実施の形態１におけるＥＣＵ１０６により実行される点火制御処理のフローチャートである。なお、この図６のフローチャートは、一例として、図５の回路構成に対応している。

ＥＣＵ１０６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る。さらに、ＥＣＵ１０６は、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。

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、ステップＳ２０１にて、ＥＣＵ１０６は、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込む。

次に、ステップＳ２０２にて、ＥＣＵ１０６は、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、火花放電維持時間Ｔｔを算出し、さらに再通電開始時期ｒｂを算出する。

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、火花放電維持時間Ｔｔ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、混合気を燃焼させるのに要する火花エネルギが大きい第１の運転条件下では長く、火花エネルギが小さくてよい第２の運転条件下では短くなるように、あらかじ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。具体的には、第１の運転条件とは、内燃機関の低負荷低回転時等に相当し、第２の運転条件とは、高負荷高回転時等に相当する。

ここでは、火花放電発生時期ｔｓは、Ｂ２０°、火花放電維持時間Ｔｔは、０．２［ｍｓ］とする。また、混合気に点火するには、火花放電時間は、０．０５［ｍｓ］以上とするとよい。よって、一次巻線への再通電が開始される再通電開始時期ｒｂは、火花放電発生時期ｔｓ＝Ｂ２０°の時刻からカウントして、火花放電維持時間Ｔｔ＝０．２［ｍｓ］だけ経過した時刻となる。

次に、ステップＳ２０３にて、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ２０２にて算出した火花放電発生時期ｔｓよりも、あらかじめ設定された一次通電時間だけ早い、一次巻線１０１ａの通電開始時期を求める。そして、ＥＣＵ１０６は、通電開始時期に達した時点、すなわち、先の図３に示す時刻ｔ１１の時点で、第１指令信号Ｓ１ａをローレベルからハイレベルに変化させる。

ステップＳ２０３の処理により、第１指令信号Ｓ１ａをローレベルからハイレベルに切り換えると、ＩＧＢＴ１０３がオン状態になる。このため、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａに一次電流ｉ１が流れる。

そして、ステップＳ２０４にて、ＥＣＵ１０６は、クランク角センサからの検出信号に基づき、ステップＳ２０２で算出した火花放電発生時期ｔｓに達したか否かを判断する。そして、ＥＣＵ１０６は、ＮＯと判定した場合には、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。

一方、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ２０４にて、火花放電発生時期ｔｓに達したと判断すると、すなわち、時刻ｔ１２になったと判断すると、ステップＳ２０５に移行する。

次に、ステップＳ２０５にて、ＥＣＵ１０６は、図３の時刻ｔ１２に示したように、第１指令信号Ｓ１ａをハイレベルからローレベルに反転させる。この結果、ＩＧＢＴ１０３がターンオフして、一次電流ｉ１が遮断されて、点火コイル１０１の二次巻線１０１ｂに点火用高電圧が誘導され、点火プラグ１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間に火花放電が発生する。

続いて、ステップＳ２０６にて、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ２０４にて火花放電発生時期ｔｓに達したと判断した後、ステップＳ２０２にて算出した火花放電維持時間Ｔｔで火花放電を遮断開始するように設定された再通電開始時期ｒｂに達したか否かを判断する。そして、ＥＣＵ１０６は、再通電開始時期ｒｂに達したと判断すると、すなわち、時刻ｔ１３に達したと判断すると、ステップＳ２０７に移行する

次に、ステップＳ２０７にて、ＥＣＵ１０６は、第１指令信号Ｓ１ａをローレベルからハイレベルに切り換える。これにより、電源１０５から点火コイル１０１の一次巻き線１０１ａに再通電が発生し、電流ｉ１が流れ始める。

次に、ステップＳ２０８にて、ＥＣＵ１０６は、第２指示信号Ｓ１ｂをローレベルからハイレベルに切り換える。この処理は、後述するステップＳ２０１で第１指令信号Ｓ１ａをハイレベルからローレベルに切り替えるまでに行わなければいけない。

次に、ステップＳ２０９にて、ＥＣＵ１０６は、電流ｉ１の微分値を読込む。その後、ステップＳ２１０に移動する。続いて、ステップＳ２１０にて、ＥＣＵ１０６は、電流ｉ１の微分値があらかじめ設定された閾値を下回ったか否か判断する。ＥＣＵ１０６は、ＮＯと判定した場合には、再びステップＳ２０９に戻ることで、電流値ｉ１の微分値が閾値を下回るまで待機する。

一方、ＥＣＵ１０６は、電流ｉ１の微分値があらかじめ設定された閾値を下回る時刻ｔ１６に到達すると、放電停止が完了したと判断する。ここで、事前の放電停止実験により、再通電開始から放電遮断完了までの電流微分値が３０［Ａ／ｍｓ］、放電遮断完了後にコイルに磁束が蓄積される時の電流微分値が２［Ａ／ｍｓ］と得られていたとすると、閾値は、２から３０［Ａ／ｍｓ］の範囲内で設定される。

完全な放電遮断を保障するには、閾値を低く設定するとよい。たとえば、閾値は１０［Ａ／ｍｓ］以下に設定する。

続いて、ステップＳ２１１にて、ＥＣＵ１０６は、第１指令信号Ｓ１ａをハイレベルからローレベルに切り換える。これにより、電源１０５から点火コイル１０１の一次巻き線１０１ａの再通電が止まる。それと同時に、点火コイル１０１に残っている磁束によって、一次巻線１０１ａとサイリスタ１０４とで形成される閉ループに、一次電流ｉ１が流れ始める。

このステップ後、点火コイル１０１に残されていた磁束が、一次巻線１０１ａの内部抵抗と抵抗１０７によって消費されていき、一次巻線１０１ａとサイリスタ１０４との閉ループに流れる一次電流ｉ１が減少していく。

次に、ステップＳ２１２にて、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ２０８でハイレベルに切り替えてからの経過時間である一次巻線短絡時間Ｔｂを算出する。例えば、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ２０８からステップＳ２１１までの期間に相当する再通電時間に基づいて、点火コイル１０１に残された磁束Φが消費されるまでサイリスタ１０４のオン状態を継続するように、あらかじめ設定されたマップ若しくは計算式を用いて、一次巻線短絡時間Ｔｂを算出する。

なお、一次巻線短絡時間Ｔｂは、再通電時間が長い場合には短く、再通電時間が短い場合には長くなるように設定される。具体的には、再通電時間が長い場合とは、点火コイル１０１に残されている磁束Φが少ない場合に相当し、再通電時間が短い場合とは、点火コイル１０１に残されている磁束Φが多い場合に相当する。ここでは、一次巻線短絡時間Ｔｂは、７［ｍｓ］とする。

続く、ステップＳ２１３にて、ＥＣＵ１０６は、ステップＳ２０８で第２指令信号Ｓ１ｂがローレベルからハイレベルに変更された後、ステップＳ２１２で算出された一次巻線短絡時間Ｔｂが経過したか否かを判定する。そして、ＥＣＵ１０６は、ＹＥＳと判定した場合には、ステップＳ２１４に移行し、ＮＯと判定した場合には、同じステップを繰り返し実行することで待機する。

そして、一次巻線短絡時間Ｔｂが経過し、時刻ｔ１８に到達すると、ステップＳ２１４にて、ＥＣＵ１０６は、第２指令信号Ｓ１ｂをハイレベル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。

なお、図３のタイミングチャートにおいて、時刻ｔ１２が火花放電発生時期ｔｓに相当し、時刻ｔ１２から時刻ｔ１５までの期間が火花放電維持時間Ｔｔに相当し、時刻ｔ１３が再通電開始時期ｒｂに相当し、時刻ｔ１３から時刻ｔ１６までの期間が再通電継続時間Ｒｔに相当している。

以上のように、実施の形態１に係る放電停止装置は、火花放電の発生中に、第１スイッチを導通状態に切り替え、１次コイルに電流を再通電させる再通電制御処理部と、１次コイルの一方と、１次コイルのもう一方と、をつなぐ還流経路中に配置される第２スイッチを火花放電の発生中に導通状態に切り替え、還流経路を導通状態にする還流制御処理部と、を備えて構成されている。

この結果、再通電装置と還流装置を用いて、火花放電を停止させることで、火花放電を放電途中で素早く確実に停止させることができる。

さらに、再通電装置は、還流装置により、還流経路が導通状態になっているときに、第１スイッチを遮断状態に切り替え、再通電を終了させることで、火花放電を放電途中で素早く確実に停止させることができる。この結果、再通電による点火コイルの無用な発熱を抑制することができる。

さらに、還流装置は、再放電装置により、１次コイルに電流を再通電させているときに、第２スイッチを導通状態に切り替えることで、火花放電を放電途中で素早く確実に停止させることができる。

さらに、再通電装置は、１次コイルが火花放電を発生させるために蓄積したエネルギの大きさに応じて再通電の期間を調整することで、火花放電を放電途中で素早く確実に停止させることができる。この結果、再通電による点火コイルの無用な発熱を抑制することができる。

さらに、再通電装置は、１次コイルに流れる電流の変化量である電流微分値を検出し、電流の変化量が判定値以下となっているときに、第１スイッチを遮断状態に切り替え、再通電を終了させることができる。この結果、火花放電を放電途中で素早く確実に停止させることができ、再通電による点火コイルの無用な発熱を抑制することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２における放電停止装置の具体的な構成を示す電気回路図である。図７に示すように、本実施の形態２の放電停止装置構成は、点火コイル１０１、点火プラグ１０２、ＩＧＢＴ１０３、電源装置（バッテリ）１０５、ＥＣＵ１０６、トランジスタ２０１、２０２、単方向素子２０３、および抵抗２０４〜２０６を備えている。

点火コイル１０１は、一次巻線１０１ａと二次巻線１０１ｂとからなる。点火プラグ１０２は、内燃機関の気筒に設けられている。ＩＧＢＴ１０３は、一次巻線１０１ａと直列接続され、オン状態となることで、一次巻線１０１ａの両端を短絡する。

電源装置（バッテリ）１０５は、放電用の電気エネルギとして、例えば、電圧１２Ｖを供給する。ＥＣＵ１０６は、第１指令信号Ｓ１ａおよび第２指令信号Ｓ１ｂを各々出力する。

トランジスタ２０１は、電源スイッチを構成している。また、トランジスタ２０２は、トランジスタ２０１をオンオフ制御する。単方向通電素子２０３は、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａに並列に接続されている。

抵抗２０４は、単方向素子２０３に直列に接続されている。抵抗２０５は、トランジスタ２０１のベースと、エミッタが接地されたトランジスタ２０２のコレクタとの間に接続されている。さらに、抵抗２０６は、トランジスタ２０１のエミッタベース間に接続されている。

ここで、抵抗２０４は、トランジスタ２０１がオフ状態、かつＩＧＢＴ１０３がオン状態時の一次巻線１０１ａの閉ループ経路の抵抗成分を表しており、単方向通電素子２０３の順方向抵抗や配線抵抗などを含んでいる。

そして、一次巻線１０１ａの一端は、トランジスタ２０１のコレクタに接続され、他端は、ＩＧＢＴ１０３のコレクタに接続されている。また、二次巻線１０１ｂの一端は、整流素子１０８を介して、電源装置１０５の正極に接続されている一次巻線１０１ａの一端に接続されている。また、二次巻線１０１ｂの他端は、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａに接続されている。

そして、点火プラグ１０２の側方電極１０２ｂは、電源装置１０５の負極と同電位のグランドに接地されている。また、ＩＧＢＴ１０３のベースは、ＥＣＵ１０６と接続され、ＩＧＢＴ１０３のエミッタは、グランドに接地されている。

電源装置１０５の正極側出力端子は、トランジスタ２０１のエミッタに接続されている。トランジスタ２０１のベースは、エミッタが接地されたトランジスタ２０２のコレクタに抵抗２０５を通して接続されている。トランジスタ２０１のエミッタベース間には、抵抗２０６が接続されている。トランジスタ２０２のゲートは、ＥＣＵ１０６に接続されている。

また、点火コイル１０１ の一次巻線１０１ａに対して並列に、単方向通電素子２０３を構成するダイオードが、アノードを接地側に向けて接続されている。抵抗２０４の一端は、トランジスタ２０１のエミッタに接続され、もう一端は、単方向通電素子２０３を構成するダイオードのカソード側に接続されている。

そして、ＥＣＵ１０６からＩＧＢＴ１０３に対して出力される第１指令信号Ｓ２ａが、一般にグランド電位に相当するローレベルであることによりＩＧＢＴ１０３がオフ状態であるか、またはＥＣＵ１０６からトランジスタ２０２に対して出力される第２指令信号Ｓ２ｂが、一般にグランド電位に相当するローレベルであることによりトランジスタ２０１がオフ状態である場合には、一次巻線１０１ａに電流が流れることはない。

また、第１指令信号Ｓ２ａがハイレベルで、ＩＧＢＴ１０３がオン状態であり、なおかつ、第２指令信号Ｓ２ｂがハイレベルで、トランジスタ２０２がオン状態である場合には、電源装置１０５の正極側から点火コイル１０１の一次巻線１０１ａを通って電源装置１０５の負極側に至る、一次巻線１０１ａの通電経路が形成され、一次巻線１０１ａに一次電流ｉ１が流れる。

したがって、第１指令信号Ｓ２ａと第２指令信号Ｓ２ｂがともにハイレベルであり、一次巻線１０１ａに一次電流ｉ１が流れている状態のときに、第１指令信号Ｓ２ａがローレベルになると、ＩＧＢＴ１０３がターンオフし、一次巻線１０１ａへの一次電流ｉ１の通電が遮断されることになる。

すると、点火コイル１０１の二次巻線１０１ｂに点火用高電圧が発生する。そして、この点火用高電圧が点火プラグ１０２に印加されることで、点火プラグ１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間に火花放電が発生する。

なお、点火コイル１０１は、ＩＧＢＴ１０３による一次巻線１０１ａへの通電遮断により、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａ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いる。この結果、火花放電に伴い二次巻線１０１ｂに流れる二次電流ｉ２は、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａから二次巻線１０１ｂを通って、一次巻線１０１ａ側に流れる。

また、二次巻線１０１ｂと一次巻線１０１ａとの接続部分には、二次巻線１０１ｂから一次巻線１０１ａ側の順方向に電流が流れることを許容し、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１０８が設けられている。

図７に示した本実施の形態２の具体例では、整流素子１０８として、アノードが二次巻線１０１ｂに、カソードが一次巻線１０１ａに接続されたダイオードが設けられている。そして、この整流素子１０８の動作によって、ＩＧＢＴ１０３のターンオン時、すなわち、一次巻線１０１ａへの通電開始時に、二次巻線１０１ｂに電流が流れることが阻止される。

なお、本実施の形態２では、整流素子１０８の一端が、二次巻線１０１ｂ側に接続されているが、整流素子１０８の一端が、グランドに接続された構成でも、同様の効果を得ることができる。

次に、ＥＣＵ１０６からＩＧＢＴ１０３に対して出力される第１指令信号Ｓ２ａがハイレベルであり、かつ、ＥＣＵ１０６からトランジスタ２０２に対して出力される第２指令信号Ｓ２ｂがローレベルである場合には、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａの両端が短絡される。

この結果、一次巻線１０１ａとダイオード２０３と抵抗２０４による閉ループが形成される。なお、ダイオード２０３によって、一次巻線１０１ａに流れる電流は、一次電流ｉ１が通電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。

続いて、タイミングチャートを用いて、図７の回路構成の一連動作について説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係る図７の回路構成を備えた放電停止装置における各部の波形を示したタイムチャートである。

具体的には、この図８では、図７に示す回路図における、第１指令信号Ｓ２ａ、第２指令信号Ｓ２ｂ、点火コイル１５の一次巻線１０１ａに流れる一次電流ｉ１、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａの電位Ｖｐ、および点火コイル１０１の二次巻線１０１ｂに流れる二次電流ｉ２の各状態を、上段から順にタイミングチャートとして示している。

ＥＣＵ１０６は、時刻ｔ２０にて、第２指令信号Ｓ２ｂをローレベルからハイレベルに切り換え、その後の時刻ｔ２１にて、第１指令信号Ｓ２ａをローレベルからハイレベルに切り換える。この結果、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａに一次電流ｉ１が流れる。

その後、ＥＣＵ１０６は、あらかじめ設定された通電時間が経過した時刻ｔ２２にて、第１指令信号Ｓ２ａをハイレベルからローレベルに切り換え、点火コイル１０１の一次巻線１０１ａへの一次電流ｉ１の通電を遮断する。

遮断した結果、点火プラグ１０２の中心電極１０２ａ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１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間に火花放電が発生する。

そして、点火プラグ１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間に火花放電が発生した後、内燃機関の運転状態に基づいて算出された火花放電維持時間が経過した時刻ｔ２３にて、ＥＣＵ１０６は、第１指令信号Ｓ２ａをローレベルからハイレベルに再び切り替る。この結果、一次巻線１０１ａに再通電の一次電流ｉ１が流れはじめる。

点火コイル１０１の鉄芯に残されている磁束Φに対応する磁界Ｈを発生する電流値にまで再通電の一次電流ｉ１が達する時刻ｔ２４において、火花発生時に二次巻線１０１ｂ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１０１ｂに誘導される。この結果、電極１０２ａ−１０２ｂ間の電圧が放電維持電圧を下回ると、点火プラグ１０２での火花放電が強制的に遮断される。

鉄芯に残されている磁束Φが多いほど、火花放電が停止する一次電流ｉ１は、高くなる。このため、鉄芯に残されている磁束Φが多いほど、必要な再通電時間は、長くなる。

放電停止後に再通電を続けると、コイルに追加で無用な磁束Φが蓄えられる。このため、ＥＣＵ１０６は、再通電時間算出手段によって算出された再通電終了時刻ｔ２５にて、第２指令信号Ｓ２ｂをハイレベルからローレベルに切り替えることで、再通電を停止させる。

なお、この時刻ｔ２５で一次巻線１０１ａの両端が短絡状態になる。この結果、再通電後は、点火コイル１０１に残されている磁束Φによって、一次巻線１０１ａとダイオード２０３と抵抗２０４により形成される閉ループには、一次電流ｉ１が流れ始める。

本実施の形態２では、第２指令信号Ｓ２ｂは、時刻ｔ２２以降の火花放電中にオン状態である場合について説明した。しかしながら、時刻ｔ２２以降で第２指令信号Ｓ２ｂをオフ状態にし、時刻ｔ２３以前に再度第２指令信号Ｓ２ｂをオン状態にしてもよい。

先の実施の形態１と同様に、一次巻線１０１ａの閉ループ経路の抵抗成分２０４が大きくなると、磁束Φに対応する磁界Ｈを発生する電流値にまで一次電流ｉ１が上昇しなくなり、再度、点火プラグ１０２に点火用高電圧と同極性の電圧が発生する。しかしながら、再絶縁破壊電圧は、放電維持電圧（数百Ｖ程度）に比べて圧倒的に高電圧（数ｋＶから数十ｋＶ）である。このため、点火プラグ１０２の電極１０２ａ−１０２ｂ間には、再度の火花放電は発生しない。

点火コイル１０１に残されていた磁束Φが一次巻線１０１ａの内部抵抗と閉ループ経路の抵抗成分２０４によって消費されて、一次電流ｉ１が徐々に減少していく。そして、磁束が消費された時刻ｔ２６において、一次電流ｉ１は、流れなくなる。

その後、ＥＣＵ１０６は、時刻ｔ２７において、第１指令信号Ｓ２ａをハイレベルからローレベルに切り替えることで、ＩＧＢＴ１０３をターンオフさせる。この結果、一次巻線１０１ａとダイオード２０３と抵抗２０４によ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火花放電が終了する。

以上のように、実施の形態２に係る放電停止装置は、一次巻線を通電し、その後、遮断することにより、点火コイルの二次巻線に誘導される点火用高電圧を点火プラグに印加して、点火プラグの電極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維持時間で、一次巻線を短時間再通電させ、火花発生時に二次巻線に発生していた点火用高電圧とは逆極性の電圧を二次巻線に誘導し、点火プラグでの火花放電を強制的に遮断することで放電停止させている。

このような短時間の再通電後に、一次巻線の両端を短絡させた経路で磁束を消費させることで、一次巻線の閉ループ経路の抵抗値が高い場合でも、二次巻線側の放電を素早く確実に遮断している。また、再通電時間は、再通電時間算出手段により最適に制御されており、点火コイルの無駄な発熱も生まない。

なお、本発明は上述した実施の形態１、２に限定されるものではなく、以下に例示するような、種々の態様を採ることができる。実施の形態１、２において、一次巻線の再通電手段は、放電用の電気エネルギを供給する電源装置や点火用スイッチ等、一次通電手段と共用していた。しかしながら、例えば、一次通電経路とは別に再通電手段専用の電源やスイッチング手段を新たに設置しても、同様に点火装置による火花放電を放電途中で素早く確実に停止させることが可能である。

また、サイリスタやダイオード等の単方向素子の代わりに、トランジスタ等を用いて一次巻線の両端を短絡するように内燃機関用点火装置を構成しても、一次巻線を短絡させることができ、点火コイル内の残り磁束を消費できる。

また、再通電電流検出手段として電流検出抵抗を用いたが、電流検出手段は、カレントトランス等の任意の手法を用いてもよい。また、電流検出手段の設置箇所は、一次巻線の電流を検出可能ならば、任意の箇所でよく、例えば、点火用スイッチと一次巻線の間等に設置してもよい。

また、上述した実施の形態１、２では、各スイッチの制御をコントローラであるＥＣＵで行う形で説明したが、コントローラ内に、１次コイルへの再通電制御を行う再通電制御処理部と、１次コイルの両端をつなぐ還流経路の還流制御を行う還流制御処理部を個別に設ける構成とすることも可能である。

１０１ 点火コイル、１０２ 点火プラグ、１０３ 点火用スイッチを構成するＩＧＢＴ（第１スイッチ）、１０４ 単方向通電素子を構成するサイリスタ（第２スイッチ）、１０５ 直流電源、１０６ ＥＣＵ（コントローラ）、１０７ 抵抗（一次巻線短絡時の閉ループ経路の抵抗成分）、１０９ 電流検出手段を構成する電流検出抵抗、２０１ 電源スイッチを構成するトランジスタ、２０２ 電源スイッチをオンオフするトランジスタ（第２スイッチ）、２０３ 単方向通電素子を構成するダイオード、２０４ 抵抗（一次コイル短絡時の閉ループ経路の抵抗成分）。

Claims (4)

1. 間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを有し、前記間隙に火花放電を発生させることで内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグと、
   １次コイルと、前記１次コイルと磁気結合する２次コイルと、を含む点火コイルと、
   前記１次コイルへ電流を供給する電源装置と、
   前記１次コイルと前記電源装置との間に配置され、前記電源装置から供給される電流の導通状態／遮断状態の切り替えを行う第１スイッチと
   前記第１スイッチを導通状態に切り替えることで前記１次コイルに電流を通電させ、前記可燃混合気を着火させるために十分な前記火花放電を前記点火プラグに発生させるためのエネルギを前記１次コイルに蓄積させ、前記１次コイルに前記エネルギが蓄積されている状態で、前記第１スイッチを遮断状態に切り替え、前記電流を遮断し、前記２次コイルに高電圧を発生させ、前記高電圧により前記点火プラグの前記間隙に前記火花放電を発生させるコントローラと
   を備えた内燃機関用点火装置において、火花放電を放電途中で停止させる放電停止装置であって、
   前記１次コイルの両端をつなぐ還流経路中に配置され、前記還流経路の導通状態／遮断状態の切り替えを行う第２スイッチを備え、
   前記コントローラは、
   前記火花放電の発生中に、前記第１スイッチを導通状態に切り替え、前記１次コイルに電流を再通電させる再通電制御処理部と、
   前記火花放電の発生中に前記第２スイッチを導通状態に切り替え、前記還流経路を導通状態にする還流制御処理部と
   を含んで構成され、
   前記再通電制御処理部と前記還流制御処理部を用いて、前記火花放電を放電途中で停止させ、
   前記再通電制御処理部は、前記１次コイルに流れる電流の変化量を検出し、前記電流の変化量があらかじめ設定された閾値以下となっているときに、前記第１スイッチを遮断状態に切り替え、前記再通電を終了させる
   放電停止装置。
2. 前記再通電制御処理部は、前記還流制御処理部により、前記還流経路が導通状態になっているときに、前記第１スイッチを遮断状態に切り替え、前記再通電を終了させる
   請求項１に記載の放電停止装置。
3. 前記還流制御処理部は、前記再通電制御処理部により、前記１次コイルに前記電流を再通電させているときに、前記第２スイッチを導通状態に切り替える
   請求項１または２に記載の放電停止装置。
4. 前記再通電制御処理部は、前記１次コイルが前記火花放電を発生させるために蓄積された前記エネルギの大きさに応じて、前記再通電の期間を調整する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の放電停止装置。

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