JP6384297B2 - 内燃機関用点火回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に設けられる点火プラグを点火させるための内燃機関用点火回路装置に関する。

従来では、コレクタ電圧の振動を抑制することを目的とする内燃機関点火用回路装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関点火用回路装置は、少なくともコイル電流検出部とＭＯＳゲート構造トランジスタのゲート電圧を降下させる回路とを備え、ＭＯＳゲート構造トランジスタの電圧値の高い側の主端子電圧が、ゲート端子電圧よりも高い場合に、主端子からゲート端子に流入する電流で生じた電圧をゲート端子に加える電流供給回路を備える。

ＭＯＳゲート構造トランジスタが作動する際、急激に立ち上がるコレクタ電圧をゲート駆動信号へ適切な帰還を掛ける。これにより、ＭＯＳゲート構造トランジスタのスイッチ動作速度を若干低下させ、急激な電流変化を抑えてノイズを抑制する。

特開平０９−２８０１４７号公報

しかし、ＭＯＳゲート構造トランジスタのスイッチ動作速度を低下させることは、抵抗値が大きなＭＯＳゲート構造トランジスタに電流を流すことにもなる。そのため、スイッチング損失が増加し、ＭＯＳゲート構造トランジスタの発熱も増加する。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、スイッチング素子の動作に伴うノイズを低減するだけでなく、スイッチング損失や発熱も低減できる内燃機関用点火回路装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、スイッチング素子（Ｑ）を含み、電力源（Ｅ）から供給される電力を受けて、前記スイッチング素子および点火コイル（ＳＣ）を介して、内燃機関に設けられる点火プラグ（ＳＰ）を点火させる内燃機関用点火回路装置（１０）において、前記電力源と前記点火コイルとの間に備えられ、前記スイッチング素子が通電状態から非通電状態へ切り替わるに伴って、前記点火コイルで生じる逆起電力に基づいて流れる電流（Ｉ１）を吸収する共振回路（１１）を備え、前記点火コイルは、一次側の一次コイル（ＳＣ１）と、二次側の二次コイル（ＳＣ２）とを有し、前記共振回路は、前記電力源と前記一次コイルの一端側との間に設けられる第１コイル（Ｌ１）と、前記第１コイルと前記一次コイルの他端側との間に設けられる第２コイル（Ｌ２）とを含むことを特徴とする。
また、第２の発明は、スイッチング素子（Ｑ）を含み、電力源（Ｅ）から供給される電力を受けて、前記スイッチング素子および点火コイル（ＳＣ）を介して、内燃機関に設けられる点火プラグ（ＳＰ）を点火させる内燃機関用点火回路装置（１０）において、前記電力源と前記点火コイルとの間に備えられ、前記スイッチング素子が通電状態から非通電状態へ切り替わるに伴って、前記点火コイルで生じる逆起電力に基づいて流れる電流（Ｉ１）を吸収する共振回路（１１）と、前記共振回路に接続され、共振を減衰して収束させる共振減衰回路（１２）と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、スイッチング素子の動作に伴って生じる電流を共振回路が吸収するので、スイッチング素子の動作を遅くする必要がない。よって、スイッチング素子の動作に伴うノイズを低減するだけでなく、スイッチング損失や発熱も低減することができる。

第１の発明の構成によれば、第１コイルは電力源と点火コイルとの間で流れる電流（スイッチング素子の動作に伴って生じる電流）を吸収する役割を担い、第２コイルは点火コイルとスイッチング素子との間で流れる電流（スイッチング素子の動作に伴って生じる電流）を吸収する役割を担う。よって、スイッチング素子の動作に伴うノイズを低減するだけでなく、スイッチング損失や発熱も低減することができる。
第２の発明の構成によれば、共振減衰回路によって共振動作を確実に収束させることができる。

第３の発明は、前記共振回路は、前記第１コイルと前記一次コイルの前記一端側との接続点（Ｐ１）に接続される第１コンデンサ（Ｃ１）を含むことを特徴とする。

この構成によれば、第１コンデンサは、少なくとも電力源と点火コイルとの間で流れる電流（スイッチング素子の動作に伴って生じる電流）を吸収する役割を担う。よって、スイッチング素子の動作に伴うノイズを低減するだけでなく、スイッチング損失や発熱も低減することができる。

なお「スイッチング素子」は、スイッチング動作が可能な任意の半導体素子を適用できる。例えば、ＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタなどが該当する。「電力源」は、点火コイルを介して点火プラグを点火させるのに必要な電力を供給できれば任意であり、例えば二次電池や太陽電池等が該当する。「点火コイル」は、イグニッションコイル（Ignition Coil）やスパークコイル（Spark Coil）とも呼ばれる。

点火回路装置の第１構成例を示す模式図である。 第１構成例における電流の流れを示す模式図である。 電力源から供給される電圧の経時的変化を示すタイムチャートである。 電力源から供給される電流の経時的変化を示すタイムチャートである。 点火プラグに流れる電流の経時的変化を示すタイムチャートである。 コンデンサに印加される電圧の経時的変化を示すタイムチャートである。 点火コイルに流れる電流の経時的変化を示すタイムチャートである。 点火コイルに流れる電流の経時的変化を示すタイムチャートである。 複数の周期における経時的変化を示すタイムチャートである。 点火回路装置の第２構成例を示す模式図である。 第２構成例における電流の流れを示す模式図である。 複数の周期における経時的変化を示すタイムチャートである。 点火回路装置の第３構成例を示す模式図である。 点火回路装置の第４構成例を示す模式図である。 点火回路装置の第５構成例を示す模式図である。 点火回路装置の第６構成例を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。例えば「点火回路装置１０Ａ〜１０Ｅ」は「点火回路装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ」を意味する。以下では、簡単化のために「内燃機関用点火回路装置」を「点火回路装置」と略称する。また、スイッチング素子の通電状態を「ＯＮ（オン）」とし、非通電状態を「ＯＦＦ（オフ）」とする。「接地」は、アース（０[Ｖ]）でもよく、筐体やフレーム等の共通電位（０[Ｖ]以外の電位）でもよい。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図９を参照しながら説明する。図１に示す点火回路装置１０Ａは、点火回路装置１０の一例である。点火回路装置１０Ａは、共振回路１１，共振減衰回路１２，第１ダイオードＤ１，第２ダイオードＤ２，スイッチング素子Ｑなどを有する。

なお、点火回路装置１０以外では、バッテリＥ，点火コイルＳＣ，点火プラグＳＰ，駆動回路２０などがある。「電力源」に相当するバッテリＥには、本形態では二次電池（リチウムイオン電池や鉛蓄電池等）を適用する。点火コイルＳＣは、一次側の一次コイルＳＣ１と、二次側の二次コイルＳＣ２とを有する。点火プラグＳＰは、内燃機関に設けられる。駆動回路２０は、図示しない制御装置（例えばＥＣＵやコンピュータ等）から伝達される制御情報（制御信号や制御データ等）に基づいて、スイッチング素子ＱのＯＮ／ＯＦＦを駆動するためのパルス信号ＰＳを出力する制御を行う。

共振回路１１は、第１コイルＬ１，第２コイルＬ２，コンデンサＣ１ａなどを有する。この共振回路１１は、スイッチング素子Ｑの動作に伴って生じる電流Ｉ１（図２を参照）を共振によって吸収する機能を担う。

第１コイルＬ１は、バッテリＥと一次コイルＳＣ１の一端側（図１の上側）との間に、第１ダイオードＤ１と直列して接続される。第２コイルＬ２は、一次コイルＳＣ１の他端側（図１の下側）と、コンデンサＣ１ａの一端側（図１の接続点Ｐ１）との間に、第２ダイオードＤ２と直列して接続される。なお、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２のうちで一方または双方は、後述する共振周波数ｆｃよりも低い周波数特性を有するインダクタ（例えば珪素鋼板，フェライトコア，ダストコア，トロイダルコア等）を用いてもよい。

コンデンサＣ１ａは、一端側（図１の上側）が第１コイルＬ１と一次コイルＳＣ１の一端側との間にある接続点Ｐ１に接続され、他端側（図１の下側）が接地される。このコンデンサＣ１ａは「第１コンデンサＣ１」に相当する。本形態では、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２との間の接続点は、共通する接続点Ｐ１になる。

共振減衰回路１２は、抵抗器Ｒ１やツェナーダイオードＺＤなどを有し、コンデンサＣ１ａに並列接続される。この共振減衰回路１２は、上述した電流Ｉ１による共振を減衰して収束させる機能を担う。抵抗器Ｒ１とツェナーダイオードＺＤは直列接続される。

コンデンサＣ１ａの容量，抵抗器Ｒ１の抵抗値，ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧ＶＺ（ツェナー電圧）は、接続点Ｐ１の電圧ＶＰ１がバッテリＥの定格電圧（例えば１４[Ｖ]等）となるようにそれぞれ設定するとよい。

第１ダイオードＤ１は、バッテリＥと第１コイルＬ１との間に接続される。この第１ダイオードＤ１は、バッテリＥに逆流しないようにカソード側を第１コイルＬ１に向けて設けられる。第２ダイオードＤ２は、点火コイルＳＣ（一次コイルＳＣ１）と第２コイルＬ２との間に接続される。この第２ダイオードＤ２は、点火コイルＳＣ（一次コイルＳＣ１）に逆流しないようにカソード側を第２コイルＬ２に向けて設けられる。

スイッチング素子Ｑは、制御端子（例えばゲート端子）に入力されるパルス信号ＰＳに基づいてＯＮ／ＯＦＦのスイッチング（切り替え）を行う。このスイッチング素子Ｑは、入力端子（例えばドレイン端子）を一次コイルＳＣ１の他端側（図１の下側）に接続し、出力端子（例えばソース端子）を接地する。スイッチング素子Ｑの入力端子と出力端子には、還流ダイオードとして機能するダイオードＤＱが並列接続される。なお、スイッチング素子Ｑに含まれる寄生ダイオードで代用できる場合には、ダイオードＤＱが無くてもよい。本形態では、スイッチング素子ＱとしてＩＧＢＴを適用する。

図２には、スイッチング素子ＱがＯＮの場合における電流の流れを示す。共振回路１１には、バッテリＥから電圧ＶＢが印加され、電流ＩＢが入力される。接続点Ｐ１では、一次コイルＳＣ１に向かう電流Ｉ１と、第１コンデンサＣ１に向かう電流ＩＣ１に分岐する。すなわち、ＩＢ＝Ｉ１＋ＩＣ１の関係式が成り立つ。一次コイルＳＣ１を流れた電流Ｉ１は、接続点Ｐ３で共振回路１１に向かう電流Ｉ２と、スイッチング素子Ｑに向かう電流Ｉ３に分岐する。すなわち、Ｉ１＝Ｉ２＋Ｉ３の関係式が成り立つ。よって、電流ＩＣ１と電流Ｉ２によってコンデンサＣ１ａに蓄電される。

スイッチング素子ＱがＯＮからＯＦＦへ切り替わるに伴って、点火コイルＳＣでは逆起電力が生じる。こうして生じる逆起電力により、一次コイルＳＣ１には電流Ｉ１が流れ、二次コイルＳＣ２には電流ＩＳが流れる。点火プラグＳＰは、閾値以上の電流ＩＳが流れて点火する。電流Ｉ１は第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２によって流れる方向が規制されるので、反射による脈動が阻止される。また電流Ｉ１は、第１コイルＬ１およびコンデンサＣ１ａの共振周波数ｆｃ１（共振周波数ｆｃに相当する）と、第２コイルＬ２およびコンデンサＣ１ａの共振周波数ｆｃ２（共振周波数ｆｃに相当する）とによって、高周波振動ｆｈ（図３，図７に示す二点鎖線を参照）が吸収される。共振周波数ｆｃは、高周波振動ｆｈよりも低く設定される（ｆｃ＜ｆｈ）。スイッチング素子ＱがＯＦＦのときは電流Ｉ３が流れないので、電流Ｉ２（この場合はＩ２＝Ｉ１）によってコンデンサＣ１ａに蓄電された後に放電される。

スイッチング素子Ｑのスイッチングに伴う電圧や電流の変化について、図３〜図８を参照しながら説明する。図３〜図８では、時刻ｔ１にスイッチング素子ＱをＯＮへ切り替え、時刻ｔ２にＯＦＦへ切り替えることを前提として示す。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は半周期Ｔｈに相当する。ただし、時刻ｔ１よりも前の時点において、コンデンサＣ１ａが充満電され、バッテリＥから出力される電圧ＶＢと等しい電圧Ｖｒになっていると仮定する。

図３に示す電圧ＶＢは、バッテリＥから共振回路１１に入力（印加）される電圧（入力電圧）の経時的変化である。電圧ＶＢは、スイッチング素子ＱがＯＮに切り替わる時刻ｔ１には電圧Ｖｒであるが、時刻ｔ１を過ぎるとゆっくりと減少してゆく。そして、スイッチング素子ＱがＯＦＦに切り替わる時刻ｔ２には最小値の電圧Ｖrmin（例えば１３．５[Ｖ]）になる。電圧ＶＢは、時刻ｔ２を過ぎると回復してゆき、時刻ｔ４には元の電圧Ｖｒに戻る。戻る過程において、共振回路１１の共振作用により、二点鎖線で示す高周波振動ｆｈは生じない。

図４に示す電流ＩＢは、バッテリＥから共振回路１１に流入する電流（入力電流）の経時的変化である。電流ＩＢは、時刻ｔ１まで０[Ａ]であるが、スイッチング素子ＱがＯＮに切り替わる時刻ｔ１から増加してゆき、スイッチング素子ＱがＯＦＦに切り替わる時刻ｔ２には最大値の電流ＩＢmax（例えば２０[Ａ]）になる。図４のＡ部で示すように、第１コイルＬ１や第２コイルＬ２の自己誘導によって滑らかに増加する。時刻ｔ２を過ぎると電流ＩＢは逆に減少してゆき、時刻ｔ５には０[Ａ]に戻る。

図５に示す電流ＩＳは、二次コイルＳＣ２から点火プラグＳＰに流す電流（点火電流）の経時的変化である。スイッチング素子ＱがＯＮからＯＦＦへ切り替わる時刻ｔ２まで０[Ａ]であるが、時刻ｔ２には逆起電力の発生に伴って電流ＩＳmax（例えば０．１８[Ａ]）になる。その後、電流ＩＳは急激に減少して時刻ｔ３には０[Ａ]に戻る。

図６に示す電圧ＶＰ１は、コンデンサＣ１ａに蓄電される電圧（蓄電圧）の経時的変化である。電圧ＶＰ１は、スイッチング素子ＱがＯＮに切り替わる時刻ｔ１には電圧Ｖｒであるが、時刻ｔ１を過ぎると一時的に減少してから増加する。そして、スイッチング素子ＱがＯＦＦに切り替わる時刻ｔ２には元の電圧Ｖｒになる。このように、スイッチング素子ＱがＯＦＦに切り替わる時点（時刻ｔ２）の電圧が、スイッチング素子ＱをＯＮにする時点（時刻ｔ１）の電圧と等しくなることで、スイッチング素子Ｑの動作に伴って生じる電流Ｉ１を共振回路１１によって最大限に吸収することができる。電圧ＶＰ１は、時刻ｔ２を過ぎても一時的に増加してから減少し、時刻ｔ６には元の電圧Ｖｒに戻る。

図７，図８に示す電流Ｉ１は、点火コイルＳＣの一次コイルＳＣ１に流れる電流の経時的変化である。図７は、図８に示す時刻ｔ０から時刻ｔ７までの期間を、図３〜図６に合わせて拡大して示す。電流Ｉ１は、時刻ｔ１まで０[Ａ]であるが、スイッチング素子ＱがＯＮに切り替わる時刻ｔ１から増加してゆき、スイッチング素子ＱがＯＦＦに切り替わる時刻ｔ２には最大値の電流Ｉ１max（例えば２０[Ａ]）になる。上述した電流ＩＢと同様に、第１コイルＬ１や第２コイルＬ２の自己誘導によって滑らかに増加する。スイッチング素子ＱがＯＮからＯＦＦへ切り替わる時刻ｔ２には、逆起電力の発生に伴って一旦０[Ａ]になる。時刻ｔ２以降は、図５に示す電流ＩＳの変化に伴って一旦は上昇してから再び減少してゆき、時刻ｔ８には０[Ａ]に戻る。時刻ｔ２から時刻ｔ８までの過程において、共振回路１１の共振作用により、二点鎖線で示す高周波振動ｆｈは生じない。

図７，図８では１周期の特性を示すのに対して、図９には複数周期の特性を示す。図９の例では上から順番に、スイッチング素子Ｑ，電圧ＶＢ，電流ＩＢ，電圧ＶＰ１，電流Ｉ１，電流ＩＳの各経時的変化を示す。複数周期は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までの周期ＣＹＬ１１、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４までのＣＹＬ１２、…、時刻ｔ１６から時刻ｔ１８までのＣＹＬ１４、時刻ｔ１８以降の周期ＣＹＬ１５，…などである。

時刻ｔ１０から時刻ｔ１１まで、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３まで、…、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９までは、いずれもスイッチング素子ＱがＯＮの状態となる通電時間Ｔｏである。通電時間Ｔｏと半周期Ｔｈとの関係は、０．２５Ｔｏ≦Ｔｈ≦１．７５Ｔｏの範囲内で設定（制御を含む）するとよく、Ｔｏ＝Ｔｈとなるように設定（制御を含む）するのが望ましい。時刻ｔ１１，ｔ１３，ｔ１５，ｔ１７，ｔ１９，…の各時刻では、いずれもスイッチング素子ＱがＯＮからＯＦＦへ切り替わる。そのため、図３〜図８に示す変化が周期ごとに繰り返される。このように繰り返しても、電流ＩＢは電流ＩＢmaxを超えることはなく、電流Ｉ１は電流Ｉ１maxを超えることはなく、電流ＩＳは電流ＩＳmaxを超えることはない。なお、図９では内燃機関が定速回転運動を行う例を示すが、加速回転運動の場合には次第に周期が短くなり、減速回転運動の場合には次第に周期が長くなる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図１０〜図１２を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１と相違する点を説明する。

図１０に示す点火回路装置１０Ｂは、点火回路装置１０の一例である。点火回路装置１０Ａは、共振回路１１，共振減衰回路１２，過電圧防止回路１３，第１ダイオードＤ１，第２ダイオードＤ２，スイッチング素子Ｑなどを有する。点火回路装置１０Ｂが図１に示す点火回路装置１０Ａと相違するのは、過電圧防止回路１３を新たに有する点である。

過電圧防止回路１３は、共振減衰回路１２のツェナーダイオードＺＤに並列接続される抵抗器Ｒ２などを有する。この過電圧防止回路１３は、コンデンサＣ１ａが所定の蓄電圧（後述する図１２に示す電圧ＶＰm2）を超えて過度に充電されるのを防止する機能を担う。言い換えると、コンデンサＣ１ａに電圧Ｖｒよりも高い電圧ＶＰm2まで蓄電させることにより、電流Ｉ１や電流ＩＳを増加させることを目的とする回路でもある。

抵抗器Ｒ２の抵抗値は、抵抗器Ｒ１よりも大きく設定される。ただし、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧ＶＺとのバランスをとって、コンデンサＣ１ａに過度の電圧が蓄電されず、定常時には電圧ＶＢに戻るように過電圧を防止できるような抵抗値を設定する。例えば、抵抗器Ｒ１が１[Ω]のとき、抵抗器Ｒ２は１[ＭΩ]などが該当する。

図１１には、図２と同様にスイッチング素子ＱがＯＮの場合における電流の流れを示す。上記過電圧防止回路１３では、ツェナーダイオードＺＤと抵抗器Ｒ２の両端に印加される電圧Ｖ２がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧ＶＺを超えると（Ｖ２＞ＶＺ）、ツェナーダイオードＺＤに電流ＩＺが流れてコンデンサＣ１ａの蓄電圧（電圧ＶＰ１）が低下する。一方、電圧Ｖ２が降伏電圧ＶＺ以下では（Ｖ２≦ＶＺ）、抵抗器Ｒ２に電流Ｉ４が流れてエネルギ変換されてコンデンサＣ１ａの蓄電圧が低下し、緩やかに放電される。

図１２には、図９と同様に複数周期の特性を示す。図９との相違は次のようになる。第１に、スイッチング素子ＱのＯＮ／ＯＦＦを繰り返してゆくにつれて、電流ＩＢ，電圧ＶＰ１，電流Ｉ１，電流ＩＳについてそれぞれ最大値が逓増する。例えば、時刻ｔ２１の最大値は電流ＩＢm1，電圧ＶＰ１m1，電流Ｉ１m1，電流ＩＳm1であるが、時刻ｔ２５，ｔ２７，ｔ２９の最大値は電流ＩＢm2，電圧ＶＰ１m2，電流Ｉ１m2，電流ＩＳm2に増えている。ただし、上述した過電圧防止回路１３によって、電流ＩＢm2，電圧ＶＰ１m2，電流Ｉ１m2，電流ＩＳm2を超えることはない。スイッチング素子Ｑのスイッチングを停止すると、電圧ＶＰ１は次第に低下してゆき、最終的には電圧ＶＢと同じ電圧になる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図１３，図１４を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１，２と相違する点を説明する。

図１３に示す点火回路装置１０Ｃは、点火回路装置１０の一例である。点火回路装置１０Ｃは、共振回路１１，共振減衰回路１２，第１ダイオードＤ１，第２ダイオードＤ２，スイッチング素子Ｑなどを有する。この点火回路装置１０Ｃは、図１に示す点火回路装置１０Ａと同等の構成でありながら、共振減衰回路１２が図１０に示す点火回路装置１０Ｂの過電圧防止回路１３の機能を備える。

点火回路装置１０Ｃが図１に示す点火回路装置１０Ａと異なるのは、共振減衰回路１２の構成要素である抵抗器Ｒ１に代えて抵抗器Ｒ３を用いる点である。抵抗器Ｒ３は、図１０に示す抵抗器Ｒ２と同じ抵抗値をもつ。電圧ＶＰ１がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧ＶＺを超えると（ＶＰ１＞ＶＺ）、ツェナーダイオードＺＤに電流ＩＺが流れてコンデンサＣ１ａの蓄電圧（電圧ＶＰ１）が低下する。一方、電圧ＶＰ１が降伏電圧ＶＺ以下では（ＶＰ１≦ＶＺ）、抵抗器Ｒ３に電流が流れてエネルギ変換されてコンデンサＣ１ａの蓄電圧が低下し、緩やかに放電される。よって、図１２と同様の特性が得られる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜３に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

（ａ）上述した実施の形態１〜３では、電気エネルギを変換して消費するエネルギ変換素子ＥＣＥ（Energy Convert Element）として、抵抗器Ｒ１〜Ｒ３を適用する構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この形態に代えて、電気エネルギを他のエネルギに変換して消費する素子を適用してもよい。例えば図１４には、抵抗器Ｒ１，Ｒ３に代えて用いる素子の一例を示す。図示を省略するが、抵抗器Ｒ２に代えて用いてもよい。

図１４（Ａ）に示す発光ダイオードＬＥＤは、電気エネルギを光エネルギに変換して消費する。図１４（Ｂ）に示すランプＰＬは、電気エネルギを光エネルギに変換して消費する。図１４（Ｃ）に示す音響素子ＳＤ（スピーカ，ブザー等）は、電気エネルギを音響エネルギに変換して消費する。図１４（Ｄ）に示す電熱線ＥＬ（ヒータ）は、電気エネルギを熱エネルギに変換して消費する。図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）のエネルギ変換素子ＥＣＥは、コンデンサＣ１ａの蓄電状態を報知できる。電熱線ＥＬは、素子，部品，装置等を加温したり、車両の室内を暖房したりすることができる。

エネルギ変換素子ＥＣＥ以外では、コンデンサＣ１ａに蓄電された電気エネルギを利用する装置（例えば空調装置，カーナビゲーション装置，充電装置などのように車両に用いられる装置）を適用してもよい。単に電気エネルギを消費するのではなく、電気エネルギを有効利用することができる。

（ｂ）上述した実施の形態１〜３では、共振回路１１に一つのコンデンサＣ１ａ（第１コンデンサＣ１）を含む構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この形態に代えて、共振回路１１に複数のコンデンサを含む構成としてもよい。

例えば、図１の構成例に代わる図１５の構成例や、図１０の構成例に代わる図１６の構成例などが該当する。図１５には、点火回路装置１０の一例である点火回路装置１０Ｄを示す。図１６には、点火回路装置１０の一例である点火回路装置１０Ｅを示す。これらの構成例では、第１コンデンサＣ１に相当するコンデンサＣ１ｂと、第２コンデンサＣ２とを適用する。コンデンサＣ１ｂは、一端側（図１５，図１６の上側）が第１コイルＬ１と一次コイルＳＣ１の一端側との間にある接続点Ｐ１に接続され、他端側（図１５，図１６の下側）が接地される。第２コンデンサＣ２は、一端側（図１５，図１６の上側）が第２コイルＬ２と共振減衰回路１２の抵抗器Ｒ１との間にある接続点Ｐ２に接続され、他端側（図１５，図１６の下側）が接地される。

図２，図１１に示す電流Ｉ１は、第１コイルＬ１およびコンデンサＣ１ｂの共振周波数ｆｃ１（共振周波数ｆｃに相当する）と、第２コイルＬ２および第２コンデンサＣ２の共振周波数ｆｃ２（共振周波数ｆｃに相当する）とによって、高周波振動ｆｈ（図３，図７に示す二点鎖線を参照）が吸収される。コンデンサＣ１ｂと第２コンデンサＣ２は、各々の路線に含まれる抵抗成分やインダクタ成分などに応じて個別に設定される。そのため、共振周波数ｆｃを一致させることもできる。図１５の構成例によれば図９と同様の特性が得られ、図１６の構成例によれば図１２と同様の特性が得られる。

（ｃ）上述した実施の形態１〜３では、スイッチング素子ＱとしてＩＧＢＴを適用する構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この形態に代えて、ＩＧＢＴ以外の他のスイッチング素子Ｑを適用する構成としてもよい。他のスイッチング素子Ｑは、例えば、ＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＧＴＯ、パワートランジスタなどが該当する。スイッチング素子Ｑの種類が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。

（ｄ）上述した実施の形態１〜３では、バッテリＥに二次電池を適用する構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この形態に代えて、点火コイルＳＣを介して点火プラグＳＰを点火させるのに必要な電力を供給できる他の電力源を適用する構成としてもよい。他の電力源は、例えば太陽電池，燃料電池，発電機などが該当する。点火プラグＳＰを点火できるので、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。

（ｅ）上述した実施の形態１〜３では、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第１コンデンサＣ１（Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ）、第２コンデンサＣ２、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２の各要素をそれぞれ一つの素子で構成した（図１，図１０，図１３を参照）。この形態に代えて、いずれか一以上の要素については、複数の素子で構成してもよく、接続形態（直列接続や並列接続等）も問わない。素子の数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。

（ｆ）上述した実施の形態１〜３では、点火回路装置１０は点火コイルＳＣと駆動回路２０を含まない構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この形態に代えて、点火コイルＳＣおよび駆動回路２０のうちで一方または双方を含む構成としてもよい。また、点火回路装置１０に含まれる構成要素のうちで一以上の要素を点火回路装置１０の外部に設けてもよい。全体としてみれば同等の機能を実現できるので、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。

〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜３および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）点火回路装置１０（１０Ａ〜１０Ｅ）において、バッテリＥと点火コイルＳＣとの間に備えられ、スイッチング素子Ｑが通電状態（ＯＮ）から非通電状態（ＯＦＦ）へ切り替わるに伴って、点火コイルＳＣで生じる逆起電力に基づいて流れる電流Ｉ１を吸収する共振回路１１を有する構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この構成によれば、スイッチング素子Ｑの動作に伴って生じる電流Ｉ１の高周波振動ｆｈを共振回路１１が吸収するので、スイッチング素子Ｑの動作を遅くする必要がない。よって、スイッチング素子Ｑの動作に伴うノイズを低減するだけでなく、スイッチング損失や発熱も低減することができる。さらに、スイッチング損失が低減されるので、点火エネルギが向上する。

（２）点火コイルＳＣは、一次側の一次コイルＳＣ１と、二次側の二次コイルＳＣ２とを有し、共振回路１１は、バッテリＥと一次コイルＳＣ１の一端側との間に設けられる第１コイルＬ１と、第１コイルＬ１と一次コイルＳＣ１の他端側との間に設けられる第２コイルＬ２とを含む構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この構成によれば、第１コイルＬ１はバッテリＥと点火コイルＳＣとの間で流れる電流Ｉ１を吸収する役割を担い、第２コイルＬ２は点火コイルＳＣとスイッチング素子Ｑとの間で流れる電流Ｉ１を吸収する役割を担う。よって、スイッチング素子Ｑの動作に伴うノイズを低減するだけでなく、スイッチング損失や発熱も低減することができる。

（３）共振回路１１は、第１コイルＬ１と一次コイルＳＣ１の一端側との接続点Ｐ１に接続されるコンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂ（第１コンデンサＣ１）を含む構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この構成によれば、コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂは、少なくともバッテリＥと点火コイルＳＣとの間で流れる電流Ｉ１の高周波振動ｆｈを吸収する役割を担う。また、第１コンデンサＣ１は一つで済むので、小型簡素化が可能になる。

（４）共振回路１１は、第２コイルＬ２と一次コイルＳＣ１の他端側との接続点Ｐ２に接続される第２コンデンサＣ２を含む構成とした（図１５，図１６を参照）。この構成によれば、各々の路線に含まれる抵抗成分やインダクタ成分などに応じて、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２を個別に設定できる。そのため、共振周波数ｆｃを一致させることもできる。

（５）共振回路１１の半周期Ｔｈは、スイッチング素子Ｑの通電時間Ｔｏを含む所定時間の範囲内（０．２５Ｔｏ≦Ｔｈ≦１．７５Ｔｏ）に入るように設定される構成とした（図３〜図９，図１２を参照）。この構成によれば、この範囲内であればスイッチング素子Ｑの動作に伴って生じる電流Ｉ１の高周波振動ｆｈを吸収するので、スイッチング素子Ｑの動作を遅くする必要がない。また、電流Ｉ１の大きさを小さくする必要がなく、従来と同様の電流量を確保することができる。

（６）共振回路１１の共振周波数ｆｃ（半周期Ｔｈの２倍）は、スイッチング素子ＱがＯＮからＯＦＦへ切り替わるに伴って生じる高周波振動ｆｈよりも低く設定される構成とした（図３〜図９，図１２を参照）。この構成によれば、共振周波数ｆｃが高周波振動ｆｈよりも低いので、ラジオノイズを防止することができる。

（７）共振回路１１に並列接続され、共振を減衰して収束させる共振減衰回路１２を有する構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この構成によれば、共振減衰回路１２によって共振動作を確実に収束させることができる。

（８）共振減衰回路１２は、抵抗器Ｒ１，Ｒ３、または、電気エネルギを光エネルギに変換して消費する発光ダイオードＬＥＤやランプＰＬ（エネルギ変換素子ＥＣＥ）を含む構成とした（図１，図１０，図１３，図１４を参照）。この構成によれば、共振動作を確実に収束させることができる。発光ダイオードＬＥＤやランプＰＬを用いると、第１コンデンサＣ１や第２コンデンサＣ２の蓄電状態を報知することができる。

（９）共振減衰回路１２は、抵抗器Ｒ１，Ｒ３に直列接続されるツェナーダイオードＺＤを含み、ツェナーダイオードＺＤに並列接続され、第１コンデンサＣ１（あるいは第２コンデンサＣ２）が所定の蓄電圧（電圧ＶＰm2）を超えて充電されるのを防止する過電圧防止回路１３を有する構成とした（図１０〜図１２を参照）。この構成によれば、スイッチング素子ＱのＯＮ／ＯＦＦを繰り返すにつれて第１コンデンサＣ１や第２コンデンサＣ２の蓄電圧を高めることができ、電流Ｉ１や電流ＩＳを増加させることができる。電流ＩＳの増加により、点火プラグＳＰの点火性能を高めることができる。過電圧防止回路１３により、第１コンデンサＣ１や第２コンデンサＣ２が過度に蓄電されるのを防止することができる。

（１０）第１コイルＬ１および第２コイルＬ２のうちで一方または双方は、共振周波数ｆｃよりも低い周波数特性を有するインダクタである構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この構成によれば、安価な素子を用いることができるので、点火回路装置１０の製造コストを低減することができる。

（１１）バッテリＥと点火コイルＳＣとの間に備えられ、バッテリＥへの逆流を阻止する第１ダイオードＤ１を有する構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この構成によれば、点火コイルＳＣで生じる逆起電力に基づいて流れる電流Ｉ１がバッテリＥに逆流するのを防止することができる。

（１２）点火コイルＳＣと第２コイルＬ２との間に備えられ、点火コイルＳＣへの逆流を阻止する第２ダイオードＤ２を有する構成とした（図１，図１０，図１３を参照）。この構成によれば、第１コンデンサＣ１（あるいは第２コンデンサＣ２）に蓄電された電力に基づく電流が点火コイルＳＣ（一次コイルＳＣ１）に逆流するのを防止できる。

１０（１０Ａ〜１０Ｅ） 点火回路装置
１１ 共振回路
１２ 共振減衰回路
１３ 過電圧防止回路
Ｃ１（Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ） 第１コンデンサ
Ｃ２ 第２コンデンサ
Ｄ１ 第１ダイオード
Ｄ２ 第２ダイオード
Ｅ バッテリ（電力源）
Ｌ１ 第１コイル
Ｌ２ 第２コイル
Ｑ スイッチング素子
ＳＣ 点火コイル
ＳＰ 点火プラグ

Claims (11)

1. スイッチング素子（Ｑ）を含み、電力源（Ｅ）から供給される電力を受けて、前記スイッチング素子および点火コイル（ＳＣ）を介して、内燃機関に設けられる点火プラグ（ＳＰ）を点火させる内燃機関用点火回路装置（１０）において、
   前記電力源と前記点火コイルとの間に備えられ、前記スイッチング素子が通電状態から非通電状態へ切り替わるに伴って、前記点火コイルで生じる逆起電力に基づいて流れる電流（Ｉ１）を吸収する共振回路（１１）を備え、
   前記点火コイルは、一次側の一次コイル（ＳＣ１）と、二次側の二次コイル（ＳＣ２）とを有し、
   前記共振回路は、前記電力源と前記一次コイルの一端側との間に設けられる第１コイル（Ｌ１）と、前記第１コイルと前記一次コイルの他端側との間に設けられる第２コイル（Ｌ２）とを含むことを特徴とする内燃機関用点火回路装置。
2. 前記共振回路は、前記第１コイルと前記一次コイルの前記一端側との接続点（Ｐ１）に接続される第１コンデンサ（Ｃ１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火回路装置。
3. 前記共振回路は、前記第２コイルと前記一次コイルの前記他端側との接続点（Ｐ２）に接続される第２コンデンサ（Ｃ２）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火回路装置。
4. 前記共振回路に接続され、共振を減衰して収束させる共振減衰回路（１２）を備え、
   前記共振減衰回路は、抵抗器（Ｒ１，Ｒ３）と、前記抵抗器に直列接続されるツェナーダイオード（ＺＤ）と、を含み、
   前記ツェナーダイオードに並列接続され、前記第１コンデンサが所定の蓄電圧（ＶＰｍ２）を超えて充電されるのを防止する過電圧防止回路（１３）を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火回路装置。
5. 前記点火コイルと前記第２コイルとの間に備えられ、前記点火コイルへの逆流を阻止する第２ダイオード（Ｄ２）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関用点火回路装置。
6. 前記共振回路の共振周波数（ｆｃ）は、前記スイッチング素子が前記通電状態から前記非通電状態へ切り替わるに伴って生じる高周波振動（ｆｈ）よりも低く設定され、
   前記第１コイルおよび前記第２コイルのうちで一方または双方は、前記共振周波数よりも低い周波数特性を有するインダクタであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関用点火回路装置。
7. スイッチング素子（Ｑ）を含み、電力源（Ｅ）から供給される電力を受けて、前記スイッチング素子および点火コイル（ＳＣ）を介して、内燃機関に設けられる点火プラグ（ＳＰ）を点火させる内燃機関用点火回路装置（１０）において、
   前記電力源と前記点火コイルとの間に備えられ、前記スイッチング素子が通電状態から非通電状態へ切り替わるに伴って、前記点火コイルで生じる逆起電力に基づいて流れる電流（Ｉ１）を吸収する共振回路（１１）と、
   前記共振回路に接続され、共振を減衰して収束させる共振減衰回路（１２）と、
   を備えることを特徴とする内燃機関用点火回路装置。
8. 前記共振減衰回路は、電気エネルギを光エネルギに変換して消費するエネルギ変換素子（ＥＣＥ）を含むことを特徴とする請求項４又は７に記載の内燃機関用点火回路装置。
9. 前記共振回路の共振周波数（ｆｃ）は、前記スイッチング素子が前記通電状態から前記非通電状態へ切り替わるに伴って生じる高周波振動（ｆｈ）よりも低く設定されることを特徴とする請求項１から５、７、及び８のいずれか一項に記載の内燃機関用点火回路装置。
10. 前記共振回路の半周期（Ｔｈ）は、前記スイッチング素子の通電時間を含む所定時間の範囲内に入るように設定されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の内燃機関用点火回路装置。
11. 前記電力源と前記点火コイルとの間に備えられ、前記電力源への逆流を阻止する第１ダイオード（Ｄ１）を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の内燃機関用点火回路装置。

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