JP6464634B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）に用いられる点火装置に関し、特に火花放電の継続技術に関する。

点火プラグの負担を軽減し、無駄な電力消費を抑えて、火花放電を継続させる技術として、新規の点火装置を考案した（公知技術でない）。
ここで、背景技術の理解補助の目的で、この新規の点火装置の概略構成を図５に基づき説明する。なお、図５に用いる符合は、後述する「実施例」と同一機能物に同一符合を付したものである。

図５（ａ）に示す新規の点火装置は、
・フルトラタイプの点火回路（主点火回路４と称す）と、
・この主点火回路４による火花放電（主点火と称す）中に、火花放電の継続を開始する新規のエネルギー投入回路５と、
を組み合わせて構成される。

主点火回路４は、周知なものであり、１次コイル２ａに１次電流ｉ１を流し、この１次電流ｉ１の切断により２次コイル２ｂに高電圧を生じさせることで、点火プラグ１に火花放電を生じさせる。
具体的に、１次コイル２ａの両端の内の一端側は、プラス電圧ラインαを介して車載バッテリ７のプラス側に接続される。一方、１次コイル２ａの他端側とアース接地ＧＮＤとの間は、主点火回路４の点火用スイッチＩＧＢＴが設けられる。
そして、この点火用スイッチＩＧＢＴをＯＮすることで、１次コイル２ａの一端側から他端側へ向けて１次電流ｉ１を流し、点火用スイッチＩＧＢＴをＯＦＦすることで点火プラグ１に火花放電を生じさせる。以下、１次コイル２ａの一端側、つまり、主点火回路４の通電動作により１次コイル２ａに発生する電流の流れ方向で考えたときの高電位側をプラス側と呼ぶことがある。また、１次コイル２ａの他端側、つまり、主点火回路４の通電動作により１次コイル２ａに発生する電流の流れ方向で考えたときの低電位側をマイナス側と呼ぶことがある。

エネルギー投入回路５は、主点火回路４の作動による点火プラグ１の火花放電中（即ち、主点火中）に、１次コイル２ａのマイナス側からプラス電圧ラインαへ向けて電気エネルギーを投入するものであり、１次コイル２ａのマイナス側からプラス電圧ラインαに向けて電気エネルギーを投入することで、２次コイル２ｂに「主点火時と同一方向の２次電流ｉ２」を継続して流して、主点火で生じた火花放電を任意の期間（以下、放電継続期間）に亘って継続させる。

具体的に、エネルギー投入回路５は、
・バッテリ電圧を昇圧してプラス電位の電気エネルギーを蓄える直流の正電源部１００（図中、＋ＤＣ／ＤＣ）と、
・１次コイル２ａのマイナス側に投入する電気エネルギーをコントロールするエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔと、
を備えて構成される。

ここで、点火用スイッチＩＧＢＴとエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔは、点火装置に設けた制御回路６によってＯＮ−ＯＦＦ制御される。
制御回路６は、ＥＣＵ３（エンジン・コントロール・ユニットの略）から付与される点火信号ＩＧｔと放電継続信号ＩＧｗに基づいて点火用スイッチＩＧＢＴ及びエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔのＯＮ−ＯＦＦ制御を行う。

制御回路６の作動例を、図５（ｂ）を参照して説明する。
点火信号ＩＧｔが出力（ハイ信号）されると、点火用スイッチＩＧＢＴがＯＮされて、１次コイル２ａが通電され、１次コイル２ａに１次電流ｉ１が流れる。
そして、点火信号ＩＧｔが停止（ロー信号）されると、点火用スイッチＩＧＢＴがＯＦＦされる。すると、１次コイル２ａの通電遮断により、２次コイル２ｂに高電圧が発生し、点火プラグ１において火花放電（主点火）が開始される。

点火プラグ１の火花放電中で、且つ２次コイル２ｂの２次電流ｉ２が火花放電を維持する下限電流値に低下するまでの間に、ＥＣＵ３が放電継続期間信号ＩＧｗを出力（ハイ信号）する。すると、正電源部１００で昇圧し蓄電したプラス電位の電気エネルギーが、１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ供給される。具体的には、放電継続期間信号ＩＧｗを出力中に、制御回路６がエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔをＯＮ−ＯＦＦ制御することで、エネルギー投入量を制御して２次電流ｉ２をコントロールして火花放電の継続を行う。
そして、放電継続期間信号ＩＧｗが停止（ロー信号）されると、エネルギー投入回路５の作動を停止し、火花放電の継続を停止する。

この技術により点火プラグ１の負担を軽減し、且つ無駄な電力消費を抑えて、火花放電の継続を行うことができる。
なお、以下では、エネルギー投入回路５により継続させる火花放電（即ち、主点火に続く火花放電）を「継続火花放電」と称する。

（問題点）
エネルギー投入回路５の作動中（放電継続期間信号ＩＧｗの出力中、エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔのＯＮ−ＯＦＦ制御中、即ち「火花放電継続時」）は、
（ｉ）エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔをＯＮして、１次コイル２ａのマイナス側からプラス側に正電源部１００からプラス電位の電気エネルギーを付与するエネルギー投入経路Ａによる「エネルギー投入時」と、
（ｉｉ）エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔをＯＦＦして、１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ向けて電流を還流させる還流経路Ｂによる「エネルギー還流時」と、
が交互に繰り返される。

エネルギー投入経路Ａは、図２（ａ１）に示すように、「正電源部１００→エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔ→エネルギー逆流防止用ダイオードＤ１→１次コイル２ａ→車載バッテリ７のプラス側→アース接地ＧＮＤ→（再び正電源部１００）」である。
一方、還流経路Ｂは、図２（ａ２）に示すように、「１次コイル２ａ→車載バッテリ７のプラス側→アース接地ＧＮＤ→点火用スイッチＩＧＢＴのバイパスダイオードＤｂｙｐ→（再び１次コイル２ａ）」である。

このように、エネルギー投入経路Ａや還流経路Ｂに存在する車載バッテリ７やダイオード等が火花放電継続時（エネルギー投入時とエネルギー還流時の実行時）の経路損失（経路損失を招く電気負荷）として作用する。
その結果、火花放電の継続を行うための必要エネルギーが大きくなる不具合がある。

具体的な一例を開示する。
（ｉ）上記エネルギー投入経路Ａの経路損失は、図２（ａ１）に示すように、エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔが０．１Ｖ、エネルギー逆流防止用ダイオードＤ１が０．７Ｖ、車載バッテリ７が１２Ｖとなる。このため、エネルギー投入経路Ａにおいて１２．８Ｖの損失が生じてしまう。
（ｉｉ）一方、上記還流経路Ｂの経路損失は、図２（ａ２）に示すように、車載バッテリ７が１２Ｖ、バイパスダイオードＤｂｙｐが０．７Ｖとなる。このため、還流経路Ｂにおいて１２．７Ｖの損失が生じてしまう。
その結果、図２（ａ３）に示すように、エネルギー投入回路５の作動中における合計の経路損失が２５．５Ｖになってしまう。
そこで、火花放電を継続させるための必要エネルギーの低減が求められる。

特開２０１２−００１２３８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、火花放電を継続させるための必要エネルギーを抑えることのできる内燃機関用点火装置の提供にある。

本発明の内燃機関用点火装置は、点火プラグに生じた火花放電を継続させる際、１次コイルの高電位側に負電源部のマイナス側を接続することで、１次コイルの低電位側から高電位側へ向けて電気エネルギーを投入する。
この時（エネルギー投入時）、１次コイルを通って負電源部へ流れた電流は、アース接地ＧＮＤに流れるため、エネルギー投入時に少なくとも車載バッテリの経路損失を無くすことができる。これにより、エネルギー投入時における必要エネルギーを抑えることが可能になり、エネルギー投入時の電力消費を抑えることができる。

（ａ）内燃機関用点火装置の概略構成図、（ｂ）作動説明用のタイムチャートである（実施例１）。 参考例（公知技術でない）、実施例１、実施例２の比較表である。 点火プラグに一定の出力エネルギーを得るために必要とされる投入エネルギーを示すグラフである。 （ａ）内燃機関用点火装置の概略構成図、（ｂ）作動説明用のタイムチャートである（実施例２）。 （ａ）内燃機関用点火装置の概略構成図、（ｂ）作動説明用のタイムチャートである（参考例：公知技術でない）。

以下において「発明を実施するための形態」を詳細に説明する。

本発明の具体的な一例（実施例）を図面に基づき説明する。なお、以下の「実施例」は具体的な一例を開示するものであり、本発明が「実施例」に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１〜図３を参照して実施例１を説明する。
この実施例における点火装置は、車両走行用の火花点火エンジンに用いられるものであり、所定の点火タイミングで燃焼室内の混合気に点火を行うものである。
なお、エンジンの具体的な一例を開示すると（もちろん、限定するものではない）、この実施例のエンジンは、ガソリンを燃料とする希薄燃焼（リーンバーン燃焼）が可能な直噴式エンジンであり、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジン吸気側へ戻すＥＧＲ装置を搭載し、さらに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手段を備える。
即ち、この実施例のエンジンは、混合気の着火性が低下する運転領域が存在するものである。

この実施例における点火装置は、各気筒の点火プラグ１ごとに対応した点火コイル２を用いるＤＩ（ダイレクト・イグニッションの略）タイプである。
この点火装置は、エンジン制御の中枢を成すＥＣＵ３から与えられる指示信号（点火信号ＩＧｔ及び放電継続信号ＩＧｗ）に基づいて点火コイル２の１次コイル２ａを通電制御するものであり、１次コイル２ａを通電制御することで点火コイル２の２次コイル２ｂに生じる電気エネルギーを制御して、点火プラグ１の火花放電をコントロールする。

ＥＣＵ３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）に応じた点火信号ＩＧｔ及び放電継続信号ＩＧｗを生成して出力する。

車両に搭載される点火装置は、
・各気筒毎に搭載される点火プラグ１と、
・各点火プラグ１毎に搭載される点火コイル２と、
・フルトラ作動を行う主点火回路４と、
・継続火花放電を行うエネルギー投入回路５と、
・作動制御を行う制御回路６と、
を備えて構成される。

なお、主点火回路４とエネルギー投入回路５の主要部は、「点火回路ユニット」として共通のケース内に収容配置されて、点火プラグ１や点火コイル２とは異なる場所に設置される。

点火プラグ１は、周知なものであり、２次コイル２ｂ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アース接地される外側電極とを備え、２次コイル２ｂから印加される高電圧により中心電極と外側電極との間で火花放電を発生させる。

点火コイル２は、周知なものであり、１次コイル２ａと、この１次コイル２ａの巻数より多くの巻数を有する２次コイル２ｂとを備える。
１次コイル２ａの一端側は、車載バッテリ７のプラス側から電力の供給を受けるプラス電圧ラインαに接続される。
１次コイル２ａの他端側は、主点火回路４の点火用スイッチＩＧＢＴ（例えば、ＩＧＢＴ、パワートランジスタ、ＭＯＳ型ＦＥＴ、サイリスタ等）を介してアース接地される。

２次コイル２ｂの一端は、上述したように点火プラグ１の中心電極に接続される。
２次コイル２ｂの他端は、１次コイル２ａの通電時に不要な２次電圧の発生を抑制するダイオード８及び電流検出抵抗９を介してアース接地される。

主点火回路４は、１次コイル２ａの通電制御を行って点火プラグ１に主点火を生じさせる。
具体的に制御回路６は、点火信号ＩＧｔの出力（ハイ信号）を受けると、点火用スイッチＩＧＢＴをＯＮする。これにより、１次コイル２ａの一端側から他端側へ向けて１次電流ｉ１が流れる。
また、制御回路６は、点火信号ＩＧｔが停止（ロー信号）すると、点火用スイッチＩＧＢＴをＯＦＦする。これにより、１次電流ｉ１が切断されて、２次コイル２ｂに高電圧が発生し、点火プラグ１に火花放電（主点火）が生じる。
以下、１次コイル２ａの一端側、つまり、主点火回路４の通電動作により１次コイル２ａに発生する電流の流れ方向で考えたときの高電位側をプラス側と呼ぶことがある。また、１次コイル２ａの他端側、つまり、主点火回路４の通電動作により１次コイル２ａに発生する電流の流れ方向で考えたときの低電位側をマイナス側と呼ぶことがある。

エネルギー投入回路５は、主点火回路４の作動によって点火プラグ１に生じた主点火中に１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ向けて電気エネルギーを投入することで、２次コイル２ｂに「主点火時と同一方向の２次電流ｉ２」を継続して流し、主点火回路４の作動によって生じた火花放電を任意の期間（放電継続期間）に亘って継続させる。

具体的にエネルギー投入回路５は、着火性が低下するエンジンの運転領域（希薄燃焼時、強旋回流の発生時、高ＥＧＲ率時、低温始動時など）に作動して、火花放電の継続を行って混合気の着火性を高めるものであり、主点火回路４の作動による点火プラグ１の火花放電中に、１次コイル２ａのプラス側へ負電源部１０（図中、−ＤＣ／ＤＣ）のマイナス側を接続することで、１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ向けて電気エネルギーを投入するものである。

負電源部１０は、車載バッテリ７のアース電位より低いマイナス電圧を出力する直流電源である。
負電源部１０の具体的な構成は限定するものでなく、車載バッテリ７が出力するプラスのＤＣ出力を変換してマイナスのＤＣ出力を発生させる負変換型のＤＣ／ＤＣコンバータである。
理解補助の目的で、負電源部１０の一例を説明する。一例で開示する負電源部１０は、プラスＤＣ出力をＡＣ変換してマイナスＤＣ出力を得るＤＣ／ＡＣ／ＤＣコンバータであり、インバータ、絶縁トランス、整流回路、コンデンサを用いて構成される。

このＤＣ／ＡＣ／ＤＣコンバータの作動は、先ず、インバータを用いて車載バッテリ７の直流出力を交流に変換する。その交流出力を絶縁トランスの１次コイルに与え、２次コイルから絶縁された交流出力を取り出し、その交流出力を整流回路（ダイオードブリッジ等）によって直流変換する。さらに、コンデンサで電圧を平滑化するとともに、コンデンサで電荷を蓄える。そして、コンデンサのプラス側を、車両にアース接地ＧＮＤする回路構成を採用することで、車載バッテリ７のマイナス側（車両のアース電位）と、コンデンサのプラス側の電位を等しくする。これにより、コンデンサのマイナス側に直流のマイナス出力を発生させることができる。発生させるマイナスの電圧値は、絶縁トランスの巻線比等で任意に設定することができる。
もちろん、上述したＤＣ／ＡＣ／ＤＣコンバータは、負電源部１０の一例であり、限定するものではなく、マルチバイブレータを用いたチャージポンプ型など他の回路構成を採用してマイナス電圧を出力させても良い。

負電源部１０が発生するマイナスの電圧値は、火花放電を維持するために必要とされる電圧値や、点火コイル２の巻線比等に基づいて設定されるものであり、一例を開示すると、この実施例の負電源部１０は、マイナス側に−１５０Ｖ〜−２００Ｖを出力するように設けられている。

エネルギー投入回路５は、点火プラグ１の火花放電を継続させる際に、
（ｉ）１次コイル２ａのプラス側に負電源部１０のマイナス側を接続するエネルギー投入時と、
（ｉｉ）１次コイル２ａのプラス側に負電源部１０のマイナス側の接続するのを停止して（即ち、負電源部１０によるエネルギー投入を停止して）、１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ向かう電流を還流させるエネルギー還流時と、
を交互に繰り返すように設けられている。

点火装置は、エネルギー投入時とエネルギー還流時の切り替えを行う手段として、
・１次コイル２ａのプラス側を車載バッテリ７のプラス側に接続するプラス電圧ラインαと、
・このプラス電圧ラインαを断続する還流スイッチＳｒｅｆ（例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ、パワートランジスタ等）と、
・１次コイル２ａのプラス側を負電源部１０のマイナス側に接続するマイナス電圧ラインβと、
・このマイナス電圧ラインβを断続するエネルギー投入スイッチＳｎｅｔ（例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ、パワートランジスタ等）と、
を備える。

なお、エネルギー投入スイッチＳｎｅｔ、還流スイッチＳｒｅｆおよび後述するバイパススイッチＳｂｙｐは、制御回路６によりＯＮ−ＯＦＦ制御されるものであり、
・エネルギー投入スイッチＳｎｅｔは、１次コイル２ａへエネルギー投入する際にＯＮされるものであり、
・還流スイッチＳｒｅｆは、エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔがＯＮする時のみＯＦＦされるものであり、
・バイパススイッチＳｂｙｐは、エネルギー投入回路５の作動期間（ＥＣＵ３から放電継続信号ＩＧｗを受ける期間）のみＯＮされるものである。

具体的に、エネルギー投入回路５は、
（ｉ）エネルギー投入時に、エネルギー投入スイッチＳｎｅｔをＯＮして、還流スイッチＳｒｅｆをＯＦＦすることで、エネルギー投入経路Ａを形成して、１次コイル２ａのプラス側に負電源部１０のマイナス側を接続することで、１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ向けて電流を流すものであり、
（ｉｉ）エネルギー還流時に、エネルギー投入スイッチＳｎｅｔをＯＦＦして、還流スイッチＳｒｅｆをＯＮすることで、バイパススイッチＳｂｙｐを経由する還流経路Ｂを形成して、１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ向かう電流を還流させるものである。

エネルギー投入時とエネルギー還流時とを交互に切り替える制御回路６には、エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔと還流スイッチＳｒｅｆを交互にＯＮ−ＯＦＦ制御して２次電流ｉ２をコントロールする２次電流コントローラが搭載されている。
具体的な２次電流コントローラの一例は、２次コイル２ｂを流れる２次電流ｉ２を電流検出抵抗９を用いてモニターし、モニターした２次電流ｉ２が所定の目標範囲を維持するようにエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔと還流スイッチＳｒｅｆを交互にＯＮ−ＯＦＦ制御するフィードバック制御を採用するものである。

なお、２次電流コントローラは、上述したフィードバック制御に限定するものではなく、２次電流ｉ２が所定の目標範囲を維持するようにオープンループ制御によってエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔをＯＮ−ＯＦＦ制御するものであっても良い。
また、フィードバック制御あるいはオープンループ制御を行う際における２次電流ｉ２の目標値は、一定であっても良いし、エンジンの運転状態（例えば、ＥＣＵ３から付与される指示信号等）に応じて変更するものであっても良い。

この実施例の点火装置は、
・車載バッテリ７のプラス側（即ち、プラス電圧ラインα）と１次コイル２ａのマイナス側（具体的には１次コイル２ａと点火用スイッチＩＧＢＴの間）を接続するバイパスラインγと、
・このバイパスラインγにおいて車載バッテリ７のプラス側から１次コイル２ａのマイナス側のみへ電流を流すバイパスダイオードＤｂｙｐと、
・バイパスラインγを断続するバイパススイッチＳｂｙｐ（例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ、パワートランジスタ等）と、
を備えて構成される。

このバイパススイッチＳｂｙｐは、ＥＣＵ３から放電継続信号ＩＧｗを受ける火花放電継続時（エネルギー投入時とエネルギー還流時の実行時）に制御回路６によってＯＮされるものであり、火花放電継続時にバイパススイッチＳｂｙｐがＯＮされることで、車載バッテリ７のプラス側から１次コイル２ａのマイナス側へ向けてのみ電流を流すことができる。

具体的に、火花放電継続時にバイパススイッチＳｂｙｐがＯＮされた状態で、
（ｉ）エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔがＯＮされて、還流スイッチＳｒｅｆがＯＦＦされると、図２（ｂ１）に示すように、「アース接地ＧＮＤ→車載バッテリ７のマイナス側→バイパススイッチＳｂｙｐ→バイパスダイオードＤｂｙｐ→１次コイル２ａ→エネルギー投入スイッチＳｎｅｔ→負電源部１０→（再びアース接地ＧＮＤ）」の順で電流が流れるエネルギー投入経路Ａが形成され、
（ｉｉ）エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔがＯＦＦされて、還流スイッチＳｒｅｆがＯＮされると、図２（ｂ２）に示すように、「１次コイル２ａ→還流スイッチＳｒｅｆ→バイパススイッチＳｂｙｐ→バイパスダイオードＤｂｙｐ→（再び１次コイル２ａ）」の順で電流が流れる還流経路Ｂが形成される。

（点火装置の作動説明）
点火信号ＩＧｔが出力（ハイ信号）されると、
（ａ）点火信号ＩＧｔの出力期間に亘って点火用スイッチＩＧＢＴがＯＮされるとともに、
（ｂ）点火信号ＩＧｔの出力期間に亘って負電源部１０が作動し、マイナス電位の電気エネルギーを、負電源部１０に搭載した蓄電手段（コンデンサ等）に蓄える。

（ｃ）点火信号ＩＧｔが停止（ロー信号）されると、点火用スイッチＩＧＢＴがＯＦＦされ、１次コイル２ａの通電状態が遮断される。その結果、１次電流ｉ１が停止すると同時に２次電圧が立ち上がって点火プラグ１に高電圧が印加されて、点火プラグ１において主点火が生じる。

（ｄ）点火プラグ１で主点火が開始された後、２次電流ｉ２は略三角波形状で減衰する。そして、２次電流ｉ２が所定の下限電流値（火花放電を維持するための電流値）に低下する前に、ＥＣＵ３が放電継続信号ＩＧｗを出力（ハイ信号）する。

（ｅ）放電継続信号ＩＧｗが出力（ハイ信号）されると、制御回路６によりエネルギー投入回路５が作動する。
すると、エネルギー投入回路５は、１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ向けて電気エネルギーを投入し、主点火回路４の作動によって生じた火花放電を継続させる。

具体的に、放電継続信号ＩＧｗが出力（ハイ信号）されると、制御回路６に設けた２次電流コントローラがエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔと還流スイッチＳｒｅｆを交互にＯＮ−ＯＦＦ制御して、エネルギー投入経路Ａを電流が流れるエネルギー投入時と、還流経路Ｂを電流が流れるエネルギー還流時とが交互に繰り返えられる。これにより、１次コイル２ａの１次電流ｉ１が制御され、２次コイル２ｂの２次電流ｉ２がコントロールされて、点火プラグ１における火花放電の継続がなされる。

上記を具体的に説明すると、エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔがＯＮされる毎に１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ電流が流れる。その結果、電気エネルギーが追加される毎に、主点火時と同方向の２次電流ｉ２が２次コイル２ｂに順次追加して流れる。このように、２次電流コントローラがエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔをＯＮ−ＯＦＦ制御することで、火花放電を維持可能な範囲において２次電流ｉ２が制御される。

このことをさらに具体的に説明する。エンジンの気筒内に生じる強い気流によって火花放電が流されると、火花放電長が伸張して放電電圧が上昇し、２次電流ｉ２が減少していく。２次電流ｉ２が所定値より減少すると、２次電流ｉ２のフィードバック制御によりエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔがＯＮとなり、１次コイル２ａに電気エネルギーが再投入される。その結果、火花放電が気流に流されて伸張しても２次電流ｉ２が略一定範囲内に保たれ、放電維持電圧を維持することができ、火花放電の吹き消しを回避できる。
逆に、継続火花放電中に２次電流ｉ２が増加する方向に作用すると、２次電流ｉ２のフィードバック制御によりエネルギー投入用スイッチＳｎｅｔがＯＦＦになり、１次コイル２ａに投入される電気エネルギー量が減らされ、結果的に２次電流ｉ２が略一定範囲内に保たれる。

このようにして放電継続信号ＩＧｗの継続中は、継続火花放電を継続させることができるため、高い着火性を得るこができる。
また、継続火花放電の継続中は２次電流ｉ２が略一定範囲内にコントロールされるため、大電流による電極摩耗の軽減効果を得ることができる。
さらに、継続火花放電の継続中は２次電流ｉ２を略一定範囲内にコントロールすることで、無駄な電力消費を抑えて省エネ効果を得ることができる。

（ｆ）そして、点火継続信号ＩＧｗが停止（ロー信号）されると、エネルギー投入回路５の作動が停止し、継続火花放電を終了する。
具体的には、エネルギー投入回路５の作動が停止すると、制御回路６によって還流スイッチＳｒｅｆがＯＮされて、１次コイル２ａのプラス側にバッテリ電圧が供給される初期状態へ戻される。

（実施例１の効果１）
実施例１の点火装置は、上述したように、点火プラグ１に生じた火花放電を継続させる際、１次コイル２ａのプラス側に負電源部１０のマイナス側を接続することで、１次コイル２ａのマイナス側からプラス側へ向けて電気エネルギーを投入する。
エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔがＯＮするエネルギー投入時は、１次コイル２ａを通って負電源部１０へ流れた電流がアース接地ＧＮＤに流れるため、エネルギー投入時において車載バッテリ７の経路損失を無くすことができる。
また、エネルギー投入用スイッチＳｎｅｔをＯＦＦするエネルギー循環時は、１次コイル２ａを通った電流が車載バッテリ７をバイパスするため、エネルギー循環時において車載バッテリ７の経路損失を無くすことができる。
このように、火花放電継続時（エネルギー投入時とエネルギー還流時の実行時）における必要エネルギーを抑えることが可能になり、火花放電継続時の使用電力を抑えることができる。即ち、本発明を採用することで、点火装置の電力消費を抑えることができる。

上記の「効果１」を具体的に説明する。
（ｉ）エネルギー投入経路Ａは、図２（ｂ１）に示すように、「アース接地ＧＮＤ→車載バッテリ７のマイナス側→バイパススイッチＳｂｙｐ→バイパスダイオードＤｂｙｐ→１次コイル２ａ→エネルギー投入スイッチＳｎｅｔ→負電源部１０→（再びアース接地ＧＮＤ）」である。
（ｉｉ）エネルギー循環経路Ｂは、図２（ｂ２）に示すように、「１次コイル２ａ→還流スイッチＳｒｅｆ→バイパススイッチＳｂｙｐ→バイパスダイオードＤｂｙｐ→（再び１次コイル２ａ）」である。

上記エネルギー投入経路Ａの経路損失は、図２（ｂ１）に示すように、車載バッテリ７が−１２Ｖ、バイパススイッチＳｂｙｐが０．１Ｖ、バイパスダイオードＤｂｙｐが０．７Ｖ、エネルギー投入スイッチＳｎｅｔが０．１Ｖとなる。このため、エネルギー投入経路Ａの合計損失（小計）は−１１．１Ｖになる。
一方、上記還流経路Ｂの経路損失は、図２（ｂ２）に示すように、還流スイッチＳｒｅｆが０．１Ｖ、バイパススイッチＳｂｙｐが０．１Ｖ、バイパスダイオードＤｂｙｐが０．７Ｖとなる。このため、還流経路Ｂの合計損失（小計）は０．９Ｖになる。

これにより、図２（ｂ３）に示すように、この実施例１におけるエネルギー投入回路５の作動中における合計の経路損失は−１０．２Ｖになる。
その結果、参考技術として開示した「新規の点火装置（図５参照）」に比較して、この実施例１では、火花放電継続時（エネルギー投入時とエネルギー還流時の実行時）における経路損失を、図２（ｂ４）に示すように、差分として３５．７Ｖを軽減できる。

エネルギー投入時におけるエネルギー低減効果を図３を参照して説明する。
参考技術として開示した「新規の点火装置（図５参照）」の場合、点火プラグ１で所定の出力エネルギーＸ１を生じさせる際、エネルギー投入回路５の必要エネルギーはＹ１であった。
これに対し、この「実施例１の点火装置（図１参照）」の場合、点火プラグ１で所定の出力エネルギーＸ２（＝Ｘ１）を生じさせる際、エネルギー投入回路５の必要エネルギーをＹ２（＜Ｙ１）に抑えることができる。
このように、この実施例１を採用することにより、火花放電の継続を行う点火装置の電力消費を抑えることが可能になる

（実施例１の効果２）
実施例１の点火装置は、上述したように、
（ｉ）エネルギー投入時において１次コイル２ａを通って負電源部１０へ流れた電流がアース接地ＧＮＤへ流れ、
（ｉｉ）エネルギー循環時において１次コイル２ａを通った電流が車載バッテリ７をバイパスして流れる。
即ち、この実施例１の点火装置は、エネルギー投入回路５の作動時において、車載バッテリ７のプラス側にエネルギー投入による電圧上昇が生じない。

このため、車載バッテリ７からバッテリ電圧の供給を受ける他の電気機器（点火装置とは異なる車載機器類）が、エネルギー投入回路５の作動影響を受ける懸念がない。
また、エネルギー投入時には、負電源部１０のマイナス電圧と、車載バッテリ７のプラス電圧が加算された電力が１次コイル２ａに投入されるため、負電源部１０の負担を軽減でき、負電源部１０の小型化が可能になる。

［実施例２］
図４及び図２、図３を参照して実施例２を説明する。
上記実施例１の点火装置は、エネルギー投入時とエネルギー還流時にバイパスラインγを用いて車載バッテリ７のプラス側から１次コイル２ａのマイナス側に電流を流す例を示した。
これに対し、実施例２の点火装置は、実施例１のバイパスラインγを廃止し、点火用スイッチＩＧＢＴと並列に、アース接地ＧＮＤから１次コイル２ａのマイナス側へ向けてのみ電流を流すバイパスダイオードＤｂｙｐを設けたものであり、
（ｉ）エネルギー投入時に、車載バッテリ７をバイパスして車両のアース接地ＧＮＤとバイパスダイオードＤｂｙｐを介して１次コイル２ａのマイナス側へ電流を流し、
（ｉｉ）エネルギー還流時に、車載バッテリ７と車両のアース接地ＧＮＤとバイパスダイオードＤｂｙｐを介して１次コイル２ａのマイナス側へ電流を流すものである。

このように設けることにより、
（ｉ）エネルギー投入経路Ａは、図２（ｃ１）に示すように、「アース接地ＧＮＤ→バイパスダイオードＤｂｙｐ→１次コイル２ａ→エネルギー投入スイッチＳｎｅｔ→負電源部１０→（再びアース接地ＧＮＤ）」である。
（ｉｉ）エネルギー循環経路Ｂは、図２（ｃ２）に示すように、「１次コイル２ａ→還流スイッチＳｒｅｆ→車載バッテリ７のプラス側→アース接地ＧＮＤ→バイパスダイオードＤｂｙｐ→（再び１次コイル２ａ）」である。

上記エネルギー投入経路Ａの経路損失は、図２（ｃ１）に示すように、バイパスダイオードＤｂｙｐが０．７Ｖ、エネルギー投入スイッチＳｎｅｔが０．１Ｖとなる。このため、エネルギー投入経路Ａの合計損失（小計）は０．８Ｖになる。
一方、上記還流経路Ｂの経路損失は、図２（ｃ２）に示すように、還流スイッチＳｒｅｆが０．１Ｖ、車載バッテリ７が１２Ｖ、バイパスダイオードＤｂｙｐが０．７Ｖとなる。このため、還流経路Ｂの損失は１２．８Ｖになる。

これにより、図２（ｃ３）に示すように、この実施例２におけるエネルギー投入回路５の作動中における合計の経路損失は１３．６Ｖになる。
その結果、参考技術として開示した「新規の点火装置（図５参照）」に比較して、この実施例２では、火花放電継続時（エネルギー投入時とエネルギー還流時の実行時）における経路損失を、図２（ｃ４）に示すように、差分として１１．９Ｖを軽減できる。

エネルギー投入時におけるエネルギー低減効果を図３を参照して説明する。
上述したように、参考技術として開示した「新規の点火装置（図５参照）」の場合、点火プラグ１で所定の出力エネルギーＸ１を生じさせる際、エネルギー投入回路５の必要エネルギーはＹ１であった。
これに対し、この「実施例２の点火装置（図４参照）」の場合、点火プラグ１で所定の出力エネルギーＸ３（＝Ｘ１）を生じさせる際、エネルギー投入回路５の必要エネルギーをＹ３（＜Ｙ１）に抑えることができる。
このように、この実施例２を採用することにより、火花放電の継続を行う点火装置の電力消費を抑えることが可能になる。

上記実施例では、各スイッチの一例として半導体型スイッチ（ＭＯＳ型ＦＥＴ、パワートランジスタ等）を用いる例を示したが、限定するものではなく、例えば機械的な開閉動作を伴うリレー（リレーコイル＋リレースイッチ）等を用いても良い。

上記実施例では、ガソリンエンジンに本発明の点火装置を用いる例を示したが、継続火花放電によって混合気の着火性の向上を図ることができるため、エタノール燃料や混合燃料を用いるエンジンに適用しても良い。もちろん、粗悪燃料が用いられる可能性のあるエンジンに用いても継続火花放電により着火性の向上を図ることができる。

上記実施例では、希薄燃焼（リーンバーン燃焼）運転が可能なリーンバーンエンジンに本発明の点火装置を用い、着火性が悪化する希薄燃焼時の着火性を継続火花放電により向上させる例を示したが、希薄燃焼とは異なる燃焼状態であっても継続火花放電によって着火性の向上を図ることができるため、リーンバーンエンジンへの適用に限定するものではなく、希薄燃焼を行わないエンジンに用いても良い。

また、高ＥＧＲエンジン（ＥＧＲガスの帰還率を高めることができるエンジン）に適用し、高ＥＧＲ時に継続火花放電を生じさせて着火性の向上を図っても良い。
同様に、着火性が低下するエンジン低温時に継続火花放電を実施して、エンジン低温時における着火性の向上を図っても良い。

上記実施例では、燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式エンジンに本発明の点火装置を用いる例を示したが、もちろん限定するものではなく、吸気バルブの吸気上流側（吸気ポート内）に燃料を噴射するポート噴射式のエンジンに用いても良い。

上記実施例では、混合気の旋回流（タンブル流やスワール流等）を気筒内にて積極的に生じさせるエンジンに本発明の点火装置を用い、継続火花放電によって「旋回流による火花放電の吹き消し」を回避する例を開示したが、旋回流コントロール手段（タンブル流コントロールバルブやスワール流コントロールバルブ等）を有しないエンジンに用いても良い。

上記実施例では、各点火プラグ１ごとに点火コイル２を用いるＤＩタイプの点火装置に本発明を適用したが、ＤＩタイプに限定するものではない。

上記実施例では、主点火回路４の具体例としてフルトラタイプを示したが、主点火回路４はＣＤＩタイプであっても良い。

１ 点火プラグ
２ 点火コイル
２ａ １次コイル
５ エネルギー投入回路
７ 車載バッテリ
１０ 負電源部

Claims (7)

1. 車載バッテリ（７）からの給電により点火コイルの１次コイル（２ａ）に通電させるとともに、前記車載バッテリ（７）からの給電により前記１次コイル（２ａ）に発生した電流を遮断することで、点火プラグ（１）に火花放電を生じさせる主点火回路（４）と、
   この主点火回路（４）の動作によって生じた火花放電の開始後に、電気エネルギーを前記１次コイル（２ａ）に投入することで、前記主点火回路（４）の遮断動作によって前記点火コイルの２次コイル（２ｂ）に流れた電流の方向と同一方向の２次電流を前記２次コイル（２ｂ）に流し、前記主点火回路（４）の遮断動作によって生じた火花放電を継続させるエネルギー投入回路（５）とを備え、
   前記エネルギー投入回路（５）は、
   前記１次コイル（２ａ）の両側の内、前記主点火回路（４）の通電動作により前記１次コイル（２ａ）に発生する電流の流れ方向で考えたときの高電位側に、前記車載バッテリ（７）のアース電位より低いマイナス電圧を出力する直流の負電源部（１０）を有し、
   前記主点火回路（４）の遮断動作により前記点火プラグ（１）に火花放電が発生した後、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記車載バッテリ（７）との間を遮断するとともに、前記１次コイル（２ａ）の両側の内、前記主点火回路（４）の通電動作により前記１次コイル（２ａ）に発生する電流の流れ方向で考えたときの低電位側と前記車載バッテリ（７）との間を接続し、かつ、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を接続することで、電気エネルギーを前記１次コイル（２ａ）に投入して火花放電を継続させることを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 車載バッテリ（７）からの給電により点火コイルの１次コイル（２ａ）に通電させるとともに、前記車載バッテリ（７）からの給電により前記１次コイル（２ａ）に発生した電流を遮断することで、点火プラグ（１）に火花放電を生じさせる主点火回路（４）と、
   この主点火回路（４）の動作によって生じた火花放電の開始後に、電気エネルギーを前記１次コイル（２ａ）に投入することで、前記主点火回路（４）の遮断動作によって前記点火コイルの２次コイル（２ｂ）に流れた電流の方向と同一方向の２次電流を前記２次コイル（２ｂ）に流し、前記主点火回路（４）の遮断動作によって生じた火花放電を継続させるエネルギー投入回路（５）と、
   前記１次コイル（２ａ）の両側の内、前記主点火回路（４）の通電動作により前記１次コイル（２ａ）に発生する電流の流れ方向で考えたときの低電位側へ向けて、車両のアース接地（ＧＮＤ）から電流が流れるのを許容するとともに、前記アース接地（ＧＮＤ）へ向けて前記低電位側から電流が流れるのを禁止するバイパスダイオード（Ｄｂｙｐ）とを備え、
   前記エネルギー投入回路（５）は、
   前記１次コイル（２ａ）の両側の内、前記主点火回路（４）の通電動作により前記１次コイル（２ａ）に発生する電流の流れ方向で考えたときの高電位側に、前記車載バッテリ（７）のアース電位より低いマイナス電圧を出力する直流の負電源部（１０）を有し、
   前記主点火回路（４）の遮断動作により前記点火プラグ（１）に火花放電が発生した後、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記車載バッテリ（７）との間を遮断するとともに、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を接続することで、電気エネルギーを前記１次コイル（２ａ）に投入して火花放電を継続させることを特徴とする内燃機関用点火装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関用点火装置において、
   前記エネルギー投入回路（５）は、
   前記点火プラグ（１）の火花放電を継続させる際、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を接続する時と、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を遮断するとともに、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記車載バッテリ（７）との間を接続して、前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側から前記高電位側へ向かう電流を還流させる時とを交互に繰り返すことを特徴とする内燃機関用点火装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関用点火装置において、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側を前記負電源部（１０）のマイナス側に接続するマイナス電圧ライン（β）と、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側を前記車載バッテリ（７）のプラス側に接続するプラス電圧ライン（α）と、
   前記マイナス電圧ライン（β）を断続するエネルギー投入スイッチ（Ｓｎｅｔ）と、
   前記プラス電圧ライン（α）を断続する還流スイッチ（Ｓｒｅｆ）とを備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関用点火装置において、
   前記エネルギー投入回路（５）は、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を接続する時に、前記エネルギー投入スイッチ（Ｓｎｅｔ）をオンして、還流スイッチ（Ｓｒｅｆ）をオフし、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を遮断して、前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側から前記高電位側へ向かう電流を還流させる時に、前記エネルギー投入スイッチ（Ｓｎｅｔ）をオフして、還流スイッチ（Ｓｒｅｆ）をオンすることを特徴とする内燃機関用点火装置。
6. 請求項１に記載の内燃機関用点火装置において、
   前記車載バッテリ（７）のプラス側と、前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側とを接続するバイパスライン（γ）と、
   このバイパスライン（γ）を断続するバイパススイッチ（Ｓｂｙｐ）とを備え、
   前記エネルギー投入回路（５）は、
   前記点火プラグ（１）の火花放電を継続させる際、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を接続する時と、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を遮断するとともに、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記車載バッテリ（７）との間を接続して、前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側から前記高電位側へ向かう電流を還流させる時とを交互に繰り返し、
   前記内燃機関用点火装置は、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を接続する時、
   および、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を遮断するとともに、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記車載バッテリ（７）との間を接続して、前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側から前記高電位側へ向かう電流を還流させる時に、
   前記バイパススイッチ（Ｓｂｙｐ）をオンして、前記車載バッテリ（７）のプラス側から前記バイパスライン（γ）を介して前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側へ向けて電流を流すことを特徴とする内燃機関用点火装置。
7. 請求項２に記載の内燃機関用点火装置において、
   前記エネルギー投入回路（５）は、
   前記点火プラグ（１）の火花放電を継続させる際、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を接続する時と、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を遮断するとともに、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記車載バッテリ（７）との間を接続して、前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側から前記高電位側へ向かう電流を還流させる時とを交互に繰り返し、
   前記内燃機関用点火装置は、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を接続する時に、前記車載バッテリ（７）をバイパスして前記アース接地（ＧＮＤ）と前記バイパスダイオード（Ｄｂｙｐ）を介して前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側へ向けて電流を流し、
   前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記負電源部（１０）のマイナス側との間を遮断するとともに、前記１次コイル（２ａ）の前記高電位側と前記車載バッテリ（７）との間を接続して、前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側から前記高電位側へ向かう電流を還流させる時に、前記車載バッテリ（７）と前記アース接地（ＧＮＤ）と前記バイパスダイオード（Ｄｂｙｐ）を介して前記１次コイル（２ａ）の前記低電位側へ向けて電流を流すことを特徴とする内燃機関用点火装置。

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