JP6536155B2 - 内燃機関用点火システム - Google Patents

Description

本発明は内燃機関に用いられる点火システムに関する。

近年、自動車用内燃機関での燃費を向上させるため、希薄燃料の燃焼制御（リーンバーンエンジン）、又は、内燃機関のシリンダへ燃焼ガスを還流させるＥＧＲに関する技術の検討が進められている。これらの技術にあっては、内燃機関の点火タイミングで点火プラグが複数回連続的に放電を行なう多重点火方式／交流点火方式、又は、点火タイミング近傍の一定時間について二つの点火コイルを交互に動作させ、点火プラグを持続的に放電させるＤＣＯ方式等、混合気に含まれる化石燃料を効果的に燃焼させる為の点火システムが種々検討されている。

これらの方式による点火システムでは、大きな放電電流を維持することが要求されるため、一次コイル（点火コイルの一次側）への印加電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ等によって昇圧している（特許文献１参照）。

特開２０１２−１６７６６５

上記の場合に、放電開始時の点火信号が、ＥＣＵからの信号異常などにより通常時の点火信号よりも長くなってしまうことがある。このとき、高電圧のために短時間で大きな電流に達し、一次コイルへ流れる電流の切断と導通を行うＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子に、電流が過剰に流れるおそれがある。その結果として、ＩＧＢＴの消費電力が増大し、損傷してしまうおそれがある。

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、点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる点火システムにおいて、スイッチング素子の損傷を抑制することを目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、内燃機関用点火システムであって、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を発生する点火プラグと、一次コイル及び二次コイルを具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイルと、異なる電源電圧を点火コイルに供給する複数の電圧供給手段と、前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行うスイッチング素子と、前記複数の電圧供給手段の内、第一電圧を供給する電圧供給手段に接続された第一電流経路と、前記複数の電圧供給手段の内、前記第一電圧よりも高い第二電圧を供給する電圧供給手段に接続された第二電流経路と、前記一次コイルに接続された第三電流経路と、前記第三電流経路に前記第一電流経路を接続した第一状態と、前記第三電流経路に前記第二電流経路を接続した第二状態とを切り替える経路切替手段と、前記経路切替手段を前記第一状態と前記第二状態とで切り替えるとともに、前記スイッチング素子の駆動を制御することで、前記点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる一次電流制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、この内燃機関用点火システムには、複数の電圧供給手段が備えられており、その内、第一電圧を供給する電圧供給手段に接続された第一電流経路と、第一電圧よりも高い第二電圧を供給する電圧供給手段に接続された第二電流経路が設けられている。その他に、点火コイルを構成している一次コイルと二次コイルの内、一次コイルに接続された第三電流経路が設けられている。ここで、一次電流制御手段は、経路切替手段を制御することにより、第三電流経路に対して第一電流経路を接続して第二電流経路を切断する第一状態と、第三電流経路に対して第一電流経路を切断して第二電流経路を接続する第二状態とを任意に切替えることができる。

そして、第一状態では第一電流経路から、第二状態では第二電流経路から、それぞれに接続されている電圧供給手段により第三電流経路を介して一次コイルに一次電流が流れる。一次コイルへ流れる一次電流は、スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることで、その電流の切断と導通が制御される。一次電流制御手段により、スイッチング素子を制御し、一次電流をコントロールすることで、点火プラグに連続放電や多重放電を実行させる。このため、点火プラグにより放電を実行させるに際して、例えば点火プラグの放電開始時と放電開始後で任意に電圧を変更することが出来、その結果、スイッチング素子の損傷を抑制することが出来る。

本実施形態に係る内燃機関用点火システムの回路構成を示す図である。 本実施形態に係る点火信号、一次電流、及び二次電流を示したタイミングチャートである。 内燃機関用点火システムの回路構成を示す図である（変更例）。 内燃機関用点火システムの回路構成を示す図である（変更例）。 内燃機関用点火システムの回路構成を示す図である（変更例）。 変更例に係る内燃機関用点火システムの制御フローチャートである。 変更例に係る点火信号、一次電流、及び二次電流を示したタイミングチャートである。 内燃機関用点火システムの回路構成を示す図である（変更例）。

本実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示す自動車用の内燃機関用点火システム１０は、二つの点火コイル１８Ａ,１８Ｂと、二つのＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂ（スイッチング素子に該当）と、点火プラグ２０と、バッテリ１１（電圧供給手段に該当）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（電圧供給手段に該当）とが設けられている。

点火コイル１８Ａは、一次コイル１５Ａ、二次コイル１６Ａ及び鉄心１７Ａを備え、点火コイル１８Ｂもまた同様な構成を取っている。一次コイル１５Ａ,１５Ｂのそれぞれの第一端は、電源に接続されている。一次コイル１５Ａ,１５Ｂのそれぞれの第二端は、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂのコレクタ端子にそれぞれ接続され、そしてＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂのエミッタ端子には電流検出回路２２（一次電流検出手段に該当）が接続され、電流検出回路２２はＥＣＵ１３に接続されている。電流検出回路２２は電流センサなどで構成されている。

二次コイル１６Ａ,１６Ｂの第一端はそれぞれグランド電位に接地されている。一方で、二次コイル１６Ａ,１６Ｂの第二端は、ダイオード１９Ａ,１９Ｂのカソード側に接続されている。ダイオード１９Ａ,１９Ｂのアノード側は点火プラグ２０に接続されている。すなわち、ダイオード１９Ａ,１９Ｂは点火プラグ２０に対して逆方向に接続されている。かかるダイオード１９Ａ,１９Ｂは、二つの点火コイル１８Ａ、１８Ｂの出力を足し合わせるため、及び点火コイル１８Ａ、１８Ｂへの通電によるプレイグニッションを防止するために設けられる。詳しくは、これらのダイオード１９Ａ,１９Ｂのアノード側が互いに接続されて合流し、合流した電流経路は点火プラグ２０の入力端子に接続されている。即ち、各々の二次コイル１６Ａ,１６Ｂは、１つの共通する点火プラグ２０に接続され、当該点火プラグ２０は、双方の点火コイル１８Ａ,１８Ｂから負の高電圧が印加されることとなる。

ＥＣＵ１３（一次電流制御手段に該当）は、ＣＰＵ及びＩ／Ｏ回路及びメモリ回路及びクロック回路等を備えている。このＥＣＵ１３は、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂそれぞれと別個に接続されている。ＥＣＵ１３は、入力された情報に基づいて点火信号ＩＧＴ＿１,ＩＧＴ＿２を生成して、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂのゲート端子へ出力し、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂの駆動を制御する。Ｉ／Ｏ回路には、自動車の各部に設けられた各種ＥＣＵまたはセンサから、内燃機関の運転状態に関する情報（以下、運転状態情報と呼ぶ）が適宜に入力される。この運転状態情報には、インジェクタの動作情報，クランク角センサからの情報等を含み、ＥＣＵ１３では、これらの情報に基づいて内燃機関の負荷状態及び回転数に関する情報を認識する。そして、ＥＣＵ１３では、これらの情報に基づいて各々の点火信号ＩＧＴ＿１とＩＧＴ＿２を設定する。

そして、ＥＣＵ１３から送信される点火信号ＩＧＴ＿１とＩＧＴ＿２の位相は、一致しない状態でＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂに入力されるため、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂは、一方がＯＮの場合に他方がＯＦＦとなるように同期して駆動することとなる。

ここで、バッテリ１１とＤＣ−ＤＣコンバータ１２とは直列で繋がっている。そして、バッテリ１１とＤＣ−ＤＣコンバータ１２の入力側と接続する電流経路との間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介さない電流経路２４（第一電流経路に該当）が分岐している。このとき、バッテリ１１から供給される電圧は１２（Ｖ）〜２４（Ｖ）程度であり、これに基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は４０（Ｖ）〜９０（Ｖ）程度にまで電圧を昇圧させる。

このＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介さない電流経路２４とＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力側に設けられた電流経路２３（第二電流経路に該当）とは、どちらも途中で経路が途切れている。その途切れた経路を補うようにリレー２１（経路切替手段に該当）が設けられている。リレー２１と接続している電流経路２５は、一次コイル１５Ａの第一端と接続されている。その一次コイル１５Ａとリレー２１の間には、一次コイル１５Ｂの第一端に接続された電流回路が分岐している（第三電流経路に該当）。すなわち、第三電流経路は、一次コイル１５（１５Ａ,１５Ｂ）とリレー２１とを接続する電流経路である。

ＥＣＵ１３は制御信号をリレー２１に送ることにより、電流経路２４がリレー２１を介して電流経路２５に接続される（第一状態に該当）か、電流経路２３がリレー２１を介して電流経路２５に接続されるか（第二状態に該当）、適宜制御する。すなわち、ＥＣＵ１３は、リレー２１を制御することにより、電流経路２５に対して電流経路２４を接続して電流経路２３を切断する第一状態と、電流経路２５に対して電流経路２４を切断して電流経路２３を接続する第二状態とを任意に切替える。

次に、本実施形態におけるＥＣＵ１３が実行する制御を説明する。

図２は、本実施形態におけるＥＣＵ１３の動作を示すタイミングチャートである。この図には、ＥＣＵ１３から送信されるＩＧＴ＿１,ＩＧＴ＿２、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂにそれぞれ流れる一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２の波形、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を遮断したときに発生する二次電流Ｉ２の波形が各々示されている。

ＥＣＵ１３により送信される点火信号ＩＧＴ＿１,ＩＧＴ＿２は、それぞれ時間間隔の長い第一パルスと、時間間隔が短く間欠的に起こる後続パルスとで構成されている。この第一パルスと後続パルスは、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２が予め設定されている設定値Ａを超えるように設定されている。設定値Ａは、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂを損傷させるおそれがない範囲での目標値に設定している。ＥＣＵ１３は、電流検出回路２２により一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２の上昇を監視させ、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２が設定値Ａを超えた場合にＩＧＢＴ１４Ａ,１４ＢをそれぞれＯＦＦにする。

点火信号ＩＧＴ＿１,ＩＧＴ＿２によってＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂが駆動されると、各々の一次コイル１５Ａ，１５Ｂでは、一次電流Ｉ１＿１及びＩ１＿２が断続的に発生する。

これに伴って、各々の二次コイル１６Ａ,１６Ｂでは、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２に同期して磁束の変動が連続的に発生し、高電圧を連続的に出力させる。従って、点火プラグ２０の入力端子には、双方の高電圧を合成させた電圧が印加されることとなり、二次電流Ｉ２が持続的に流れるようになる。

さらに、電流検出回路２２により検出された電流を基に、ＥＣＵ１３がリレー２１による電流経路の切替えを行ない、一次コイル１５Ａ,１５Ｂへ印加される電圧をバッテリ１１の電圧（第一電圧に該当）とするか、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧（第二電圧に該当）とするか適宜制御する。

このとき、点火プラグ２０の放電開始に際して、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂに送信されるＩＧＴ＿１とＩＧＴ＿２は、特に第一パルスにおいてＥＣＵ１３からの信号異常などにより通常時の点火信号ＩＧＴ＿１,ＩＧＴ＿２よりも長くなってしまう場合がある。仮にバッテリ１１の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧させた電圧を、常に一次コイル１５Ａ,１５Ｂに印加する構成であるとする。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により立上がり角が大きくなった一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２が、長時間、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂに流れ、その消費電力が急速に増加し、損傷してしまうおそれがある。

そこで本実施形態では、点火プラグ２０の放電開始に際しては、リレー２１により電流経路２４を電流経路２５に接続させる。この構成により、バッテリ１１から一次コイル１５Ａ,１５Ｂに一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２が流れ、そしてその一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を遮断したときに誘起される二次電流Ｉ２により、点火プラグ２０の放電が行われる。放電開始後は、リレー２１により電流経路２３を電流経路２５に接続させる。このとき、電流検出回路２２により、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２の上昇を監視させ、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２の双方が一度設定値Ａを超えた場合にリレー２１の切り替えを行う。この構成により、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により増大した一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２が一次コイル１５Ａ,１５Ｂに流れ、そしてその一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を遮断したときに誘起される二次電流Ｉ２により、点火プラグ２０の放電が行われる。

例えば点火プラグ２０の放電開始に際して、バッテリ１１より供給される一次電流Ｉ１＿１が設定値Ａを超えた場合には、ＩＧＢＴ１４ＡをＯＦＦにすることで一次電流Ｉ１＿１を遮断する。このとき、点火プラグ２０と接地しているグランド電位より二次電流Ｉ２が誘起し、その二次電流Ｉ２により点火プラグ２０が放電する。

そして、一次電流Ｉ１＿２が設定値Ａを超えた際に、ＩＧＢＴ１４ＡをＯＮにし、ＩＧＢＴ１４ＢをＯＦＦにする。それと同時にリレー２１の切替を行い、点火コイル１８へ供給する電源電圧を、バッテリ１１の電圧からＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧へ変更する。このため、放電開始に際して、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂの消費電力の急速な増加を抑制することが可能となる。

上記構成により、本実施形態に係る内燃機関用点火システム１０は、以下の効果を奏する。

・ＥＣＵ１３は、点火プラグ２０の放電開始に際して、リレー２１を制御することにより、バッテリ１１の電圧が一次コイル１５Ａ,１５Ｂに印加される。このため、一次コイル１５Ａ,１５Ｂにそれぞれ流れる一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を緩やかに上昇させることが可能である。そして、ＥＣＵ１３は、点火プラグ２０の放電開始後、リレー２１を切替え、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧がそれぞれの一次コイル１５Ａ,１５Ｂに印加される。このため、放電開始後は高い電圧が一次コイル１５Ａ,１５Ｂに印加され、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２の立上がり角を大きくさせることが可能となる。このため、繰り返し実施される点火間隔を短くすることができ、結果、二次電流Ｉ２の減少度合いを少なくすることが可能となり、ほぼ一定に保持することができる。

・電流検出回路２２を備えることにより、一次コイル１５Ａ,１５Ｂのそれぞれに流れる一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を検出することができる。ＥＣＵ１３は、電流検出回路２２に一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を監視させ、一次電流Ｉ１＿２が予め設定していた設定値Ａを超えた際に、リレー２１を切り替える。このため、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２の実際の大きさに応じてリレー２１を精密に切り替えることが可能となり、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂへの負荷を低減することが出来る。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・二次コイル１６Ａ,１６Ｂの第一端はそれぞれグランド電位に接地されている。このことについて、図３に示したように、一次コイル１５に接続している電流経路２５に、二次コイル１６の第一端と接続している電流経路を接続してもよい。こうすることにより、点火システムの簡便化を図ることが出来る（別例１）。

・上記実施形態では、電流検出回路２２に一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を監視させ、一次電流Ｉ１＿２が設定値Ａを超えた場合にリレー２１の切り替えを行っていた。このことについて、電流検出回路２２を設けず、ＩＧＴ＿１又はＩＧＴ＿２の立ち上がり（ＯＮ開始）から予め設定した時間が経過した時にリレー２１の切り替えを行ってもよい。このとき、点火プラグ２０の放電開始に際して、上記実施形態と同じように、リレー２１を介して電流経路２４を電流経路２５に接続する。点火プラグ２０の放電開始後は、電流経路２４を遮断し、電流経路２３を電流経路２５に接続する。そして、ＥＣＵ１３は、予め設定された時間間隔で、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４ＢのＯＮ/ＯＦＦ制御を行ない、一次電流を制御する。本制御において、点火プラグ２０の放電開始に際して行われるＩＧＢＴ１４をＯＮに維持し続ける時間は、点火プラグ２０の放電開始後に行われるＩＧＢＴ１４をＯＮにし続ける時間よりも長く設定されている。こうすることで、電流検出回路２２を不要とし、点火システムの簡便化を図ることが出来る（別例２）。

・上記実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧を一次コイル１５Ａ,１５Ｂに印加する電流経路２３と、バッテリ１１の電圧を一次コイル１５Ａ,１５Ｂに印加する電流経路２４とをリレー２１により経路切替えすることとしていた。このことについて、バッテリ１１の電圧を一次コイル１５Ａ,１５Ｂに印加する電流経路２４にもＤＣ−ＤＣコンバータを新たに設けてもよい（別例３）。

この場合、新たに設けられたＤＣ−ＤＣコンバータは、バッテリ１１の電圧を、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧される電圧よりも低い電圧まで昇圧させる。これにより、点火プラグ２０の放電開始までの時間を短縮できる。さらにＥＣＵ１３からの信号異常により点火信号ＩＧＴ＿１,ＩＧＴ＿２が長くなってしまっても、元々設けられているＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧よりも一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２の立上がり角は大きくない為にＩＧＢＴ１４の損傷を抑制することができる。

・上記実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧を一次コイル１５Ａ,１５Ｂに印加する電流経路２３と、バッテリ１１の電圧を一次コイル１５Ａ,１５Ｂに印加する電流経路２４とをリレー２１により経路切替えすることとしていた。このことについて、図４に示すようにバッテリ１１の電圧よりも高い電圧を供給する高圧バッテリ４１を設けてもよい。この構成は、ハイブリッド車に適用すると有効であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を不要とすることができる（別例４）。

また、ハイブリッド車に対して、図５に示す構成を適用することもできる。これらの場合も、点火プラグ２０の放電開始に際して、ＥＣＵ１３は、リレー２１を介して電流経路２４を電流経路２５に接続させ、点火プラグ２０の放電開始後は電流経路２４を遮断し、電流経路２３を電流経路２５に接続させる。なお、電流経路２３を電流経路２５に接続した状態において、ハリブリッド車が備える高圧バッテリ５１の全電圧（最高圧）のうち一部の電圧を用いて、点火プラグ２０を放電させる二次電流Ｉ２を誘起させてもよい（別例５）。

・上記実施形態では、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂの消費電力の急速な増加を抑制するため、点火プラグ２０の放電開始に際しては、バッテリ１１の電圧を点火コイル１８Ａ，１８Ｂに印加させていた。そして、点火プラグ２０の放電開始後は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧を点火コイル１８Ａ，１８Ｂに印加させていた。この構成において、点火プラグ２０の放電を終了する場合を想定する。点火プラグ２０の放電開始後に点火コイル１８Ａ，１８Ｂに印加される電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧である。このため、ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂを両方オフにすると、点火プラグ２０に過剰に大きな二次電流Ｉ２が流れてしまうおそれがある。その結果、点火プラグ２０に負荷がかかり電極の消耗が加速するおそれがある。

この対策として、本別例では、ＥＣＵ１３により後述する図６の点火プラグ２０の放電終了制御を実行する。これにより、点火プラグ２０の放電を終了する際には、ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂを遮断する前にリレー２１により電流経路２３を遮断させ、電流経路２４を接続させる。よって、点火プラグ２０の放電を終了する際には、バッテリ１１から電圧がそれぞれの点火コイル１８に印加されることになる。

以下、ＥＣＵ１３が実行する図６の点火プラグ２０の放電終了制御の制御内容を説明する。図６に示す点火プラグ２０の放電終了制御は、点火プラグ２０の放電中であり、且つＥＣＵ１３が電源オンしている期間中にＥＣＵ１３によって所定周期で繰り返し実行される。

本制御が起動されると、まずステップ１００で、放電終了要求を受信したか否かを判定する。放電終了要求とは、例えば内燃機関の運転状態（負荷・回転数）に応じた、着火に必要な放電継続時間が経過したことを条件として点火プラグ２０に対して放電の停止を要求する信号のことである。放電終了要求を受信していない場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、着火に必要な放電継続時間が不足しているため、そのまま放電を継続する。放電終了要求を受信した場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップ１１０に進む。

ステップ１１０では、リレー２１により電流経路２３を遮断させ電流経路２４を接続させる。これにより、各点火コイル１８に印加される電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧からバッテリ１１の電圧に切り替わることになる。

ステップ１２０では、ステップ１１０によりリレー２１の切替が終了してから、所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間とは、二次電流Ｉ２が所定値まで減少するのに必要な時間として設定される。所定値とは、両ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂを遮断した際に点火プラグ２０に過剰な二次電流Ｉ２が流れない値として設定される。ステップ１１０によりリレー２１の切替が終了してから所定時間が経過していない場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、ステップ１２０を再度やり直す。ステップ１１０によりリレー２１の切替が終了してから所定時間が経過した場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ステップ１３０に進む。

ステップ１３０では、点火コイル１８Ａ，１８Ｂのそれぞれで交互に二次電流Ｉ２を生じさせる制御を停止し、ＩＧＢＴ１４Ａ，ＩＧＢＴ１４Ｂの双方がオフ操作となるように点火信号ＩＧＴ＿１，ＩＧＴ＿２を対応する各ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂに送信する。そして、本制御を終了する。

図７は、本別例におけるＥＣＵ１３の動作を示すタイミングチャートである。この図において、「電源」は点火コイル１８に印加される電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧である場合にはハイで、バッテリ１１からの電圧である場合にはローで表すものである。また、「放電要求」は放電要求の有無をハイ／ローで表すものである。他に、ＥＣＵ１３から送信されるＩＧＴ＿１,ＩＧＴ＿２、ＩＧＢＴ１４Ａ,１４Ｂにそれぞれ流れる一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２の波形、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を遮断したときに発生する二次電流Ｉ２の波形が各々示されている。

一次電流Ｉ１＿１及びＩ１＿２が断続的に発生することで、点火プラグ２０に持続的に二次電流Ｉ２が流れ放電が継続される（時間ｔ１〜ｔ２参照）。その後、放電要求がハイからローに切り替わると、それに遅れてリレー２１による電流経路の切替えを実施させ、点火コイル１８に印加される電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧からバッテリ１１の電圧に制御する（時間ｔ３参照）。なお、このときに実施される電流経路の切替とは、具体的にはリレー２１により電流経路２３を遮断させ電流経路２４を接続させることに該当する。

この状態で、以降も点火信号ＩＧＴ＿１とＩＧＴ＿２とを制御し、一次電流Ｉ１＿１及びＩ１＿２を断続的に発生させる。点火コイル１８に印加される電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧（４０〜９０Ｖ）からバッテリ１１の電圧（１２〜２４Ｖ）となったため、二次電流Ｉ２が低下を始める（時間ｔ４〜ｔ５参照）。なお、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を遮断することにより誘起する二次電流Ｉ２は、負の値となる。よって、正の方向を二次電流Ｉ２の減少方向として記載している。

バッテリ１１の電圧に切り替えてから所定時間が経過すると、二次電流Ｉ２が所定値を超えて低くなったと判断され、ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂを両方遮断しても点火コイル１８に過剰な二次電流Ｉ２が流れないとして、ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂを遮断する（時間ｔ５参照）。

点火プラグ２０の放電を終了する際、ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂの双方をオフにしてしまうと、点火コイル１８Ａ，１８Ｂの双方で二次電流Ｉ２が発生してしまう。このとき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧が点火コイル１８Ａ，１８Ｂに印加された状態であると、点火プラグ２０に流れる二次電流Ｉ２のピークが大きくなってしまい、点火プラグ２０の電極消耗が加速するおそれがある。このため、点火プラグ２０の放電を終了する際には、ＥＣＵ１３は、ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂの双方をオフにする前にリレー２１により電流経路２３を遮断させ電流経路２４を接続させる。これにより、点火コイル１８Ａ，１８Ｂに流れる電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧からバッテリ１１の電圧に切替わるので、二次電流Ｉ２を減少させることができる。この状態を所定時間継続させた上で、ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂの双方をオフにしても、その際に生じる二次電流Ｉ２は十分に小さくなっているため、点火プラグ２０の電極消耗を抑制する事が可能となる。

本別例は、上記別例１〜５の構成に適用することができる。

本別例では、点火プラグ２０の放電を終了する際、点火コイル１８Ａ，１８Ｂに印加される電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧からバッテリ１１の電圧に変更し、変更してから所定時間が経過した後にＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂをオフとしていた。このことについて、点火プラグ２０に流れる二次電流Ｉ２を検出する二次電流センサ（二次電流検出手段に該当）を設置し、二次電流センサにより検出される二次電流Ｉ２が所定値よりも低くなったことを条件としてＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂをオフしてもよい。この場合、二次電流センサにより点火プラグ２０に流れる二次電流Ｉ２を検出することができるため、ＩＧＢＴ１４Ａ，１４Ｂの双方をオフにした際に生じる二次電流Ｉ２のピークをより正確に抑制する事が可能となる。

・上記実施形態において、点火コイル１８Ａと点火コイル１８Ｂを備えていた。このことについて、点火コイル１８を１つだけ備える構成（多重点火方式）であってもよい。この場合でも、点火プラグ２０の放電開始に際して、ＥＣＵ１３は、リレー２１を介して電流経路２４を電流経路２５に接続させ、点火プラグ２０の放電開始後は電流経路２４を遮断し、電流経路２３を電流経路２５に接続させる。この構成により、構造の簡便化を図ることが出来る。

・本点火システムは、ＤＣＯ方式及び多重点火方式に限らず、図８に示すような交流点火方式でも適用可能である。かかる点火システム６０は、図示の如く、イグナイタ６５のＩＧＢＴ６６の両端（入力端と出力端）に、ダイオード６７及びコンデンサ６８が各々並列に接続されている。また、点火プラグ２０は、点火コイル６４の二次コイル６３に並列接続され、二次コイル６３の出力電圧が何れの極性であっても、放電動作が行われるように配線されている。

かかる点火システム６０では、ＩＧＢＴ６６をＯＮ状態として一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２が規定値を超えると、当該ＩＧＢＴ６６をＯＦＦに切換え、一次コイル６１とコンデンサ６８との間で電荷の充電・放電を繰り返させて一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２を振動させる。このとき、点火プラグ２０では、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２が振動する振動期間について、極性方向を交互に切換えつつ放電を繰り返す。このように、本点火システム６０についても、ＤＣＯ方式の点火システム１０と同様、一定期間について放電動作が持続される。

このような点火システム６０では、点火プラグ２０への印加電圧が正極・負極の両極性で放電できるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２において昇圧される電圧を設定しなければならない。その結果、電圧が一定範囲で維持されていればコンデンサ６８に蓄積される電荷量も設計予定値とされるので、一次電流Ｉ１＿１,Ｉ１＿２の最大ピークが設定値Ａに到達するようになる。

この場合に、点火プラグ２０の放電開始に際して、リレー２１を介して電流経路２４を電流経路２５に接続する。点火プラグ２０の放電開始後は、電流経路２４を遮断し、電流経路２３を電流経路２５に接続する。このため、ＩＧＢＴ６６の消費電力を過剰に高めること無く、点火プラグ２０での連続的な放電動作が確実に行われることとなる。

・バッテリ１１の電圧を一次コイル１５に印加する電流経路２４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により昇圧された電圧を一次コイル１５に印加する電流経路２３とを、適宜切替える経路切替手段として本実施形態ではリレー２１を設けていた。このことについて、半導体リレーやＩＧＢＴなどに変更してもよい。

・リレー２１による経路切替は、ＥＣＵ１３から送信される信号により適宜制御されていた。このことについて、ＥＣＵ１３がリレー２１の制御を行なわせなくとも、マイコンなどを新規に設けそれにリレー２１の制御を行なわせてもよい。

１１…バッテリ（電圧供給手段）、１２…ＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧供給手段）、１３…ＥＣＵ（一次電流制御手段）、１４…ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１５…一次コイル、１６…二次コイル、１８…点火コイル、２０…点火プラグ、２１…リレー（経路切替手段）、２３…電流経路（第二電流経路）、２４…電流経路（第一電流経路）、２５…電流経路（第三電流経路）、４１…高圧バッテリ（電圧供給手段）、５１…高圧バッテリ（電圧供給手段）、６１…一次コイル、６３…二次コイル、６４…点火コイル、６６…ＩＧＢＴ（スイッチング素子）。

Claims (9)

1. 内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を発生する点火プラグ（２０）と、
   一次コイル（１５,６１）及び二次コイル（１６,６３）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル（１８,６４）と、
   異なる電源電圧を前記点火コイルに供給する複数の電圧供給手段（１１,１２,４１,５１）と、
   前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行うスイッチング素子（１４,６６）と、
   前記複数の電圧供給手段の内、第一電圧を供給する電圧供給手段（１１、５１）に接続された第一電流経路（２４）と、
   前記複数の電圧供給手段の内、前記第一電圧よりも高い第二電圧を供給する電圧供給手段（１２,４１,５１）に接続された第二電流経路（２３）と、
   前記一次コイルに接続された第三電流経路（２５）と、
   前記第三電流経路に前記第一電流経路を接続した第一状態と、前記第三電流経路に前記第二電流経路を接続した第二状態とを切り替える経路切替手段（２１）と、
   前記経路切替手段を前記第一状態と前記第二状態とで切り替えるとともに、前記スイッチング素子の駆動を制御することで、前記点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる一次電流制御手段（１３）と、
   を備え、
   前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電開始に際して、前記経路切替手段により前記第一状態に切り替えさせ、前記点火プラグの放電開始後に、前記経路切替手段により前記第二状態に切り替えさせることを特徴とする内燃機関用点火システム。
2. 前記一次コイルに流れる前記一次電流を検出する一次電流検出手段（２２）を備え、
   前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電開始時に、前記経路切替手段により前記第一状態に切り替えさせ、その後、前記一次電流検出手段により検出された前記一次電流が所定値を超えた場合に、前記経路切替手段により前記第二状態に切り替えさせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火システム。
3. 内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を発生する点火プラグ（２０）と、
   一次コイル（１５,６１）及び二次コイル（１６,６３）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル（１８,６４）と、
   異なる電源電圧を前記点火コイルに供給する複数の電圧供給手段（１１,１２,４１,５１）と、
   前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行うスイッチング素子（１４,６６）と、
   前記複数の電圧供給手段の内、第一電圧を供給する電圧供給手段（１１、５１）に接続された第一電流経路（２４）と、
   前記複数の電圧供給手段の内、前記第一電圧よりも高い第二電圧を供給する電圧供給手段（１２,４１,５１）に接続された第二電流経路（２３）と、
   前記一次コイルに接続された第三電流経路（２５）と、
   前記第三電流経路に前記第一電流経路を接続した第一状態と、前記第三電流経路に前記第二電流経路を接続した第二状態とを切り替える経路切替手段（２１）と、
   前記経路切替手段を前記第一状態と前記第二状態とで切り替えるとともに、前記スイッチング素子の駆動を制御することで、前記点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる一次電流制御手段（１３）と、
   前記一次コイルに流れる前記一次電流を検出する一次電流検出手段（２２）と、
   を備え、
   前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電開始時に、前記経路切替手段により前記第一状態に切り替えさせ、その後、前記一次電流検出手段により検出された前記一次電流が所定値を超えた場合に、前記経路切替手段により前記第二状態に切り替えさせることを特徴とする内燃機関用点火システム。
4. 前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電開始時において、前記経路切替手段により前記第一状態に切り替えさせ、所定時間経過後に前記経路切替手段により前記第二状態に切り替えさせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火システム。
5. 内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を発生する点火プラグ（２０）と、
   一次コイル（１５,６１）及び二次コイル（１６,６３）を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル（１８,６４）と、
   異なる電源電圧を前記点火コイルに供給する複数の電圧供給手段（１１,１２,４１,５１）と、
   前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行うスイッチング素子（１４,６６）と、
   前記複数の電圧供給手段の内、第一電圧を供給する電圧供給手段（１１、５１）に接続された第一電流経路（２４）と、
   前記複数の電圧供給手段の内、前記第一電圧よりも高い第二電圧を供給する電圧供給手段（１２,４１,５１）に接続された第二電流経路（２３）と、
   前記一次コイルに接続された第三電流経路（２５）と、
   前記第三電流経路に前記第一電流経路を接続した第一状態と、前記第三電流経路に前記第二電流経路を接続した第二状態とを切り替える経路切替手段（２１）と、
   前記経路切替手段を前記第一状態と前記第二状態とで切り替えるとともに、前記スイッチング素子の駆動を制御することで、前記点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる一次電流制御手段（１３）と、
   を備え、
   前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電開始時において、前記経路切替手段により前記第一状態に切り替えさせ、所定時間経過後に前記経路切替手段により前記第二状態に切り替えさせることを特徴とする内燃機関用点火システム。
6. 前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電終了に際して、前記経路切替手段により前記第一状態に切替えさせることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関用点火システム。
7. 前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電終了に際し、前記経路切替手段により前記第一状態に切替えさせた後所定時間が経過したことを条件として、複数ある前記スイッチング素子を全て遮断させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関用点火システム。
8. 前記点火プラグに流れる二次電流を検出する二次電流検出手段を備え、
   前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電終了に際し、前記経路切替手段により前記第一状態に切替えさせた後、前記二次電流検出手段により検出された前記二次電流が所定値よりも小さくなったことを条件として、複数ある前記スイッチング素子を全て遮断させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関用点火システム。
9. 前記複数の電圧供給手段について、前記第一電圧を供給する前記電圧供給手段をバッテリ（１１）とし、前記第二電圧を供給する前記電圧供給手段を前記バッテリから供給される電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ（１２）とすることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関用点火システム。

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