JP6890071B2 - 点火制御方法及び点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火制御方法及び点火制御装置に関するものである。

従来、内燃機関では、点火プラグの点火タイミングを点火制御装置によって制御している。点火制御装置としては、点火コイルの一次コイルの両端に電圧を印加して一定時間通電した後、通電を遮断することによって二次コイルに高電圧を発生させ、その高電圧を点火プラグの電極間に印加することで火花放電を行うように動作するものが一般的である。

この種の内燃機関では、火花放電が発生するタイミング（点火タイミング）によって、内燃機関の性能が大きく左右されるという事情がある。従って、点火制御装置によって火花放電を行う際には、その火花放電のタイミングを内燃機関の回転数などに基づいて正確に制御する必要がある。しかし、回転数の急変動やその他の要因（電子制御装置の異常など）により、一次コイルの通電を指示する点火信号が本来想定される時間よりも長く継続するような事態が発生すると、点火タイミングが正規のタイミングからずれてしまう。このような点火タイミングのずれが大きくなると、ノッキングやプレイグニッションなどの異常燃焼の要因となる。

特開２００４−３１６４６９号公報

一方で、このような問題に対処することを目的として、特許文献１のような技術が提案されている。特許文献１で開示される内燃機関用点火装置は、イグナイタ又は電子制御装置の異常が検出された場合、ＩＧＢＴのゲート電圧を初期ゲート電圧から中間ゲート電圧まで急減させることで一次電流を低下させた後、ゲート電圧を緩やかに減少させて一次電流を徐々に低下させる。このような保護動作を行うことにより、一次電流を急激に遮断することに起因する誤点火を防ぎつつ、異常時に一次電流が大きい状態で長時間継続することを抑えている。

しかし、特許文献１の点火装置は、一次電流を徐々に減少させる方法として、ＩＧＢＴのゲート電圧を緩やかに減少させる緩減制御を採用しているため、一次電流が遮断状態又はそれに近い状態まで低下するのに時間がかかってしまうという問題がある。

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、異常状態の発生時に誤点火の発生を抑えつつ一次電流をより迅速に低減することを目的とする。

本発明の一つの解決手段である点火制御方法は、
直流電源から電力供給を受けて一次電流が流れる一次コイルと、前記一次コイルで前記一次電流が遮断されることに応じて高電圧を発生する二次コイルと、を有する点火コイルと、
前記二次コイルから高電圧が印加されることに応じて、自身の電極間に火花放電を生じさせる点火プラグと、
前記直流電源から前記一次コイルへの電力供給をオンオフする第１スイッチと、
前記一次コイルの一端側から他端側へ電流を流す経路となる導電路と、前記導電路の通電をオンオフする第２スイッチと、を有し、前記第２スイッチがオン状態のときに前記一次コイルとともに閉ループ回路を構成する放電回路と、
前記第２スイッチのオンオフを制御する第２スイッチ制御回路と、
所定の異常状態を検出する異常検出回路と、
を備えた点火装置における点火制御方法であって、
前記第１スイッチがオン状態となっている通電期間に前記異常検出回路が前記異常状態を検出しない場合には、前記第２スイッチ制御回路が前記第２スイッチをオフ状態で維持しつつ、前記通電期間の終了時に前記第１スイッチをオフ状態に切り替えて前記点火プラグに前記火花放電を発生させ、
前記通電期間に前記異常検出回路が前記異常状態を検出した場合には、前記第２スイッチ制御回路が前記第２スイッチをオン状態に切り替え、前記一次コイルの前記一次電流の状態を前記点火プラグに前記火花放電が発生しない状態で維持しつつ、前記一次電流を前記放電回路に流す。

上記点火制御方法は、第１スイッチがオン状態となっている通電期間に、異常検出回路が所定の異常状態を検出していない場合、第２スイッチ制御回路が第２スイッチをオフ状態で維持つつ、通電期間の終了時に第１スイッチをオフ状態に切り替えて点火プラグに火花放電を発生させる通常動作を行う。この場合、通電期間が終了したときに第１スイッチがオフ状態に切り替わることに応じて二次コイル側で高電圧が発生し、点火プラグで火花放電が発生することになる。
一方、第１スイッチがオン状態となっている通電期間に、異常検出回路が所定の異常状態を検出した場合、第２スイッチ制御回路が第２スイッチをオン状態に切り替えるため、第２スイッチを含む放電回路と一次コイルとによって閉ループ回路が構成され、放電回路が通電可能な状態となる。このような閉ループ回路が構成されると、その後に第１スイッチがオフ状態に切り替わっても、その時点では一次電流が遮断されず、点火プラグに火花放電が発生しない状態を維持しながら閉ループ回路において放電されることになる。このような保護動作がなされるため、異常状態のときに一次電流が長時間継続することに起因する発熱を抑制することができ、異常状態発生後の誤点火も防ぐことができる。しかも、異常状態を検出した場合には、第２スイッチをオン状態に切り替えるという簡易な制御により、火花放電を発生させることなく一次電流を迅速に低減させることができる。

本発明の点火制御方法は、通電期間に異常検出回路が異常状態を検出した場合、第２スイッチ制御回路は、通電期間の終了前に第２スイッチをオン状態に切り替えるように動作することが望ましい。
このように第２スイッチ制御回路が動作すれば、通電期間の終了前に確実に閉ループ回路を構成することができるため、異常検出後に通電期間の終了タイミングで火花放電が発生することをより確実に防ぎつつ、一次電流を閉ループ回路で放電させることができる。

本発明の点火制御方法は、通電期間が予め定められた正規時間を超えて継続する異常状態を検出するように、異常検出回路を動作させてもよい。
このように異常検出回路が動作すれば、通電時間が正規時間よりも長くなることに起因する過熱を防ぐことができ、且つ、予定されたタイミングから大きくずれたタイミングで火花放電がなされることを防ぐことができる。

本発明の点火制御方法において、点火装置は、オン動作を指示するオン信号及びオフ動作を指示するオフ信号を第１スイッチに向けて出力する制御を行う第１制御回路と、第１制御回路からのオン信号が第１スイッチに与えられることを許可する許可動作と、第１制御回路からのオン信号を無効化して第１スイッチにオフ信号を与える強制遮断動作と、を行う強制遮断回路と、許可動作を指示する許可信号及び強制遮断動作を指示する強制遮断信号を強制遮断回路に向けて出力する制御を行う第２制御回路と、を有していてもよい。そして、第２制御回路は、第２スイッチ制御回路及び異常検出回路として構成されていてもよく、この構成では、通電期間に異常状態を検出した場合、第２スイッチをオン状態に切り替えた後、強制遮断回路に向けて強制遮断信号を出力するように動作させ得る。
このように、第１スイッチを制御する第１制御回路とは別の第２制御回路によって異常検出回路が構成されていれば、第１制御回路自体が異常の一因であってもその異常を検出することが可能となる。しかも、仮に第１制御回路が原因で異常状態となっても、第２制御回路の制御により、確実に閉ループ回路を構成してから第１スイッチを強制的にオフ動作させることができるため、強制オフ動作時に火花放電が発生することをより確実に防ぎつつ、一次電流を閉ループ回路で放電させることができる。

本発明の点火制御方法において、点火装置は、オン動作を指示するオン信号及びオフ動作を指示するオフ信号を第１スイッチに向けて出力する制御を行う信号制御回路を備えていてもよい。そして、信号制御回路が第２スイッチ制御回路として構成されていてもよい。
このようにすれば、共通の制御回路によって第１スイッチ及び第２スイッチをいずれも制御することができ、構成の簡素化を図りつつ本発明の特徴的動作（異常状態の発生時に誤点火の発生を抑えつつ一次電流をより迅速に低減する動作）を実現し得る。

本発明の点火制御方法において、第２スイッチはサイリスタであってもよい。このサイリスタは、一次コイルにおける直流電源側の一端部にカソードが電気的に接続され、一次コイルの他端部にアノードが電気的に接続され、第２スイッチ制御回路からの信号がゲートに入力される構成をなしていてもよい。
このようなサイリスタによって第２スイッチが構成されていれば、異常検出時には、サイリスタにオン信号を与えるという簡易な制御によって閉ループ回路を構成することができ、その後には、複雑な制御を行うことなく閉ループ回路に電流が流れなくなるまで一次電流を消費させることができる。

本発明の他の解決手段である点火制御装置は、
直流電源から電力供給を受けて一次電流が流れる一次コイルと、前記一次コイルで前記一次電流が遮断されることに応じて高電圧を発生する二次コイルと、を有する点火コイルと、
前記二次コイルから高電圧が印加されることに応じて、自身の電極間に火花放電を生じさせる点火プラグと、
を備えた点火装置に設けられ、
前記直流電源から前記一次コイルへの電力供給をオンオフする第１スイッチと、
前記一次コイルの一端側から他端側へ電流を流す経路となる導電路と、前記導電路の通電をオンオフする第２スイッチと、を有し、前記第２スイッチがオン状態のときに前記一次コイルとともに閉ループ回路を構成する放電回路と、
前記第２スイッチのオンオフを制御する第２スイッチ制御回路と、
所定の異常状態を検出する異常検出回路と、
を有する点火制御装置であって、
前記第１スイッチがオン状態となっている通電期間に前記異常検出回路が前記異常状態を検出しない場合には、前記第２スイッチ制御回路が前記第２スイッチをオフ状態で維持しつつ、前記通電期間の終了時に前記第１スイッチをオフ状態に切り替えて前記点火プラグに前記火花放電を発生させ、
前記通電期間に前記異常検出回路が前記異常状態を検出した場合には、前記第２スイッチ制御回路が前記第２スイッチをオン状態に切り替え、前記一次コイルの前記一次電流の状態を前記点火プラグに前記火花放電が発生しない状態で維持しつつ、前記一次電流を前記放電回路に流す。

本発明の他の解決手段である点火制御装置は、上述の点火制御方法と同様の特徴を有し、第１スイッチがオン状態となっている通電期間に、異常検出回路が所定の異常状態を検出した場合、第２スイッチ制御回路が第２スイッチをオン状態に切り替える。この切り替えにより、第２スイッチを含む放電回路と一次コイルとによって閉ループ回路が構成され、放電回路が通電可能な状態となる。このような閉ループ回路が構成されると、その後に第１スイッチがオフ状態に切り替わっても、その時点では一次電流が遮断されず、点火プラグに火花放電が発生しない状態を維持しながら閉ループ回路において放電されることになる。このような保護動作がなされるため、異常状態のときに一次電流が長時間継続することに起因する発熱を抑制することができ、異常状態発生後の誤点火も防ぐことができる。しかも、異常状態を検出した場合には、第２スイッチをオン状態に切り替えるという簡易な制御により、火花放電を発生させることなく一次電流を迅速に低減させることができる。

第１実施形態の第１態様の点火制御装置を備えた点火装置を概略的に例示する回路図である。 第１実施形態の点火制御装置における強制遮断回路及びその周辺構成を例示する回路図である。 第１態様の点火制御装置における通常動作時の点火信号、サイリスタ信号、強制遮断信号、一次電流の各変化を例示するタイミングチャートである。 第１態様の点火制御装置における通常動作時の一次電流の流れを説明する説明図である。 第１態様の点火制御装置における異常時の点火信号、サイリスタ信号、強制遮断信号、一次電流の各変化を例示するタイミングチャートである。 第１態様の点火制御装置における異常発生後の保護動作時の一次電流の流れを説明する説明図である。 第１実施形態の第２態様の点火制御装置を備えた点火装置を概略的に例示する回路図である。 第２態様の点火制御装置における異常時の点火信号、サイリスタ信号、一次電流の各変化を例示するタイミングチャートである。

Ａ．第１実施形態
Ａ１．第１態様
まず、図１等を参照し、第１態様の点火制御装置１０が適用される点火装置１を説明する。図１で示す点火装置１は、車両に搭載され、内燃機関に取り付けられた点火プラグ５０の火花放電を制御するシステムである。点火装置１は、主に、点火制御装置１０と、点火コイル３０と、点火プラグ５０と、を備え、直流電源２から電力供給を受けて動作する構成をなす。なお、点火装置１に電力を供給する直流電源２としては、例えば、車両に搭載された鉛蓄電池が用いられる。なお、図１における点火コイル３０、点火プラグ５０、第１スイッチ２１、放電回路４０は、複数の気筒を備えたエンジンにおいて気筒ごとに設けられるものであるが、図１では、１気筒分の構成について示すものとする。

点火コイル３０は、一次コイル３１と二次コイル３２とダイオード３４とを備える。一次コイル３１は、直流電源２から電力供給を受けて一次電流が流れるコイルであり、一次コイル３１の一端は直流電源２に電気的に接続され、他端は第１スイッチ２１の一端に電気的に接続されている。二次コイル３２は、一次コイル３１において一次電流が遮断されることに応じて高電圧を発生するコイルであり、二次コイル３２の一端は、ダイオード３４を介して一次コイル３１の一端及び直流電源２に接続されている。図１の例では、ダイオード３４のアノードが二次コイル３２の一端に接続され、カソードが直流電源２及び一次コイル３１の一端に接続されている。二次コイル３２の他端は、点火プラグ５０の中心電極５１に電気的に接続されている。

点火プラグ５０は、公知のスパークプラグとして構成され、点火コイル３０の二次コイル３２に電気的に接続された中心電極５１と、接地電極５２と、を備える。この点火プラグ５０は、二次コイル３２から高電圧が印加されることに応じて、自身の電極間（中心電極５１と接地電極５２の間）に火花放電を生じさせる。

点火制御装置１０は、点火プラグ５０の火花放電を制御する装置であり、主として、第１制御回路１１、第２制御回路１２、強制遮断回路１４、第１スイッチ２１、放電回路４０、を備え、点火制御方法を実現し得る。

第１スイッチ２１は、直流電源２から一次コイル３１への電力供給をオンオフするスイッチである。図１の例では、第１スイッチ２１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタとして構成され、一次コイル３１の一端（グランド側の端部）とグランドとの間に接続されている。第１スイッチ２１のベース端子には、後述する強制遮断回路１４が接続されるとともに、強制遮断回路１４を介して第１制御回路１１が接続されている。第１スイッチ２１のコレクタ端子は、一次コイル３１の一端が接続され、エミッタ端子はグランドに接続されてグランド電位に保たれている。第１スイッチ２１は、第１制御回路１１及び強制遮断回路１４から与えられる信号に基づき、直流電源２から一次コイル３１に流れる一次電流をオンオフする。第１スイッチ２１の制御については後述する。

放電回路４０は、一次コイル３１の一端側から他端側へ電流を流す経路となる導電路４４と、導電路４４の通電をオンオフする第２スイッチ４２と、を備える。第２スイッチ４２は、サイリスタとして構成され、アノードが一次コイル３１の他端部（グランド側の端部）及び第１スイッチ２１のコレクタに電気的に接続され、カソードが一次コイル３１の一端部（直流電源２側の端部）及び直流電源２に電気的に接続されている。第２スイッチ４２（サイリスタ）のゲートは、後述する第２制御回路１２に電気的に接続され、第２制御回路１２からの信号が入力される構成をなす。第２制御回路１２から信号線１７を介して第２スイッチ４２のゲートに印加される電圧（ゲート電圧）がハイレベル電圧となると、第２スイッチ４２（サイリスタ）が導通状態となり、このときには、放電回路４０が一次コイル３１とともに閉ループ回路を構成する。

第１制御回路１１は、例えばマイクロコンピュータとして構成され、ＣＰＵやメモリなどを備える。第１制御回路１１は、図示していないＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）からの指令に応じて、第１スイッチ２１を制御し、点火プラグ５０で生じる火花放電のタイミングを制御する。具体的には、第１制御回路１１は、オン動作を指示するオン信号及びオフ動作を指示するオフ信号を第１スイッチ２１に向けて出力する制御を行い得る回路である。

強制遮断回路１４は、第１制御回路１１からのオン信号が第１スイッチ２１に与えられることを許可する許可動作と、第１制御回路１１からのオン信号を無効化して第１スイッチ２１にオフ信号を与える強制遮断動作と、を行い得る回路である。強制遮断回路１４は、例えば図２のように構成することができる。なお、図２では、強制遮断回路１４及びその周辺構成以外は省略して示している。図２の例では、強制遮断回路１４がＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである第３スイッチ１４Ａを備え、第３スイッチ１４Ａのコレクタが第１制御回路１１と第１スイッチ２１のベースとの間の信号線１６に電気的に接続され、第３スイッチ１４Ａのエミッタがグランドに接続されて接地電位に保たれている。第３スイッチ１４Ａのベースには、第２制御回路１２からの信号線１８が接続されている。この強制遮断回路１４は、第２制御回路１２から第３スイッチ１４Ａのベースにハイレベル電圧（強制遮断信号）が印加されたときには第３スイッチ１４Ａがオン状態となり、信号線１６の電圧をローレベルとする。この強制遮断動作中は、第１制御回路１１から出力される信号の状態に関係なく、第１スイッチ２１のベースにはローレベル電圧が印加されるため、第１スイッチ２１はオフ状態で維持される。一方、第２制御回路１２から第３スイッチ１４Ａのベースにローレベル電圧（許可信号）が与えられたときには、第３スイッチ１４Ａがオフ状態となり、このときには、信号線１６は第１制御回路１１から出力される信号の状態となる。つまり、第１制御回路１１によって信号線１６に印加される電圧が第１スイッチ２１のベースに印加される。

図１で示す第２制御回路１２は、例えばマイクロコンピュータとして構成され、ＣＰＵやメモリなどを備える。第２制御回路１２は、主に、所定の異常状態を検出する機能、強制遮断回路１４を制御する機能、第２スイッチ４２を制御する機能、を有する。

第２制御回路１２は、異常検出回路の一例に相当し、第１スイッチ２１に与えられるオン信号（点火信号）の期間（通電期間）が予め定められた正規時間を超えて継続する異常状態を「所定の異常状態」として検出するように機能する。なお、「所定の異常状態」の検出方法については後述する。

また、第２制御回路１２は、強制遮断回路１４に対して許可動作を指示する許可信号及び強制遮断動作を指示する強制遮断信号を、強制遮断回路１４に向けて出力する制御を行い得る。本構成では、第２制御回路１２から信号線１８を介して第３スイッチ１４Ａ（図２）のベースに印加されるハイレベル電圧（オン信号）が強制遮断信号であり、この強制遮断信号が出力されたときには、信号線１６に印加される電圧がローレベルに強制的に維持され、第１スイッチ２１はオフ動作し続ける。第２制御回路１２から第３スイッチ１４Ａのベースに印加されるローレベル電圧（オフ信号）が許可信号であり、このような許可信号が出力されたときには、第３スイッチ１４Ａがオフ状態で維持され、信号線１６は、第１制御回路１１から出力される信号の状態となる。

更に、第２制御回路１２は、第２スイッチ制御回路の一例に相当し、第２スイッチ４２のオンオフを制御するように機能する。第２制御回路１２は、信号線１７を介して第２スイッチ４２（サイリスタ）のゲートに電圧信号を印加し得るように構成されており、第１スイッチ２１がオン状態となっている期間（通電期間）に第２制御回路１２が「所定の異常状態」を検出していない場合には、第２スイッチ４２のゲートにハイレベル電圧を印加せずにローレベル電圧で維持し、第２スイッチ４２をオフ状態で維持する。一方、第２制御回路１２は、第１スイッチ２１がオン状態となっている期間（通電期間）に第２制御回路１２が「所定の異常状態」を検出した場合には、第２スイッチ４２のゲートにハイレベル電圧を印加し、第２スイッチ４２をオン状態に切り替える。この動作については後述する。

Ａ２．点火制御装置の通常動作
図３は、点火制御装置１０によって実行される点火制御のタイミングチャートである。図３には、上段から順に、点火信号、サイリスタ信号、強制遮断信号、一次電流、の各波形が示されている。図３の各タイミングチャートでは、縦軸は、信号（電圧または電流）の大きさを示し、横軸は、時間の経過を示す。なお、本明細書では、第１制御回路１１から第１スイッチ２１に向けて出力されるオン信号（ハイレベル電圧信号）を点火信号ともいい、第２制御回路１２から第２スイッチ４２（サイリスタ）のゲートに与えられるオン信号（ハイレベル電圧信号）をサイリスタ信号ともいう。

図１で示す点火制御装置１０では、第１制御回路１１によって点火制御処理が行われる。この点火制御処理は、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ものである。更に、この点火制御処理とは別に、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力）、回転速度（エンジン回転速度）、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等が実行されるようになっている。なお、点火制御処理が開始される前は、信号線１６にはローレベル電圧が印加されており、第１スイッチ２１はオフ状態となっている。また、強制遮断回路１４は、許可状態（第３スイッチ１４Ａがオフの状態）となっている。

第１制御回路１１は、点火制御処理を開始した場合、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読み込む。そして、読み込んだ運転状態に基づき、火花放電発生時期ｔｓ（いわゆる点火時期）を算出し、設定する。火花放電発生時期ｔｓについては、内燃機関のエンジン回転速度と、スロットル開度や吸気管負圧（吸入空気量）等を用いて算出されるエンジン負荷をパラメータとするマップ、テーブル若しくは計算式に基づ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、といった手法により算出、設定される。そして、設定された火花放電発生時期ｔｓに基づき、当該火花放電発生時期ｔｓに対して、予め設定された通電基準時間（一次コイル通電時間）だけ早い通電開始時期ｔ１を求める。

第１制御回路１１は、このように火花放電発生時期ｔｓ及び通電開始時期ｔ１を決定した後、図３のように通電開始時期ｔ１に達したタイミングで、第１スイッチ２１に向けてオン動作を指示する信号（オン信号）を出力する。このオン信号（点火信号）は、信号線１６に印加されるハイレベル電圧であり、信号線１６を介して第１スイッチ２１のベースに入力される電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切り換わると、図４のように第１スイッチ２１がオン状態となり、点火コイル３０の一次コイル３１に一次電流が流れる。

第１制御回路１１は、通電開始時期ｔ１でオン信号（点火信号）を出力した後、クランク角センサからのクランク角検出信号に基づき火花放電発生時期ｔｓに達するまでオン信号（点火信号）を継続する。通電開始時期ｔ１から火花放電発生時期ｔｓまでの時間（実際の通電時間）は、クランク角センサからのクランク角検出信号に基づいて定まり、エンジンの回転数が変動すると変化し得る。

一方、第２制御回路１２は、異常検出回路としての機能を有しており、少なくとも、第１制御回路１１による上述の通電制御処理の開始後において第１スイッチ２１のベースにオン信号（通電信号）が与えられている通電期間に、「所定の異常状態」の発生を監視する。具体的には、第２制御回路１２は、第１制御回路１１から第１スイッチ２１のベースに向けてオン信号（点火信号）が出力される毎に、この信号（具体的には、信号線１６の電圧）を監視するとともに通電開始時期ｔ１からの経過時間を計測する。そして、通電開始時期ｔ１からの経過時間が一定時間に達したときに第１制御回路１１から第１スイッチ２１のベースに出力される信号がオン信号（ハイレベル電圧）で継続している場合、第２制御回路１２は異常状態と判定する。逆に言えば、通電開始時期ｔ１から一定時間経過する前に火花放電発生時期ｔｓに達した場合、第２制御回路１２は異常状態と判定しない。

このように、第２制御回路１２は、通電開始時期ｔ１の後、第１制御回路１１から第１スイッチ２１のベースにオン信号（点火信号）が与えられている期間（通電期間）が予め定められた正規時間（上述の一定時間）を超えて継続する場合に、異常状態と判定する。

図３の例のように、通電開始時期ｔ１から一定時間が経過する前に火花放電発生時期ｔｓに達するような場合、第２制御回路１２は通電期間中に異常状態と判定しないことになる。この場合、通電期間を通して、第２スイッチ４２がオフ状態で維持され、強制遮断回路１４は許可動作（第３スイッチ１４Ａのオフ動作）を継続する。そして、火花放電発生時期ｔｓに達した場合には、第１制御回路１１から第１スイッチ２１のベースに出力される信号がオン信号からオフ信号に切り替わるため、第１スイッチ２１がオン状態からオフ状態に切り替わり、一次コイル３１を流れていた一次電流が遮断される。この遮断により、二次コイル３２において誘導電圧が発生し、点火プラグ５０がその誘導電圧によって火花放電する。

Ａ３．点火制御装置の異常時の動作
第２制御回路１２は、第２スイッチ制御回路としての機能も有しており、点火制御処理の開始後に通電開始時期ｔ１に達してから通電期間（第１制御回路１１から第１スイッチ２１に向けてオン信号が出力される期間）に上述の「所定の異常状態」を検出した場合、通電期間の終了前に第２スイッチ４２をオン状態に切り替えるように動作する。

第２制御回路１２は、通電開始時期ｔ１の後、第１制御回路１１からオン信号（点火信号）が出力されている期間（通電期間）に上述の異常判定を行う。そして、図５のように、通電開始時期ｔ１から一定時間が経過した時期ｔ４に第１制御回路１１からオン信号（点火信号）の出力が継続している場合、異常状態と判定する。第２制御回路１２は、このように異常状態と判定した場合、即座に第２スイッチ４２（サイリスタ）のゲートに対しハイレベル電圧信号であるオン信号（サイリスタ信号）を所定時間出力する。これにより、第２スイッチ４２（サイリスタ）がオン動作する。

第２制御回路１２は、時期ｔ４に第２スイッチ４２のゲートに対してオン信号の出力を開始した後、時期ｔ５から、強制遮断回路１４を構成する第３スイッチ１４Ａ（図２）のベースに対しハイレベル電圧信号であるオン信号（強制遮断信号）を出力する。このようにオン信号（強制遮断信号）が第３スイッチ１４Ａのベースに与えられると、第３スイッチ１４Ａがオン動作して信号線１６の電圧がローレベルに強制的に維持され、第１スイッチ２１はオフ動作し続ける。このような動作がなされるため、時期ｔ５から第１スイッチ２１は非通電状態となり、一次コイル３１を流れる一次電流はグランド側へは流れなくなる。一方で、図６のように、一次コイル３１及び放電回路４０によって閉ループ回路が構成されるため、一次コイル３１の誘導起電力に基づく一次電流はこの閉ループ回路を流れることになる。図６のように、時期ｔ４に第２スイッチ４２がオン動作して閉ループ回路が構成された後、時期ｔ５に第１スイッチ２１がオフ状態に切り替えられると、一次コイル３１を流れる一次電流は急変動することなく、徐々に低下し始める。そして、一次コイル３１の一次電流の状態を点火プラグ５０に火花放電が発生しない状態で維持しつつ、一次電流を放電回路４０に流すことができる。一次電流が放電回路４０で消費されて第２スイッチ４２（サイリスタ）を流れる電流がゼロになると、第２スイッチ４２はオフ状態に切り替わる。

Ａ４．第２態様
次に、図７、図８等を参照して第１実施形態の第２態様について説明する。図７は、第２態様の点火制御装置２１０が適用された点火装置２０１を概略的に示す回路図である。なお、点火装置２０１は、点火制御装置１０を点火制御装置２１０に変更した点以外は、図１等で示す点火装置１と同様の構成をなす。また、第２態様の点火制御装置２１０は、第１制御回路１１、第２制御回路１２、及び強制遮断回路１４を設けた構成に代えて信号制御回路２１１を設けた点以外は第１態様の点火制御装置１０と同様の構成をなす。なお、点火装置２０１において、点火装置１と同様の構成をなす部分については点火装置１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

点火制御装置２１０において、信号制御回路２１１（以下、制御回路２１１とも称する）は、例えばマイクロコンピュータとして構成され、ＣＰＵやメモリなどを備える。信号制御回路２１１は、図示していないＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）からの指令に応じて、第１スイッチ２１を制御し、点火プラグ５０で生じる火花放電のタイミングを制御する。具体的には、信号制御回路２１１は、オン動作を指示するオン信号及びオフ動作を指示するオフ信号を第１スイッチ２１に向けて出力する制御を行い得る回路である。また、信号制御回路２１１は、第２スイッチ制御回路及び異常検出回路としても機能する。

制御回路２１１は、第１態様の点火制御装置１０に用いられる第１制御回路１１と同様の流れで点火制御処理を行う。制御回路２１１は、点火制御処理を開始した場合、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読み込む。そして、読み込んだ運転状態に基づき、火花放電発生時期ｔｓ（いわゆる点火時期）を算出し、設定する。火花放電発生時期ｔｓについては、内燃機関のエンジン回転速度と、スロットル開度や吸気管負圧（吸入空気量）等を用いて算出されるエンジン負荷をパラメータとするマップ、テーブル若しくは計算式に基づ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、といった手法により算出、設定される。そして、設定された火花放電発生時期ｔｓに基づき、当該火花放電発生時期ｔｓに対して、予め設定された通電基準時間（一次コイル通電時間）だけ早い通電開始時期ｔ１を求める。

制御回路２１１は、このように火花放電発生時期ｔｓ及び通電開始時期ｔ１を決定した後、通電開始時期ｔ１に達したタイミングで、第１スイッチ２１に向けてオン動作を指示するオン信号（点火信号）を出力する。このオン信号（点火信号）は、信号線２１６に印加されるハイレベル電圧であり、時期ｔ１よりも前の期間は、信号線２１６にローレベル電圧の信号（オフ信号）が入力されている。信号線２１６を介して第１スイッチ２１のベースに入力される電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切り換わると、第１スイッチ２１がオン状態となり、点火コイル３０の一次コイル３１に一次電流が流れる。

制御回路２１１は、通電開始時期ｔ１でオン信号（点火信号）を出力した後、クランク角センサからのクランク角検出信号に基づき火花放電発生時期ｔｓに達するまでオン信号（点火信号）を継続する。通電開始時期ｔ１から火花放電発生時期ｔｓまでの時間（実際の通電時間）は、クランク角センサからのクランク角検出信号に基づいて定まり、エンジンの回転数が変動すると変化し得る。

制御回路２１１は、異常検出回路としての機能を有しており、少なくとも上述の通電制御処理の開始後において第１スイッチ２１のベースにオン信号（通電信号）が与えられている通電期間に、「所定の異常状態」の発生を監視する。具体的には、第１スイッチ２１のベースに向けてオン信号（点火信号）を出力する毎に、通電開始時期ｔ１からの経過時間を計測し、通電開始時期ｔ１からの経過時間が一定時間に達したときに火花放電発生時期ｔｓに達していない場合、異常状態と判定する。逆に言えば、通電開始時期ｔ１から一定時間経過する前に火花放電発生時期ｔｓに達した場合、異常状態と判定しない。

このように、制御回路２１１は、通電開始時期ｔ１の後、第１スイッチ２１のベースにオン信号（点火信号）が与えられている期間（通電期間）が予め定められた正規時間（上述の一定時間）を超えて継続する場合に、異常状態と判定する。

この例でも、通電開始時期ｔ１から一定時間が経過する前に火花放電発生時期ｔｓに達するような場合、通電期間中に異常状態と判定しないことになる。この場合、制御回路２１１は、通電期間を通して第２スイッチ４２をオフ状態で維持し、火花放電発生時期ｔｓに達した場合には、第１スイッチ２１のベースに出力する信号をオン信号からオフ信号に切り替える。この制御により、第１スイッチ２１がオン状態からオフ状態に切り替わり、それまでの間に一次コイル３１を流れていた一次電流が遮断される。この遮断により、二次コイル３２において誘導電圧が発生し、点火プラグ５０がその誘導電圧によって火花放電する。

制御回路２１１は、図８のように、通電開始時期ｔ１から一定時間が経過した時期ｔ４に火花放電発生時期ｔｓに達しておらず、オン信号（点火信号）の出力が継続している場合、異常状態と判定する。制御回路２１１は、このように異常状態と判定した場合、即座に第２スイッチ４２（サイリスタ）のゲートに対しハイレベル電圧信号であるオン信号（サイリスタ信号）を所定時間出力する。これにより、第２スイッチ４２（サイリスタ）がオン動作する。

制御回路２１１は、時期ｔ４に第２スイッチ４２のゲートに対してオン信号の出力を開始した後、時期ｔ５から、第１スイッチ２１のベースに与えるオン信号（点火信号）を停止し、オフ信号を与える。このように第１スイッチ２１のベースに与える信号がオン信号からオフ信号に切り替えられると、第１スイッチ２１はオン状態からオフ状態に切り替わり、一次コイル３１を流れる一次電流はグランド側へ流れなくなる。一方で、一次コイル３１及び放電回路４０によって閉ループ回路が構成されるため、一次コイル３１の誘導起電力に基づく一次電流はこの閉ループ回路を流れることになる。時期ｔ４に第２スイッチ４２がオン動作して閉ループ回路が構成された後、時期ｔ５に第１スイッチ２１がオフ状態に切り替えられると、図８のように一次コイル３１を流れる一次電流は急変動することなく、徐々に低下し始める。そして、一次コイル３１の一次電流の状態を点火プラグ５０に火花放電が発生しない状態で維持しつつ、一次電流を放電回路４０に流すことができる。一次電流が放電回路４０で消費されて第２スイッチ４２（サイリスタ）を流れる電流がゼロになると、第２スイッチ４２はオフ状態に切り替わる。

Ａ５．効果
第１態様及び第２態様の点火制御装置１０，２１０のいずれにおいても、第１スイッチ２１がオン状態となっている通電期間に、異常検出回路が所定の異常状態を検出していない場合、第２スイッチ制御回路が第２スイッチ４２をオフ状態で維持するように通常動作を行う。この場合、通電期間か終了した時、第１スイッチ２１がオフ状態に切り替わることに応じて二次コイル側で高電圧が発生し、点火プラグ５０で火花放電が発生することになる。

一方、第１スイッチ２１がオン状態となっている通電期間に、異常検出回路が所定の異常状態を検出した場合、第２スイッチ制御回路が第２スイッチ４２をオン状態に切り替えるため、第２スイッチ４２を含む放電回路４０と一次コイル３１とによって閉ループ回路が構成され、放電回路４０が通電可能な状態となる。このような閉ループ回路が構成されると、その後に第１スイッチ２１がオフ状態に切り替わっても、一次電流は急停止せず、点火プラグ５０に火花放電が発生しない状態を維持しながら閉ループ回路において放電されることになる。このような保護動作がなされるため、異常状態のときに一次電流が長時間継続することに起因する発熱を抑制することができ、異常状態発生後の誤点火も防ぐことができる。しかも、異常状態を検出した場合には、第２スイッチ４２をオン状態に切り替えるという簡易な制御により、火花放電を発生させることなく一次電流を迅速に低減させることができる。

第１態様及び第２態様の点火制御装置１０，２１０のいずれにおいても、通電期間に異常検出回路が異常状態を検出した場合、第２スイッチ制御回路は、通電期間の終了前に第２スイッチ４２をオン状態に切り替えるように動作する。このように第２スイッチ制御回路が動作すれば、通電期間の終了前に確実に閉ループ回路を構成することができるため、異常検出後に通電期間の終了タイミングで火花放電が発生することをより確実に防ぎ、一次電流を閉ループ回路で放電させることができる。

第１態様及び第２態様の点火制御装置１０，２１０のいずれにおいても、通電期間が予め定められた正規時間を超えて継続する異常状態を検出するように、異常検出回路を動作させることができる。このように異常検出回路が動作すれば、通電時間が正規時間よりも長くなることに起因する過熱を防ぐことができ、且つ、予定されたタイミングから大きくずれたタイミングで火花放電がなされることを防ぐことができる。

第１態様の点火制御装置１０は、オン動作を指示するオン信号及びオフ動作を指示するオフ信号を第１スイッチ２１に向けて出力する制御を行う第１制御回路１１と、第１制御回路１１からのオン信号が第１スイッチ２１に与えられることを許可する許可動作と、第１制御回路１１からのオン信号を無効化して第１スイッチ２１にオフ信号を与える強制遮断動作と、を行う強制遮断回路１４と、許可動作を指示する許可信号及び強制遮断動作を指示する強制遮断信号を強制遮断回路１４に向けて出力する制御を行う第２制御回路１２と、を有する。そして、第２制御回路１２が第２スイッチ制御回路及び異常検出回路として構成され、通電期間に異常状態を検出した場合、第２スイッチ４２をオン状態に切り替えた後、強制遮断回路１４に向けて強制遮断信号を出力するように動作する。
このように、第１スイッチ２１を制御する第１制御回路１１とは別の第２制御回路１２によって異常検出回路が構成されていれば、第１制御回路１１自体が異常の一因であってもその異常を検出することが可能となる。しかも、仮に第１制御回路１１が原因で異常状態となっても、第２制御回路１２の制御により、確実に閉ループ回路を構成してから第１スイッチ２１を強制的にオフ動作させることができるため、強制オフ動作時に火花放電が発生することをより確実に防ぎつつ、一次電流を閉ループ回路で放電させることができる。

第２態様の点火制御装置２１０は、オン動作を指示するオン信号及びオフ動作を指示するオフ信号を第１スイッチ２１に向けて出力する制御を行う信号制御回路２１１を備える。そして、信号制御回路２１１が第２スイッチ制御回路として構成されている。このようにすれば、共通の制御装置によって第１スイッチ２１と第２スイッチ４２を制御することができ、構成の簡素化を図ることができる。

第１態様及び第２態様の点火制御装置１０，２１０のいずれにおいても、第２スイッチ４２はサイリスタとして構成され、一次コイル３１における直流電源２側の一端部にカソードが電気的に接続され、一次コイル３１の他端部にアノードが電気的に接続され、第２スイッチ制御回路からの信号がゲートに入力される構成をなす。このようなサイリスタによって第２スイッチ４２が構成されていれば、異常検出時には、サイリスタにオン信号を与えるという簡易な制御によって閉ループ回路を構成することができ、その後には、複雑な制御を行うことなく閉ループ回路に電流が流れなくなるまで一次電流を消費させることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような例も本発明の技術的範囲に含まれる。

第１実施形態では、第１スイッチとして一般的なバイポーラトランジスタを例示したが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や、ユニポーラ型のトランジスタ（電界効果トランジスタ）を用いてもよい。

第１実施形態では、第２スイッチとしてサイリスタを例示したが、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子であってもよく、機械式のリレーであってもよい。これらのスイッチを用いる場合、異常検出後にオン動作させた後、適正なタイミングでオフ動作させることが望ましい。

第１実施形態では、点火制御装置１０が適用される内燃機関としてガソリンエンジンを例示したが、内燃機関は、火花放電によって燃料への点火を行う点火プラグを用いた内燃機関であればよく、ガスエンジンなどの他の内燃機関にも好適に適用することができる。また、いずれの例でも、異常検出回路は所定の位置の過電流状態（例えば、一次電流が所定値を過える状態）が発生した場合を「所定の異常状態」としてもよい。

１，２０１…点火装置
２…直流電源
１０，２１０…点火制御装置
１１…第１制御回路
１２…第２制御回路（第２スイッチ制御回路、異常検出回路）
１４…強制遮断回路
２１…第１スイッチ
３０…点火コイル
３１…一次コイル
３２…二次コイル
４０…放電回路
４２…第２スイッチ
４４…導電路
５０…点火プラグ
５１，５２…電極
２１１…信号制御回路（第２スイッチ制御回路、異常検出回路）

Claims (7)

1. 直流電源から電力供給を受けて一次電流が流れる一次コイルと、前記一次コイルで前記一次電流が遮断されることに応じて高電圧を発生する二次コイルと、を有する点火コイルと、
   前記二次コイルから高電圧が印加されることに応じて、自身の電極間に火花放電を生じさせる点火プラグと、
   前記直流電源から前記一次コイルへの電力供給をオンオフする第１スイッチと、
   前記一次コイルの一端側から他端側へ電流を流す経路となる導電路と、前記導電路の通電をオンオフする第２スイッチと、を有し、前記第２スイッチがオン状態のときに前記一次コイルとともに閉ループ回路を構成する放電回路と、
   前記第２スイッチのオンオフを制御する第２スイッチ制御回路と、
   所定の異常状態を検出する異常検出回路と、
   を備えた点火装置における点火制御方法であって、
   前記第１スイッチがオン状態となっている通電期間に前記異常検出回路が前記異常状態を検出しない場合には、前記第２スイッチ制御回路が前記第２スイッチをオフ状態で維持しつつ、前記通電期間の終了時に前記第１スイッチをオフ状態に切り替えて前記点火プラグに前記火花放電を発生させ、
   前記通電期間に前記異常検出回路が前記異常状態を検出した場合には、前記第２スイッチ制御回路が前記第２スイッチをオン状態に切り替え、前記一次コイルの前記一次電流の状態を前記点火プラグに前記火花放電が発生しない状態で維持しつつ、前記一次電流を前記放電回路に流す
   点火制御方法。
2. 前記通電期間に前記異常検出回路が前記異常状態を検出した場合、前記第２スイッチ制御回路は、前記通電期間の終了前に前記第２スイッチをオン状態に切り替える
   請求項１に記載の点火制御方法。
3. 前記異常検出回路は、前記通電期間が予め定められた正規時間を超えて継続する前記異常状態を検出する
   請求項１又は請求項２に記載の点火制御方法。
4. 前記点火装置は、
   オン動作を指示するオン信号及びオフ動作を指示するオフ信号を前記第１スイッチに向けて出力する制御を行う第１制御回路と、
   前記第１制御回路からの前記オン信号が前記第１スイッチに与えられることを許可する許可動作と、前記第１制御回路からの前記オン信号を無効化して前記第１スイッチに前記オフ信号を与える強制遮断動作と、を行う強制遮断回路と、
   前記許可動作を指示する許可信号及び前記強制遮断動作を指示する強制遮断信号を前記強制遮断回路に向けて出力する制御を行う第２制御回路と、
   を有し、
   前記第２制御回路は、前記第２スイッチ制御回路及び前記異常検出回路として構成され、前記通電期間に前記異常状態を検出した場合、前記第２スイッチをオン状態に切り替えた後、前記強制遮断回路に向けて前記強制遮断信号を出力する
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の点火制御方法。
5. 前記点火装置は、オン動作を指示するオン信号及びオフ動作を指示するオフ信号を前記第１スイッチに向けて出力する制御を行う信号制御回路を備え、
   前記信号制御回路が前記第２スイッチ制御回路として構成される
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の点火制御方法。
6. 前記第２スイッチはサイリスタであり、
   前記サイリスタは、前記一次コイルにおける前記直流電源側の一端部にカソードが電気的に接続され、前記一次コイルの他端部にアノードが電気的に接続され、前記第２スイッチ制御回路からの信号がゲートに入力される構成をなす
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の点火制御方法。
7. 直流電源から電力供給を受けて一次電流が流れる一次コイルと、前記一次コイルで前記一次電流が遮断されることに応じて高電圧を発生する二次コイルと、を有する点火コイルと、
   前記二次コイルから高電圧が印加されることに応じて、自身の電極間に火花放電を生じさせる点火プラグと、
   を備えた点火装置に設けられ、
   前記直流電源から前記一次コイルへの電力供給をオンオフする第１スイッチと、
   前記一次コイルの一端側から他端側へ電流を流す経路となる導電路と、前記導電路の通電をオンオフする第２スイッチと、を有し、前記第２スイッチがオン状態のときに前記一次コイルとともに閉ループ回路を構成する放電回路と、
   前記第２スイッチのオンオフを制御する第２スイッチ制御回路と、
   所定の異常状態を検出する異常検出回路と、
   を有する点火制御装置であって、
   前記第１スイッチがオン状態となっている通電期間に前記異常検出回路が前記異常状態を検出しない場合には、前記第２スイッチ制御回路が前記第２スイッチをオフ状態で維持しつつ、前記通電期間の終了時に前記第１スイッチをオフ状態に切り替えて前記点火プラグに前記火花放電を発生させ、
   前記通電期間に前記異常検出回路が前記異常状態を検出した場合には、前記第２スイッチ制御回路が前記第２スイッチをオン状態に切り替え、前記一次コイルの前記一次電流の状態を前記点火プラグに前記火花放電が発生しない状態で維持しつつ、前記一次電流を前記放電回路に流す
   点火制御装置。

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