JP7055243B2 - 点火装置 - Google Patents

Description

本願は、点火装置に関するものである。

車両等に搭載される内燃機関の燃費を向上させる手法として、希薄混合気を燃焼させる希薄燃焼方式、燃焼後の排気を燃焼室内に再循環させる排気再循環方式、あるいは燃焼室を高圧縮比にする方式などが開発されている。しかし、いずれの方式も混合気の点火が難しいという課題があり、着火性の向上が要求されている。

そこで、点火装置を構成するトランスの第１の１次巻線の電流を遮断することによってトランスの２次巻線に生じた２次電流に対して、第２の１次巻線に電流を流すことによって加算的に電流を重畳する点火装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。この手法では、トランスの２次巻線に流れる電流が増加することによって、点火プラグの電極間の放電電流が増加され、放電が安定するため、混合気の着火性が向上する。

米国特許９３９９９７９号

上記の手法では、着火性を向上するために、放電期間中にできるだけ長く第２の１次巻線に通電したい。しかし、放電期間中に第２の１次巻線の通電を継続すると、２次電流が増加し続け、放電電流が大きくなり過ぎ、発熱により、電極消耗量が増大してしまう。その結果、点火プラグ寿命の短期化を招き、点火プラグ交換によるランニングコスト増大が生じる。

特許文献１の技術では、放電期間中に第２の１次巻線を高速でオンオフすることにより、２次電流が増加し続けることを防止し、２次電流が大きくなり過ぎることを防止している。

しかし、特許文献１の技術では、特許文献１の図３に示されているように、第２の１次巻線を頻繁にオフにすることにより、２次電流が大きくなり過ぎることを抑制している。しかし、第２の１次巻線をオフする度に、第２の１次巻線に逆起電力が発生し、２次電流が急激に電流重畳前のレベルまで減少している。そのため、第２の１次巻線をオフする度に、放電電流の増加による、放電の安定化効果が損なわれ、筒内流動等により放電が途切れる可能性があり、十分な着火性の向上を図れていなかった。

そこで、放電期間中の第２の１次巻線の通電により、２次電流が増加し過ぎず、減少し過ぎないよう、２次電流を適度に増加させることができる点火装置が望まれる。

本願に係る点火装置は、
通電により通電磁束が生じる第１の１次巻線と、通電により前記第１の１次巻線の通電磁束とは逆方向の通電磁束が生じる第２の１次巻線と、前記第１の１次巻線及び前記第２の１次巻線に磁気結合され、点火プラグに放電エネルギを供給する２次巻線と、を有するトランスと、
直流電源から前記第１の１次巻線への通電をオンオフする第１のスイッチング素子と、
前記直流電源から前記第２の１次巻線への通電をオンオフする第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子をオンした後、前記第１のスイッチング素子をオフして、前記点火プラグに火花放電を発生させ、
前記火花放電の期間中に前記第２のスイッチング素子をオンし、
前記第２のスイッチング素子のオン期間中に、前記第１のスイッチング素子をオンオフする制御装置と、を備えたものである。

本願に係る点火装置によれば、火花放電中に第２の１次巻線に通電するので、２次巻線に追加の磁気エネルギが供給され、電極間を流れる放電電流（２次電流）が増加する。これにより、火花放電が強化され、混合気の着火性、火花放電の伸長性を強化することができる。また、第２のスイッチング素子のオン期間中に、第１のスイッチング素子をオンすると、第１の１次巻線が、第２の１次巻線の通電磁束とは逆方向の通電磁束を発生し、２次巻線に追加される磁気エネルギが弱められ、２次電流を減少させることができる。また、第２のスイッチング素子をオンにしたままで、第１のスイッチング素子をオンするので、第２の１次巻線には逆起電力が発生せず、２次電流を緩やかに減少させることができる。よって、第２のスイッチング素子のオン期間中に第１のスイッチング素子をオンオフすることにより、２次電流が増加し過ぎず、減少し過ぎないようにでき、２次電流を適度に増加させることができる。よって、着火性を向上させつつ、点火プラグの電極消耗の増加を抑制することができる。

実施の形態１に係る点火装置の概略回路図である。 実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る第１のスイッチング素子のオンオフ制御の処理を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る制御挙動を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態２に係る制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態２に係るオンオフ計画データの設定例を示す図である。 実施の形態２に係る制御挙動を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態３に係る第１のスイッチング素子のオンオフ制御の処理を説明するフローチャートである。 実施の形態３に係る制御挙動を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態４に係る第１のスイッチング素子のオンオフ制御の処理を説明するフローチャートである。 実施の形態４に係る制御挙動を説明するためのタイムチャートである。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る点火装置１０について図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る点火装置１０の基本構成を示す電気回路図である。図１に示すように、点火装置１０は、点火プラグ５、トランス３、第１のスイッチング素子１、第２のスイッチング素子２、２次電流検出回路７、及び制御装置４等を備えている。

１－１．点火装置の基本構成
点火プラグ５は、ギャップを介して対向する第１電極５Ａと第２電極５Ｂとを有し、燃焼室内の可燃混合気を点火する。点火プラグ５の第１電極５Ａと第２電極５Ｂは、内燃機関の燃焼室内（気筒内）に配置される。第１電極５Ａは、２次巻線３ｃに接続され、第２電極５Ｂはグランドに接続される。

トランス３は、通電により通電磁束が生じる第１の１次巻線３ａと、通電により第１の１次巻線３ａの通電磁束とは逆方向の通電磁束が生じる第２の１次巻線３ｂと、第１の１次巻線３ａ及び第２の１次巻線３ｂに磁気結合され、点火プラグ５に放電エネルギを供給する２次巻線３ｃと、を有している。第１の１次巻線３ａ、第２の１次巻線３ｂ、及び２次巻線３ｃは、共通の鉄心に巻装されている。

第１の１次巻線３ａの一端及び第２の１次巻線３ｂの他端は、同一の直流電源６にされ、第１の１次巻線３ａの他端が、第１のスイッチング素子１を介してグランドに接続され、第２の１次巻線３ｂの一端が、第２のスイッチング素子２を介してグランドに接続されている。２次巻線３ｃの一端は、点火プラグ５の第１電極５Ａに接続され、２次巻線３ｃの他端はグランド側に接続されている。

第１のスイッチング素子１をオンして第１の１次巻線３ａを通電した時に生じる磁束の方向と、第２のスイッチング素子２をオンして第２の１次巻線３ｂを通電した時に生じる磁束の方向とが、互いに逆方向になるように、各巻線が巻線され、直流電源６に接続されている。

第１の１次巻線３ａと２次巻線３ｃとの巻き数比（＝２次巻線の巻き数／第１の１次巻線の巻き数）は、第１のスイッチング素子１を所定の時間だけオンした後にオフした際に点火プラグ５に生じる電圧が、点火プラグ５の絶縁破壊電圧以上になるように設定されており、例えば、１００程度である。トランス３と第１のスイッチング素子１とは、フライバックコンバータのように構成されているため、巻き数比倍以上の電圧を点火プラグ５に印加できる。第２の１次巻線３ｂと２次巻線３ｃとの巻き数比（＝２次巻線の巻き数／第２の１次巻線の巻き数）は、第２のスイッチング素子２をオンした時に点火プラグ５に生じる電圧が、放電維持電圧以上になるように設定されており、例えば、２００倍から４００倍程度である。

したがって、第２の１次巻線３ｂの巻き数は、第１の１次巻線３ａよりも巻き数が少なくなるように構成されており、第２の１次巻線３ｂの巻き数は第１の１次巻線３ａの１／２から１／４となる。よって、第２の１次巻線３ｂの通電磁束よりも、第１の１次巻線３ａの通電磁束の方が強くなっており、第２の１次巻線３ｂの通電中に、第１の１次巻線３ａを通電させることにより、２次電流Ｉ２を減少させることができる。このような構成により、第１のスイッチング素子１の動作により点火プラグ５の電極間に絶縁破壊を発生させることができ、第２のスイッチング素子２の動作により点火プラグ５の電極間における放電維持が可能となる。

第１のスイッチング素子１は、直流電源６から第１の１次巻線３ａへの通電をオンオフするスイッチング素子である。第１のスイッチング素子１には、制御装置４から出力された駆動信号Ｓ＿ｓｗ１が入力され、駆動信号Ｓ＿ｓｗ１により第１のスイッチング素子１がオンオフされる。

第２のスイッチング素子２は、直流電源６から第２の１次巻線３ｂへの通電をオンオフするスイッチング素子である。第２のスイッチング素子２には、制御装置４から出力された駆動信号Ｓ＿ｓｗ２が入力され、駆動信号Ｓ＿ｓｗ２により第２のスイッチング素子２がオンオフされる。

第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２には、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されてもよい。

第１のスイッチング素子１を所定の時間（例えば、２ｍｓから１０ｍｓ程度）オンしたあとにオフすることによって、点火プラグ５の電極間に絶縁破壊を発生させる。このとき、第１のスイッチング素子１を流れる電流は最大５Ａから２０Ａ程度である。点火プラグ５の電極間に絶縁破壊が生じた後に、第２のスイッチング素子２を所定の時間（例えば、２００ｕｓから３ｍｓ程度）オンすることによって、点火プラグ５の電極間に放電を維持しつつ追加の電流を供給する。このとき、第２のスイッチング素子２を流れる電流は最大１０Ａから５０Ａ程度となる。したがって、第２のスイッチング素子２の電流定格値は、第１のスイッチング素子１の電流定格値よりも大きくすることが望ましい。

電流定格値の大きいスイッチング素子は、一般的にオン時の抵抗が低い。よって、電流による素子の過剰発熱、及び過渡発熱による素子破壊を抑制することができる。また、一般的にチップサイズの大きい素子ほど電流定格値が大きいため、第２のスイッチング素子２のチップサイズが第１のスイッチング素子１のチップサイズよりも大きければ、同様の効果を得られる。

第１のスイッチング素子１は、第２のスイッチング素子２のオン期間中にオンオフされる（スイッチングされる）。よって、第１のスイッチング素子１のスイッチング時間（立ち下がり時間、立ち上がり時間、上昇時間、下降時間）は、第２のスイッチング素子２のスイッチング時間よりも短いことが望ましい。数ｍｓの第２のスイッチング素子２のオン期間中に、第１のスイッチング素子１を高周波でオンオフでき、後述する２次電流のピークを低減する制御を行い易い。また短いスイッチング時間は、スイッチング損失の低減にも寄与する。

２次電流検出回路７は、点火プラグ５の火花放電中に２次巻線３ｃに流れる２次電流Ｉ２を検出するための回路である。２次電流検出回路７は、２次電流Ｉ２の放電経路上に直列接続された抵抗（以下、２次電流検出抵抗７と称す）である。２次電流検出抵抗７の低電圧側端子は、グランドに接続され、２次電流検出抵抗７の高電圧側端子は、２次巻線３ｃの他端に接続されている。２次電流検出抵抗７の高電圧側端子の電圧が制御装置４に入力される。２次電流検出回路７は、２次電流Ｉ２の放電経路上に配置されたカレントトランス又はホールセンサであってもよい。

１－２．制御装置
本実施の形態では、制御装置４は、内燃機関を制御する内燃機関の制御装置とされている。制御装置４の各機能は、制御装置４が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置４は、図２に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、２次電流検出回路７、及び内燃機関の各種センサ２１（クランク角度センサ、カム角センサ、吸気量検出センサ、圧力センサ、水温センサ、電源電圧センサ等）が接続され、これらの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、第１のスイッチング素子１、第２のスイッチング素子２、及び内燃機関の各種の電気負荷２２（インジェクタ、排気再循環バルブ等）が接続され、これらに演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。第一のスイッチング素子１に接続される駆動回路のローパスフィルタのカットオフ周波数は、１００ｋＨｚ以上に設定されることが望ましい。

そして、制御装置４が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置４の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、制御装置４が用いる制御設定データ等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置４の各機能について詳細に説明する。

制御装置４は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、内燃機関の回転速度、充填効率（気筒内の圧力情報）、冷却水温度、排気再循環率等の内燃機関の運転状態を検出し、運転状態に基づいて、点火時期、目標空燃比、燃料噴射量、排気再循環バルブの制御量等を算出し、インジェクタ及び排気再循環バルブ等の内燃機関の各種の電気負荷２２、第１のスイッチング素子１、及び第２のスイッチング素子２等を駆動制御する。

＜点火制御＞
制御装置４は、第１のスイッチング素子１をオンして第１の１次巻線３ａへの通電をオンさせた後、第１のスイッチング素子１をオフして第１の１次巻線３ａへの通電をオフさせ、点火プラグ５に火花放電を発生させる。

制御装置４は、第１の１次巻線３ａへの通電期間と点火時期（点火クランク角度）を算出する。本実施の形態では、制御装置４は、内燃機関の運転状態に基づいて、通電期間及び点火時期を決定する。内燃機関の運転状態は、内燃機関の充填効率（気筒内の圧力）、内燃機関の回転速度、排気再循環率等とされる。

制御装置４は、通電期間の間、第１のスイッチング素子１をオンして、第１の１次巻線３ａを通電させた後、点火時期で、第１のスイッチング素子１をオフして、第１の１次巻線３ａへの通電を遮断させ、２次巻線３ｃに高電圧を発生させ、点火プラグ５に火花放電を生じさせる。火花放電は、点火プラグ５の鉄心に蓄積されていた磁気エネルギが減少するまで継続する。

＜第２の１次巻線の通電制御＞
制御装置４は、火花放電の期間中に第２のスイッチング素子２をオンにする。火花放電中に第２の１次巻線３ｂに通電すると、２次巻線３ｃに追加の磁気エネルギが供給され、電極間を流れる放電電流（２次電流Ｉ２）が増加する。これにより、火花放電が強化され、混合気の着火性、火花放電の伸長性が強化される。

放電電流が大きいほど、放電が途切れ難く、維持されやすいという傾向がある。第２の１次巻線３ｂを通電して２次電流Ｉ２（放電電流）を増加させることは、放電を長時間維持することによって混合気を着火する確率を高めることを目的としているため、２次電流Ｉ２を大きくすることは着火性の向上に寄与する。

着火性向上の必要性は、内燃機関の運転状態によって変化するため、第２のスイッチング素子２のオン期間は、内燃機関の運転状態に応じて調整されることが望ましい。そこで、本実施の形態では、制御装置４は、内燃機関の運転状態と、第２のスイッチング素子２のオン時期及びオフ時期の制御パラメータとの関係が予め設定された制御設定データを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応するオン時期及びオフ時期の制御パラメータを算出する。

本実施の形態では、オン時期の制御パラメータは、２次電流Ｉ２の下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬである。下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬは、後述する第１のスイッチング素子１をオフする閾値と共通化されている。制御装置４は、放電開始後、２次電流Ｉ２の検出値が、下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さくなった時に、第２のスイッチング素子２をオンにする。なお、オン時期の制御パラメータは、放電開始後の経過時間とされてもよく、制御装置４は、放電開始後の経過時間が閾値に到達した時に、第２のスイッチング素子２をオンしてもよい。オフ時期の制御パラメータは、放電開始後のオフ時期とされている。制御装置４は、放電開始後の経過時間が、オフ時期になった時に、第２のスイッチング素子２をオフにする。

なお、本願では、２次電流Ｉ２は、２次電流Ｉ２の絶対値を意味するものとする。また、「放電開始後」及び「火花放電の開始後」は、火花放電を発生させるために、第１のスイッチング素子１をオフした後である。

オン時期及びオフ時期の制御パラメータは、予備試験等により予め設定されたものが、記憶装置９１に格納され、読み出される。或いは、制御装置４は、機械学習等によりオン時期及びオフ時期の制御パラメータを学習し、学習値を用いてもよい。

内燃機関の運転状態は、内燃機関の充填効率（気筒内の圧力）、内燃機関の回転速度、内燃機関の圧縮比、空燃比、排気再循環率、内燃機関の始動後の経過時間、及び内燃機関の冷却水温度のいずれか一つ以上である。内燃機関の圧縮比は、内燃機関の圧縮比を変更可能な機構が内燃機関に備えられている場合に加えられる。例えば、内燃機関の運転状態は、内燃機関の充填効率、内燃機関の回転速度、及び排気再循環率とされる。

＜第１の１次巻線のオンオフ制御＞
一方、第２の１次巻線３ｂの通電により２次電流Ｉ２（放電電流）が増加し過ぎると、点火プラグの電極消耗が増加する。これは、放電電流の増加により発生する熱が増加し、電極を構成する金属体の溶融量が増加することが要因となる。従って、２次電流Ｉ２の増加を低くするほど、電極消耗の増加を抑制できる。一方、増加し過ぎた２次電流Ｉ２を減少させるために、第２のスイッチング素子２をオフにすると、第２の１次巻線３ｂに逆起電力が発生し、２次電流Ｉ２が減少し過ぎ、着火性が損なわれる場合がある。そのため、第２の１次巻線３ｂの通電により、２次電流Ｉ２が増加し過ぎず、減少し過ぎないよう、２次電流Ｉ２を適度に増加させることが望まれる。

そこで、制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオン期間中に、第１のスイッチング素子１をオンオフする。この構成によれば、第２のスイッチング素子２のオン期間中に、第１のスイッチング素子１をオンすると、第１の１次巻線３ａが、第２の１次巻線３ｂの通電磁束とは逆方向の通電磁束を発生し、２次巻線３ｃに追加される磁気エネルギが弱められ、２次電流Ｉ２を低下させることができる。また、第２のスイッチング素子２をオンにしたままで、第１のスイッチング素子１をオンするので、第２の１次巻線３ｂには逆起電力が発生せず、２次電流Ｉ２を緩やかに減少させることができる。よって、第２のスイッチング素子２のオン期間中に第１のスイッチング素子１をオンオフすることにより、２次電流Ｉ２が増加し過ぎず、減少し過ぎないようにでき、２次電流Ｉ２を適度に増加させることができる。よって、着火性を向上させつつ、点火プラグの電極消耗の増加を抑制することができる。

＜２次電流に応じたオンオフ制御＞
本実施の形態では、制御装置４は、２次電流検出回路７の出力信号に基づいて、２次電流Ｉ２を検出する。そして、制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオン期間中に、２次電流Ｉ２の検出値に基づいて、第１のスイッチング素子１をオンオフする。この構成によれば、２次電流Ｉ２の検出値に基づいているので、精度良く、２次電流Ｉ２を適度に増加させ、２次電流Ｉ２を増加させ過ぎないようにできる。

本例では、制御装置４は、第２のスイッチング素子のオン期間中に、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくなった時に、第１のスイッチング素子１をオンし、第１のスイッチング素子１をオンした後、２次電流Ｉ２の検出値が、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ以下の値に設定された下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さくなった時に、第１のスイッチング素子１をオフするように構成されている。以下で説明する例では、下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬが、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも小さい値に設定されているが、同じ値に設定されてよい。

この構成によれば、２次電流Ｉ２を、精度良く、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとの範囲内に制御できる。上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨの設定値により、点火プラグの電極消耗の増加抑制を管理でき、下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬの設定値により、着火性の向上を管理できる。

着火性の向上及び電極消耗の増加抑制を達成できる、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨの最適な設定値及び下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬの最適な設定値は、内燃機関の運転状態によって変化する。例えば、気筒内の流動が大きく、放電が吹き流されて途絶しやすい運転条件であれば、放電電流を大きく維持することが望ましい。しかし、放電電流が過度に大きければ着火性を向上できても電極消耗量が大きくなるため、点火プラグの寿命が短くなる。よって、着火性と電極消耗とはトレードオフの関係にあるため、内燃機関の運転状態に基づいて適切な２次電流（放電電流）の値が決定されることが望ましい。

そこで、制御装置４は、内燃機関の運転状態と、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ及び下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとの関係が予め設定された制御設定データを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応する上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ及び下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬを算出する。

内燃機関の運転状態は、内燃機関の充填効率（気筒内の圧力）、内燃機関の回転速度、内燃機関の圧縮比、空燃比、排気再循環率、内燃機関の始動後の経過時間、及び内燃機関の冷却水温度のいずれか一つ以上である。内燃機関の圧縮比は、内燃機関の圧縮比を変更可能な機構が内燃機関に備えられている場合に加えられる。例えば、内燃機関の運転状態は、内燃機関の充填効率、内燃機関の回転速度、及び排気再循環率とされる。

上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ及び下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬは、予備試験等により予め設定されたものが、記憶装置９１に格納され、読み出される。或いは、制御装置４は、失火せずに点火が可能であった電流値を判定し、判定した電流値に基づいて、機械学習等により上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ及び下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬを学習し、学習値を用いてもよい。

＜オンオフ制御のフローチャート＞
このオンオフ制御の処理は、図３に示すフローチャートのように構成できる。制御装置４は、演算周期毎に図３のフローチャートの処理を繰り返し実行する。まず、ステップＳ１０１で、制御装置４は、第２のスイッチング素子２（駆動信号Ｓ＿ｓｗ２）をオン（１）にしているか否かを判定する。制御装置４は、第２のスイッチング素子２がオンにされていないと判定した場合は、第２のスイッチング素子２のオン期間中でないので、ステップＳ１０６に進み、第１のスイッチング素子１（駆動信号Ｓ＿ｓｗ１）をオフ（０）にした後、処理を終了する。一方、制御装置４は、第２のスイッチング素子２がオンにされていると判定した場合は、第２のスイッチング素子のオン期間中であるので、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２で、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きいか否かを判定する。制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きいと判定した場合は、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３で、制御装置４は、第１のスイッチング素子１（駆動信号Ｓ＿ｓｗ１）をオン（１）に設定した後、処理を終了する。一方、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくないと判定した場合は、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４で、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さいか否かを判定する。制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さいと判定した場合は、ステップＳ１０５に進み、第１のスイッチング素子１（駆動信号Ｓ＿ｓｗ１）をオフ（０）にする。一方、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さくないと判定した場合は、処理を終了する。

＜制御挙動＞
図４に示すタイムチャートを用いて、制御挙動を説明する。図４において、２次電流Ｉ２は、絶対値で示されている。図４の時刻ｔ１において、制御装置４は、通電開始タイミングで、第１のスイッチング素子１への駆動信号Ｓ＿ｓｗ１を、オフ（０）からオン（１）に切り替え、第１の１次巻線３ａに通電し、１次電流Ｉ１を流し、鉄心に磁気エネルギを蓄積させる。

その後、制御装置４は、通電期間が経過した時刻ｔ２において、駆動信号Ｓ＿ｓｗ１を、オンからオフに切り替えて、第１の１次巻線３ａの通電を遮断すると、２次巻線３ｃに負の高電圧の２次電圧が発生し、点火プラグ５の第１電極５Ａに印加されて、その電位が急峻に低下し、絶縁破壊電圧に至ると、点火プラグ５の第１電極５Ａと第２電極５Ｂとのギャップ間に火花放電が発生する。火花放電が開始すると、２次電圧は、絶縁破壊電圧から増加し、放電維持電圧になる。

時刻ｔ２で、火花放電が開始すると、２次電流Ｉ２（絶対値）がステップ的にゼロから増加した後、鉄心に蓄積されていた磁気エネルギが減少するに従って、次第に減少していく。

時刻ｔ３で、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が、下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬより小さくなったので、第２のスイッチング素子２への駆動信号Ｓ＿ｓｗ２を、オフ（０）からオン（１）に切り替え、第２の１次巻線３ｂに通電する。通電開始後、第２の１次巻線３ｂに流れる第２の１次電流Ｉ１２が次第に増加していき、それに応じて、第２の１次巻線３ｂが発生する通電磁束が次第に増加する。第２の１次巻線３ｂの通電磁束は、鉄心に生じている磁束と同じ方向の磁束であるので、鉄心を介して２次巻線３ｃに追加供給される磁気エネルギが次第に増加し、２次電流Ｉ２も次第に増加していく。

時刻ｔ４で、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくなったので、制御装置４は、第１のスイッチング素子１への駆動信号Ｓ＿ｓｗ１を、オフからオンに切り替え、第１の１次巻線３ａに通電する。第１のスイッチング素子１を導通させることにより、２次巻線３ｃに追加供給されていた電流及び鉄心に蓄積されていた磁気エネルギの一部が、第１の１次巻線３ａに流れるようになるため、２次電流Ｉ２が低下する。このとき制御装置４は、第２のスイッチング素子２に流れる電流を遮断することなく、第１のスイッチング素子１に電流を流しているため、第２の１次巻線３ｂには逆起電力が発生せず、第２の１次電流Ｉ１２及び２次電流Ｉ２は緩やかに減少する。このように、第２のスイッチング素子２をオンにしたままで、第１のスイッチング素子１をオンするので、２次電流Ｉ２を緩やかに減少させることができる。よって、第２のスイッチング素子２をオフして２次電流Ｉ２を急峻に低下させるよりも、２次電流を一定値以上に維持することが容易となる。

時刻ｔ５で、２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さくなったので、制御装置４は、第１のスイッチング素子１への駆動信号Ｓ＿ｓｗ１を、オンからオフに切り替え、第１の１次巻線３ａの通電を遮断する。第１の１次巻線３ａに電流が流れなくなるため、第２の１次巻線３ｂから供給されていた電流が２次巻線３ｃに流れ、２次電流Ｉ２が再び次第に増加する。

そして、時刻ｔ６で、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくなったので、制御装置４は、第１のスイッチング素子１への駆動信号Ｓ＿ｓｗ１を、オフからオンに切り替え、第１の１次巻線３ａに通電する。その後、２次電流Ｉ２が次第に減少していき、時刻ｔ７で、２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さくなったので、制御装置４は、第１のスイッチング素子１への駆動信号Ｓ＿ｓｗ１を、オンからオフに切り替え、第１の１次巻線３ａの通電を遮断する。時刻ｔ８で、制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオフ時期になったので、第２のスイッチング素子２への駆動信号Ｓ＿ｓｗ２を、オンからオフに切り替えると共に、第１のスイッチング素子１のオンオフ制御を停止し、第１のスイッチング素子１をオフのままにする。

このように、第２のスイッチング素子２のオン期間中に、２次電流Ｉ２の検出値に応じて、第１のスイッチング素子１をオンオフすることにより、２次電流Ｉ２を、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとの範囲内に精度よく維持することができ、着火性の向上及び電極消耗の増加抑制をバランスよく達成することができる。

＜転用例＞
上記の実施の形態では、制御装置４は、常に、２次電流Ｉ２の検出値に応じて、第１のスイッチング素子１をオンオフする場合を例に説明した。しかし、制御装置４は、常に、２次電流Ｉ２の検出値を用いて制御する必要はなく、例えば、制御装置４は、１点火周期における動作を事前に決定しておき、次の点火周期においては、２次電流Ｉ２の検出値に関わらず、事前に決定した動作に従って、第１のスイッチング素子１をオンオフしてもよい。

上記の実施の形態では、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ及び下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬが、１回の点火制御期間中に変化されない場合を例に説明した。しかし、制御装置４は、１回の制御期間中に、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ及び下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬを変化させてもよい。例えば、放電期間の後半では、気筒内の圧力が高くなり、放電維持又は着火が困難になる傾向がある。制御装置４は、１回の放電期間中において、火花放電の開始後の経過時間が増加するに従って、下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬを増加させるように構成されてもよい。この構成によれば、放電期間の後半においても、良好な着火性能を維持することができる。

２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る点火装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る点火装置１０の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。図５は、実施の形態２に係る点火装置１０の基本構成を示す電気回路図である。本実施の形態では、点火装置１０に、２次電流検出回路７が設けられておらず、電源電圧検出回路８が設けられており、それに伴って、制御装置４における第１のスイッチング素子のオンオフ制御の処理が実施の形態１と異なる。

電源電圧検出回路８は、直流電源６の電源電圧を検出するための回路である。電源電圧検出回路８は、例えば、分圧抵抗回路からなり、直流電源６の出力電圧に応じた電圧を出力する。或いは、電源電圧検出回路８は、直流電源６の出力電圧を、制御装置４に入力する電線とされてもよい。電源電圧検出回路８には、直流電源６の電源電圧を検出可能な回路であれば、どのような回路が用いられもよい。

＜運転状態に応じた制御パラメータの設定＞
本実施の形態では、制御装置４は、内燃機関の運転状態と、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の制御パラメータとの関係が予め設定された制御設定データを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応する制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータに基づいて、火花放電の期間中に第２のスイッチング素子２をオンすると共に、第２のスイッチング素子２のオン期間中に第１のスイッチング素子１をオンオフする。

この構成によれば、２次電流検出回路７を設ける必要がなく、運転状態に応じて、適切に２次電流Ｉ２を制御することができ、着火性の向上及び電極消耗の増加抑制をバランスよく達成することができる。

例えば、第１のスイッチング素子の制御パラメータは、図６に示すような、経過時間とオン時期及びオン時期との関係が予め設定されたオンオフ計画データとされる。制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオン後の経過時間に応じて、第１のスイッチング素子１をオンオフする。例えば、実施の形態１のような２次電流Ｉ２の挙動になるように、オンオフ計画データを予め予備試験により設定すればよい。

図６のオンオフ計画データでは、制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオン後の経過時間が０の時に、第１のスイッチング素子１をオフ（０）にし、第２のスイッチング素子２のオン後の経過時間が時間Ｔ１になった時に、第１のスイッチング素子１をオン（１）にし、経過時間が時間Ｔ２になった時に、第１のスイッチング素子１をオフ（０）にし、経過時間が時間Ｔ３になった時に、第１のスイッチング素子１をオン（１）にする。

或いは、第１のスイッチング素子の制御パラメータは、パルス幅変調制御（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）のオンオフ周波数及びオンデューティとされ、制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオン期間中に、設定されたオンオフ周波数及びオンデューティに従って、パルス幅変調制御により第１のスイッチング素子１をオンオフすればよい。後述する図７に示すように、本実施の形態では、パルス幅変調制御は、オフ期間から開始される。

第１のスイッチング素子の制御パラメータは、内燃機関の運転状態に応じて切り換えられる。例えば、内燃機関の回転速度が高くなると、１回の点火制御期間が短くなるので、それに応じて、例えば、オンオフ周波数が高くなるように制御パラメータを変化させればよい。また、高圧環境、強流動環境では放電維持に必要なエネルギが大きくなるため、２次電流が全体的に大きくなるように、制御パラメータを調整すればよい。

例えば、第２のスイッチング素子の制御パラメータは、放電開始後のオン時期及びオン時期が設定されたデータとされる。制御装置４は、放電開始後の経過時間がオン時期になった時に、第２のスイッチング素子２をオンにし、放電開始後の経過時間がオフ時期になった時に、第２のスイッチング素子２をオフにする。例えば、実施の形態１のような２次電流Ｉ２の挙動になるように、オン時期及びオン時期のデータを予め予備試験により設定すればよい。

第２のスイッチング素子の制御パラメータは、内燃機関の運転状態に応じて切り換えられる。例えば、内燃機関の回転速度が高くなると、１回の点火制御期間が短くなるので、それに応じて、例えば、第２のスイッチング素子のオン期間が短くなるように、制御パラメータを変化させればよい。また、高圧環境、強流動環境では放電維持に必要なエネルギが大きくなるため、２次電流が全体的に大きくなるように、オン時期が早められればよい。

内燃機関の運転状態は、内燃機関の充填効率（気筒内の圧力）、内燃機関の回転速度、内燃機関の圧縮比、空燃比、排気再循環率、内燃機関の始動後の経過時間、及び内燃機関の冷却水温度のいずれか一つ以上である。内燃機関の圧縮比は、内燃機関の圧縮比を変更可能な機構が内燃機関に備えられている場合に加えられる。例えば、内燃機関の運転状態は、内燃機関の充填効率、内燃機関の回転速度、及び排気再循環率とされる。

＜電源電圧に応じた制御パラメータの変更＞
電源電圧Ｖ１に比例して、第１の１次巻線３ａ及び第２の１次巻線３ｂに流れる電流が変化するため、電源電圧Ｖ１に応じて２次電流Ｉ２の挙動が変化する。図７に電源電圧Ｖ１が通常の時（左側のグラフ）と、通常より大きい時（中央のグラフ）と、通常より小さい時（右側のグラフ）の２次電流Ｉ２の挙動を示す。２次電流Ｉ２は、絶対値で示されている。なお、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２は、後述するように、適切に制御されている。

火花放電を生じるための最初の第１のスイッチング素子のオン期間は、電源電圧Ｖ１の通常時、大きい時、小さい時で変化していない。そのため、オン期間の間に鉄心に蓄積される磁気エネルギは、電源電圧Ｖ１に比例して変化し、放電開始後の２次電流Ｉ２の初期値が変化している。よって、放電開始後、２次電流Ｉ２が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬに到達するまでの期間は、電源電圧Ｖ１に比例して変化している。また、電源電圧Ｖ１に比例して、第２のスイッチング素子のオンによる２次電流Ｉ２の増加速度が変化している。また、電源電圧Ｖ１に比例して、第１のスイッチング素子のオンによる２次電流Ｉ２の減少速度が変化している。よって、２次電流Ｉ２を、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとの範囲内に制御するための、第１のスイッチング素子のオンオフ周波数は、電源電圧Ｖ１に比例して変化している。なお、図７には、説明の容易化のために、２次電流Ｉ２、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ、及び下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬが示されているが、制御装置４は、実際にはこれらを用いて制御を行わない。

そこで、制御装置４は、電源電圧Ｖ１の検出値に基づいて、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の制御パラメータを変化させ、変化された制御パラメータに基づいて、火花放電の期間中に第２のスイッチング素子２をオンすると共に、第２のスイッチング素子のオン期間中に第１のスイッチング素子１をオンオフする。

例えば、図７の例のように、電源電圧Ｖ１の検出値が大きくなるに従って、放電開始後の第２のスイッチング素子２のオン時期が早められる。また、電源電圧Ｖ１の検出値が大きくなるに従って、第２のスイッチング素子のオン期間中の第１のスイッチング素子のオンオフ周波数が高められる。

＜運転状態及び電源電圧に応じた制御パラメータの変更＞
本実施の形態では、内燃機関の運転状態に応じても、制御パラメータが変化させる。そこで、制御装置４は、電源電圧Ｖ１及び内燃機関の運転状態と、第１のスイッチング素子１及び第２のスイッチング素子２の制御パラメータとの関係が予め設定された制御設定データを参照し、現在の電源電圧Ｖ１の検出値及び内燃機関の運転状態に対応する制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータに基づいて、火花放電の期間中に第２のスイッチング素子２をオンすると共に、第２のスイッチング素子２のオン期間中に第１のスイッチング素子１をオンオフする。或いは、内燃機関の運転状態に、電源電圧Ｖ１を必ず含ませればよい。

＜制御挙動＞
図７に示す例は、第１のスイッチング素子の制御パラメータが、図６に示したようなオンオフ計画データである場合の例である。２次電流Ｉ２が、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとの間を振動するように、予備試験等により、内燃機関の運転状態毎及び電源電圧Ｖ１毎にオンオフ計画データが予め設定されている。

詳細な説明は省略するが、制御装置４は、放電開始後の経過時間が、内燃機関の運転状態及び電源電圧Ｖ１の検出値に基づいて決定された第２のスイッチング素子のオン時期に到達した時（時刻ｔ１３、ｔ２３、ｔ３３）に、第２のスイッチング素子（Ｓ＿ｓｗ２）をオン（１）している。制御装置４は、第２のスイッチング素子をオンした後の経過時間が、運転状態及び電源電圧Ｖ１の検出値に基づいて決定された１回目のオン時期に到達した時（時刻ｔ１４、ｔ２４、ｔ３４）に、第１のスイッチング素子（Ｓ＿ｓｗ１）をオン（１）している。制御装置４は、第２のスイッチング素子をオンした後の経過時間が、運転状態及び電源電圧Ｖ１の検出値に基づいて決定された１回目のオフ時期に到達した時（時刻ｔ１５、ｔ２５、ｔ３５）に、第１のスイッチング素子をオフ（０）している。その後、同様に、制御装置４は、第２のスイッチング素子をオンした後の経過時間が、２回目以降のオン時期又はオフ時期に到達する毎に、第１のスイッチング素子をオン又はオフする。そして、制御装置４は、放電開始後の経過時間が、運転状態及び電源電圧Ｖ１の検出値に基づいて決定された第２のスイッチング素子のオフ時期に到達した時（時刻ｔ１６、ｔ２６、ｔ３６）に、第２のスイッチング素子をオフ（０）し、第１のスイッチング素子をオフ（０）している。

３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る点火装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る点火装置１０の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、制御装置４における第１のスイッチング素子のオンオフ制御の処理が実施の形態１と異なる。

本実施の形態では、制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオン期間中に、パルス幅変調制御（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）により第１のスイッチング素子１をオンオフする。この構成によれば、２次電流Ｉ２の検出遅れ等に影響されずに、計画的に第１のスイッチング素子１をオンオフできる。

制御装置４は、第２のスイッチング素子のオン期間中に、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくなった時に、パルス幅変調制御を開始する。パルス幅変調制御は、オン期間から開始される。この構成によれば、パルス幅変調制御を開始することにより、２次電流Ｉ２が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくなることを抑制できる。

制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が目標範囲内に収まるように、パルス幅変調制御のオンデューティを変化させる。この構成によれば、２次電流Ｉ２の検出遅れ等に影響され難いパルス幅変調制御の利点を生かしつつ、２次電流Ｉ２を精度良く目標範囲内に収めることができる。よって、目標範囲の設定により、着火性の向上及び電極消耗の増加抑制をバランスよく達成することができる。

各点火周期のオンデューティの初期値は、実施の形態２と同様に内燃機関の運転状態及び電源電圧Ｖ１の一方又は双方に基づいて設定されてもよい。又は、前回の点火周期におけるオンデューティの最終値に設定されてもよい。この場合は、最初の点火周期におけるオンデューティは、０．５程度に設定されればよい。

或いは、オンデューティは、実施の形態２と同様に内燃機関の運転状態及び電源電圧Ｖ１の一方又は双方に基づいて設定されたフィードフォーワード値と、２次電流Ｉ２の検出値に応じて変化させるフィードバック値との合計値とされてもよく、フィードバック値は、次回の点火周期に引き継がれてもよく、点火周期毎にリセットされてもよい。

パルス幅変調制御のオンオフ周波数は、実施の形態２と同様に、内燃機関の運転状態及び電源電圧Ｖ１の一方又は双方に基づいて設定され、例えば、１ｋＨｚから５０ｋＨｚ程度の範囲内に設定される。

本実施の形態では、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくなった場合に、パルス幅変調制御のオンデューティを増加させる。この構成によれば、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨを上回ることを抑制でき、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨの設定値により、電極消耗の増加抑制を管理できる。

また、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ以下に設定された下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さくなった場合に、パルス幅変調制御のオンデューティを減少させる。この構成によれば、２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬを下回ることを抑制でき、下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬの設定値により、着火性の向上を管理できる。

上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ及び下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬは、実施の形態１と同様に、運転状態に基づいて設定される。なお、以下で説明する例では、下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬは、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも小さい値に設定されているが、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと同じ値に設定されてもよい。

なお、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとが同じ値に設定されている場合は、制御装置４は、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨ（又は下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬ）と２次電流Ｉ２の検出値との偏差に基づいた、積分制御又は比例積分制御等のフィードバック制御により、パルス幅変調制御のオンデューティを変化させてもよい。

＜オンオフ制御のフローチャート＞
本実施の形態に係るオンオフ制御の処理は、図８に示すフローチャートのように構成できる。制御装置４は、演算周期毎に図８のフローチャートの処理を繰り返し実行する。まず、ステップＳ２０１で、制御装置４は、第２のスイッチング素子２（駆動信号Ｓ＿ｓｗ２）をオン（１）にしているか否かを判定する。制御装置４は、第２のスイッチング素子２がオンにされていないと判定した場合は、第２のスイッチング素子２のオン期間中でないので、ステップＳ２０５に進み、パルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭをオフ（０）に設定し、ステップＳ２０６に進み、第１のスイッチング素子１（駆動信号Ｓ＿ｓｗ１）をオフ（０）にして、パルス幅変調制御の実行を停止し、処理を終了する。一方、制御装置４は、ステップＳ２０１で第２のスイッチング素子２がオンにされていると判定した場合は、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２で、制御装置４は、パルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭがオン（１）に設定されているか否かを判定する。制御装置４は、パルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭがオン（１）にされていないと判定した場合は、ステップＳ２０３に進み、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨより大きいか否かを判定する。制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨより大きいと判定した場合は、ステップＳ２０４に進み、パルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭをオン（１）に設定し、パルス幅変調制御を開始する。制御装置４は、パルス幅変調制御の開始時は、オン期間から開始する。

一方、制御装置４は、ステップＳ２０２でパルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭがオン（１）にされていると判定した場合は、ステップＳ２０７に進み、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きいか否かを判定する。制御装置４は、ステップＳ２０７で２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きいと判定した場合は、ステップＳ２０８に進み、オンデューティＤｕｔｙを、変化幅Δｄｕｔｙだけ増加させた後、処理を終了する。増加されたオンデューティＤｕｔｙは、実行中のパルス幅変調制御に反映される。変化幅Δｄｕｔｙは、演算周期、放電期間、制御応答を考慮して設定されるが、例えば、０．０５程度に設定される。変化幅Δｄｕｔｙが小さいほど、細かく電流値を調整できるが制御応答が遅くなり、変化幅Δｄｕｔｙが大きいほど制御応答が早くなるが、細かい電流値を調整しにくくなる。

一方、制御装置４は、ステップＳ２０７で２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくないと判定した場合は、ステップＳ２０９に進み、２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さいか否かを判定する。制御装置４は、ステップＳ２０９で２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さいと判定した場合は、ステップＳ２１０に進み、オンデューティＤｕｔｙを、変化幅Δｄｕｔｙだけ減少させた後、処理を終了する。減少されたオンデューティＤｕｔｙは、実行中のパルス幅変調制御に反映される。一方、制御装置４は、ステップＳ２０９で２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬよりも小さくないと判定した場合は、オンデューティＤｕｔｙを変化させずに処理を終了する。

＜制御挙動＞
図９に示すタイムチャートを用いて、制御挙動を説明する。図９において、２次電流Ｉ２は、絶対値で示されている。図９の時刻ｔ５１から時刻ｔ５２は、図４の時刻ｔ１から時刻ｔ２までと同様であるので、説明を省略する。

時刻ｔ５２で、火花放電が開始すると、２次電流Ｉ２がステップ的にゼロから増加した後、鉄心に蓄積されていた磁気エネルギが減少するに従って、次第に減少していく。

時刻ｔ５３で、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が、下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬより小さくなったので、第２のスイッチング素子２への駆動信号Ｓ＿ｓｗ２を、オフ（０）からオン（１）に切り替え、第２の１次巻線３ｂに通電する。通電開始後、２次電流Ｉ２が次第に増加していく。

時刻ｔ５４で、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくなったので、制御装置４は、パルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭをオン（１）にし、パルス幅変調制御を開始している。制御装置４は、パルス幅変調制御の開始時にオン期間から開始するので、時刻ｔ５４で第１のスイッチング素子１への駆動信号Ｓ＿ｓｗ１がオン（１）されている。その後、時刻ｔ５５までは、２次電流Ｉ２は、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬの範囲内に収まっているので、オンデューティＤｕｔｙは変化されていないが、２次電流Ｉ２の平均値が次第に減少している。

時刻ｔ５５で、２次電流Ｉ２の検出値が下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬより小さくなったので、制御装置４は、オンデューティＤｕｔｙを、変化幅Δｄｕｔｙだけ減少させている。オンデューティＤｕｔｙの減少により、２次電流Ｉ２の平均値が次第に増加している。そして、時刻ｔ５６で、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨより大きくなったので、制御装置４は、オンデューティＤｕｔｙを、変化幅Δｄｕｔｙだけ増加させている。そして、時刻ｔ５７で、制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオフ時期になったので、第２のスイッチング素子２を、オンからオフに切り替えると共に、パルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭをオフ（０）にし、パルス幅変調制御を停止し、第１のスイッチング素子１をオフにする。

このように、第２のスイッチング素子２のオン期間中に、２次電流Ｉ２の検出値に応じて、第１のスイッチング素子１のパルス幅変調制御のオンデューティを変化させることで、２次電流Ｉ２を、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとの範囲内に精度よく維持することができ、着火性の向上及び電極消耗の増加抑制をバランスよく達成することができる。

＜転用例＞
上記の実施の形態３では、制御装置４は、常に、２次電流Ｉ２の検出値に応じて、パルス幅変調制御のオンデューティを変化させる場合を例に説明した。しかし、制御装置４は、常に、２次電流Ｉ２の検出値を用いて制御する必要はなく、例えば、制御装置４は、１点火周期における動作を事前に決定しておき、次の点火周期においては、２次電流Ｉ２の検出値に関わらず、事前に決定した動作に従って、第１のスイッチング素子１をオンオフしてもよい。

４．実施の形態４
次に、実施の形態４に係る点火装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る点火装置１０の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、制御装置４における第１のスイッチング素子のオンオフ制御の処理が実施の形態１と異なる。

実施の形態３と同様に、制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオン期間中に、パルス幅変調制御（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）により第１のスイッチング素子１をオンオフする。

制御装置４は、第２のスイッチング素子のオン期間中に、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくなった時に、パルス幅変調制御を開始する。パルス幅変調制御は、オン期間から開始される。

本実施の形態では、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が目標範囲内に収まるように、パルス幅変調制御のオンオフ周波数ｆｐｗｍを変化させる。この構成によれば、オンオフ周波数ｆｐｗｍを増加させることにより、２次電流Ｉ２の振幅を減少させ、オンオフ周波数ｆｐｗｍを減少させることにより、２次電流Ｉ２の振幅を増加させることができる。よって、２次電流Ｉ２の検出値が目標範囲内に収まるように、２次電流Ｉ２の振動範囲を変化させることができ、目標範囲の設定により、着火性の向上及び電極消耗の増加抑制をバランスよく達成することができる。

制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値の振幅ΔＩ２が、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも大きくなった場合に、パルス幅変調制御のオンオフ周波数ｆｐｗｍを増加させる。この構成によれば、２次電流Ｉ２の振幅ΔＩ２が、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも大きくならないようにでき、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈの設定により、着火性の向上及び電極消耗の増加抑制をバランスよく達成することができる。

また、制御装置４は、２次電流の検出値の振幅ΔＩ２が、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも小さくなった場合に、パルス幅変調制御のオンオフ周波数ｆｐｗｍを減少させる。この構成によれば、２次電流Ｉ２の振幅ΔＩ２が、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも小さくならないようにでき、着火性の向上及び電極消耗の増加抑制を適切にバランスさせることができる。

制御装置４は、オンオフ周波数ｆｐｗｍの１周期内の２次電流Ｉ２の検出値の最大値と最小値を判定し、最大値と最小値との偏差により振幅ΔＩ２を算出する。

制御装置４は、内燃機関の運転状態と、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈとの関係が予め設定された制御設定データを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応する目標振幅ΔＩ２＿ｔｈを算出する。なお、内燃機関の運転状態には、上述した種類の運転状態が用いられる。

目標振幅ΔＩ２＿ｔｈは、予備試験等により予め設定されたものが、記憶装置９１に格納され、読み出される。或いは、制御装置４は、機械学習等により目標振幅ΔＩ２＿ｔｈを学習し、学習値を用いてもよい。

或いは、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈは、上記の各実施の形態で用いた上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとの偏差により設定されてもよい（ΔＩ２＿ｔｈ＝Ｉ２＿ｈｔＨ－Ｉ２＿ｈｔＬ）。

各点火周期のオンオフ周波数ｆｐｗｍの初期値は、実施の形態２と同様に内燃機関の運転状態及び電源電圧Ｖ１の一方又は双方に基づいて設定されてもよい。又は、前回の点火周期におけるオンオフ周波数ｆｐｗｍの最終値に設定されてもよい。この場合は、最初の点火周期におけるオンオフ周波数ｆｐｗｍは、１ｋＨｚから５０ｋＨｚ程度の範囲内に設定されればよい。

或いは、オンオフ周波数ｆｐｗｍは、実施の形態２と同様に内燃機関の運転状態及び電源電圧Ｖ１の一方又は双方に基づいて設定されたフィードフォーワード値と、２次電流Ｉ２の検出値に応じて変化させるフィードバック値との合計値とされてもよく、フィードバック値は、次回の点火周期に引き継がれてもよく、点火周期毎にリセットされてもよい。

パルス幅変調制御のオンデューティは、実施の形態２と同様に、内燃機関の運転状態及び電源電圧Ｖ１の一方又は双方に基づいて設定される。或いは、オンデューティは、実施の形態３のように、２次電流Ｉ２の検出値に応じて変化されてもよい。

なお、制御装置４は、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈと２次電流Ｉ２の検出値の振幅ΔＩ２との偏差に基づいた、積分制御又は比例積分制御等のフィードバック制御により、パルス幅変調制御のオンオフ周波数ｆｐｗｍを変化させてもよい。

＜オンオフ制御のフローチャート＞
本実施の形態に係るオンオフ制御の処理は、図１０に示すフローチャートのように構成できる。制御装置４は、演算周期毎に図１０のフローチャートの処理を繰り返し実行する。まず、図１０のステップＳ３０１からステップＳ３０６は、実施の形態３の図８のステップＳ２０１からステップＳ２０６と同様であるので説明を省略する。

制御装置４は、ステップＳ３０２でパルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭがオン（１）にされていると判定した場合は、ステップＳ３０７に進み、２次電流Ｉ２の検出値の振幅ΔＩ２が目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも大きいか否かを判定する。目標振幅ΔＩ２＿ｔｈは、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとの偏差により設定されてもよい。

制御装置４は、ステップＳ３０７で２次電流Ｉ２の検出値の振幅ΔＩ２が目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも大きいと判定した場合は、ステップＳ３０８に進み、オンオフ周波数ｆｐｗｍを、周波数変化幅Δｆだけ増加させた後、処理を終了する。増加されたオンオフ周波数ｆｐｗｍは、実行中のパルス幅変調制御に反映される。周波数変化幅Δｆは、演算周期、放電期間、制御応答を考慮して設定されるが、例えば、１ｋＨｚ程度に設定される。周波数変化幅Δｆが小さいほど、細かく電流値を調整できるが制御応答が遅くなり、周波数変化幅Δｆが大きいほど制御応答が早くなるが、細かい電流値を調整しにくくなる。

一方、制御装置４は、ステップＳ３０７で２次電流Ｉ２の検出値の振幅ΔＩ２が目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも大きくないと判定した場合は、ステップＳ３０９に進み、オンオフ周波数ｆｐｗｍを、周波数変化幅Δｆだけ減少させた後、処理を終了する。減少されたオンオフ周波数ｆｐｗｍは、実行中のパルス幅変調制御に反映される。

なお、図１０のフローチャートの処理に加えて、図８のフローチャートの処理が行われてもよい。例えば、図１０のステップＳ３０７からステップＳ３０９の処理の後に、図８のステップＳ２０７からステップＳ２１０の処理が行われればよい。

＜制御挙動＞
図１１に示すタイムチャートを用いて、制御挙動を説明する。図１１において、２次電流Ｉ２は、絶対値で示されている。図１１の時刻ｔ６１から時刻ｔ６２は、図４の時刻ｔ１から時刻ｔ２までと同様であるので、説明を省略する。

時刻ｔ６２で、火花放電が開始すると、２次電流Ｉ２（絶対値）がステップ的にゼロから増加した後、鉄心に蓄積されていた磁気エネルギが減少するに従って、次第に減少していく。

時刻ｔ６３で、制御装置４は、２次電流Ｉ２の検出値が、下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬより小さくなったので、第２のスイッチング素子２への駆動信号Ｓ＿ｓｗ２を、オフ（０）からオン（１）に切り替え、第２の１次巻線３ｂに通電する。通電開始後、２次電流Ｉ２が次第に増加していく。

時刻ｔ６４で、２次電流Ｉ２の検出値が上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨよりも大きくなったので、制御装置４は、パルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭをオン（１）にし、パルス幅変調制御を開始している。制御装置４は、パルス幅変調制御の開始時にオン期間から開始するので、時刻ｔ６４で第１のスイッチング素子１への駆動信号Ｓ＿ｓｗ１がオン（１）されている。第１のスイッチング素子１がオンされた後、２次電流Ｉ２は減少する。

時刻ｔ６５で、制御装置４は、時刻ｔ６４で検出した２次電流Ｉ２の最大値と、時刻ｔ６５で検出した２次電流Ｉ２の最小値との偏差に基づいて、２次電流Ｉ２の検出値の振幅ΔＩ２を算出し、振幅ΔＩ２が、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも大きくなっているので、オンオフ周波数ｆｐｗｍを増加させている。なお、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈは、上限閾値Ｉ２＿ｔｈＨと下限閾値Ｉ２＿ｔｈＬとの偏差に設定されている。

その後、時刻ｔ６６までは２次電流Ｉ２の検出値の振幅ΔＩ２が、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも大きいので、オンオフ周波数ｆｐｗｍが次第に増加されている。時刻ｔ６６で、２次電流Ｉ２の検出値の振幅ΔＩ２が、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈよりも小さくなったので、オンオフ周波数ｆｐｗｍが減少され、その後は、オンオフ周波数ｆｐｗｍの増加と減少とが繰り返され、２次電流Ｉ２の検出値の振幅ΔＩ２は、目標振幅ΔＩ２＿ｔｈ付近に維持されている。

そして、時刻ｔ６７で、制御装置４は、第２のスイッチング素子２のオフ時期になったので、第２のスイッチング素子２を、オンからオフに切り替えると共に、パルス幅変調制御の実行判定情報Ｓ＿ＰＷＭをオフにし、パルス幅変調制御を停止し、第１のスイッチング素子１をオフにする。

このように、第２のスイッチング素子２のオン期間中に、２次電流Ｉ２の検出値に応じて、第１のスイッチング素子１のパルス幅変調制御のオンオフ周波数を変化させることで、２次電流Ｉ２を、目標範囲内に精度よく維持することができ、着火性の向上及び電極消耗の増加抑制をバランスよく達成することができる。

＜転用例＞
上記の実施の形態３では、制御装置４は、常に、２次電流Ｉ２の検出値に応じて、パルス幅変調制御のオンオフ周波数を変化させる場合を例に説明した。しかし、制御装置４は、常に、２次電流Ｉ２の検出値を用いて制御する必要はなく、例えば、制御装置４は、１点火周期における動作を事前に決定しておき、次の点火周期においては、２次電流Ｉ２の検出値に関わらず、事前に決定した動作に従って、第１のスイッチング素子１をオンオフしてもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 第１のスイッチング素子、２ 第２のスイッチング素子、３ トランス、３ａ 第１の１次巻線、３ｂ 第２の１次巻線、３ｃ ２次巻線、４ 制御装置、５ 点火プラグ、６ 直流電源、７ ２次電流検出回路、８ 電源電圧検出回路、１０ 点火装置、Ｄｕｔｙ オンデューティ、Ｉ１ １次電流、Ｉ１２ 第２の１次電流、Ｉ２ ２次電流、Ｉ２＿ｔｈＨ 上限閾値、Ｉ２＿ｔｈＬ 下限閾値、Ｓ＿ｓｗ１ 第１のスイッチング素子の駆動信号、Ｓ＿ｓｗ２ 第２のスイッチング素子の駆動信号、Ｖ１ 電源電圧、ｆｐｗｍ パルス幅変調制御のオンオフ周波数、ΔＩ２ 二次電流の振幅、ΔＩ２＿ｔｈ 目標振幅

Claims (20)

1. 通電により通電磁束が生じる第１の１次巻線と、通電により前記第１の１次巻線の通電磁束とは逆方向の通電磁束が生じる第２の１次巻線と、前記第１の１次巻線及び前記第２の１次巻線に磁気結合され、点火プラグに放電エネルギを供給する２次巻線と、を有するトランスと、
   直流電源から前記第１の１次巻線への通電をオンオフする第１のスイッチング素子と、
   前記直流電源から前記第２の１次巻線への通電をオンオフする第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子をオンした後、前記第１のスイッチング素子をオフして、前記点火プラグに火花放電を発生させ、
   前記火花放電の期間中に前記第２のスイッチング素子をオンし、
   前記第２のスイッチング素子のオン期間中に、前記第１のスイッチング素子をオンオフする制御装置と、を備えた点火装置。
2. 前記制御装置は、前記第２のスイッチング素子のオン期間中に、パルス幅変調制御により前記第１のスイッチング素子をオンオフする請求項１に記載の点火装置。
3. 前記２次巻線に流れる２次電流を検出する２次電流検出回路を更に備え、
   前記制御装置は、前記第２のスイッチング素子のオン期間中に、前記２次電流の検出値に基づいて、前記第１のスイッチング素子をオンオフする請求項１に記載の点火装置。
4. 前記制御装置は、前記第２のスイッチング素子のオン期間中に、前記２次電流の検出値が上限閾値よりも大きくなった時に、前記第１のスイッチング素子をオンする請求項３に記載の点火装置。
5. 前記制御装置は、前記２次電流の検出値が、前記上限閾値以下の値に設定された下限閾値よりも小さくなった時に、前記第１のスイッチング素子をオフする請求項４に記載の点火装置。
6. 前記制御装置は、前記火花放電の開始後の経過時間が増加するに従って、前記下限閾値を増加させる請求項５に記載の点火装置。
7. 前記制御装置は、内燃機関の運転状態と、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子の制御パラメータとの関係が予め設定された制御設定データを参照し、現在の前記内燃機関の運転状態に対応する前記制御パラメータを算出し、算出した前記制御パラメータに基づいて、前記火花放電の期間中に前記第２のスイッチング素子をオンすると共に、前記第２のスイッチング素子のオン期間中に前記第１のスイッチング素子をオンオフする請求項１又は２に記載の点火装置。
8. 前記直流電源の電源電圧を検出する電源電圧検出回路を更に備え、
   前記制御装置は、前記電源電圧及び内燃機関の運転状態と、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子の制御パラメータとの関係が予め設定された制御設定データを参照し、現在の前記電源電圧の検出値及び前記内燃機関の運転状態に対応する前記制御パラメータを算出し、算出した前記制御パラメータに基づいて、前記火花放電の期間中に前記第２のスイッチング素子をオンすると共に、前記第２のスイッチング素子のオン期間中に前記第１のスイッチング素子をオンオフする請求項１又は２に記載の点火装置。
9. 前記内燃機関の運転状態は、内燃機関の気筒内の圧力、内燃機関の回転速度、内燃機関の圧縮比、空燃比、排気再循環率、内燃機関の始動後の経過時間、及び内燃機関の冷却水温度のいずれか一つ以上である請求項７又は８に記載の点火装置。
10. 前記直流電源の電源電圧を検出する電源電圧検出回路を更に備え、
    前記制御装置は、前記電源電圧の検出値に基づいて、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子の制御パラメータを変化させ、変化された前記制御パラメータに基づいて、前記火花放電の期間中に前記第２のスイッチング素子をオンすると共に、前記第２のスイッチング素子のオン期間中に前記第１のスイッチング素子をオンオフする請求項１又は２に記載の点火装置。
11. 前記２次巻線に流れる２次電流を検出する２次電流検出回路を更に備え、
    前記制御装置は、前記第２のスイッチング素子のオン期間中に、前記２次電流の検出値が上限閾値よりも大きくなった時に、前記パルス幅変調制御を開始する請求項２に記載の点火装置。
12. 前記２次巻線に流れる２次電流を検出する２次電流検出回路を更に備え、
    前記制御装置は、前記２次電流の検出値が目標範囲内に収まるように、前記パルス幅変調制御のオンデューティを変化させる請求項２又は１１に記載の点火装置。
13. 前記２次巻線に流れる２次電流を検出する２次電流検出回路を更に備え、
    前記制御装置は、前記２次電流の検出値が上限閾値よりも大きくなった場合に、前記パルス幅変調制御のオンデューティを増加させる請求項２、１１、及び１２のいずれか一項に記載の点火装置。
14. 前記制御装置は、前記２次電流の検出値が、前記上限閾値以下に設定された下限閾値よりも小さくなった場合に、前記パルス幅変調制御のオンデューティを減少させる請求項１３に記載の点火装置。
15. 前記２次巻線に流れる２次電流を検出する２次電流検出回路を更に備え、
    前記制御装置は、前記２次電流の検出値が目標範囲内に収まるように、前記パルス幅変調制御のオンオフ周波数を変化させる請求項２、及び１１から１４のいずれか一項に記載の点火装置。
16. 前記２次巻線に流れる２次電流を検出する２次電流検出回路を更に備え、
    前記制御装置は、前記２次電流の検出値の振幅が、目標振幅よりも大きくなった場合に、前記パルス幅変調制御のオンオフ周波数を増加させる請求項２、及び１１から１５のいずれか一項に記載の点火装置。
17. 前記制御装置は、前記２次電流の検出値の振幅が、前記目標振幅よりも小さくなった場合に、前記パルス幅変調制御のオンオフ周波数を減少させる請求項１６に記載の点火装置。
18. 前記第２の１次巻線の巻き数は、前記第１の１次巻線の巻き数よりも少ない請求項１から１７のいずれか一項に記載の点火装置。
19. 前記第２のスイッチング素子の電流定格値は、前記第１のスイッチング素子の電流定格値よりも大きい請求項１から１８のいずれか一項に記載の点火装置。
20. 前記第１のスイッチング素子のスイッチング時間は、前記第２のスイッチング素子のスイッチング時間よりも短い請求項１から１９のいずれか一項に記載の点火装置。

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