WO2020175498A1 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

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WO2020175498A1
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main ignition
switching element
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景子 三宅
貴士 大野
金千代 寺田
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Denso Corp
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Denso Corp
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P3/0407—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means
    • F02P3/0435—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means with semiconductor devices
    • F02P3/0442—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means with semiconductor devices using digital techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T15/00—Circuits specially adapted for spark gaps, e.g. ignition circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
    • F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
    • F02P9/007—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression by supplementary electrical discharge in the pre-ionised electrode interspace of the sparking plug, e.g. plasma jet ignition

Definitions

  • the present disclosure relates to an ignition device used in an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 Patent No. 6 3 0 7 9 9 4
  • the present disclosure has been made in order to solve the above problems, and its main purpose is to suppress excessive voltage stress on an energy input circuit in an ignition device including the energy input circuit. Especially.
  • a first means for solving the above-mentioned problems is an internal combustion engine ignition device, which comprises an ignition plug,
  • a main ignition circuit for energizing and interrupting the current of the primary coil to generate a spark discharge in the spark plug
  • An energy input circuit for inputting and stopping electric energy to a predetermined winding included in the primary coil to continue the spark discharge
  • a return circuit that permits and prohibits current from flowing back in a return path including the predetermined winding
  • the start timing of permission of the recirculation by the recirculation circuit is determined by using a cutoff signal that is a signal for executing the interruption of the current by the main ignition circuit as a trigger, and from the start time And a control unit for ending the permission after a predetermined period.
  • the main ignition circuit causes the current in the primary coil to be turned on and off to cause spark discharge in the spark plug.
  • the energy input circuit inputs and stops electric energy to the specified winding included in the primary coil to continue the spark discharge. Then, the circulation circuit permits and prohibits the circulation of the current through the circulation path including the predetermined winding.
  • control unit controls the main ignition circuit to supply and cut off the current of the primary coil. At this time, if spark plug discharge does not occur or is interrupted and electric energy is not consumed in the circuit including the secondary coil, high voltage is generated in the primary coil as described above and energy is input. Excessive voltage stress may be applied to the circuit.
  • the control unit determines the start timing of the recirculation permission by the recirculation circuit by using the interruption signal, which is a signal for causing the main ignition circuit to interrupt the current, as a trigger. For this reason, even if a high voltage is generated in the predetermined winding included in the primary coil, the current can be returned to the return path, and it is possible to prevent an excessive voltage stress from being applied to the energy input circuit. it can. Further, the control unit determines the start time of the circulation permission by using the cutoff signal as a trigger, so that the energy input circuit is overloaded. ⁇ 0 2020/175498 3 ⁇ (: 171-1? 2020 /007544
  • control unit terminates the circulation permission after a predetermined period from the start timing of the circulation permission, that is, inhibits the circulation by the circulation circuit.
  • the control unit receives a main ignition signal that is in a high-level or mouth-level state, and causes the main ignition circuit to pass through when the main ignition signal rises.
  • the fall of the signal is used as the cutoff signal, the main ignition circuit is cut off at the fall of the main ignition signal, and the permission of the recirculation by the recirculation circuit is started.
  • the control unit receives the main ignition signal that is in a high level or mouth-level state, energizes the main ignition circuit when the main ignition signal rises, and the main ignition signal when the main ignition signal falls. Turn off the ignition circuit. Therefore, the control unit can control the energization and interruption of the current by the main ignition circuit using the general main ignition signal. Then, the control unit uses the fall of the main ignition signal as a cutoff signal to start permission of the return flow by the return circuit when the main ignition signal falls. Therefore, it is possible to easily and accurately determine the time when the permission of the circulation by the circulation circuit is started.
  • the control unit sets the end time of the permission of the recirculation by the recirculation circuit before the energization of the current is next started by the main ignition circuit.
  • control unit terminates the permission of the recirculation by the recirculation circuit at the next rising of the main ignition signal.
  • the control unit ends the permission of the return flow by the return circuit at the next rising of the main ignition signal. Therefore, it is possible to easily and accurately determine the time to end the permission of the circulation by the circulation circuit.
  • a fifth means is an internal combustion engine ignition device
  • a main ignition circuit for energizing and interrupting the current of the primary coil to generate a spark discharge in the spark plug
  • An energy input circuit for inputting and stopping electric energy to a predetermined winding included in the primary coil to continue the spark discharge
  • a return circuit that permits and prohibits current from flowing back in a return path including the predetermined winding
  • the main ignition circuit is controlled, and after the current is cut off by the main ignition circuit, the reflux circuit starts the permission of the reflux, and the end timing of the permission of the reflux is determined by the main ignition circuit.
  • the control unit causes the circulation circuit to start the circulation permission after the current is cut off by the main ignition circuit. Therefore, even if a high voltage is generated in the fixed winding wire included in the primary coil, the current can be circulated in the return path, and it is possible to prevent excessive voltage stress from being applied to the energy input circuit. it can. Further, the control unit sets the end time of the permission of the recirculation to the time before the start of the current supply by the main ignition circuit. Therefore, the same operational effect as the third means can be obtained.
  • the control unit receives a main ignition signal that is in a high level or a mouth-level state, and causes the main ignition circuit to pass when the main ignition signal rises.
  • the main ignition circuit is shut off at the falling edge of, and the permission of the reflux by the reflux circuit is terminated at the next rising edge of the main ignition signal.
  • the control unit performs energy injection ignition for continuing the spark discharge by the energy injection circuit after the current is cut off by the main ignition circuit. If not, the permission of the reflux by the reflux circuit is executed. With such a configuration, it is possible to prevent an excessive voltage stress from being applied to the energy input circuit even when the energy input ignition is not executed.
  • the control unit performs energy injection ignition for continuing the spark discharge by the energy injection circuit after the current is cut off by the main ignition circuit.
  • the permission of the reflux by the reflux circuit is executed.
  • control unit maintains a state in which a current is allowed to recirculate through the recirculation path by the recirculation circuit during execution of the energy injection ignition, and The electric energy is applied to the predetermined winding and stopped.
  • the control unit maintains the state in which the current is allowed to flow through the return path by the return circuit when the energy input ignition is executed. Therefore, even if a high voltage is generated in the predetermined winding included in the primary coil, current can be returned to the return path, and it is possible to prevent excessive voltage stress from being applied to the energy input circuit. .. ⁇ 0 2020/175498 6 ⁇ (: 171-1? 2020 /007544
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an electrical configuration of an ignition device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a time chart showing a mode of induction discharge main ignition.
  • Fig. 3 is an enlarged time chart showing area A in Fig. 2.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the ignition device of the second embodiment
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the ignition device of the third embodiment. is there. MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the engine is, for example, an in-cylinder direct injection type engine capable of lean burn, and has a swirl flow control unit that creates a swirl flow of the air-fuel mixture (tumble flow, swirl flow, etc.) in the cylinder. ..
  • the ignition device ignites (ignites) the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine at a predetermined ignition timing (ignition timing).
  • the ignition device uses the ignition coil that corresponds to the ignition plug of each cylinder. ⁇ 02020/175498 7 ⁇ (: 171-1? 2020 /007544
  • the ignition device 10 (ignition device for internal combustion engine) is an instruction signal (main ignition signal GT GT) given from an engine ECU 70 (Electronic Control Unit) that is the center of engine control. And energization signal I GW) to control the energization of the primary coil 11 of the ignition coil. Then, the ignition device 10 controls the electric energy generated in the secondary coil 21 of the ignition coil by controlling the energization of the primary coil 11 to control the spark discharge generated in the ignition plug 80.
  • main ignition signal GT GT main ignition signal
  • I GW Electronic Control Unit
  • the ECU 70 determines whether or not the engine parameters (warm-up state, engine rotation speed, engine load, etc.) acquired from various sensors and the engine control state (presence or absence of lean combustion, degree of swirling flow, etc.) Ignition signal GT and energy input signal I GW are generated and output.
  • the ignition device 10 includes a spark plug 80, a primary coil 11 1, a secondary coil 21 1, switching elements 3 1 to 33, diodes 41 to 43, a current detection resistor 48, and a control circuit 60. I have it.
  • the spark plug 80 is mounted on each cylinder of the engine.
  • the primary coil 11 and the secondary coil 21 are provided for each spark plug 80.
  • a configuration corresponding to one spark plug 80 will be described as an example.
  • Each component of the ignition device 10 is housed in a case that houses the primary coil 11 and the secondary coil 21.
  • the spark plug 80 has a well-known configuration and includes a center electrode connected to one end of the secondary coil 21 and an outer electrode connected (grounded) to the GND via the cylinder head of the engine or the like. I have it.
  • the other end of the secondary coil 21 is connected (grounded) to GND via a diode 43 and a current detection resistor 48.
  • the anode of diode 43 is connected to secondary coil 21 and the cathode is connected to current detection resistor 48.
  • the current detection resistor 48 detects the secondary current flowing in the secondary coil 21.
  • the output of the current detection resistor 48 is input to the control circuit 60.
  • the diode 43 suppresses spark discharge due to an unnecessary voltage generated when the primary coil 11 is energized. And the spark plug 80 is generated in the secondary coil 2 1. ⁇ 0 2020/175498 8 ⁇ (: 171? 2020 /007544
  • the ignition coil is magnetically coupled to the primary coil 1 1 and the primary coil 1 1.
  • the number of winding lines of the secondary coil 21 is larger than that of the primary coil 1 1.
  • the primary coil 11 is provided with an intermediate tap 16.
  • one winding line is the first winding line 1 1 1a across the intermediate tap 16 and the other winding line is the second winding line 1 1b.
  • the number of windings of the first winding 1 1 a is larger than that of the second winding 1 1 b.
  • the intermediate tap 16 is connected to the battery 8 2 via the diode 4 2.
  • the battery 82 is, for example, a well-known lead battery, and supplies a voltage of 12 V.
  • the anode of diode 42 is connected to battery 82 and the cathode is connected to center tap 16.
  • the end of the first winding 11 a on the GND side (the end opposite to the intermediate tap 16) is connected to the switching element 3 1.
  • the switching element 3 1 (first switch) is a semiconductor switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the output terminal of switching element 3 1 is connected (grounded) to GND.
  • the switching element 3 1 connects and disconnects the first winding 11 a and G N D based on the signal from the control circuit 60.
  • the switching element 31 main ignition circuit
  • the end of the second winding 11 b opposite to the intermediate tap 16 is connected to the GND via the switching element 32.
  • the switching element 3 2 (second switch) is a semiconductor switching element such as an M 0 S type transistor.
  • the switching element 32 connects and disconnects the second winding 11b and GND based on the signal from the control circuit 60.
  • the switching element 3 2 energy injection circuit
  • the switching element 33 (third switch) is a semiconductor switching element such as a 1//1 type 3 transistor.
  • the anode of diode 41 is connected to switching element 33 and the cathode is connected to center tap 16.
  • the second winding 1 1, the switching element 3 3, and the diode 4 1 are connected in a ring shape.
  • a return path 62 is constituted by an annular path that includes the second winding 11 c, the switching element 33, and the diode 41.
  • the switching element 3 3 (reflux circuit) permits and prohibits the reflux of the current in the reflux path 6 2.
  • the control circuit 60 (control unit) includes an input/output interface, a drive circuit, and the like.
  • the control circuit 60 controls the intermittent state of the switching elements 3 1 to 3 3 based on the output from the current detection resistor 48 and the signal from the 3 (70). Select and execute two types of ignition: "Induction discharge main ignition” and "Energy input ignition”.
  • Fig. 2 is a time chart showing a mode of induction ignition main ignition. The left half of Fig. 2 shows the operation during normal operation.
  • the control circuit 60 controls the switching element 3 1 (first switch) over the period in which the main ignition signal from _ 0 1 1 70 is high level (1 to 1). 1 3 ⁇ / 3 1) is controlled to the ⁇ state (connection state). As a result, the voltage of the battery 82 (battery voltage) is supplied to the first winding 1 13 of the primary coil 11 1. Then, at the time I 1 when the primary current ⁇ 1 increased and the main ignition signal ⁇ ⁇ became the mouth level (!_), the control circuit 60 controlled the switching element 3 1 to the dry condition (disconnected condition). ) Control.
  • control circuit 60 controls the induction discharge main ignition as described above. ⁇ 0 2020/175498 10 ⁇ (: 171? 2020 /007544
  • control switching element 3 3 (3 3 ⁇ / 3 3) to ON state. After that, the control circuit 60
  • the switching element 32 is alternately controlled to the ⁇ n state and the ⁇ dry state.
  • the number of winding wires of the second winding 11 1 in which the current 2 (see Fig. 1) flows is smaller than the number of winding wires of the first winding 1 1 3. Therefore, the current can be injected at a voltage higher than the discharge sustaining voltage V, which is the voltage required to maintain the discharge at the spark plug 80, and the secondary current in the same direction as during the main discharge of the induction discharge can be generated. It flows in addition to the secondary coil 2 1.
  • the control circuit 60 controls the rising of the main ignition signal and the energy input signal. Set the target secondary current based on the time difference from the rising edge of.
  • the control circuit 60 detects the rising of the main ignition signal XX because the voltage level of the main ignition signal XX has changed from being lower than the threshold value V1 to being higher.
  • the control circuit 60 starts the control of the switching element 32 at the fall of the main ignition signal, so that the secondary current detected by the current detection resistor 48 becomes the target secondary current.
  • Switching element 32 is controlled to a closed state and a dry state.
  • the control circuit 60 detects the fall of the main ignition signal ⁇ C because the voltage level of the main ignition signal ⁇ C0 has changed from a state higher than the threshold value V 1 II to a lower state.
  • the control circuit 60 has an energy input signal The control of the switching element 32 is terminated at the fall of.
  • the control circuit 60 controls the switching element 3 1 so that the current of the first winding 1 13 (primary coil) is turned on and off.
  • the spark plug 80 does not discharge sparks or is interrupted and electric energy is not consumed in the circuit including the secondary coil 21, the secondary coil 2 1 will be electrically connected to the primary coil 1 1. Energy bounces back.
  • the secondary coil 21 generates a high voltage that starts from the negative polarity and decays while the polarity alternates.
  • an alternating high voltage is generated in the secondary coil 2 1
  • an alternating no-load high voltage is also generated in the primary coil 11 depending on the turns ratio.
  • excessive voltage stress may be applied to the switching element 32. ⁇ 0 2020/1754 98 1 1 ⁇ (: 171-1? 2020 /007544
  • the control circuit 60 controls the switching element 3 1 (third 33 ⁇ / 3 3) to return the current after the current is cut off by the switching element 3 1 (third 13 ⁇ / 3 1). Start the permission of the flow.
  • the control circuit 60 causes the switching element 33 to permit the recirculation when the energy input ignition is not executed after the current is cut off by the switching element 31.
  • the start timing of permission of the circulation by the switching element 33 is determined by using the interruption signal, which is a signal for causing the switching element 31 to execute the interruption of the current, as a trigger.
  • control circuit 60 energizes the switching element 3 1 at the rising of the main ignition signal 0, and the main ignition signal ___ is used as a cutoff signal, and the main ignition signal At the time of falling, the switching element 3 1 is cut off, and the switching element 3 3 starts permitting the circulation.
  • the control circuit 60 terminates the permission of the circulation after a predetermined period from the start time. Specifically, the control circuit 60 sets the end time of the permission of the circulation to be before the time 12 when the energization of the current is next started by the switching element 31. Specifically, the control circuit 60 terminates the permission of the recirculation by the switching element 3 3 at the next main ignition signal ⁇ .
  • the control circuit 60 controls the standard period D n. When n has passed, the permission of the return flow by the switching element 33 is terminated.
  • the standard period is set to the time at which the voltage generated in the second winding 11 is reduced to less than the voltage V 3 (see Fig. 3) at which the avalanche breakdown occurs in the switching element 32.
  • FIG. 3 is an enlarged view of area 8 in FIG. Note that Fig. 3 also shows the operation during normal operation.
  • the secondary voltage V 2 of the secondary coil 21 becomes an excessive negative voltage. Due to this secondary voltage V 2, the primary voltage V 1 of the primary coil 11 becomes an excessive voltage of positive polarity depending on the power ratio. After that, the secondary voltage V 2 is attenuated while the polarity is alternating, but the high voltage state is maintained until time 15 or so.
  • the switching element 3 1 is cut off and the switching element 3 3 (third 3 3 ⁇ / 3 3) The permission to recycle is started. Therefore, at time 14 the current V 3 of switching element 3 3 (see Fig. 1) increases even if the voltage V rises, and the current V 2 of switching element 3 2 does not increase. That is, the current caused by the induced electromotive force generated in the second winding 11 flows back in the return path 62. After that, at time 15, the voltage becomes 0 and the current value 13 of the switching element 33 becomes 0.
  • the control circuit 60 causes the switching element 33 to permit the return flow when the energy input ignition is executed after the current is cut off by the switching element 31. .. Specifically, the control circuit 60 maintains the state in which the current is allowed to flow back through the return path 62 by the switching element 33 when the energy input ignition is executed. As a result, even if a high voltage is generated in the second winding 11 included in the primary coil 11 1, the current flows back to the return path 62.
  • the control circuit 60 causes the switching element 3 3 to start the circulation permission after the switching element 3 1 cuts off the current. Therefore, even if a high voltage is generated in the second winding 11 included in the primary coil 11, the current can flow back to the return path 62, and the switching element 3 2 receives an excessive voltage stress. It is possible to suppress the application of heat. As a result, the element breakdown voltage and the element breakdown voltage of the switching element 32 can be reduced.
  • the control circuit 60 determines the start timing of the circulation permission by the switching element 33 by using the interruption signal, which is a signal for executing the interruption of the current by the switching element 31 as a trigger. Therefore, the current can be quickly returned to the return path 62 before the switching element 32 receives an excessive voltage stress.
  • the control circuit 60 is a main ignition signal that is in a high level or mouth-level state.
  • the control circuit 60 can control the energization and interruption of the current by the switching element 31 by using a general main ignition signal. Then, the control circuit 60 uses the falling edge of the main ignition signal ______ as the cutoff signal to start permitting recirculation by the switching element 33 when the main ignition signal ____ falls. Therefore, it is possible to easily and accurately determine the time when the permission of the circulation by the switching element 33 is started.
  • the control circuit 60 sets the end time of the permission of the circulation by the switching element 33 before the start of the current supply by the switching element 3 1. For this reason, it is possible to prevent the current from flowing back to the return path 62 from affecting the conduction of the current by the switching element 31.
  • the control circuit 60 terminates the permission of the recirculation by the switching element 3 3 at the next rise of the main ignition signal. Therefore, it is possible to easily and accurately determine the time when the permission of the circulation by the switching element 33 is ended.
  • the control circuit 60 controls the switching element 3 1 after the current is cut off.
  • the control circuit 60 controls the switching element 3 1 after the current is cut off.
  • the control circuit 60 maintains the state in which the current is allowed to flow back through the return path 62 by the switching element 33 when the energy input ignition is executed. This ⁇ 0 2020/175498 15 ⁇ (: 171-1? 2020 /007544
  • the switching element 3 2 stops supplying electric energy to the second winding 11 1 after it has been supplied with electric energy, the state where the current is allowed to flow back in the return path 6 2 is maintained. Therefore, the current due to the induced electromotive force generated in the second winding 11 is allowed to flow back to the return path 62. Therefore, the recirculation path 62 for recirculating the current in the energy injection ignition and the recirculation path 62 for recirculating the current when the electric energy is not consumed in the circuit including the secondary coil 21 can be used in common. ..
  • the second embodiment will be described with reference to FIG. 4, focusing on the differences from the first embodiment. Note that the first embodiment and the same _ parts will be omitted by subjecting the same _ sign.
  • the primary coil 1 1 1 includes a first winding 1 1 1 3, a second winding 1 1 1 and a third winding 1 1 1 0. I'm out.
  • One end of the first winding 1 1 1 3 is connected to the switching element 3 1 (first switch), and the other end is connected to the battery 8 2.
  • One end of the second winding 1 1 1 s (predetermined winding) is connected to the battery 8 2 via the switching element 1 3 2 (second switch).
  • the other end of the second winding 1 1 1 is connected to ⁇ 0 via the switching element 1 3 4 (4th switch) and is also connected to one end of the third winding 1 1 0. ..
  • the other end of the third winding 1 1 1 0 predetermined winding is connected to 0 via the switching element 1 3 3 (third switch).
  • a diode 1 4 is provided between the second winding 1 1 1 and the switching element 1 3 2.
  • the control circuit 60 controls the switching element 3 1 to 0 during the period in which the main ignition signal from _ 11 11 0 is high level (1 to 1). n-shaped ⁇ 0 2020/175498 16 ⁇ (: 171-1? 2020 /007544
  • the control circuit 60 controls the switching element 3 1 to the ⁇ ⁇ state.
  • a high voltage is generated in the first winding 1 1 1 3 and the secondary coil 2 1
  • spark discharge is generated in the spark plug 80
  • a secondary current flows in the secondary coil 2 1.
  • control circuit 60 executes the following first input control or second input control after starting the induction discharge main ignition as described above.
  • the switching element 1 3 3 is controlled to be in the ON state.
  • the control circuit 60 Based on the above, the switching elements 1 3 2 are alternately controlled to the n state and the dry state.
  • the energy input circuit is composed of switching elements 1 3 2 to 1 3 4.
  • the switching element 1 3 4 is controlled to be in the ON state.
  • the control circuit 60 On the basis of the above, the switching elements 1 3 2 are alternately controlled to the on state and the dry state. For ⁇ 3 117 0, the secondary voltage generated in the secondary coil 2 1 during the energy injection ignition can be changed by switching between the first injection control and the second injection control.
  • control circuit 60 executes the following first reflux control or second reflux control.
  • the fall of the main ignition signal ⁇ C is used as a cutoff signal, and the switching element 3 1 is cut off at the fall of the main ignition signal ⁇ C and the switching element 1 3 3 (recirculation circuit ) To start the permission of recirculation. in this case, ⁇ 0 2020/175498 17 ⁇ (: 171-1?2020/007544
  • the control circuit 60 terminates the permission of the recirculation by the switching element 1 3 3 at the next rise time of the main ignition signal.
  • the fall of the main ignition signal is used as the cutoff signal to shut off the switching element 3 1 at the fall of the main ignition signal and the switching element 1 3 3 (return circuit. ) And switching element 1 3 4 (reflux circuit) to start permission of reflux.
  • control circuit 60 controls the switching element 3
  • the switching element 1 3 3 permits the return flow. Specifically, the control circuit 60 maintains the state in which the current is allowed to flow back through the first return path by the switching element 1 3 3 when the first closing control is executed. As a result, even if a high voltage is generated in the second winding 1 1 1 and the third winding 1 1 1 1 0 included in the primary coil 11, the current can flow back to the first return path. it can. Furthermore, when the switching element 1 3 2 is used to stop the second winding 1 1 1 and the third winding 1 1 1 10 after supplying electrical energy, the second winding 1 1 1 and 1 ⁇ 0 2020/175498 18 ⁇ (: 171? 2020 /007544
  • the current due to the induced electromotive force generated in the third winding 1 110 can also be returned to the first return path. Therefore, in the first closing control, the first return path for returning the current and the first return path for returning the current when the electric energy is not consumed in the circuit including the secondary coil 21 can be used in common.
  • the control circuit 60 permits the recirculation by the switching element 1 3 4 when the energy input ignition is executed after the current is cut off by the switching element 3 1. To run. Specifically, the control circuit 60 maintains the state in which the current is allowed to flow back through the second return path by the switching element 1 3 4 when the second closing control is executed. As a result, even if a high voltage is generated in the second winding 1111 contained in the primary coil 11, the current can flow back to the second return path. Furthermore, when the switching element 1 3 2 turns the electric energy on to the second winding 1 11 1 and then stops it, the current due to the induced electromotive force generated in the second winding 1 1 1 1 Can be returned to. Therefore, the second return path that recirculates the current in the second closing control should also be used as the second recirculation path that recirculates the current when electric energy is not consumed in the circuit including the secondary coil 21. You can
  • the second embodiment can be modified and implemented as follows.
  • the control circuit 60 controls the switching elements 1 3 3 and the switching elements 1 3 4 to be in an ON state, and then outputs an energy input signal from 0° ⁇ 70. On the basis of the above, it is also possible to execute the third closing control in which the switching elements 1 3 2 are alternately controlled to the on state and the dry state.
  • the control circuit 60 uses the fall of the main ignition signal ⁇ Cho as the cutoff signal to cut off the switching element 3 1 when the main ignition signal ⁇ Cha falls and the switching element] 3 4 (return circuit It is also possible to execute the third recirculation control, which starts the permission of recirculation by ). In this case, the second reflux path is formed and the first reflux path is not formed.
  • the energy input circuit 50 boosts the voltage of the battery 82 to the first winding 1 1 3 and the second winding 1 1 s (predetermined winding). Supply.
  • the energy input circuit 50 includes a choke coil 51, a switching element 5 2, a capacitor 5 3, a diode 5 4, a switching element 2 3 2 and a switching element 2 3 3.
  • the choke coil 5 1 is connected to the battery 8 2.
  • the switching element 52 is a semiconductor switching element such as an IV!03 type transistor, which conducts and cuts off the current from the battery 82 to the choke coil 51.
  • the intermittent state of the switching element 52 is controlled by the control circuit 60. By controlling the intermittent state of the switching element 5 2, the capacitor 5 3 charges the electrical energy stored in the choke coil 5 1.
  • the diode 5 4 prevents the electric energy stored in the capacitor 5 3 from flowing back to the choke coil 5 1 side.
  • the energy input circuit 50 supplies the boosted voltage (for example, several tens to several hundreds V) to the intermediate tap 16 by controlling the switching element 2 3 2 to the connected state.
  • the cathode of the diode 2 4 1 is connected between the intermediate tap 16 and the diode 4 2.
  • the anode of diode 2 4 1 is connected to ⁇ 0.
  • the end of the second winding 11 in the opposite side of the intermediate tap 16 is connected to the battery 8 2 via the switching element 2 3 3 and the diode 4 4.
  • the anode of the diode 4 4 is connected to the battery 82, and the cathode is connected to the end of the second winding 11 in the opposite side of the intermediate tap 16.
  • the switching element 2 3 3 is a semiconductor switching element such as a power transistor or IV! ⁇ 3 type transistor, and is connected in parallel with the diode 4 4.
  • the intermittent state of the switching elements 2 3 3 is controlled by the control circuit 60.
  • the diode 44 may be a parasitic diode of an IV!03 type transistor.
  • the control circuit 60 (control unit) has "induction discharge main ignition” and "energy input ignition”.
  • the control circuit 60 turns on the switching elements 2 3 3 during a period in which the main ignition signal from the M 1 11 70 is at a high level (1 to 1). ⁇ Control to a closed state. As a result, the voltage of the battery 82 is supplied to the first winding 1 1 3 and the second winding 1 1 3 of the primary coil 11 1. Then, when the primary current increases and the main ignition signal ⁇ C reaches the mouth level (!_), the control circuit 60 controls the switching elements 2 3 3 to a dry condition. As a result, a high voltage is generated in the primary coil 11 and the secondary coil 21, spark discharge is generated in the spark plug 80, and a secondary current flows in the secondary coil 21. After that, when the secondary current decays and decreases below the discharge maintaining current, which is the minimum current that discharge can maintain, the discharge at the ignition plug 80 ends.
  • the control circuit 60 controls the switching element 2 3 3 to be in the ON state after starting the induction discharge main ignition as described above. After that, the control circuit 60 Based on the above, the switching element 2 3 2 is alternately controlled to the ⁇ n state and the ⁇ dry state.
  • Other control methods of the energy injection ignition are the same as the energy injection ignition of the first embodiment.
  • control circuit 60 controls the switching element 2 3 2 to be in the ON state after starting the induction discharge main ignition as described above.
  • the control circuit 60 boosts the battery voltage and charges the capacitor 53 of the energy input circuit 50 during the period when the main ignition signal from the II II 70 is 1 to 1.
  • the control circuit 60 controls the switching element 3 1 to be in the ON state during the period in which the multiple ignition signal is 1 to 1.
  • the energy input circuit 50 supplies a voltage boosted higher than the battery voltage.
  • the rate of increase of the primary current is faster than that of the main ignition of the inductive discharge, and the primary current in the same direction as when the main ignition of the inductive discharge flows rapidly through the first winding 1 1 3.
  • the control circuit 60 controls the switching element 31 to the off state.
  • a secondary current flows in the secondary coil 21 and a spark discharge is generated in the spark plug 80.
  • the switching element 3 1 is controlled to be turned on and off alternately.
  • the control circuit 60 controls the switching element 2 3 2 to the off state.
  • multidose ignition signal to the control circuit 6 0 may be indicated, or may be a finger from M. (3 11 7 0 to the control circuit 6 0 0
  • the control circuit 60 uses the switching element 3 1 at the fall of the main ignition signal ⁇ as the cutoff signal at the fall of the main ignition signal ⁇ . It is turned off and the permission of the reflux by the switching element 2 3 3 is started.
  • the return path 2 6 2 of the ⁇ 0 ® diode 2 4 1 ® second line 1 1 ⁇ ® switching element 2 3 3 ® battery 8 2 ® 0 0 is formed.
  • the switching element 2 3 3 energy input circuit 50
  • the control circuit 60 terminates the permission of the recirculation by the switching element 2 3 3 at the time of the next rise of the main ignition signal.
  • the switching element 2 3 3 and the diode 2 4 1 form a freewheeling circuit.
  • control circuit 60 causes the switching element 2 3 3 to permit the recirculation when the energy input ignition is executed after the current is cut off by the switching element 3 1. Specifically, the control circuit 60 maintains the state in which the current is allowed to flow back through the return path by the switching element 2 3 3 when the energy input ignition is executed. As a result, even if a high voltage is generated in the second winding 11 included in the primary coil 11, current can be circulated in the circulation path. Further, when the switching element 2 3 2 turns the electric energy on to the second winding 1 1 ⁇ and then stops it, the current due to the induced electromotive force generated in the second winding 1 1 ⁇ also flows back to the return path. be able to.
  • the control circuit 60 triggers the falling of the main ignition signal 0,0 to trigger the switching element 3 3 after a predetermined period (for example, several tens of minutes) after the falling of the main ignition signal 0,0. It is also possible to start the permission of reflux by. This prevents the recirculation operation from starting earlier than the main ignition operation, and ensures that the reliable main ignition operation and the recirculation operation after main ignition do not interfere with each other.
  • a predetermined period for example, several tens of minutes
  • the control circuit 60 determines the start timing of the circulation permission by the switching element 33 by using the signal (interruption signal) that drives the switching element 31 to the dry state by the control circuit 60 as a trigger. Can also
  • the control circuit 60 may set the end time of the recirculation permission by the switching element 33 to the earlier time point of the elapse time of the standard period ⁇ n and the rising time of the main ignition signal ⁇ n . As a result, it is possible to easily and surely end the circulation permission.
  • control circuit 60 can also be realized by the MII II 70.

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Abstract

内燃機関用点火装置（１０）は、点火プラグ（８０）と、１次コイル（１１）と、１次コイルと磁気的に結合され、点火プラグに接続された２次コイル（２１）と、１次コイルの電流を通電及び遮断して、点火プラグに火花放電を生じさせる主点火回路（３１）と、１次コイルに含まれる所定巻線（１１ｂ）へ電気エネルギを投入及び停止して、火花放電を継続させるエネルギ投入回路（３２）と、所定巻線を含む還流経路（６２）を電流が還流することを許可及び禁止する還流回路（３３）と、主点火回路を制御するとともに、還流回路による還流の許可の開始時期を、主点火回路により電流の遮断を実行させる信号である遮断信号をトリガとして決定し、開始時期から所定期間後に許可を終了させる制御部（６０）と、を備える。

Description

\¥0 2020/175498 1 卩（：17 2020 /007544 明 細 書
発明の名称 ： 内燃機関用点火装置
関連出願の相互参照
[0001 ] 本出願は、 2 0 1 9年2月 2 7日に出願された日本出願番号 2 0 1 9— 0
3 4 8 2 1号に基づくもので、 ここにその記載内容を援用する。
技術分野
[0002] 本開示は、 内燃機関に用いられる点火装置に関する。
背景技術
[0003] 従来、 1次コイルの通電制御を行って点火プラグに火花放電を生じさせる 主点火回路と、 火花放電中に 1次コイルに電気エネルギを投入して火花放電 を継続させるエネルギ投入回路と、 を備える点火装置がある （特許文献 1参 照） 。
先行技術文献
特許文献
[0004] 特許文献 1 :特許第 6 3 0 7 9 9 4号公報
発明の概要
[0005] ところで、 特許文献 1 に記載の点火装置において、 主点火時に火花放電が 行われなかったり途切れたりして、 2次コイルを含む回路で電気エネルギが 消費されない場合に、 2次コイルから 1次コイルへ電気エネルギが跳ね返る ことに本願開示者は着目した。 その場合、 1次コイルに高電圧が発生し、 エ ネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。
[0006] 本開示は、 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、 エネルギ投入回路を備える点火装置において、 エネルギ投入回路に過 大な電圧ストレスがかかることを抑制することにある。
[0007] 上記課題を解決するための第 1の手段は、 内燃機関用点火装置であって、 点火プラグと、
1次コイルと、 \¥0 2020/175498 2 卩（：171? 2020 /007544
前記 1次コイルと磁気的に結合され、 前記点火プラグに接続された 2次コ イルと、
前記 1次コイルの電流を通電及び遮断して、 前記点火プラグに火花放電を 生じさせる主点火回路と、
前記 1次コイルに含まれる所定巻線へ電気エネルギを投入及び停止して、 前記火花放電を継続させるエネルギ投入回路と、
前記所定巻線を含む還流経路を電流が還流することを許可及び禁止する還 流回路と、
前記主点火回路を制御するとともに、 前記還流回路による前記還流の許可 の開始時期を、 前記主点火回路により前記電流の遮断を実行させる信号であ る遮断信号をトリガとして決定し、 前記開始時期から所定期間後に前記許可 を終了させる制御部と、 を備える。
[0008] 上記構成によれば、 主点火回路は、 1次コイルの電流を通電及び遮断して 、 点火プラグに火花放電を生じさせる。 エネルギ投入回路は、 1次コイルに 含まれる所定巻線へ電気エネルギを投入及び停止して、 火花放電を継続させ る。 そして、 還流回路は、 所定巻線を含む還流経路を電流が還流することを 許可及び禁止する。
[0009] ここで、 制御部は、 主点火回路を制御して、 1次コイルの電流を通電及び 遮断させる。 このとき、 点火プラグで火花放電が行われなかったり途切れた りして、 2次コイルを含む回路で電気エネルギが消費されない場合は、 上述 したように 1次コイルに高電圧が発生してエネルギ投入回路に過大な電圧ス トレスがかかるおそれがある。
[0010] この点、 制御部は、 還流回路による還流許可の開始時期を、 主点火回路に より電流の遮断を実行させる信号である遮断信号をトリガとして決定する。 このため、 1次コイルに含まれる所定巻線に高電圧が発生したとしても、 還 流経路に電流を還流させることができ、 エネルギ投入回路に過大な電圧スト レスがかかることを抑制することができる。 さらに、 制御部は、 還流許可の 開始時期を遮断信号をトリガとして決定するため、 エネルギ投入回路に過大 \¥0 2020/175498 3 卩（：171? 2020 /007544
な電圧ストレスがかかる前に速やかに還流経路に電流を還流させることがで きる。 そして、 制御部は、 還流許可の開始時期から所定期間後に還流許可を 終了させる、 すなわち還流回路による還流を禁止する。
[001 1 ] 第 2の手段では、 前記制御部は、 ハイレベル又は口ーレベルの状態をとる 主点火信号を受信し、 前記主点火信号の立ち上がり時に前記主点火回路を通 電させ、 前記主点火信号の立ち下がりを前記遮断信号として、 前記主点火信 号の立ち下がり時に前記主点火回路を遮断させ且つ前記還流回路による前記 還流の許可を開始する。
[0012] 上記構成によれば、 制御部は、 ハイレベル又は口ーレベルの状態をとる主 点火信号を受信し、 主点火信号の立ち上がり時に主点火回路を通電させ、 主 点火信号の立ち下がり時に主点火回路を遮断させる。 このため、 制御部は、 一般的な主点火信号を用いて、 主点火回路による電流の通電及び遮断を制御 することができる。 そして、 制御部は、 主点火信号の立ち下がりを遮断信号 として、 主点火信号の立ち下がり時に還流回路による還流の許可を開始する 。 したがって、 還流回路による還流の許可を開始する時期を、 容易且つ正確 に決定することができる。
[0013] 第 3の手段では、 前記制御部は、 前記還流回路による前記還流の許可の終 了時期を、 次に前記主点火回路により前記電流の通電が開始される以前とす る。 こうした構成によれば、 還流経路に電流が還流することが、 主点火回路 による電流の通電に影響を及ぼすことを抑制することができる。
[0014] 第 4の手段では、 前記制御部は、 次の前記主点火信号の立ち上がり時に前 記還流回路による前記還流の許可を終了させる。
[0015] 上記構成によれば、 制御部は、 次の主点火信号の立ち上がり時に還流回路 による還流の許可を終了させる。 したがって、 還流回路による還流の許可を 終了する時期を、 容易且つ正確に決定することができる。
[0016] 第 5の手段は、 内燃機関用点火装置であって、
点火プラグと、
1次コイルと、 \¥0 2020/175498 4 卩（：171? 2020 /007544
前記 1次コイルと磁気的に結合され、 前記点火プラグに接続された 2次コ イルと、
前記 1次コイルの電流を通電及び遮断して、 前記点火プラグに火花放電を 生じさせる主点火回路と、
前記 1次コイルに含まれる所定巻線へ電気エネルギを投入及び停止して、 前記火花放電を継続させるエネルギ投入回路と、
前記所定巻線を含む還流経路を電流が還流することを許可及び禁止する還 流回路と、
前記主点火回路を制御するとともに、 前記主点火回路により前記電流が遮 断された以後に前記還流回路により前記還流の許可を開始させ、 前記還流の 許可の終了時期を、 次に前記主点火回路により前記電流の通電が開始される 以前とする制御部と、
を備える。
[0017] 上記構成によれば、 制御部は、 主点火回路により電流が遮断された以後に 還流回路により還流許可を開始させる。 このため、 1次コイルに含まれる所 定卷線に高電圧が発生したとしても、 還流経路に電流を還流させることがで き、 エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することが できる。 さらに、 制御部は、 還流の許可の終了時期を、 次に主点火回路によ り電流の通電が開始される以前とする。 このため、 第 3の手段と同様の作用 効果を奏することができる。
[0018] 第 6の手段では、 前記制御部は、 ハイレベル又は口ーレベルの状態をとる 主点火信号を受信し、 前記主点火信号の立ち上がり時に前記主点火回路を通 電させ、 前記主点火信号の立ち下がり時に前記主点火回路を遮断させ、 次の 前記主点火信号の立ち上がり時に前記還流回路による前記還流の許可を終了 させる。 上記構成によれば、 第 4の手段と同様の作用効果を奏することがで きる。
[0019] 1次コイルの電流を通電及び遮断して、 点火プラグに火花放電を生じさせ る誘導放電主点火の後に、 エネルギ投入回路により火花放電を継続させるエ \¥0 2020/175498 5 卩（：171? 2020 /007544
ネルギ投入点火を、 実行する時と実行しない時とがある。 ここで、 エネルギ 投入点火が実行されていない時であっても、 上述したように 1次コイルに高 電圧が発生することにより、 エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかか るおそれがある。
[0020] この点、 第 7の手段では、 前記制御部は、 前記主点火回路により前記電流 が遮断された以後に、 前記エネルギ投入回路により前記火花放電を継続させ るエネルギ投入点火が実行されていない時に、 前記還流回路による前記還流 の許可を実行させる。 こうした構成によれば、 エネルギ投入点火を実行しな い時であっても、 エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑 制することができる。
[0021 ] エネルギ投入点火が実行されている時であっても、 上述したように 1次コ イルに高電圧が発生することにより、 エネルギ投入回路に過大な電圧ストレ スがかかるおそれがある。
[0022] この点、 第 8の手段では、 前記制御部は、 前記主点火回路により前記電流 が遮断された以後に、 前記エネルギ投入回路により前記火花放電を継続させ るエネルギ投入点火が実行されている時に、 前記還流回路による前記還流の 許可を実行させる。 こうした構成によれば、 エネルギ投入点火を実行する時 であっても、 エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがかかることを抑制す ることができる。
[0023] 第 9の手段では、 前記制御部は、 前記エネルギ投入点火の実行時に、 前記 還流回路により前記還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持 して、 前記エネルギ投入回路により前記所定巻線へ前記電気エネルギを投入 及び停止させる。
[0024] 上記構成によれば、 制御部は、 エネルギ投入点火の実行時に、 還流回路に より還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持する。 このため 、 1次コイルに含まれる所定巻線に高電圧が発生したとしても、 還流経路に 電流を還流させることができ、 エネルギ投入回路に過大な電圧ストレスがか かることを抑制することができる。 \¥0 2020/175498 6 卩（：171? 2020 /007544
［0025］ ここで、 エネルギ投入回路により所定巻線へ電気エネルギを投入した後に 停止させると、 エネルギ投入が瞬間的に停止され、 2次電流が急激に低下し たり、 所定巻線に誘導起電力が発生したりして、 エネルギ投入回路に過大な 電圧ストレスがかかるおそれがある。 この点、 エネルギ投入回路により所定 巻線へ電気エネルギを投入した後に停止させた時に、 還流経路を電流が還流 することが許可された状態が維持されているため、 エネルギ投入を緩やかに 低下させることができ、 2次電流の急減を抑制することができるとともに、 所定巻線に発生した誘導起電力による電流を還流経路に還流させることがで きる。 したがって、 エネルギ投入点火において電流を還流させる還流経路と 、 2次コイルを含む回路で電気エネルギが消費されない場合に電流を還流さ せる還流経路とを兼用にすることができる。
図面の簡単な説明
［0026］ 本開示についての上記目的およびその他の目的、 特徴や利点は、 添付の図 面を参照しながら下記の詳細な記述により、 より明確になる。 その図面は、 ［図 1］図 1は、 第 1実施形態の点火装置の電気的構成を示す回路図であり、 ［図 2］図 2は、 誘導放電主点火の態様を示すタイムチャートであり、
［図 3］図 3は、 図 2の領域 Aを拡大して示すタイムチャートであり、
［図 4］図 4は、 第 2実施形態の点火装置の電気的構成を示す回路図であり、 ［図 5］図 5は、 第 3実施形態の点火装置の電気的構成を示す回路図である。 発明を実施するための形態
［0027］ （第 1実施形態）
以下、 車両に搭載される多気筒のガソリンエンジン （内燃機関） の点火装 置に具現化した第 1実施形態について、 図面を参照しつつ説明する。 エンジ ンは、 例えば希薄燃焼 （リーンバーン） が可能な筒内直接噴射式のエンジン であり、 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部を備える。 点火装置は、 所定の点火タイミング （点 火時期） において、 エンジンの燃焼室内の混合気に点火 （着火） を行う。 点 火装置は、 各気筒の点火プラグに対応した点火コイルを用いる D 丨 （D i rect \¥02020/175498 7 卩（：171? 2020 /007544
Ignition） タイプの点火装置である。
[0028] 図 1 に示すように、 点火装置 1 0 （内燃機関用点火装置） は、 エンジン制 御の中枢を成すエンジン E C U 70 （Electronic Control Unit） から与えら れる指示信号 （主点火信号丨 GT及びエネルギ投入信号 I GW） に基づいて 、 点火コイルの 1次コイル 1 1の通電を制御する。 そして、 点火装置 1 0は 、 1次コイル 1 1の通電を制御することで点火コイルの 2次コイル 2 1 に生 じる電気エネルギを制御して、 点火プラグ 80に生じる火花放電を制御する
[0029] ECU 70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） に応じて、 主点火信号丨 GT及びエネルギ投入信号 I GWを生成して出力する。
[0030] 点火装置 1 0は、 点火プラグ 80、 1次コイル 1 1、 2次コイル 2 1、 ス イッチング素子 3 1〜 33、 ダイオード 4 1〜 43、 電流検出抵抗 48、 及 び制御回路 60を備えている。 点火プラグ 80は、 エンジンの気筒毎に搭載 されている。 そして、 1次コイル 1 1及び 2次コイル 2 1は点火プラグ 80 毎に設けられているが、 ここでは 1つの点火プラグ 80に対応する構成を例 に説明する。 なお、 点火装置 1 〇の各構成は、 1次コイル 1 1及び 2次コイ ル 2 1 を収容するケース内に収容されている。
[0031] 点火プラグ 80は、 周知の構成からなり、 2次コイル 2 1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 GN Dに接続 （接地 ） される外側電極とを備えている。 2次コイル 2 1の他端は、 ダイオード 4 3及び電流検出抵抗 48を介して G N Dに接続 （接地） されている。 ダイオ —ド 43のアノードが 2次コイル 2 1 に接続されており、 カソードが電流検 出抵抗 48に接続されている。 電流検出抵抗 48は、 2次コイル 2 1 に流れ る 2次電流を検出する。 電流検出抵抗 48の出力は制御回路 60へ入力され る。 ダイオード 43は、 1次コイル 1 1の通電時に発生する不要な電圧によ る火花放電を抑制する。 そして、 点火プラグ 80は、 2次コイル 2 1 に生じ \¥0 2020/175498 8 卩（：171? 2020 /007544
る電気エネルギにより、 中心電極と外側電極との間で火花放電を生じさせる
[0032] 点火コイルは、 1次コイル 1 1 と、 1次コイル 1 1 に磁気的に結合された
2次コイル 2 1 とを備えている。 2次コイル 2 1の卷線数は、 1次コイル 1 1の卷線数よりも多くなっている。
[0033] 1次コイル 1 1は中間タップ 1 6を備えている。 1次コイル 1 1 において 、 中間タップ 1 6を挟んで一方の卷線が第 1卷線 1 1 aであり、 他方の卷線 が第 2巻線 1 1 bである。 第 1巻線 1 1 aの卷線数は、 第 2巻線 1 1 bの巻 線数よりも多い。
[0034] 中間タップ 1 6は、 ダイオード 4 2を介してバッテリ 8 2に接続されてい る。 バッテリ 8 2は、 例えば周知の鉛バッテリであり、 1 2 Vの電圧を供給 する。 ダイオード 4 2のアノードがバッテリ 8 2に接続されており、 カソー ドが中間タップ 1 6に接続されている。
[0035] 第 1巻線 1 1 aにおける G N D側の端部 （中間タップ 1 6と反対側の端部 ） は、 スイッチング素子 3 1 に接続されている。 スイッチング素子 3 1 （第 1スイッチ） は、 I G B T （Insu lated Gate B i po lar Trans i stor） 等の半導 体スイッチング素子である。 スイッチング素子 3 1の出力側の端子が G N D に接続 （接地） されている。 スイッチング素子 3 1は、 制御回路 6 0からの 信号に基づいて、 第 1巻線 1 1 aと G N Dとを断続する。 これにより、 スイ ッチング素子 3 1 （主点火回路） は、 第 1巻線 1 1 a （1次コイル） の電流 を通電及び遮断して、 点火プラグ 8 0に火花放電を生じさせる。
[0036] 第 2巻線 1 1 bにおける中間タップ 1 6と反対側の端部は、 スイッチング 素子 3 2を介して G N Dに接続されている。 スイッチング素子 3 2 （第 2ス イッチ） は、 M 0 S型トランジスタ等の半導体スイッチング素子である。 ス イッチング素子 3 2は、 制御回路 6 0からの信号に基づいて、 第 2巻線 1 1 bと G N Dとを断続する。 これにより、 スイッチング素子 3 2 （エネルギ投 入回路） は、 1次コイル 1 1 に含まれる第 2巻線 1 1 b （所定巻線） へ電気 エネルギを投入及び停止して、 上記火花放電を継続させる。 \¥0 2020/175498 9 卩（：171? 2020 /007544
[0037] 第 2巻線 1 1 匕の両端は、 スイッチング素子 3 3及びダイオード 4 1 を介 して接続されている。 スイッチング素子 3 3 （第 3スイッチ） は、 1\/1〇3型 トランジスタ等の半導体スイッチング素子である。 ダイオード 4 1のアノー ドがスイッチング素子 3 3に接続されており、 カソードが中間タップ 1 6に 接続されている。 第 2巻線 1 1 匕、 スイッチング素子 3 3、 及びダイオード 4 1は、 環状に接続されている。 第 2巻線 1 1 匕、 スイッチング素子 3 3、 及びダイオード 4 1 を含む環状の経路により、 還流経路 6 2が構成されてい る。 スイッチング素子 3 3 （還流回路） は、 還流経路 6 2を電流が還流する ことを許可及び禁止する。
[0038] 制御回路 6 0 （制御部） は、 入出カインターフェース、 駆動回路等を備え ている。 制御回路 6 0は、 巳（3 II 7 0からの信号及び電流検出抵抗 4 8の出 力等に基づいて、 スイッチング素子 3 1〜 3 3の断続状態を制御する。 これ により、 制御回路 6 0は、 「誘導放電主点火」 、 及び 「エネルギ投入点火」 の 2方式の点火を選択して実行する。
[0039] 図 2は、 誘導放電主点火の態様を示すタイムチヤートである。 図 2の左半 分に、 通常動作時の動作を示す。
[0040] 誘導放電主点火では、 制御回路 6 0は、 巳〇11 7 0からの主点火信号丨 ◦ 丁がハイレベル （1~1） である期間に亙って、 スイッチング素子 3 1 （第 1 3 \^/ 3 1） を〇 状態 （接続状態） に制御する。 これにより、 1次コイル 1 1 の第 1巻線 1 1 3に、 バッテリ 8 2の電圧 （バッテリ電圧） が供給される。 そして、 1次電流丨 1が増加し、 主点火信号丨 〇丁が口ーレベル （!_） にな った時刻 I 1で、 制御回路 6 0はスイッチング素子 3 1 を〇干 干状態 （切断 状態） に制御する。 これにより、 第 1巻線 1 1 3及び 2次コイル 2 1 に高電 圧が発生し、 点火プラグ 8 0に火花放電が生じて、 2次コイル 2 1 に 2次電 流が流れる。 その後、 2次電流が減衰していき、 放電が維持できる最小の電 流である放電維持電流よりも減少すると、 点火ブラグ 8 0での放電が終了す る。
[0041 ] エネルギ投入点火では、 制御回路 6 0は、 上記のように誘導放電主点火を \¥0 2020/175498 10 卩（：171? 2020 /007544
開始した後、 スイッチング素子 3 3 （第 3 3 \^/ 3 3） をオン状態に制御する 。 その後、 制御回路 6 0は、
Figure imgf000012_0001
づいて、 スイッチング素子 3 2を〇 n状態と〇干 干状態とに交互に制御する 。 ここで、 電流丨 2 （図 1参照） の流れる第 2巻線 1 1 匕の卷線数は、 第 1巻線 1 1 3の卷線数よりも少ない。 このため、 点火プラグ 8 0における放 電を維持するために必要な電圧である放電維持電圧 V よりも高い電圧で電 流を流し込むことができ、 誘導放電主点火時と同一方向の 2次電流が 2次コ イル 2 1 に追加して流れる。 例えば、 制御回路 6 0は、 主点火信号丨 〇丁の 立ち上がりとエネルギ投入信号丨
Figure imgf000012_0002
の立ち上がりとの時間差に基づいて目 標 2次電流を設定する。 制御回路 6 0は、 主点火信号丨 〇丁の電圧レベルが 、 閾値 V 1 よりも低い状態から高い状態に変化したことにより、 主点火信 号丨 〇丁の立ち上がりを検出する。 制御回路 6 0は、 主点火信号丨 〇丁の立 ち下がり時にスイッチング素子 3 2の制御を開始し、 電流検出抵抗 4 8によ り検出される 2次電流が目標 2次電流になるように、 スイッチング素子 3 2 を〇门状態と〇干 干状態とに制御する。 制御回路 6 0は、 主点火信号丨 〇丁 の電圧レベルが、 閾値 V 1 IIよりも高い状態から低い状態に変化したことに より、 主点火信号丨 〇丁の立ち下がりを検出する。 制御回路 6 0は、 エネル ギ投入信号丨
Figure imgf000012_0003
の立下がり時にスイッチング素子 3 2の制御を終了する。
[0042] 誘導放電主点火では、 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 1 を制御して 、 第 1巻線 1 1 3 （1次コイル） の電流を通電及び遮断させる。 このとき、 点火プラグ 8 0で火花放電が行われなかったり途切れたりして、 2次コイル 2 1 を含む回路で電気エネルギが消費されない場合に、 2次コイル 2 1から 1次コイル 1 1へ電気エネルギが跳ね返る。 例えば、 誘導放電主点火時に、 火花放電が行われなかったり途切れたりした場合、 2次コイル 2 1 には負極 性から始まり極性が交番しながら減衰する高電圧が発生する。 2次コイル 2 1 に交番した高電圧が発生すると、 1次コイル 1 1 にも交番した無負荷の高 電圧が巻数比に応じて発生する。 これにより、 スイッチング素子 3 2に過大 な電圧ストレスがかかるおそれがある。 \¥0 2020/175498 1 1 卩（：171? 2020 /007544
[0043] そこで、 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 1 （第 1 3 \^/ 3 1） により 電流が遮断された以後に、 スイッチング素子 3 3 （第 3 3 \^/ 3 3） により還 流の許可を開始させる。 すなわち、 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 1 により電流が遮断された以後に、 エネルギ投入点火が実行されていない時に 、 スイッチング素子 3 3による還流の許可を実行させる。 具体的には、 スイ ッチング素子 3 3による還流の許可の開始時期を、 スイッチング素子 3 1 に より電流の遮断を実行させる信号である遮断信号をトリガとして決定する。 詳しくは、 制御回路 6 0は、 主点火信号丨 〇丁の立ち上がり時にスイッチン グ素子 3 1 を通電させ、 主点火信号丨 ◦丁の立ち下がりを遮断信号として、 主点火信号丨 ◦丁の立ち下がり時にスイッチング素子 3 1 を遮断させ且つス イッチング素子 3 3による還流の許可を開始する。
[0044] そして、 制御回路 6 0は、 開始時期から所定期間後に還流の許可を終了さ せる。 具体的には、 制御回路 6 0は、 還流の許可の終了時期を、 次にスイッ チング素子 3 1 により電流の通電が開始される時刻 1 2以前とする。 詳しく は、 制御回路 6 0は、 次の主点火信号丨 ◦丁の立ち上がり時刻 I 3にスイッ チング素子 3 3による還流の許可を終了させる。 なお、 制御回路 6 0は、 還 流の開始時期 （時刻 1 1） から次の主点火信号丨 ◦丁の立ち上がり時刻 2 までの期間が標準期間丁〇 nよりも長い場合は、 標準期間丁〇 nが経過した 時点でスイッチング素子 3 3による還流の許可を終了させる。 標準期間丁〇 は、 第 2巻線 1 1 匕に発生する電圧が、 スイッチング素子 3 2にアバラン シエ降伏が発生する電圧 V 3 （図 3参照） 未満まで減衰する時間に設定され ている。
[0045] 図 2の右半分に、 点火ブラグ 8 0で火花放電が行われなかったり途切れた りした時、 すなわち火花放電の経路が才ープンになっている 2次才ープン時 の動作を示す。 図 3は、 図 2の領域八の拡大図である。 なお、 図 3には、 通 常動作時の動作も併せて示している。
[0046] 図 3に示すように、 時刻 3において、 主点火信号丨 ◦丁が立ち下がって 第 1巻線 1 1 3及び 2次コイル 2 1 に高電圧が発生しても、 点火プラグ 8 0 \¥0 2020/175498 12 卩（：171? 2020 /007544
に火花放電が生じていない。 このため、 2次コイル 2 1の電気エネルギの逃 げ場がなくなり、 2次コイル 2 1の 2次電圧 V 2が負極性の過大な電圧とな る。 この 2次電圧 V 2により、 1次コイル 1 1の 1次電圧 V 1が卷数比に応 じた正極性の過大な電圧となる。 その後、 2次電圧 V 2は、 極性が交番しな がら減衰するものの、 高電圧の状態が時刻 1 5近くまで維持される。
[0047] ここで、 点火装置 1 0がスイッチング素子 3 3及びダイオード 4 1 （すな わち還流経路 6 2） を備えていない比較例の動作を破線で示し、 本実施形態 の動作を実線で示す。
[0048] 破線で示す比較例では、 時刻 1 4において、 第 2巻線 1 1 匕とスイッチン グ素子 3 2との間の電圧 V （図 1参照） が上記電圧 V 3を超えて、 スイッ チング素子 3 2の電流丨 2が増加する。 すなわち、 スイッチング素子 3 2 に過大な電圧ストレスがかかり、 スイッチング素子 3 2がアバランシエ降伏 する。 その後、 時刻 5において、 電圧 V ¢1が電圧 V 3未満になると、 スイ ッチング素子 3 2のアバランシエ降伏が終了し、 スイッチング素子 3 2の電 流丨 2が 0になる。 なお、 スイッチング素子 3 2がアバランシエ降伏する ことを単純に防ごうとすれば、 スイッチング素子 3 2に高耐圧又は高耐量の スイッチング素子を用いる必要がある。
[0049] 一方、 実線で示す本実施形態では、 主点火信号丨 〇丁の立ち下がり時 （時 刻 I 3） に、 スイッチング素子 3 1が遮断され且つスイッチング素子 3 3 （ 第 3 3 \^/ 3 3） による還流の許可が開始される。 このため、 時刻 1 4におい て、 電圧 V が上昇してもスイッチング素子 3 3の電流丨 3 （図 1参照） が増加し、 スイッチング素子 3 2の電流丨 2は増加しない。 すなわち、 第 2巻線 1 1 に発生した誘導起電力による電流は、 還流経路 6 2を還流する 。 その後、 時刻 1 5において、 電圧 が 0になり、 スイッチング素子 3 3 の電流丨 ¢1 3が 0になる。
[0050] また、 エネルギ投入点火が実行されている時であっても、 誘導放電主点火 を開始した後に、 上述したように 1次コイル 1 1 に高電圧が発生することに より、 スイッチング素子 3 2に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。 \¥0 2020/175498 13 卩（：171? 2020 /007544
[0051 ] そこで、 本実施形態では、 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 1 により 電流が遮断された以後にエネルギ投入点火が実行されている時に、 スイッチ ング素子 3 3による還流の許可を実行させる。 具体的には、 制御回路 6 0は 、 エネルギ投入点火の実行時に、 スイッチング素子 3 3により還流経路 6 2 を電流が還流することを許可させた状態を維持する。 これにより、 1次コイ ル 1 1 に含まれる第 2巻線 1 1 匕に高電圧が発生したとしても、 還流経路 6 2に電流が還流する。
[0052] ここで、 スイッチング素子 3 2により第 2巻線 1 1 匕へ電気エネルギを投 入した後に停止させると、 第 2巻線 1 1 匕に誘導起電力が発生して、 スイッ チング素子 3 2に過大な電圧ストレスがかかるおそれがある。 この点、 スイ ッチング素子 3 2により第 2巻線 1 1 13へ電気エネルギを投入した後に停止 させた時に、 還流経路 6 2を電流が還流することが許可された状態が維持さ れている。 これにより、 第 2巻線 1 1 匕に発生した誘導起電力による電流も 、 還流経路 6 2を還流する。
[0053] 以上詳述した本実施形態は、 以下の利点を有する。
[0054] 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 1 により電流が遮断された以後に スイッチング素子 3 3により還流許可を開始させる。 このため、 1次コイル 1 1 に含まれる第 2巻線 1 1 匕に高電圧が発生したとしても、 還流経路 6 2 に電流を還流させることができ、 スイッチング素子 3 2に過大な電圧ストレ スがかかることを抑制することができる。 その結果、 スイッチング素子 3 2 の素子耐圧や素子耐量を下げることができる。
[0055] 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 3による還流許可の開始時期を、 スイッチング素子 3 1 により電流の遮断を実行させる信号である遮断信号を トリガとして決定する。 このため、 スイッチング素子 3 2に過大な電圧スト レスがかかる前に速やかに還流経路 6 2に電流を還流させることができる。
[0056] 制御回路 6 0は、 ハイレベル又は口ーレベルの状態をとる主点火信号丨
◦丁を受信し、 主点火信号丨 〇丁の立ち上がり時にスイッチング素子 3 1 を 通電させ、 主点火信号丨 〇丁の立ち下がり時にスイッチング素子 3 1 を遮断 \¥0 2020/175498 14 卩（：171? 2020 /007544
させる。 このため、 制御回路 6 0は、 一般的な主点火信号丨 〇丁を用いて、 スイッチング素子 3 1 による電流の通電及び遮断を制御することができる。 そして、 制御回路 6 0は、 主点火信号丨 ◦丁の立ち下がりを遮断信号として 、 主点火信号丨 〇丁の立ち下がり時にスイッチング素子 3 3による還流の許 可を開始する。 したがって、 スイッチング素子 3 3による還流の許可を開始 する時期を、 容易且つ正確に決定することができる。
[0057] 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 3による還流の許可の終了時期を 、 次にスイッチング素子 3 1 により電流の通電が開始される以前とする。 こ のため、 還流経路 6 2に電流が還流することが、 スイッチング素子 3 1 によ る電流の通電に影響を及ぼすことを抑制することができる。
[0058] 制御回路 6 0は、 次の主点火信号丨 ◦丁の立ち上がり時にスイッチング 素子 3 3による還流の許可を終了させる。 したがって、 スイッチング素子 3 3による還流の許可を終了する時期を、 容易且つ正確に決定することができ る。
[0059] 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 1 により電流が遮断された以後に
、 スイッチング素子 3 2により火花放電を継続させるエネルギ投入点火が実 行されていない時に、 スイッチング素子 3 3による還流の許可を実行させる 。 こうした構成によれば、 誘導放電主点火を実行し、 エネルギ投入点火を実 行しない時であっても、 スイッチング素子 3 2に過大な電圧ストレスがかか ることを抑制することができる。
[0060] 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 1 により電流が遮断された以後に
、 スイッチング素子 3 2により火花放電を継続させるエネルギ投入点火が実 行されている時に、 スイッチング素子 3 3による還流の許可を実行させる。 こうした構成によれば、 エネルギ投入点火を実行する時であっても、 スイッ チング素子 3 2に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる
[0061 ] 制御回路 6 0は、 エネルギ投入点火の実行時に、 スイッチング素子 3 3 により還流経路 6 2を電流が還流することを許可させた状態を維持する。 こ \¥0 2020/175498 15 卩（：171? 2020 /007544
のため、 1次コイル 1 1 に含まれる第 2巻線 1 1 匕に高電圧が発生したとし ても、 還流経路 6 2に電流を還流させることができ、 スイッチング素子 3 2 に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる。
[0062] スイッチング素子 3 2により第 2巻線 1 1 匕へ電気エネルギを投入した 後に停止させた時に、 還流経路 6 2を電流が還流することが許可された状態 が維持されている。 このため、 第 2巻線 1 1 匕に発生した誘導起電力による 電流を、 還流経路 6 2に還流させることができる。 したがって、 エネルギ投 入点火において電流を還流させる還流経路 6 2と、 2次コイル 2 1 を含む回 路で電気エネルギが消費されない場合に電流を還流させる還流経路 6 2とを 兼用にすることができる。
[0063] （第 2実施形態）
以下、 第 2実施形態について、 図 4を参照して第 1実施形態との相違点を 中心に説明する。 なお、 第 1実施形態と同 _の部分については、 同 _の符号 を付すことにより説明を省略する。
[0064] 本実施形態の点火装置 1 0では、 1次コイル 1 1 1は、 第 1巻線 1 1 1 3 、 第 2巻線 1 1 1 匕、 及び第 3巻線 1 1 1 〇を含んでいる。 第 1巻線 1 1 1 3の一端はスイッチング素子 3 1 （第 1スイッチ） に接続されており、 他端 はバッテリ 8 2に接続されている。 第 2巻線 1 1 1 匕 （所定巻線） の一端は 、 スイッチング素子 1 3 2 （第 2スイッチ） を介してバッテリ 8 2に接続さ れている。 第 2巻線 1 1 1 匕の他端は、 スイッチング素子 1 3 4 （第 4スイ ッチ） を介して◦ 0に接続され、 且つ第 3巻線 1 1 1 〇の一端に接続され ている。 第 3巻線 1 1 1 〇 （所定巻線） の他端は、 スイッチング素子 1 3 3 （第 3スイッチ） を介して◦ 0に接続されている。
[0065] 第 2巻線 1 1 1 匕とスイッチング素子 1 3 2との間には、 ダイオード 1 4
1のカソードが接続されている。 ダイオード 1 4 1のアノードは◦ 0に接 続されている。
[0066] 誘導放電主点火では、 制御回路 6 0は、 巳〇11 7 0からの主点火信号丨 ◦ 丁がハイレベル （1~1） である期間に亙って、 スイッチング素子 3 1 を〇 n状 \¥0 2020/175498 16 卩（：171? 2020 /007544
態に制御する。 これにより、 1次コイル 1 1 1の第 1巻線 1 1 1 3に、 バッ テリ 8 2の電圧が供給される。 そして、 1次電流が増加し、 主点火信号丨 〇 丁が口ーレベル （!_） になった時点で、 制御回路 6 0はスイッチング素子 3 1 を〇† チ状態に制御する。 これにより、 第 1巻線 1 1 1 3及び 2次コイル 2 1 に高電圧が発生し、 点火プラグ 8 0に火花放電が生じて、 2次コイル 2 1 に 2次電流が流れる。 その後、 2次電流が減衰していき、 放電が維持でき る最小の電流である放電維持電流よりも減少すると、 点火プラグ 8 0での放 電が終了する。
[0067] エネルギ投入点火では、 制御回路 6 0は、 上記のように誘導放電主点火を 開始した後、 以下の第 1投入制御又は第 2投入制御を実行する。
[0068] 第 1投入制御では、 スイッチング素子 1 3 3をオン状態に制御する。 その 後、 制御回路 6 0は、
Figure imgf000018_0001
に基づいて 、 スイッチング素子 1 3 2を〇 n状態と〇干 干状態とに交互に制御する。 な お、 スイッチング素子 1 3 2〜 1 3 4により、 エネルギ投入回路か構成され ている。
[0069] 第 2投入制御では、 スイッチング素子 1 3 4をオン状態に制御する。 その 後、 制御回路 6 0は、
Figure imgf000018_0002
に基づいて 、 スイッチング素子 1 3 2をo n状態とo f 干状態とに交互に制御する。 巳 <3 11 7 0は、 第 1投入制御と第 2投入制御とを切り替えることにより、 エネ ルギ投入点火において 2次コイル 2 1 に発生する 2次電圧を変更することが できる。
[0070] エネルギ投入点火のその他の制御方法は、 第 1実施形態のエネルギ投入点 火と同様である。
[0071 ] 誘導放電主点火時において、 制御回路 6 0 （制御部） は、 以下の第 1還流 制御又は第 2還流制御を実行する。
[0072] 第 1還流制御では、 主点火信号丨 ◦丁の立ち下がりを遮断信号として、 主 点火信号丨 ◦丁の立ち下がり時にスイッチング素子 3 1 を遮断させ且つスイ ッチング素子 1 3 3 （還流回路） による還流の許可を開始する。 この場合、 \¥0 2020/175498 17 卩（：171? 2020 /007544
◦ 0 ®ダイオード 1 4 1 ®第 2巻線 1 1 1 匕 ®第 3巻線 1 1 1 〇 ®スイッ チング素子 1 3 3 ®〇 0の第1還流経路1 6 2が形成される。 このため、
1次コイル 1 1 に含まれる第 2巻線 1 1 1 匕及び第 3巻線 1 1 1 〇に高電圧 が発生したとしても、 第 1還流経路に電流を還流させることができ、 スイッ チング素子 1 3 2 , 1 3 3に過大な電圧ストレスがかかることを抑制するこ とができる。 その後、 制御回路 6 0は、 次の主点火信号丨 ◦丁の立ち上がり 時点でスイッチング素子 1 3 3による還流の許可を終了させる。
[0073] 第 2還流制御では、 主点火信号丨 ◦丁の立ち下がりを遮断信号として、 主 点火信号丨 ◦丁の立ち下がり時にスイッチング素子 3 1 を遮断させ且つスイ ッチング素子 1 3 3 （還流回路） 及びスイッチング素子 1 3 4 （還流回路） による還流の許可を開始する。 この場合、 上記第 1還流経路と、
Figure imgf000019_0001
ダ
Figure imgf000019_0002
2還流経路 1 6 3とが形成される。 このため、 1次コイル 1 1 に含まれる第 2巻線 1 1 1 匕及び第 3巻線 1 1 1 〇に高電圧が発生したとしても、 第 1還 流経路及び第 2還流経路に電流を還流させることができ、 スイッチング素子 1 3 2〜 1 3 4に過大な電圧ストレスがかかることを抑制することができる 。 その後、 制御回路 6 0は、 次の主点火信号丨 ◦丁の立ち上がり時点で、 ス イッチング素子 1 3 3及びスイッチング素子 1 3 4による還流の許可を終了 させる。
[0074] また、 上記第 1投入制御において、 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3
1 により電流が遮断された以後にエネルギ投入点火が実行されている時に、 スイッチング素子 1 3 3による還流の許可を実行させる。 具体的には、 制御 回路 6 0は、 第 1投入制御の実行時に、 スイッチング素子 1 3 3により上記 第 1還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持する。 これによ り、 1次コイル 1 1 に含まれる第 2巻線 1 1 1 匕及び第 3巻線 1 1 1 〇に高 電圧が発生したとしても、 第 1還流経路に電流を還流させることができる。 さらに、 スイッチング素子 1 3 2により第 2巻線 1 1 1 匕及び第 3巻線 1 1 1 〇へ電気エネルギを投入した後に停止させた時に、 第 2巻線 1 1 1 匕及び \¥0 2020/175498 18 卩（：171? 2020 /007544
第 3巻線 1 1 1 〇に発生した誘導起電力による電流も、 第 1還流経路に還流 させることができる。 したがって、 第 1投入制御において電流を還流させる 第 1還流経路と、 2次コイル 2 1 を含む回路で電気エネルギが消費されない 場合に電流を還流させる第 1還流経路とを兼用にすることができる。
[0075] 上記第 2投入制御において、 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 1 によ り電流が遮断された以後にエネルギ投入点火が実行されている時に、 スイッ チング素子 1 3 4による還流の許可を実行させる。 具体的には、 制御回路 6 〇は、 第 2投入制御の実行時に、 スイッチング素子 1 3 4により上記第 2還 流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持する。 これにより、 1 次コイル 1 1 に含まれる第 2巻線 1 1 1 匕に高電圧が発生したとしても、 第 2還流経路に電流を還流させることができる。 さらに、 スイッチング素子 1 3 2により第 2巻線 1 1 1 匕へ電気エネルギを投入した後に停止させた時に 、 第 2巻線 1 1 1 匕に発生した誘導起電力による電流も、 第 2還流経路に還 流させることができる。 したがって、 第 2投入制御において電流を還流させ る第 2還流経路と、 2次コイル 2 1 を含む回路で電気エネルギが消費されな い場合に電流を還流させる第 2還流経路とを兼用にすることができる。
[0076] なお、 第 2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。
[0077] 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 1 3 3及びスイッチング素子 1 3 4 をオン状態に制御した後、 º 0 ^ 7 0からのエネルギ投入信号丨
Figure imgf000020_0001
に基づ いて、 スイッチング素子 1 3 2をo n状態とo f 干状態とに交互に制御する 第 3投入制御を実行することもできる。
[0078] 制御回路 6 0は、 主点火信号丨 ◦丁の立ち下がりを遮断信号として、 主 点火信号丨 ◦丁の立ち下がり時にスイッチング素子 3 1 を遮断させ且つスイ ッチング素子】 3 4 （還流回路） による還流の許可を開始する第 3還流制御 を実行することもできる。 この場合、 上記第 2還流経路が形成され、 上記第 1還流経路は形成されない。
[0079] （第 3実施形態）
以下、 第 3実施形態について、 図 5を参照して第 1実施形態との相違点を \¥0 2020/175498 19 卩（：171? 2020 /007544
中心に説明する。 なお、 第 1実施形態と同 _の部分については、 同 _の符号 を付すことにより説明を省略する。
[0080] 本実施形態の点火装置 1 0では、 エネルギ投入回路 5 0はバッテリ 8 2の 電圧を昇圧して、 第 1巻線 1 1 3、 第 2巻線 1 1 匕 （所定巻線） へ供給する 。 エネルギ投入回路 5 0は、 チョークコイル 5 1、 スイッチング素子 5 2、 コンデンサ 5 3、 ダイオード 5 4、 スイッチング素子 2 3 2、 及びスイッチ ング素子 2 3 3を備えている。 チョークコイル 5 1はバッテリ 8 2に接続さ れている。 スイッチング素子 5 2は、 IV!〇 3型トランジスタ等の半導体スイ ッチング素子であり、 バッテリ 8 2からチョークコイル 5 1への電流を通電 及び遮断する。 スイッチング素子 5 2の断続状態は、 制御回路 6 0により制 御される。 スイッチング素子 5 2の断続状態が制御されることにより、 コン デンサ 5 3はチョークコイル 5 1 に蓄えられた電気エネルギを充電する。 ダ イオード 5 4は、 コンデンサ 5 3に蓄えられた電気エネルギがチョークコイ ル 5 1側へ逆流すること防止する。 そして、 スイッチング素子 2 3 2が接続 状態に制御されることで、 エネルギ投入回路 5 0は昇圧された電圧 （例えば 数十 〜数百 V） を中間タップ 1 6へ供給する。
[0081 ] 中間タップ 1 6とダイオード 4 2との間には、 ダイオード 2 4 1のカソー ドが接続されている。 ダイオード 2 4 1のアノードは◦ 0に接続されてい る。 第 2巻線 1 1 匕における中間タップ 1 6と反対側の端部は、 スイッチン グ素子 2 3 3及びダイオード 4 4を介してバッテリ 8 2に接続されている。 ダイオード 4 4のアノードがバッテリ 8 2に接続されており、 カソードが第 2巻線 1 1 匕における中間タップ 1 6と反対側の端部に接続されている。 ス イッチング素子 2 3 3は、 パワートランジスタや IV!〇 3型トランジスタ等の 半導体スイッチング素子であり、 ダイオード 4 4に並列接続されている。 ス イッチング素子 2 3 3の断続状態は、 制御回路 6 0により制御される。 ダイ 才ード 4 4は、 IV!〇 3型トランジスタの寄生ダイオードであってもよい。
[0082] 制御回路 6 0 （制御部） は、 「誘導放電主点火」 、 「エネルギ投入点火」
、 及び 「急速通電多回点火」 の 3方式の点火を選択し実行する。 \¥0 2020/175498 20 卩（：171? 2020 /007544
[0083] 誘導放電主点火では、 制御回路 6 0は、 巳〇11 7 0からの主点火信号丨 ◦ 丁がハイレベル （1~1） である期間に亙って、 スイッチング素子 2 3 3を〇门 状態に制御する。 これにより、 1次コイル 1 1の第 1巻線 1 1 3及び第 2巻 線 1 1 匕に、 バッテリ 8 2の電圧が供給される。 そして、 1次電流が増加し 、 主点火信号丨 〇丁が口ーレベル （!_） になった時点で、 制御回路 6 0はス イッチング素子 2 3 3を〇干 干状態に制御する。 これにより、 1次コイル 1 1及び 2次コイル 2 1 に高電圧が発生し、 点火プラグ 8 0に火花放電が生じ て、 2次コイル 2 1 に 2次電流が流れる。 その後、 2次電流が減衰していき 、 放電が維持できる最小の電流である放電維持電流よりも減少すると、 点火 プラグ 8 0での放電が終了する。
[0084] エネルギ投入点火では、 制御回路 6 0は、 上記のように誘導放電主点火を 開始した後、 スイッチング素子 2 3 3をオン状態に制御する。 その後、 制御 回路 6 0は、
Figure imgf000022_0001
に基づいて、 スイッ チング素子 2 3 2を〇 n状態と〇干 干状態とに交互に制御する。 エネルギ投 入点火のその他の制御方法は、 第 1実施形態のエネルギ投入点火と同様であ る。
[0085] 急速通電多回点火では、 制御回路 6 0は、 上記のように誘導放電主点火を 開始した後、 スイッチング素子 2 3 2をオン状態に制御する。 なお、 制御回 路 6 0は、 巳〇 II 7 0からの主点火信号丨 ◦丁が 1~1である期間に、 バッテリ 電圧を昇圧させてエネルギ投入回路 5 0のコンデンサ 5 3に充電させる。
[0086] その後、 制御回路 6 0は、 多回点火信号が 1~1である期間に亙って、 スイッ チング素子 3 1 をオン状態に制御する。 このとき、 エネルギ投入回路 5 0は バッテリ電圧よりも昇圧された電圧を供給する。 これにより、 誘導放電主点 火と比較して 1次電流の増加速度が速くなり、 誘導放電主点火時と同一方向 の 1次電流が第 1巻線 1 1 3に急速に流れる。 そして、 1次電流が増加し、 多回点火信号が!-になった時点で、 制御回路 6 0はスイッチング素子 3 1 を オフ状態に制御する。 これにより、 2次コイル 2 1 に 2次電流が流れて、 点 火プラグ 8 0に火花放電が生じる。 以後、 多回点火信号の 1~1と1_とに基づい \¥0 2020/175498 21 卩（：171? 2020 /007544
て、 スイッチング素子 3 1がオン状態とオフ状態とに交互に制御される。 ス イッチング素子 3 1が所定回数オン状態とオフ状態とに制御されると、 制御 回路 6 0はスイッチング素子 2 3 2をオフ状態に制御する。 なお、 多回点火 信号は、 制御回路 6 0が指示してもよいし、 巳（3 11 7 0から制御回路 6 0へ 指 してもよい 0
[0087] 誘導放電主点火時において、 制御回路 6 0 （制御部） は、 主点火信号丨 ◦ 丁の立ち下がりを遮断信号として、 主点火信号丨 〇丁の立ち下がり時にスイ ッチング素子 3 1 を遮断させ且つスイッチング素子 2 3 3による還流の許可 を開始する。 この場合、 〇 0 ®ダイオ_ド2 4 1 ®第2卷線1 1 匕®スイ ッチング素子 2 3 3 ®バッテリ 8 2 ® 0 0の還流経路 2 6 2が形成される 。 このため、 1次コイル 1 1 に含まれる第 2巻線 1 1 匕に高電圧が発生した としても、 還流経路に電流を還流させることができ、 スイッチング素子 2 3 3 （エネルギ投入回路 5 0） に過大な電圧ストレスがかかることを抑制する ことができる。 その後、 制御回路 6 0は、 次の主点火信号丨 〇丁の立ち上が り時点でスイッチング素子 2 3 3による還流の許可を終了させる。 なお、 ス イッチング素子 2 3 3及びダイオード 2 4 1 により、 還流回路が構成されて いる。
[0088] また、 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 1 により電流が遮断された以 後にエネルギ投入点火が実行されている時に、 スイッチング素子 2 3 3によ る還流の許可を実行させる。 具体的には、 制御回路 6 0は、 エネルギ投入点 火の実行時に、 スイッチング素子 2 3 3により上記還流経路を電流が還流す ることを許可させた状態を維持する。 これにより、 1次コイル 1 1 に含まれ る第 2巻線 1 1 匕に高電圧が発生したとしても、 還流経路に電流を還流させ ることができる。 さらに、 スイッチング素子 2 3 2により第 2巻線 1 1 匕へ 電気エネルギを投入した後に停止させた時に、 第 2巻線 1 1 匕に発生した誘 導起電力による電流も、 還流経路に還流させることができる。 したがって、 エネルギ投入点火において電流を還流させる還流経路と、 2次コイル 2 1 を 含む回路で電気エネルギが消費されない場合に電流を還流させる還流経路と \¥0 2020/175498 22 卩（：171? 2020 /007544
を兼用にすることができる。
[0089] なお、 上記の各実施形態を、 以下のように変更して実施することもできる 。 上記の各実施形態と同 _の部分については、 同 _の符号を付すことにより 説明を省略する。
[0090] 制御回路 6 0は、 主点火信号丨 〇丁の立ち下がりをトリガとして、 主点 火信号丨 〇丁の立ち下がりの所定期間後 （例えば数十 3後） にスイッチン グ素子 3 3による還流の許可を開始することもできる。 これにより、 還流動 作の開始が主点火動作よりも早まることを防止して、 確実な主点火動作と主 点火後の還流動作とが相互に干渉することなく確実に実施することができる
[0091 ] 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 3による還流許可の開始時期を、 制御回路 6 0によりスイッチング素子 3 1 を〇干 干状態に駆動する信号 （遮 断信号） をトリガとして決定することもできる。
[0092] 制御回路 6 0は、 スイッチング素子 3 3による還流許可の終了時期を、 標準期間丁〇 nの経過時点及び主点火信号丨 〇丁の立ち上がり時点のうち、 早い方の時点としてもよい。 これにより、 還流許可の終了を容易かつ確実に 実施することができる。
[0093] 巳〇 II 7 0により制御回路 6 0の機能を実現することもできる。
[0094] 本開示は、 実施例に準拠して記述されたが、 本開示は当該実施例や構造に 限定されるものではないと理解される。 本開示は、 様々な変形例や均等範囲 内の変形をも包含する。 加えて、 様々な組み合わせや形態、 さらには、 それ らに一要素のみ、 それ以上、 あるいはそれ以下、 を含む他の組み合わせや形 態をも、 本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

\¥0 2020/175498 23 卩（：171? 2020 /007544 請求の範囲
[請求項 1 ] 点火プラグ （8 0） と、
1次コイル （ 1 1、 1 1 1） と、
前記 1次コイルと磁気的に結合され、 前記点火プラグに接続された 2次コイル （2 1） と、
前記 1次コイルの電流を通電及び遮断して、 前記点火プラグに火花 放電を生じさせる主点火回路 （3 1） と、
前記 1次コイルに含まれる所定巻線 （1 1 匕、 1 1 1 13、 1 1 1 〇 ） へ電気エネルギを投入及び停止して、 前記火花放電を継続させるエ ネルギ投入回路 （3 2、 1 3 2〜 1 3 4、 5 0、 2 3 3） と、 前記所定巻線を含む還流経路 （6 2、 1 6 2、 1 6 3、 2 6 2） を 電流が還流することを許可及び禁止する還流回路 （3 3、 4 1、 1 3 3、 1 3 4、 1 4 1、 2 3 3、 2 4 1） と、
前記主点火回路を制御するとともに、 前記還流回路による前記還流 の許可の開始時期を、 前記主点火回路により前記電流の遮断を実行さ せる信号である遮断信号をトリガとして決定し、 前記開始時期から所 定期間後に前記許可を終了させる制御部 （6 0、 7 0） と、 を備える 内燃機関用点火装置 （1 〇） 。
[請求項 2] 前記制御部は、 ハイレベル又は口ーレベルの状態をとる主点火信号 を受信し、 前記主点火信号の立ち上がり時に前記主点火回路を通電さ せ、 前記主点火信号の立ち下がりを前記遮断信号として、 前記主点火 信号の立ち下がり時に前記主点火回路を遮断させ且つ前記還流回路に よる前記還流の許可を開始する、 請求項 1 に記載の内燃機関用点火装 置。
[請求項 3] 前記制御部は、 前記還流回路による前記還流の許可の終了時期を、 次に前記主点火回路により前記電流の通電が開始される以前とする、 請求項 1又は 2に記載の内燃機関用点火装置。
[請求項 4] 前記制御部は、 次の前記主点火信号の立ち上がり時に前記還流回路 \¥0 2020/175498 24 卩（：171? 2020 /007544
による前記還流の許可を終了させる、 請求項 2に記載の内燃機関用点 火装置。
[請求項 5] 点火プラグ （ 8 0） と、
1次コイル （ 1 1、 1 1 1） と、
前記 1次コイルと磁気的に結合され、 前記点火プラグに接続された 2次コイル （2 1） と、
前記 1次コイルの電流を通電及び遮断して、 前記点火プラグに火花 放電を生じさせる主点火回路 （3 1） と、
前記 1次コイルに含まれる所定巻線 （1 1 匕、 1 1 1 13、 1 1 1 〇 ） へ電気エネルギを投入及び停止して、 前記火花放電を継続させるエ ネルギ投入回路 （3 2、 1 3 2〜 1 3 4、 5 0、 2 3 3） と、 前記所定巻線を含む還流経路 （6 2、 1 6 2、 1 6 3、 2 6 2） を 電流が還流することを許可及び禁止する還流回路 （3 3、 4 1、 1 3 3、 1 3 4、 1 4 1、 2 3 3、 2 4 1） と、
前記主点火回路を制御するとともに、 前記主点火回路により前記電 流が遮断された以後に前記還流回路により前記還流の許可を開始させ 、 前記還流の許可の終了時期を、 次に前記主点火回路により前記電流 の通電が開始される以前とする制御部 （6 0、 7 0） と、
を備える内燃機関用点火装置 （1 〇） 。
[請求項 6] 前記制御部は、 ハイレベル又は口ーレベルの状態をとる主点火信号 を受信し、 前記主点火信号の立ち上がり時に前記主点火回路を通電さ せ、 前記主点火信号の立ち下がり時に前記主点火回路を遮断させ、 次 の前記主点火信号の立ち上がり時に前記還流回路による前記還流の許 可を終了させる、 請求項 5に記載の内燃機関用点火装置。
[請求項 7] 前記制御部は、 前記主点火回路により前記電流が遮断された以後に
、 前記エネルギ投入回路により前記火花放電を継続させるエネルギ投 入点火が実行されていない時に、 前記還流回路による前記還流の許可 を実行させる、 請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載の内燃機関用点火 \¥0 2020/175498 25 卩（：171? 2020 /007544
装置。
[請求項 8] 前記制御部は、 前記主点火回路により前記電流が遮断された以後に 、 前記エネルギ投入回路により前記火花放電を継続させるエネルギ投 入点火が実行されている時に、 前記還流回路による前記還流の許可を 実行させる、 請求項 1 〜 6のいずれか 1項に記載の内燃機関用点火装 置。
[請求項 9] 前記制御部は、 前記エネルギ投入点火の実行時に、 前記還流回路に より前記還流経路を電流が還流することを許可させた状態を維持して 、 前記エネルギ投入回路により前記所定巻線へ前記電気エネルギを投 入及び停止させる、 請求項 8に記載の内燃機関用点火装置。
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