(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隙を介して対向する第１電極および第２電極を有し、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を前記間隙に発生する点火プラグと、
１次コイルおよび２次コイルを有し、前記１次コイルに流れる１次電流を通電または遮断することにより、前記２次コイルに高電圧を発生して、発生した高電圧を前記第１電極に印加する点火コイルと、
１回の点火工程内で複数回前記点火コイルを駆動するとともに、前記点火コイルを駆動する１次電圧を１回の点火工程内で変化させる制御部と、
を備え、
前記１次コイルは、第１電源および前記第１電源よりも電圧の高い第２電源に接続され、
前記制御部は、１回の点火工程内で前記点火コイルを駆動する１次電圧のうち、初回の１次電圧を２回目以降の１次電圧よりも高くする
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項２】
前記制御部は、
磁束の励磁および解放による高電圧を交互かつ連続的に発生するように前記点火コイルを駆動することにより、前記第１電極に正負の高電圧を交互に発生させ、
１回の点火工程内で複数回発生させる高電圧のうち、初回に発生させる高電圧が点火コイルの磁束の励磁により、前記点火プラグの第１電極に正の高電圧を発生させるように制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項３】
前記制御部は、
磁束の励磁および解放による高電圧を交互かつ連続的に発生するように前記点火コイルを駆動することにより、前記第１電極に正負の高電圧を交互に発生させ、
１回の点火工程内で複数回発生させる高電圧のうち、初回に発生させる高電圧が点火コイルの磁束の励磁により、前記第１電極に負の高電圧を発生させるように制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記１次電圧の印加により前記１次コイルに流れる１次電流がピークとなる付近で、前記点火コイルの磁束が解放に転じるように前記点火コイルを制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の点火装置。
【請求項５】
所定の間隙を介して対向する第１電極および第２電極を有し、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を前記間隙に発生する点火プラグと、
１次コイルおよび２次コイルを有し、前記１次コイルに流れる１次電流を通電または遮断することにより、前記２次コイルに高電圧を発生して、発生した高電圧を前記第１電極に印加する点火コイルと、
を備え、前記１次コイルは、第１電源および前記第１電源よりも電圧の高い第２電源に接続された内燃機関の点火方法であって、
１回の点火工程内で複数回前記点火コイルを駆動するとともに、前記点火コイルを駆動する１次電圧を１回の点火工程内で変化させる制御ステップ、
を備え、前記制御ステップにおいて、１回の点火工程内で前記点火コイルを駆動する１次電圧のうち、初回の１次電圧を２回目以降の１次電圧よりも高くする
ことを特徴とする内燃機関の点火方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火する内燃機関の点火装置および点火方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保全や燃料枯渇等の問題が提起されており、自動車業界においても、これらの問題への対応が急務となっている。これらの問題への対応として、例えば成層混合気を利用したエンジンの超希薄燃焼（成層リーン燃焼）運転が知られている。しかしながら、成層リーン燃焼においては、可燃混合気の分布がばらつく場合があるので、このばらつきを吸収することができる点火装置が要求されている。
【０００３】
そこで、上記の要求を満たすために、燃焼室内に火花放電を発生する点火プラグと、この点火プラグの火花放電にエネルギーを供給するマイクロ波発生装置とを備えた点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この点火装置によれば、大きな放電プラズマを形成することができるので、空間的な着火機会を多くすることができ、可燃混合気の分布のばらつきを吸収することができるので、成層リーン燃焼における上記の要求を満たすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９６１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載の点火装置では、大きな放電プラズマを形成することができるので、失火を防止して発生トルクのばらつきを抑制することができるものの、点火プラグとは別に、マイクロ波を燃焼室内に供給する経路が必要になる。そのため、特許文献１の点火装置を既存のエンジンに適用することは、困難であるという問題がある。
【０００７】
また、燃焼室内は、ピストンの往復運動により大きな圧力変化が繰り返されるとともに、放電や燃焼によりプラズマの形成や消滅が繰り返されるので、非常に不安定になる。そのため、燃焼室内に、マイクロ波のような高周波のエネルギーを安定供給することは、インピーダンス整合等の点で、技術的および製品個々のマッチング面での非常な困難性を伴うという問題もあった。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で容易に大きな放電プラズマを形成することができる内燃機関の点火装置および点火方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る内燃機関の点火装置は、所定の間隙を介して対向する第１電極および第２電極を有し、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を間隙に発生する点火プラグと、１次コイルおよび２次コイルを有し、１次コイルに流れる１次電流を通電または遮断することにより、２次コイルに高電圧を発生して、発生した高電圧を第１電極に印加する点火コイルと、１回の点火工程内で複数回点火コイルを駆動するとともに、点火コイルを駆動する１次電圧を１回の点火工程内で変化させる制御部とを備え、１次コイルは、第１電源および第１電源よりも電圧の高い第２電源に接続され、制御部は、１回の点火工程内で点火コイルを駆動する１次電圧のうち、初回の１次電圧を２回目以降の１次電圧よりも高くするものである。
【００１０】
また、この発明に係る内燃機関の点火方法は、所定の間隙を介して対向する第１電極および第２電極を有し、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を間隙に発生する点火プラグと、１次コイルおよび２次コイルを有し、１次コイルに流れる１次電流を通電または遮断することにより、２次コイルに高電圧を発生して、発生した高電圧を第１電極に印加する点火コイルと、を備え、１次コイルは、第１電源および第１電源よりも電圧の高い第２電源に接続された内燃機関の点火方法であって、１回の点火工程内で複数回点火コイルを駆動するとともに、点火コイルを駆動する１次電圧を１回の点火工程内で変化させる制御ステップを備え、制御ステップにおいて、１回の点火工程内で点火コイルを駆動する１次電圧のうち、初回の１次電圧を２回目以降の１次電圧よりも高くするものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る内燃機関の点火装置および点火方法によれば、制御部（制御ステップ）は、１回の点火工程内で複数回点火コイルを駆動するとともに、点火コイルを駆動する１次電圧を１回の点火工程内で変化させる。
そのため、簡素な構成で容易に大きな放電プラズマを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２に係る内燃機関の点火装置の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明に係る内燃機関の点火装置および点火方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１４】
なお、この発明に係る内燃機関の点火装置および点火方法は、内燃機関を利用する自動車、二輪車、船外機、その他特殊機械等に搭載され、燃料への着火を確実に行えるようになるので、内燃機関を効率良く運転することができるようになり、燃料枯渇問題、環境保全に役立つものである。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火装置１００を示す構成図である。図１において、点火装置１００は、内燃機関の燃焼室（図示せず）内の可燃混合気に点火するための火花放電を発生する点火プラグ１１０、点火プラグ１１０に所定の高電圧を印加するとともに、電流を供給する点火コイル１２０、および点火コイル１２０の動作を制御する制御部１３０を備えている。
【００１６】
まず、この点火装置１００の各部の構成および機能について説明する。
点火プラグ１１０は、第１電極としての高圧電極１１１と、高圧電極１１１に対して、所定の間隙（以下、「主プラグギャップ」と称する）を介して対向する第２電極としての外側電極１１２とを有している。
【００１７】
点火コイル１２０は、１次コイル１２１および２次コイル１２２と、１次コイル１２１と２次コイル１２２とを磁気的に結合する鉄心１２３とを有している。２次コイル１２２の一端は、点火プラグ１１０の高圧電極１１１に接続され、他端は、グランド（ＧＮＤ）に接続されている。
【００１８】
制御部１３０は、第１スイッチング素子１３１、点火コンデンサ１３２、第１整流ダイオード１３３、インダクタ１３４、第１電源１３５、第２整流ダイオード１３６、第２電源１３７、第２スイッチング素子１３８および信号生成部１３９を有している。
【００１９】
１次コイル１２１の両端間には、ＩＧＢＴにより構成された第１スイッチング素子１３１を介して、点火コンデンサ１３２が接続されている。点火コンデンサ１３２の正極側には、第１整流ダイオード１３３およびインダクタ１３４を介して、第１電源１３５が接続されるとともに、第２整流ダイオード１３６を介して、第２電源１３７が接続されている。
【００２０】
点火コンデンサ１３２の負極側は、ＩＧＢＴにより構成された第２スイッチング素子１３８を介して、ＧＮＤに接続されている。また、第１スイッチング素子１３１のベースおよび第２スイッチング素子１３８のベースは、信号生成部１３９に接続されている。
【００２１】
ここで、第２電源１３７は、第１電源１３５が印加する電圧の倍以上の電圧を印加することができる電源である。例えば、この発明の実施の形態１では、第１電源１３５を１００Ｖ電源、第２電源１３７を１０００Ｖ電源というように選択する。
【００２２】
第１スイッチング素子１３１および第２スイッチング素子１３８は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ：Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）により構成された信号生成部１３９からの第１制御信号ＳＨおよび第２制御信号ＳＬによって、それぞれスイッチング制御される。信号生成部１３９は、内燃機関の運転状況に応じて点火コイル１２０が動作するタイミングおよび動作する回数を設定し、第１制御信号ＳＨおよび第２制御信号ＳＬを生成する。
【００２３】
なお、信号生成部１３９、第１スイッチング素子１３１および第２スイッチング素子１３８は、点火コイル１２０の１次側に、点火コンデンサ１３２に蓄えられた電荷による容量電流を供給する容量電流供給部を構成しており、この容量電流供給部は、点火コイル１２０の動作を制御する制御部１３０の一部を構成している。
【００２４】
ここで、点火コイル１２０の１次コイル１２１に流れる１次電流Ｉ１は、点火コンデンサ１３２の正極側から１次コイル１２１、第１スイッチング素子１３１のコレクタ〜エミッタを経由して点火コンデンサ１３２の負極側に戻る放電経路で流れる点火コンデンサ１３２からの容量電流により構成される。
【００２５】
したがって、点火コンデンサ１３２に蓄積される電荷量が大きく、点火コンデンサ１３２を充電する電圧が高くなるほど、１次電流Ｉ１の値は大きくなり、点火コイル１２０の２次側に発生する２次電圧は高くなる。そのため、点火コンデンサ１３２の静電容量Ｃや充電電圧を適切な値に設定することで、「大きな電流」を供給したり、「高い電圧」を印加したりすることができる。
【００２６】
ここで、点火コンデンサ１３２は、第１電源１３５、第１整流ダイオード１３３およびインダクタ１３４、または第２電源１３７および第２整流ダイオード１３６から、点火コンデンサ１３２の正極側、点火コンデンサ１３２の負極側、第２スイッチング素子１３８のコレクタ〜エミッタを経由してＧＮＤに至る充電経路で充電される。
【００２７】
また、点火コンデンサ１３２は、インダクタ１３４を介して第１電源１３５に接続されているので、第１電源１３５から点火コンデンサ１３２に流れる充電電流は、点火コンデンサ１３２の静電容量Ｃとインダクタ１３４のインダクタンスＬとによって決まる、いわゆるＬＣ共振の周期で増幅される。
【００２８】
すなわち、点火コンデンサ１３２の静電容量Ｃとインダクタ１３４のインダクタンスＬとを適切な値に設定することで、非常に高速に、かつ第１電源１３５の電圧１００Ｖよりも高い電圧、例えば２００Ｖ程度まで点火コンデンサ１３２を充電することができる。
【００２９】
また、点火コンデンサ１３２は、第１電源１３５からＬＣ共振を利用して充電される電圧よりも高い電圧、この発明の実施の形態１では、１０００Ｖの第２電源１３７に接続されている。そのため、充電に時間を要するものの、第１電源１３５、第１整流ダイオード１３３およびインダクタ１３４を経由して充電される電圧よりも高い電圧で、点火コンデンサ１３２を充電することができる。
【００３０】
続いて、この点火装置１００における放電プラズマの形成方法について説明する。
点火プラグ１１０の主プラグギャップ間に大きな放電プラズマを形成するためには、主プラグギャップ間に「大きな電流」を、「短時間に繰り返し」供給する必要がある。例えば、主プラグギャップ間に大きな電流を供給すればするほど、たくさんのプラズマが形成される。
【００３１】
しかしながら、このプラズマは、放電経路の周囲に集中するので、放電電流を大きくするだけでは、所望する大きさの放電プラズマとはならない。そこで、形成されるプラズマを空間的に広い範囲に分布させるためには、放電を複数回発生させること、いわゆる多重点火が必要になる。
【００３２】
具体的には、点火プラグ１１０の主プラグギャップ間に発生する放電により、主プラグギャップ間にプラズマが形成される。このとき、放電が途切れると、プラズマの一部分は自身の熱により拡散し、他の一部分は内燃機関の燃焼室内の可燃混合気とともに流動し、さらに他の一部分は消滅する等、様々な態様をとる。
【００３３】
ここで、上記の放電が途切れた場合に、主プラグギャップ間に再度放電を発生させるために、主プラグギャップ間に所定の高電圧を印加すると、主プラグギャップ間の、よりインピーダンスの低い経路で放電が再開される。
【００３４】
なお、このインピーダンスの低い経路は、プラズマ濃度の高い経路である場合や、主プラグギャップ間の最短距離である場合等様々であり、多重点火を行うことにより、前の放電経路とは異なる経路で再放電が発生する確率が高くなる。
【００３５】
すなわち、単に点火を繰り返す、いわゆる多重点火とするだけでは、一度の放電で十分なプラズマを形成することができないので、全体として大きな放電プラズマを形成することができず、また、放電電流を大きくするだけでは、プラズマの供給範囲が狭く、大きな放電プラズマを形成することができない。
【００３６】
これに対して、この発明の実施の形態１では、十分なプラズマを形成し得る放電電流を供給することができ、多重点火により繰り返し空間的に異なる位置から、広い範囲でプラズマが形成されるようになるので、大きな放電プラズマを形成することができる。
【００３７】
そこで、信号生成部１３９は、点火プラグ１１０の主プラグギャップ間に形成されたプラズマがすべて消滅するよりも短い間隔で、かつ形成されたプラズマが適当に拡散するような間隔で再放電を開始することができるように、第１スイッチング素子１３１および第２スイッチング素子１３８を制御する。
【００３８】
以下、図２のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火装置１００の動作について説明する。
【００３９】
図２において、（ａ）は第２スイッチング素子１３８のベースに出力される第２制御信号ＳＬ、（ｂ）は第１スイッチング素子１３１のベースに出力される第１制御信号ＳＨ、（ｃ）は点火コンデンサ１３２の両端間電位差、（ｄ）は点火コイル１２０の１次コイル１２１に流れる１次電流Ｉ１、（ｅ１）は点火プラグ１１０の高圧電極１１１に印加される電圧、（ｆ１）は主プラグギャップ間に流れる放電電流Ｉ２の波形をそれぞれ示している。
【００４０】
図２の時刻Ｔ０に相当するタイミングで信号生成部１３９からの第２制御信号ＳＬがＨレベルになると、第２スイッチング素子１３８はオン状態になる。このとき、信号生成部１３９からの第１制御信号ＳＨはＬレベルであり、第１スイッチング素子１３１はオフ状態にある。
【００４１】
第２スイッチング素子１３８がオン状態になると、点火コンデンサ１３２は、図２（ｃ）に示されるように、上述した充電経路で、第１電源１３５からＬＣ共振により、非常に短時間で、第１電源１３５の電圧のおよそ倍の２００Ｖ程度まで急速充電される。
【００４２】
さらに、点火コンデンサ１３２は、第２電源１３７から、第２電源１３７の電圧である１０００Ｖ程度までゆっくりと充電される。なお、第２電源１３７による充電は遅いので、充電時間（時刻Ｔ０〜Ｔ１間の時間）は、十分な時間が設定される。
【００４３】
また、時刻Ｔ０以降の点火動作において、第１制御信号ＳＨおよび第２制御信号ＳＬは、一方がＨレベルの場合は他方がＬレベルになるように、信号生成部１３９から出力される。その結果、第１スイッチング素子１３１および第２スイッチング素子１３８は、一方がオン状態の場合は他方がオフ状態になるように、スイッチング制御される。
【００４４】
図２の時刻Ｔ１に相当するタイミングで信号生成部１３９からの第１制御信号ＳＨがＨレベルになると、第１スイッチング素子１３１はオン状態になる。このとき、信号生成部１３９からの第２制御信号ＳＬはＬレベルになり、第２スイッチング素子１３８はオフ状態になる。
【００４５】
第１スイッチング素子１３１がオン状態になると、およそ１０００Ｖで充電されていた点火コンデンサ１３２の容量電流は、１次電流Ｉ１として、上述した経路で点火コイル１２０に流れる。
【００４６】
このとき、第１電源１３５による通常の電圧である２００Ｖよりも高い１０００Ｖの充電電圧に応じて、急激に１次電流Ｉ１が流されるので、点火コイル１２０の２次側には、通常よりも大きな２次電圧が発生する。
【００４７】
例えば、点火コンデンサ１３２を２００Ｖで充電して１次電流Ｉ１を流した場合に、点火コイル１２０の２次側に発生する２次電圧が１０ｋＶ程度であったなら、点火コンデンサ１３２を１０００Ｖで充電して１次電流Ｉ１を流した場合には、点火コイル１２０の２次側に、５０ｋＶ程度の２次電圧を発生させることができる。
【００４８】
また、時刻Ｔ１では、点火プラグ１１０の高圧電極１１１に負側の高電圧が発生するようにしておく。すなわち、時刻Ｔ１において、主プラグギャップ間で確実に絶縁破壊を引き起こしたいので、より絶縁破壊を引き起こしやすい負側の高電圧が、高圧電極１１１に印加されるように留意する。これにより、時刻Ｔ１において、主プラグギャップ間で確実に絶縁破壊を引き起こすことができる。
【００４９】
なお、点火コイル１２０の２次コイル１２２に流れる２次電流（放電電流Ｉ２）を大きくしようとすると、２次コイル１２２に発生する２次電圧が低くなり、点火プラグ１１０の主プラグギャップ間に絶縁破壊を引き起こすことができず、失火状態になる可能性がある。
【００５０】
しかしながら、この発明の実施の形態１に示すように、多重点火の初期に、通常よりも高い電圧に応じて１次電流Ｉ１を供給することにより、確実に絶縁破壊を引き起こすことができるようになる。
【００５１】
そのため、点火コイル１２０を、従来のように電圧重視型の仕様ではなく、電流重視型の仕様、例えば１次コイル１２１と２次コイル１２２との巻線比を８０以下とした場合であっても、主プラグギャップ間に絶縁破壊を確実に引き起こすことができ、かつ大きな放電電流Ｉ２を流すことができる。
【００５２】
次に、図２の時刻Ｔ２に相当するタイミングで第１制御信号ＳＨがＬレベルになると、第１スイッチング素子１３１はオフ状態になる。このとき、点火コンデンサ１３２からの１次電流Ｉ１は遮断され、同時に第２制御信号ＳＬがＨレベルになり、第２スイッチング素子１３８はオン状態になる。
【００５３】
第２スイッチング素子１３８がオン状態になると、点火コンデンサ１３２は、上述した充電経路で、第１電源１３５からＬＣ共振により、非常に短時間で、第１電源１３５の電圧のおよそ倍の２００Ｖ程度まで急速充電される。
【００５４】
図２の時刻Ｔ２〜Ｔ３間の時間は、第２電源１３７により点火コンデンサ１３２を充電するには短いので、この間で点火コンデンサ１３２の充電電圧はほとんど上がらない。すなわち、時刻Ｔ３の時点での充電電圧は、およそ２００Ｖのままである。
【００５５】
また、時刻Ｔ１の時点で、すでに点火プラグ１１０の高圧電極１１１と外側電極１１２との間の主プラグギャップ間に絶縁破壊を引き起こし、放電経路を形成している。そのため、これ以降は、放電がしばらく途切れる状態にならない限りは、大きな２次電圧の発生を必要とせずに、例えば５００Ｖ程度の電圧で、主プラグギャップ間の放電経路に放電電流Ｉ２を流し込むことができる。
【００５６】
続いて、図２の時刻Ｔ２に相当するタイミング以降は、時刻Ｔ３、Ｔ４と、短時間に第１制御信号ＳＨおよび第２制御信号ＳＬが、それぞれ交互にＨレベルおよびＬレベルに切り替わる。これにより、第１スイッチング素子１３１および第２スイッチング素子１３８の導通状態が上述したように交互に切り替わり、点火コイル１２０の１次電流Ｉ１が短時間に繰り返し流れる。
【００５７】
図１に示したこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火装置１００では、第１スイッチング素子１３１がオン状態とオフ状態とを繰り返すことにより、点火コイル１２０の２次側に流れる２次電流（放電電流Ｉ２）は、図２の（ｆ１）に示すように、交流電流として流れることになる。
【００５８】
以上のように、実施の形態１によれば、制御部は、１回の点火工程内で複数回点火コイルを駆動するとともに、点火コイルを駆動する１次電圧を１回の点火工程内で変化させる。そのため、簡素な構成で容易に大きな放電プラズマを形成することができる。
【００５９】
また、上述したように、多重点火の初期に、通常よりも高い電圧に応じて１次電流を流すことにより、高い２次電圧を発生させ、主プラグギャップ間に放電経路を形成するとともに、これ以降は、多重点火の初期よりも低い電圧で１次電流を流し、主プラグギャップ間の放電経路に大きな放電電流を連続的に投入することができる。
【００６０】
したがって、効率良く大きな放電プラズマを形成し、多量のプラズマを内燃機関の燃焼室内の広範囲に供給して、燃焼反応を促進することができるので、希薄燃焼または希釈燃焼の限界領域等を拡大することができる。
【００６１】
すなわち、大きな交流放電電流を早い周期で点火プラグの電極間に供給することができるので、簡素な構成で大きな放電プラズマを形成し、希薄燃焼を安定して行うことができる。その結果、内燃機関の運転に利用する燃料を飛躍的に削減することが可能となり、ＣＯ２の排出量を大きく削減し、環境保全に貢献することができる。
【００６２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、多重点火動作の初期に点火コンデンサ１３２の充電電圧を高くすることによって、点火コイル１２０の１次側に１次電流Ｉ１を急激に流し、電流が流れ込む際に、いわゆる「励磁」により発生する２次電圧を点火プラグ１１０の高圧電極１１１に負側の高電圧として供給することにより、主プラグギャップ間で絶縁破壊を引き起こし、放電経路を形成した。
【００６３】
ここで、「励磁」とは逆の意味で、「磁束の解放」がある。また、この「磁束の解放」時の方が、より高い２次電圧を発生しやすいことが知られている。すなわち、コイルの起電力は、磁束の時間的な変化量に比例する。また、点火コイル１２０のコイルの巻数は、変動要素ではないので、これは電流の時間的な変化量に比例すると言い換えることができる。また、コイルにはインダクタンスがあるので、瞬間的に必要な電流を流すことは難しいが、流れている電流を止めることは容易である。
【００６４】
これらの点から、「磁束の解放」を利用することで、より効率良く高電圧を発生することができるようになるので、巻数比の小さな点火コイル１２０を利用することが可能となり、主プラグギャップ間の放電経路により大きな放電電流Ｉ２を流し込むことができる。
【００６５】
以下、図３のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の点火装置１００の動作について説明する。なお、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の点火装置１００の構成は、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
【００６６】
図３において、（ａ）は第２スイッチング素子１３８のベースに出力される第２制御信号ＳＬ、（ｂ）は第１スイッチング素子１３１のベースに出力される第１制御信号ＳＨ、（ｃ）は点火コンデンサ１３２の両端間電位差、（ｄ）は点火コイル１２０の１次コイル１２１に流れる１次電流Ｉ１、（ｅ２）は点火プラグ１１０の高圧電極１１１に印加される電圧、（ｆ２）は主プラグギャップ間に流れる放電電流Ｉ２の波形をそれぞれ示している。
【００６７】
図３の時刻Ｔ０に相当するタイミングで信号生成部１３９からの第２制御信号ＳＬがＨレベルになると、第２スイッチング素子１３８はオン状態になる。このとき、信号生成部１３９からの第１制御信号ＳＨはＬレベルであり、第１スイッチング素子１３１はオフ状態にある。
【００６８】
第２スイッチング素子１３８がオン状態になると、点火コンデンサ１３２は、図３（ｃ）に示されるように、上述した充電経路で、第１電源１３５からＬＣ共振により、非常に短時間で、第１電源１３５の電圧のおよそ倍の２００Ｖ程度まで急速充電される。
【００６９】
さらに、点火コンデンサ１３２は、第２電源１３７から、第２電源１３７の電圧である１０００Ｖ程度までゆっくりと充電される。なお、第２電源１３７による充電は遅いので、充電時間（時刻Ｔ０〜Ｔ１間の時間）は、十分な時間が設定される。
【００７０】
また、時刻Ｔ０以降の点火動作において、第１制御信号ＳＨおよび第２制御信号ＳＬは、一方がＨレベルの場合は他方がＬレベルになるように、信号生成部１３９から出力される。その結果、第１スイッチング素子１３１および第２スイッチング素子１３８は、一方がオン状態の場合は他方がオフ状態になるように、スイッチング制御される。
【００７１】
図３の時刻Ｔ１に相当するタイミングで信号生成部１３９からの第１制御信号ＳＨがＨレベルになると、第１スイッチング素子１３１はオン状態になる。このとき、信号生成部１３９からの第２制御信号ＳＬはＬレベルになり、第２スイッチング素子１３８はオフ状態になる。
【００７２】
第１スイッチング素子１３１がオン状態になると、およそ１０００Ｖで充電されていた点火コンデンサ１３２の容量電流は、１次電流Ｉ１として、上述した経路で点火コイル１２０に流れ込み、点火コイル１２０の２次側には、２次電圧が発生する。
【００７３】
この「励磁」により発生する２次電圧は、点火プラグ１１０の高圧電極１１１に正の高電圧として印加されるように回路を構成する。ここで、時刻Ｔ１において、主プラグギャップ間に絶縁破壊が発生しないのであれば、点火コイル１２０の鉄心１２３には、より多くの磁束が蓄積されることになる。
【００７４】
次に、図３の時刻Ｔ２に相当するタイミングで第１制御信号ＳＨがＬレベルになると、第１スイッチング素子１３１はオフ状態になる。このとき、点火コンデンサ１３２からの１次電流Ｉ１は遮断され、同時に第２制御信号ＳＬがＨレベルになり、第２スイッチング素子１３８はオン状態になる。
【００７５】
第２スイッチング素子１３８がオン状態になると、点火コンデンサ１３２は、上述した充電経路で、第１電源１３５からＬＣ共振により、非常に短時間で、第１電源１３５の電圧のおよそ倍の２００Ｖ程度まで急速充電される。
【００７６】
ここで、時刻Ｔ２は、点火コイル１２０の１次コイル１２１側に流れる１次電流Ｉ１が、ピーク付近となるタイミングに設定される。このようにすることで、最大限の磁束の変化量を得ることができ、点火コイル１２０の２次側により大きな２次電圧を発生させることができる。
【００７７】
なお、時刻Ｔ１において絶縁破壊できなかったとしても、僅かに遅れることにはなるが、時刻Ｔ２において、より大きな負側の高電圧を点火プラグ１１０の高圧電極１１１に印加することができるので、確実に主プラグギャップ間に絶縁破壊を引き起こし、放電経路を形成することができる。したがって、巻数比が小さく、より大きな２次電流を供給することができる点火コイル１２０を選択することができる。
【００７８】
時刻Ｔ２の時点では、確実に主プラグギャップ間に放電経路が形成されているので、これ以降は、放電がしばらく途切れる状態にならない限りは、大きな２次電圧の発生を必要とせずに、例えば５００Ｖ程度の電圧で、点火プラグ１１０の高圧電極１１１と外側電極１１２との間の主プラグギャップ間の放電経路に放電電流Ｉ２を流し込むことができる。
【００７９】
なお、図３の時刻Ｔ２に相当するタイミング以降は、上述した実施の形態１と、電圧および電流の極性は反対になるものの、動作としては同様のものとなるので、詳細な説明は省略する。
【００８０】
以上のように、実施の形態２によれば、上述したように、より効率良く、主プラグギャップ間で絶縁破壊を引き起こし、放電経路を形成することができるので、巻数比の小さな点火コイルを利用することが可能となり、主プラグギャップ間の放電経路により大きな放電電流を連続的に投入することができる。
【００８１】
したがって、効率良く大きな放電プラズマを形成し、多量のプラズマを内燃機関の燃焼室内の広範囲に供給して、燃焼反応を促進することができるので、希薄燃焼または希釈燃焼の限界領域等を拡大することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１１０  点火プラグ、１１１  高圧電極（第１電極）、１１２  外側電極（第２電極）、１２０  点火コイル、１２１  １次コイル、１２２  ２次コイル、１２３  鉄心、１３０  制御部、１３１  第１スイッチング素子、１３２  点火コンデンサ、１３３  第１整流ダイオード、１３４  インダクタ、１３５  第１電源、１３６  第２整流ダイオード、１３７  第２電源、１３８  第２スイッチング素子、１３９  信号生成部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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