(57)【要約】  内燃機関の点火装置であって、リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に対して、絶縁破壊時にエネルギーが充電されることによるリップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、直流昇圧回路に対する出力電圧指令値を制御するようにした。
2017115511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され、
前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサの前記印加電圧目標値に対して、前記絶縁破壊が生じたときに前記エネルギーが充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ前記直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関点火装置。
【請求項２】
内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成され、
前記直流降圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流降圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関点火装置。
【請求項３】
前記直流昇圧回路と前記直流降圧回路は、双方向出力を有する単一の直流電圧変換回路により構成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関点火装置。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に対して、前記絶縁破壊が生じたときに前記エネルギーが充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ前記直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関点火装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサへの容量放電電流の流入後から、前記直流昇圧回路によるリップル抑制コンデンサの充電開始までの何れかのタイミングに於いて、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から４のうち何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項６】
前記スイッチング回路と前記共振回路との間に、前記スイッチング回路から出力された交流電圧を昇圧する機能を有する交流昇圧回路を備えた、
ことを特徴とする請求項１から５のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項７】
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値は、前記点火プラグの電極間の放電維持電圧以上に設定されている、
ことを特徴とする請求項１から６のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項８】
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に前記交流昇圧回路の昇圧比を乗じた値は、前記点火プラグの電極間の放電維持電圧以上に設定されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関点火装置。
【請求項９】
前記制御回路は、前記高周波交流電源の出力電圧では前記点火プラグの前記電極間に前記高周波プラズマを維持できないことを検出したとき、前記リップル抑制コンデンサに対する前記印加電圧目標値を増加させるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から８のうちの何れかに一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記絶縁破壊の発生の前後に於ける前記リップル抑制コンデンサの印加電圧を比較し、前記共振回路に含まれるコンデンサから放電される容量放電電流が充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を測定するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１、又は請求項４から９のうちのいずれか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記共振回路に含まれるコンデンサの静電容量の値と前記点火プラグの電極間に印加される前記絶縁破壊電圧とに基づいて前記容量放電電流のエネルギーを算出し、前記算出した容量放電電流のエネルギーと前記リップル抑制コンデンサの静電容量に基づいて前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を算出するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１、又は請求項４から９のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記点火プラグの電極間の距離と前記内燃機関のシリンダ内圧力とに基づいて、前記点火プラグの前記絶縁破壊電圧を算出するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１３】
前記制御回路は、前記直流昇圧回路の出力電圧指令値よりも前記リップル抑制コンデンサの印加電圧が高いとき、前記直流昇圧回路を構成する半導体スイッチのオン／オフ動作を停止させるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から１２のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記電極間に前記絶縁破壊が生じたときに前記共振回路に含まれるコンデンサから放電される容量放電電流が前記スイッチング回路に流入する際に、前記流入する容量放電電流を同期整流するように前記スイッチング回路の半導体スイッチをオン／オフ動作させるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から１３のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１５】
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧が前記直流昇圧回路の出力電圧指令値よりも大きいとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする請求項２から４のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１６】
前記スイッチング回路が前記内燃機関の点火周期毎に交流電圧を出力しないとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする請求項２から４のうちの何れか一項、又は請求項１５に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１７】
前記内燃機関が動作を停止するとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする請求項２から４のうちの何れか一項、又は請求項１６に記載の内燃機関点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両等に搭載される内燃機関点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、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、希薄燃料を燃焼させる希薄燃焼方式や、燃料燃焼後の排気を燃焼室内に再循環させる排気再循環（EGR  :Exhaust  Gas  circulation）方式、或いは燃焼室を高圧縮比とする方式などが進められているが、いずれの方式も着実に燃料を点火させることが難しいという課題があり、内燃機関の着火性を高めることが要求されている。【０００３】
従来、内燃機関点火装置に於ける着火性を高める一つの手法として、例えば特許文献１に開示された高周波プラズマ点火装置がある。一般的な内燃機関点火装置は、点火コイルとイグナイタで構成された絶縁破壊用の高電圧電源によって高電圧を発生させ、点火プラグの電極間に火花放電を発生させるものであるのに対して、この高周波プラズマ点火装置は、絶縁破壊用の高電圧電源以外に、高周波交流電源を備え、絶縁破壊用の高電圧電源による放電開始直後に点火プラグの電極間に高周波電圧を供給して、高温・高圧の高周波プラズマを継続して発生させることにより、燃料ガスへの着火性を高めるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−８６７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された高周波プラズマ点火装置は、高電圧電源から出力される高電圧の伝送路と、高周波交流電源から出力される高周波交流電圧の伝送路が、一つの伝送路にまとめて点火プラグに接続されている。高周波交流電源は、点火タイミングにおいて絶縁破壊用電源が出力する高電圧から、共振回路を構成する共振コンデンサによって分離されている。【０００６】
このように構成された従来の内燃機関点火装置に於いて、燃焼室内の絶縁破壊は点火プラグの電極間の電圧が放電開始電圧に達することによって生じており、共振回路内の共振コンデンサにも点火プラグの電極間電圧と同等の電圧が印加される。この共振コンデンサに充電された電荷は、絶縁破壊が発生すると同時に、容量放電電流として高周波交流電源に流入する。これにより、高周波交流電源内部の電位が上昇するため、電力損失の増大や回路素子の過電圧破壊を引き起こす可能性がある。【０００７】
この発明は、従来の内燃機関点火装置に於ける前述のような課題を解決するために為されたものであり、点火プラグの電極間の絶縁破壊時に、共振回路の共振コンデンサから放電された容量放電電流による点火装置の高周波交流電源内部の電位上昇によって生じる電力損失を低減しつつ、回路素子の過電圧破壊を防止する機能を備えた内燃機関点火装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による内燃機関点火装置は、
内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され、
前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサの前記印加電圧目標値に対して、前記絶縁破壊時に前記エネルギーが充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ前記直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする。【０００９】
又、この発明による内燃機関点火装置は、
内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成され、
前記直流降圧回路は、
前記絶縁破壊用電源のみにより前記内燃機関の点火を行なうとき、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流昇圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成されている、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明による内燃機関点火装置によれば、前記高周波交流電源は、直流電源と、半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路とを備え、前記リップル抑制コンデンサは、前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、前記直流昇圧回路は、前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され、前記制御回路は、前記リップル抑制コンデンサの前記印加電圧目標値に対して、前記絶縁破壊時に前記エネルギーが充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ前記直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されているので、内燃機関及び点火装置の動作状態に応じて、直流昇圧回路及び直流降圧回路を構成する半導体スイッチの動作を制御することにより、高周波交流電源内部の電位上昇によって生じる電力損失を低減しつつ、回路素子の過電圧破壊を防ぐことができる。【００１１】
又、この発明による内燃機関点火装置によれば、前記高周波交流電源は、直流電源と、半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路とを備え、前記リップル抑制コンデンサは、前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、前記直流昇圧回路は、前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され、前記直流降圧回路は、前記絶縁破壊用電源のみにより前記内燃機関の点火を行なうとき、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流昇圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されるように構成されているので、リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、直流電源に回生することで、回路素子の過電圧破壊を防ぎつつ、点火装置の消費電力低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関点火装置の回路構成を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による内燃機関点火装置の動作シーケンスを説明するタイミング図である。
【図３】この発明の実施の形態２による内燃機関点火装置の回路構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２の変形例による内燃機関点火装置の回路構成を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態２による内燃機関点火装置の動作シーケンスを説明するタイミング図である。
【図６】この発明の実施の形態３による内燃機関点火装置のスイッチング回路の構成の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関点火装置の回路構成を示す回路図である。図1に於いて、この発明の実施の形態1による内燃機関点火装置は、点火プラグ１と、高周波交流電源２と、絶縁破壊用電源３とを備えている。
【００１４】
高周波交流電源２は、車両に搭載されたバッテリ等からなる直流電源４と、直流電源４の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路５と、リップル電圧を抑制するリップル抑制コンデンサ６と、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路７と、直流昇圧回路５とスイッチング回路７に含まれる後述する半導体スイッチの動作を制御する制御回路８と、スイッチング回路７から出力された交流電圧を昇圧する交流昇圧回路９と、スイッチング回路７から出力された電圧波形を正弦波に整形する共振回路１０とを備えている。
【００１５】
直流昇圧回路５は、一例として昇圧チョッパ回路により構成され、一端が直流電源４の正極側に接続されたコイル５１と、一端がコイルの他端に接続されたダイオード５２と、コイル５１とダイオード５２との直列接続点と直流電源４の負極側との間に接続された半導体スイッチ５３とを備えている。この半導体スイッチ５３は、逆並列接続された内蔵ダイオード若しくは逆並列接続された外付けダイオードを備えている。尚、直流昇圧回路５は、直流電源４の直流電圧を昇圧できれば良く、図１に示す昇圧チョッパ回路以外の他の構成であっても良い。
【００１６】
スイッチング回路７は、フルブリッジインバータ回路により構成され、逆並列接続された内蔵ダイオード若しくは逆並列接続された外付けダイオードを備えた４個の半導体スイッチ７１、７２、７３、７４を備えている。尚、スイッチング回路７は、直流電圧を交流電圧に変換する機能を有すればよく、図に示すフルブリッジインバータ回路以外の他の構成であっても良い。
【００１７】
交流昇圧回路９は、スイッチング回路７の交流側端子間に接続された一次コイル９１とこの１次コイル９１に磁気的に結合された２次コイル９２とにより構成されている。共振回路１０は、共振コンデンサ１１と共振インダクタ１０１とを直列接続したＬＣ直列共振回路により構成されている。共振インダクタ１０１の他端は、交流昇圧回路９の２次コイル９２の一端に接続されている。
【００１８】
点火プラグ１は、間隙を介して対向する一対の電極を備え、これ等の電極間に、共振回路１０を介して交流昇圧回路９の２次コイル９２が接続されている。絶縁破壊用電源３は、後述する点火タイミング信号に応じて点火プラグ１の電極間に数１０［ｋＶ］の電圧を印加して、点火プラグの電極間の間隙に絶縁破壊を生じさせて火花放電を発生させる。
【００１９】
車両に搭載された内燃機関の点火装置の場合、直流電源４には、通常、バッテリが用いられ、バッテリの１２［Ｖ］程度の電圧を、点火プラグ１の電極間に火花放電を発生させることが可能な高電圧まで昇圧して点火プラグ１に印加する必要が生じるため、図１に示す実施の形態１ではスイッチング回路７の後段に交流電圧を昇圧する交流昇圧回路９を挿入している。
【００２０】
点火プラグ１に高周波プラズマを発生させるとき、高周波交流電源２の出力端子間に出力される出力電圧の値は、リップル抑制コンデンサ６によりスイッチング回路７の入力端子間に印加されるスイッチング回路７の入力電圧の値に交流昇圧回路９の昇圧比を乗じた値に等しくなり、点火プラグ１の放電維持電圧以上となる。尚、リップル抑制コンデンサ６によりスイッチング回路７の入力端子間に印加される入力電圧の値が前述の放電維持電圧以上であれば、高周波交流電源２に交流昇圧回路９を設けなくてもよい。
【００２１】
共振回路１０には、前述のように、共振コンデンサ１１と共振インダクタ１０１を直列接続したＬＣ直列共振回路を用いているが、少なくとも１つ以上のインダクタと、少なくとも１つ以上のコンデンサを組み合わせた構成の共振回路を用いても、同様の点火動作を行うことができる。
【００２２】
以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による内燃機関制御装置に於いて、先ず、その基本的な動作について説明する。図１に於いて、内燃機関点火装置は、図示していないエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと称する）から出力される点火周期毎の点火タイミング信号に応じて、高周波交流電源２の出力電圧と絶縁破壊用電源３の出力電圧とを点火プラグ１の電極間に印加することにより、点火プラグ１の電極間に火花放電を発生させて、内燃機関の燃焼室内の空気と燃料との混合気に点火を行う。
【００２３】
具体的には、直流昇圧回路５は、ＥＣＵによる点火タイミング信号の発生に先んじて、直流電源４の出力電圧をリップル抑制コンデンサ６の印加電圧目標値Ｖ１まで昇圧させ、予めリップル抑制コンデンサ６を前述の印加電圧目標値Ｖ１まで充電しておく。即ち、制御回路８は、ＥＣＵから点火タイミング信号の発生に先んじて発生された直流昇圧回路５に対する出力電圧指令値Ｖ２に基づいて、直流昇圧回路５の半導体スイッチ５３をオン／オフ制御し、直流電源４の出力電圧を昇圧させる。
【００２４】
ここで、前述の直流昇圧回路５に対する出力電圧指令値Ｖ２は、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧目標値Ｖ１と一致しており、リップル抑制コンデンサ６は前述の点火タイミング信号の発生に先んじて印加電圧目標値Ｖ１に充電される。この対する印加電圧目標値Ｖ１は、高周波交流電源２の出力電圧が点火プラグ１の放電維持電圧以上になるように設定された任意の値である。
【００２５】
次に、絶縁破壊用電源３は、ＥＣＵから発生される点火タイミング信号に応じて点火プラグ１に数１０［ｋＶ］の電圧を印加して、点火プラグ１の電極間を絶縁破壊し、火花放電を生じさせる。点火プラグ１の電極間が絶縁破壊された後に、高周波交流電源２は、リップル抑制コンデンサ６の印加された直流電圧を、スイッチング回路７により高周波交流電圧として出力する。スイッチング回路７から出力された高周波交流電圧は、必要に応じて交流昇圧回路９により昇圧される。
【００２６】
高周波交流電源２は、交流昇圧回路９により昇圧された交流電圧を共振回路１０により正弦波に整形し、数１００［Ｖ］から数［ｋＶ］程度までの電圧値を有する数［ＭＨｚ］の高周波交流電圧として点火プラグ１に印加して、内燃機関のシリンダ内の燃料と空気の混合気に対して高周波プラズマ点火を行う。
【００２７】
内燃機関点火装置は、前述の動作を内燃機関の点火タイミング毎に繰り返す。ただし、内燃機関点火装置は、内燃機関の運転状態に応じて、絶縁破壊用電源３による火花点火のみで点火を行なうように動作してもよい。
【００２８】
次に、この発明の実施の形態１による内燃機関点火装置の動作について詳細に説明する。図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関点火装置の動作シーケンスを説明するタイミング図であって、Ａは「点火タイミング信号」、Ｂは「容量放電電流」、Ｃは「高周波交流電源の出力電流」、Ｄは「直流昇圧回路に対する出力電圧指令値」、Ｅは「リップル抑制コンデンサの印加電圧」を示している。
【００２９】
図１及び図２に於いて、内燃機関点火装置は、時刻ｔ０に於いて、ＥＣＵからの点火タイミング信号Ａを受けて絶縁破壊用電源３を動作させ、点火プラグ１の電極間に数１０［ｋＶ］の高電圧を印加し、点火プラグ１の電極間に絶縁破壊を生じさせる。このとき、共振回路１０を構成する共振コンデンサ１１には、点火プラグ１の電極間電圧と等しい電圧が印加されている。共振コンデンサ１１に蓄えられたエネルギーは、点火プラグ１の電極間の絶縁破壊と同時に、共振コンデンサ１１と共振インダクタ１０１のつくる共振周波数で振動する図２のＢに示す容量放電電流として放出される。
【００３０】
容量放電電流は、高周波交流電源２の交流昇圧回路９を介してスイッチング回路７の交流側端子である出力端子に流入し、電流が流入した部位の電位を上昇させる。ここで、スイッチング回路７が図１に示すフルブリッジインバータで構成されている場合のように、半導体スイッチ７１、７２、７３、７４の逆並列接続された内蔵ダイオード若しくは逆並列接続された外付けダイオードが、容量放電電流の流入部位からリップル抑制コンデンサ６に対して順方向に接続されている場合、容量放電電流がその内蔵ダイオード若しくは外付けダイオードを介してリップル抑制コンデンサ６に流入する。
【００３１】
これにより、容量放電電流のエネルギーが、スイッチング回路７を介してリップル抑制コンデンサ６に充電される。仮に、時刻ｔ０に於けるリップル抑制コンデンサ６の印加電圧が、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧目標値Ｖ１と一致していれば、容量放電電流の流入により、時刻ｔ１に於いてリップル抑制コンデンサ６の印加電圧は印加電圧増加量△Ｖ１ａだけ上昇する。
【００３２】
次に、時刻ｔ２に於いて、高周波交流電源２の出力電流Ｃが高周波交流電源２から点火プラグ１に対して出力され、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、点火プラグ１の電極間に高周波プラズマが生成される。これにより、リップル抑制コンデンサ６に蓄えられたエネルギーが消費されるため、高周波交流電源２が出力電流Ｃとしての高周波電流の出力を停止した時刻ｔ３に於けるリップル抑制コンデンサ６の印加電圧は、印加電圧低下量△Ｖ１ｂだけ低下する。このとき、高周波交流電源２では、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧が印加電圧目標値Ｖ１よりも高くなっているため、印加電圧目標値Ｖ１で動作したときよりも大きな電力損失が生じる。
【００３３】
次の点火タイミングｔ６よりも前の任意の時刻ｔ４に於いて、直流昇圧回路５は、直流電源４の出力電圧を出力電圧指令値であるＶ２までの昇圧を開始して、リップル抑制コンデンサ６に充電する（時刻ｔ４）。内燃機関点火装置では、次に高周波交流電流を出力するまでの間に、容量放電電流による印加電圧増加量△Ｖ１ａを検出して、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧が印加電圧目標値Ｖ１と一致するように、直流昇圧回路５の出力電圧指令値を制御する。具体的には、容量放電電流の流入前（時刻ｔ０）と高周波交流電流出力前（時刻ｔ２）のリップル抑制コンデンサ６の印加電圧を測定して、容量放電電流によるリップル抑制コンデンサ６の印加電圧増加量△Ｖ１ａを検出し、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧目標値Ｖ１から印加電圧増加量△Ｖ１ａを差し引いた値Ｖ２を、容量放電電流の流入後（時刻ｔ１）から直流昇圧回路によるリップル抑制コンデンサ充電開始（時刻ｔ４）までの何れかのタイミングに於いて、直流昇圧回路５の出力電圧指令値として設定する。従って、印加電圧目標値Ｖ１から印加電圧増加量△Ｖ１ａを差し引いた値Ｖ２は、出力電圧指令値に等しい。
【００３４】
次の点火タイミングである時刻ｔ６に於いて、再びリップル抑制コンデンサ６への容量放電電流の流入が生じる。容量放電電流の持つエネルギーが点火周期によらず一定であれば、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧は、Ｖ２として設定された直流昇圧回路５に対する出力電圧指令値に容量放電電流による印加電圧増加量△Ｖ１ａが加算された値に等しく、時刻ｔ７に於いてリップル抑制コンデンサ６の印加電圧目標値Ｖ１と一致する。
【００３５】
又、点火タイミング毎に容量放電電流が異なる場合に於いても、容量放電電流のエネルギーが急峻に変化することはないため、直流昇圧回路５の出力電圧指令値の制御を実施することにより、その制御を実施しない条件に比べて、リップル抑制コンデンサ６に対する実際の印加電圧と印加電圧目標値Ｖ１の差は小さくなる。
【００３６】
以上述べたように、直流昇圧回路５の出力電圧指令値の制御を実施することにより、容量放電電流の流入による高周波交流電源２の内部の電位上昇を抑制でき、電力損失増大を防ぐことができる。
【００３７】
又、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧が、印加電圧目標値Ｖ１よりも高いとき、直流昇圧回路５は半導体スイッチ５３の動作を止めて昇圧動作を停止してもよい。これにより、半導体スイッチ５３のスイッチング損失や半導体スイッチ５３を構成する各素子に生じる導通損失を低減できる。
【００３８】
更に、高周波交流電源２の出力電圧が点火プラグ１の放電維持電圧に達しておらず、高周波プラズマを点火プラグ１の電極間に生成できないことを高周波交流電源２の出力電流値又は内燃機関の圧力情報から検出したとき、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧目標値Ｖ１又は直流昇圧回路５の出力電圧指令値を増加させ、確実に点火できるようにしてもよい。
【００３９】
この場合、仮に直流昇圧回路５を図１に示すように昇圧チョッパ回路により構成したとすると、制御回路８は、容量放電電流による印加電圧増加量△Ｖ１ａに応じて半導体スイッチ５３のオンデューティを低減させ、直流昇圧回路５の出力電圧を出力電圧指令値にする。容量放電電流の減少により、容量放電電流がリップル抑制コンデンサ６に流入してもリップル抑制コンデンサ６の印加電圧が印加電圧目標値Ｖ１まで到達しなくなった場合、制御回路８は、容量放電電流による印加電圧増加量△Ｖ１ａに応じて、半導体スイッチ５３のオンデューティを増加させ、直流昇圧回路５の出力電圧を新たな出力電圧指令値にする。
【００４０】
容量放電電流の値や、高周波交流電源２の出力電流の値或いは出力期間（図２の時刻ｔ２から時刻ｔ３までに相当する時間）は、内燃機関や点火装置の動作状態によって変動するため、制御回路８は、点火周期毎の時刻ｔ１から時刻ｔ４までの間に於いて、直流昇圧回路５の出力電圧指令値を制御してもよいし、複数回の点火タイミングの印加電圧増加量△Ｖ１ａを平均化して直流昇圧回路５の出力電圧指令値の制御に用いてもよい。
【００４１】
又、制御回路８は、前述のようにリップル抑制コンデンサ６の印加電圧が、容量放電電流により変動したことを検出してから直流昇圧回路５の制御を行うのではなく、内燃機関や点火装置の動作条件に基づいて容量放電電流による印加電圧増加量の予測値△Ｖ１ａ１を算出し、その算出した印加電圧増加量の予測値△Ｖ１ａ１に基づいて直流昇圧回路５の半導体スイッチ５３を制御してもよい。以下にその場合の具体例を示す。
【００４２】
即ち、制御回路８は、絶縁破壊用電源３の出力電圧最大値、即ち絶縁破壊電圧Ｖｂを検出し、絶縁破壊電圧Ｖｂと共振コンデンサ１１の静電容量Ｃｓから、容量放電電流のエネルギーＷｃｄを、下記の式（１）に基づいて算出する。
【数１】
2017115511.tif 000003
【００４３】
制御回路８は、式（１）により算出した容量放電電流のエネルギーＷｃｄと、リップル抑制コンデンサ６の静電容量Ｃｒより、容量放電電流の流入によるリップル抑制コンデンサ６の印加電圧増加量の予測値△Ｖ１ａ１を、下記の式（２）に基づいて算出する。
【数２】
2017115511.tif 000004
【００４４】
制御回路８は、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧増加量の予測値△Ｖ１ａ１を用いて、前述の直流昇圧回路５の制御を行う。即ち、図２に於いて、内燃機関点火装置は、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧目標値Ｖ１から印加電圧増加量の予測値△Ｖ１ａ１を差し引いた値Ｖ２を、直流昇圧回路５の新たな出力電圧指令値に設定する。
【００４５】
制御回路８は、ＥＣＵから取得した内燃機関のシリンダ内圧力ｐに基づいて、点火プラグ１の絶縁破壊電圧Ｖｂを下記の式（３）により算出し、これを用いて容量放電電流のエネルギーＷｃｄを求めるようにしてもよい。下記の式（３）は、パッシェンの法則による絶縁破壊電圧Ｖｂの計算式である。
【数３】
2017115511.tif 000005
ここで、ｄは点火プラグ１の電極間距離、ＡとＢは電極間に存在する気体の持つ定数、γは電極を構成する金属の二次電子放出係数、ｌｎは自然対数である。
【００４６】
内燃機関内の気体と点火プラグ１が特定されている場合、絶縁破壊電圧Ｖｂはシリンダ内圧力ｐによって定まる。従って、制御回路８は、制御回路８内のメモリにシリンダ内圧力ｐと絶縁破壊電圧Ｖｂの関係を予め記録しておき、圧力センサが検出するシリンダ内圧力ｐに応じて絶縁破壊電圧Ｖｂの値を読み出して、前述の式（１）、（２）を用いて、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧増加量の予測値△Ｖ１ａ１を算出し、この算出した印加電圧増加量の予測値△Ｖ１ａ１を直流昇圧回路５の制御に用いることができる。
【００４７】
尚、制御回路８は、容量放電電流の最大値と絶縁破壊電圧Ｖｂの関係を予めメモリに記録しておき、容量放電電流の最大値に応じた絶縁破壊電圧Ｖｂを読み出し、容量放電電流のエネルギーＷｃｄを求め、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧増加量の予測値△Ｖ１ａ１を算出してもよい。
【００４８】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による内燃機関点火装置の回路構成を示す図である。この発明の実施の形態２による内燃機関点火装置は、前述の実施の形態１による内燃機関点火装置に於ける直流電源４とリップル抑制コンデンサ６の間に、リップル抑制コンデンサ６に充電されたエネルギーを直流電源４の電源電圧まで降圧して直流電源４に回生する機能を有する直流降圧回路１２を挿入した構成とし、その直流降圧回路１２に含まれる半導体スイッチ１２１の動作を制御回路８により制御するようにしたものである。
【００４９】
図３に於いて、直流降圧回路１２は、一例として降圧チョッパ回路が用いられており、一端が直流電源４の正極側に接続されたコイル１２３と、一端がコイル１２３の他端に接続されたダイオード１２２と、コイル１２３とダイオード１２２との直列接続点とリップル抑制コンデンサ６の正極側端子に接続された半導体スイッチ１２１を備えている。この半導体スイッチ１２１は、逆並列接続された内蔵ダイオード若しくは逆並列接続された外付けダイオードを備えている。尚、直流降圧回路１２は、直流電圧を降圧できれば良く、図３に示す降圧チョッパ回路以外の他の構成であっても良い。
【００５０】
実施の形態２による内燃機関点火装置に於けるその他の構成は、実施の形態１の場合と同様であり、実施の形態１による内燃機関点火装置の構成がすべて含まれているため、実施の形態１とほぼ同様の制御を実施することが可能である。
【００５１】
尚、図３では、直流昇圧回路５と直流降圧回路１２を別々に構成しているが、図４に示すように双方向出力を有する単一の双方向直流電圧変換回路１３によって構成するにより、部品点数の削減を図ることもできる。即ち、図４は、この発明の実施の形態２による内燃機関点火装置の変形例の回路構成を示す回路図である。
【００５２】
図４に於いて、双方向直流電圧変換回路１３は、一端が直流電源４の正極側に接続されたコイル１３４と、一端がコイル１３４の他端に接続された半導体スイッチ１３１と、コイル１３４と半導体スイッチ１３１との接続点に一端が接続され、他端が直流電源４の負極側に接続された半導体スイッチ１３２を備えている。半導体スイッチ１３１、１３２は、逆並列接続された内蔵ダイオード若しくは逆並列接続された外付けダイオードを備えている。半導体スイッチ１３１、１３２の動作は、制御回路８により制御される。
【００５３】
図３に示す実施の形態２による内燃機関点火装置、及び図４に示す実施の形態２の変形例による内燃機関点火装置の大まかな動作は、実施の形態１による内燃機関点火装置の動作と同様である。即ち、実施の形態２及ぶその変形例による内燃機関点火装置に於いても、実施の形態１による内燃機関点火装置の場合と同様に、容量放電電流の流入によりリップル抑制コンデンサ６の印加電圧が増加する。
【００５４】
実施の形態２及びその変形例による内燃機関点火装置では、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧が、直流昇圧回路５（実施の形態２の場合）又は双方向直流電圧変換回路（実施の形態２の変形例の場合）の出力電圧指令値よりも大きいとき、リップル抑制コンデンサ６に充電されたエネルギーを、直流電源４の出力電圧まで降圧して、直流電源４に回生する。これにより、リップル抑制コンデンサ６に充電された余分なエネルギーが直流電源４に回生されるため、印加電圧増大による電力損失を低減しつつ、回路素子の過電圧破壊を防ぐことができる。
【００５５】
次に、図３に示すこの発明の実施の形態２による内燃機関点火装置の動作を、動作シーケンスに基づいて説明する。尚、図４に示すこの発明の実施の形態２の変形例による内燃機関点火装置の動作もこれと同様である。図５は、この発明の実施の形態２による内燃機関点火装置の動作シーケンスを説明するタイミング図であって、Ａは「点火タイミング信号」、Ｂは「容量放電電流」、Ｃは「高周波交流電源の出力電流」、Ｄは「リップル抑制コンデンサの印加電圧」を示している。尚、図５は、直流電源４にエネルギーを回生する動作の一例として、リップル抑制コンデンサ６に流入する容量放電電流の持つエネルギーに対して、高周波交流電源２の出力電流の持つエネルギーが小さい場合に於ける、内燃機関点火装置のタイミング動作を示している。
【００５６】
図５に於いて、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは、実施の形態１の場合と同様に動作し、リップル抑制コンデンサ６に容量放電電流のエネルギーが充電されることにより、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧が印加電圧増加量△Ｖ２ａだけ増加する。時刻ｔ２に於いて、高周波交流電流が高周波交流電源２から点火プラグ１に対して出力され、リップル抑制コンデンサ６に蓄えられたエネルギーが消費されるため、高周波電流の出力を停止した時刻ｔ３に於けるリップル抑制コンデンサ６の印加電圧は、電圧低下量△Ｖ２ｂだけ低下する。
【００５７】
この電圧低下量△Ｖ２ｂが印加電圧増加量△Ｖ２ａに対して小さいとき、リップル抑制コンデンサ６には印加電圧目標値Ｖ１よりも大きい電圧が印加されていることになる。この状態が継続すれば、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧は点火タイミング毎に徐々に増加していくため、電力損失の増大や回路素子の過電圧破壊を生じる可能性がある。従って、リップル抑制コンデンサ６にリップル抑制コンデンサの印加電圧目標値Ｖ１より大きい電圧が印加されているとき、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧と印加電圧目標値Ｖ１が一致するように、直流降圧回路１２の半導体スイッチを制御して、リップル抑制コンデンサ６に充電されたエネルギーを直流電源４に回生することで、高周波交流電源２の損失低減と回路素子の過電圧破壊の防止を実現できる。図５では、任意の時刻ｔ４にてこの制御を行っている。
【００５８】
又、制御回路８は、実施の形態１の場合と同様に、容量放電電流による直流電圧経路の電位変動を受けてから制御を行うのではなく、内燃機関や点火装置の動作条件から、予め容量放電電流及び高周波交流電源２の出力電流によるリップル抑制コンデンサ６の印加電圧増加量の予測値△Ｖ２ａ１を算出し、直流降圧回路１２及び直流昇圧回路５の半導体スイッチを制御してもよい。
【００５９】
その具体的な例としては、実施の形態１の場合と同様に、例えば、点火プラグ１の電極間の絶縁破壊電圧Ｖｂと共振コンデンサ１１の静電容量から容量放電電流の持つエネルギーＷｃｄを算出し、それとリップル抑制コンデンサ６の静電容量から、リップル抑制コンデンサ６に流れ込んだ際の印加電圧増加量の予測値△Ｖ２ａ１を算出する。
【００６０】
又、内燃機関の運転モードには、高周波交流電源２のスイッチング回路７が点火周期の点火タイミング毎に直流／交流の電力変換を行わない場合、即ち、高周波交流電源２を停止して絶縁破壊用電源３のみで点火を行う場合がある。このとき、点火周期の点火タイミング毎に、容量放電電流がリップル抑制コンデンサ６に流入し、リップル抑制コンデンサ６の印加電圧が増大するため、回路素子の過電圧破壊が生じる恐れがある。ここで、制御回路８が、リップル抑制コンデンサ６に充電されたエネルギーを直流電源４の出力電圧まで降圧して直流電源４に回生するように、直流降圧回路１２を構成する半導体スイッチを制御することにより、回路素子の過電圧破壊を防ぎつつ、点火装置の消費電力低減を実現することができる。
【００６１】
加えて、内燃機関の動作を停止するとき、制御回路８が、リップル抑制コンデンサ６に充電されたエネルギーを、直流電源４の出力電圧まで降圧して直流電源４に回生するように、直流降圧回路１２を構成する半導体スイッチを制御することにより、点火装置の消費電力低減が可能である。
【００６２】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３による内燃機関点火装置のスイッチング回路の構成の一例を示す回路図である。図６に於いて、この発明の実施の形態３による内燃機関点火装置では、絶縁破壊と同時に容量放電電流がスイッチング回路７に流入した際に、各半導体スイッチ７１、７２、７３、７４に対して流入する電流を、電流検出手段２１で検出できる回路構成としている。その他の構成は、実施の形態１又は実施の形態２と同様である。
【００６３】
図６では、スイッチング回路７の一例として、ＭＯＳ−ＦＥＴによって構成された４個の半導体スイッチ７１、７２、７３、７４によりフルブリッジインバータを用いている。しかし、スイッチング回路７は、容量放電流入が流入する部位からリップル抑制コンデンサ６に対して順方向の内蔵ダイオード若しくは外付けの逆並列ダイオードを有する半導体スイッチで構成されていれば、どのようなものを用いてもよい。
【００６４】
又、図６では、電流検出手段２１の一例としてシャント抵抗を用いているが、容量放電電流の電流値と電流の極性が検出できればどのような装置でもよく、例えばカレントトランスで構成してもよい。
【００６５】
この発明の実施の形態３に係る装置動作について詳細に説明する。容量放電電流は、共振回路１０の共振周波数を持つ交流電流としてスイッチング回路７に流入する。容量放電電流は、スイッチング回路７の上アームの半導体スイッチ７１、７３の内蔵ダイオードを介して、リップル抑制コンデンサ６に流入する。ここで、各上アームの半導体スイッチ７１、７３の内蔵ダイオードへの容量放電電流流入を電流検出手段２１により検出すると同時に、容量放電電流の流入が確認されたアームの半導体スイッチを導通させて同期整流を行う。
【００６６】
これにより、半導体スイッチの内蔵ダイオードのみに容量放電電流を流入させる場合に比べて、電力損失を低減できる。この制御は、半導体スイッチの内蔵ダイオードの順方向電圧に対して、半導体スイッチのオン抵抗と容量放電電流の積が小さいときに有効である。
【００６７】
以上述べたこの発明の実施の形態１〜３による内燃機関点火装置は、（１）から（１６）に記載の発明のうち、対応する少なくとも一つの発明を具体化したものである。
（１）内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され、
前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサの前記印加電圧目標値に対して、前記絶縁破壊が生じたときに前記エネルギーが充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ前記直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関点火装置。
この発明によれば、高周波交流電源の内部の電位上昇によって生じる電力損失を低減しつつ、回路素子の過電圧破壊を防ぐことができる。
電圧に起因する電力損失を低減することができる。
【００６８】
（２）内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成され、
前記直流降圧回路は、
前記絶縁破壊用電源のみにより前記内燃機関の点火を行なうとき、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流降圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関点火装置。
この発明によれば、リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、直流電源に回生することで、回路素子の過電圧破壊を防ぎつつ、点火装置の消費電力低減を実現することができる。
【００６９】
（３）前記直流昇圧回路と前記直流降圧回路は、双方向出力を有する単一の直流電圧変換回路により構成されている、
ことを特徴とする上記（２）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、直流昇圧回路と前記直流降圧回路を統合することにより、部品点数を削減でき、小型化することができる。
【００７０】
（４）前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に対して、前記絶縁破壊が生じたときに前記エネルギーが充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ前記直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、電圧に起因する電力損失を低減することができる。
【００７１】
（５）前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサへの容量放電電流の流入後から、前記直流昇圧回路によるリップル抑制コンデンサの充電開始までの何れかのタイミングに於いて、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）から（４）のうち何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、電圧に起因する電力損失を低減することができる。
【００７２】
（６）前記スイッチング回路と前記共振回路との間に、前記スイッチング回路から出力された交流電圧を昇圧する機能を有する交流昇圧回路を備えた、
ことを特徴とする上記（１）から（５）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、放電維持電圧に必要な出力電圧を、確実に発生させることができる。又、スイッチング回路に低耐圧且つ高速動作可能な半導体スイッチを使用することができる。
【００７３】
（７）前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値は、前記点火プラグの電極間の放電維持電圧以上に設定されている、
ことを特徴とする上記（１）から（６）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、確実に点火を行うことができる。
【００７４】
（８）前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に前記交流昇圧回路の昇圧比を乗じた値は、前記点火プラグの電極間の放電維持電圧以上に設定されている、
ことを特徴とする上記（６）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、確実に点火を行うことができる。
【００７５】
（９）前記制御回路は、前記高周波交流電源の出力電圧では前記点火プラグの前記電極間に前記高周波プラズマを維持できないことを検出したとき、前記リップル抑制コンデンサに対する前記印加電圧目標値を増加させるように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）から（８）のうちの何れかに一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、放電維持電圧を下回るまでリップル抑制コンデンサの印加電圧が低下することを防ぐことができる。
【００７６】
（１０）前記制御回路は、前記絶縁破壊の発生の前後に於ける前記リップル抑制コンデンサの印加電圧を比較し、前記共振回路に含まれるコンデンサから放電される容量放電電流が充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を測定するように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）、又は上記（４）から（９）のうちのいずれか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を実測から求め、直流昇圧回路の出力電圧指令値のフィードバック制御に用いることができる。
【００７７】
（１１）前記制御回路は、前記共振回路に含まれるコンデンサの静電容量の値と前記点火プラグの電極間に印加される前記絶縁破壊電圧とに基づいて前記容量放電電流のエネルギーを算出し、前記算出した容量放電電流のエネルギーと前記リップル抑制コンデンサの静電容量に基づいて前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を算出するように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）、又は上記（４）から（９）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を、静電容量と絶縁破壊電圧から計算で求め、直流昇圧回路の出力電圧指令値のフィードバックまたはフィードフォワード制御に用いることができる。
【００７８】
（１２）前記制御回路は、前記点火プラグの電極間の距離と前記内燃機関のシリンダ内圧力とに基づいて、前記点火プラグの前記絶縁破壊電圧を算出するように構成されている、ことを特徴とする上記（１１）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、内燃機関の容器内圧力から絶縁破壊電圧を算出し、上記（１０）に記載の発明の制御に用いることができる。
【００７９】
（１３）前記制御回路は、前記直流昇圧回路の出力電圧指令値よりも前記リップル抑制コンデンサの印加電圧が高いとき、前記直流昇圧回路を構成する半導体スイッチのオン／オフ動作を停止させるように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）から（１２）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、不必要な半導体スイッチの動作を停止することにより、電力損失を低減することができる。
【００８０】
（１４）前記制御回路は、前記電極間に前記絶縁破壊が生じたときに前記共振回路に含まれるコンデンサから放電される容量放電電流が前記スイッチング回路に流入する際に、前記流入する容量放電電流を同期整流するように前記スイッチング回路の半導体スイッチをオン／オフ動作させるように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）から（１３）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。  この発明によれば、同期整流により、半導体スイッチの導通ロスを低減することができる。
【００８１】
（１５）前記リップル抑制コンデンサの印加電圧が前記直流昇圧回路の出力電圧指令値よりも大きいとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする上記（２）から（４）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。  この発明によれば、リップル抑制コンデンサに充電された余剰な電圧分のエネルギーを、直流電源に回生できるため、消費電力低減に寄与する。又、リップル抑制コンデンサ付近に過電圧が印加されることによる素子破壊を防ぐことができる。
【００８２】
（１６）前記スイッチング回路が前記内燃機関の点火周期毎に交流電圧を出力しないとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする上記（２）から（４）のうちの何れか一つ、又は（１５）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを使わないとき、電源に回生することができる。
【００８３】
（１７）前記内燃機関が動作を停止するとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする上記（２）から（４）のうちの何れか一つ、又は（１６）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、内燃機関を停止するときに回路内で消費されてしまうエネルギーを電源に回生することができる。
【００８４】
尚、以上述べたこの発明による内燃機関関点火装置は、前述の実施の形態１から３に用いた構成及び制御を、どのように組み合わせて用いてもよい。又、この発明による内燃機関制御装置は、絶縁破壊と同時に共振回路の共振コンデンサから放電されるエネルギーが、容量放電電流としてコンデンサに流入する点火装置であれば、車両に搭載される内燃機関以外のどのような内燃機関に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
この発明による内燃機関点火装置は、自動車等に搭載される内燃機関を点火する内燃機関点火装置の分野、ひいては自動車等の車両の分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  点火プラグ、２  高周波交流電源、３  絶縁破壊用電源、４  直流電源、５  直流昇圧回路、５１、１２３、１３４  コイル、５２、１２２  ダイオード、５３、７１、７２、７３、７４、１２１、１３１、１３２  半導体スイッチ、６  リップル抑制コンデンサ、７  スイッチング回路、８  制御回路、９  交流昇圧回路、１０  共振回路、１１  共振コンデンサ、１０１  共振インダクタ、１２  直流降圧回路、１３  双方向直流電圧変換回路、２１  電流検出手段、Ｖ１  印加電圧目標値、△Ｖ１ａ、△Ｖ２ａ  印加電圧増加量、△Ｖ１ｂ、△Ｖ２ｂ  印加電圧低下量、Ｖｂ  絶縁破壊電圧、Ｃｓ  共振コンデンサの静電容量、Ｗｃｄ  容量放電電流のエネルギー、Ｃｒ  リップル抑制コンデンサの静電容量、△Ｖ１ａ１、△Ｖ２ａ１  印加電圧増加量の予測値、ｐ  シリンダ内圧力、ｄ  電極間距離、Ａ、Ｂ  電極間に存在する気体が持つ定数、γ  電極を構成する金属の二次電子放出係数、ｌｎ  自然対数。
【図１】
2017115511.tif 000006
【図２】
2017115511.tif 000007
【図３】
2017115511.tif 000008
【図４】
2017115511.tif 000009
【図５】
2017115511.tif 000010
【図６】
2017115511.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月8日(2017.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され、
前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサの前記印加電圧目標値に対して、前記絶縁破壊が生じたときに前記エネルギーが充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ前記直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関点火装置。
【請求項２】
内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成され、
前記直流降圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流降圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成されており、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧が前記直流昇圧回路の出力電圧指令値よりも大きいとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関点火装置。
【請求項３】
内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成され、
前記直流降圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流降圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成されており、
前記スイッチング回路が前記内燃機関の点火周期毎に交流電圧を出力しないとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関点火装置。
【請求項４】
前記直流昇圧回路と前記直流降圧回路は、双方向出力を有する単一の直流電圧変換回路により構成されている、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関点火装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に対して、前記絶縁破壊が生じたときに前記エネルギーが充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ前記直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項２から４のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサへの容量放電電流の流入後から、前記直流昇圧回路によるリップル抑制コンデンサの充電開始までの何れかのタイミングに於いて、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から５のうち何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項７】
前記スイッチング回路と前記共振回路との間に、前記スイッチング回路から出力された交流電圧を昇圧する機能を有する交流昇圧回路を備えた、
ことを特徴とする請求項１から６のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項８】
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値は、前記点火プラグの電極間の放電維持電圧以上に設定されている、
ことを特徴とする請求項１から７のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項９】
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に前記交流昇圧回路の昇圧比を乗じた値は、前記点火プラグの電極間の放電維持電圧以上に設定されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記高周波交流電源の出力電圧では前記点火プラグの前記電極間に前記高周波プラズマを維持できないことを検出したとき、前記リップル抑制コンデンサに対する前記印加電圧目標値を増加させるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から９のうちの何れかに一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記絶縁破壊の発生の前後に於ける前記リップル抑制コンデンサの印加電圧を比較し、前記共振回路に含まれるコンデンサから放電される容量放電電流が充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を測定するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１、又は請求項５から１０のうちのいずれか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記共振回路に含まれるコンデンサの静電容量の値と前記点火プラグの電極間に印加される前記絶縁破壊電圧とに基づいて前記容量放電電流のエネルギーを算出し、前記算出した容量放電電流のエネルギーと前記リップル抑制コンデンサの静電容量に基づいて前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を算出するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１、又は請求項５から１０のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１３】
前記制御回路は、前記点火プラグの電極間の距離と前記内燃機関のシリンダ内圧力とに基づいて、前記点火プラグの前記絶縁破壊電圧を算出するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記直流昇圧回路の出力電圧指令値よりも前記リップル抑制コンデンサの印加電圧が高いとき、前記直流昇圧回路を構成する半導体スイッチのオン／オフ動作を停止させるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から１３のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１５】
前記制御回路は、前記電極間に前記絶縁破壊が生じたときに前記共振回路に含まれるコンデンサから放電される容量放電電流が前記スイッチング回路に流入する際に、前記流入する容量放電電流を同期整流するように前記スイッチング回路の半導体スイッチをオン／オフ動作させるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から１４のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項１６】
前記内燃機関が動作を停止するとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする請求項２から５のうちの何れか一項に記載の内燃機関点火装置。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
又、この発明による内燃機関点火装置は、
内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成され、
前記直流降圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流降圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成されており、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧が前記直流昇圧回路の出力電圧指令値よりも大きいとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする。
更に、この発明による内燃機関点火装置は、
内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成され、
前記直流降圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流降圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成されており、
前記スイッチング回路が前記内燃機関の点火周期毎に交流電圧を出力しないとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
（２）内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成され、
前記直流降圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流降圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成されており、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧が前記直流昇圧回路の出力電圧指令値よりも大きいとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関点火装置。
この発明によれば、リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、直流電源に回生することで、回路素子の過電圧破壊を防ぎつつ、点火装置の消費電力低減を実現することができる。又、この発明によれば、リップル抑制コンデンサに充電された余剰な電圧分のエネルギーを、直流電源に回生できるため、消費電力低減に寄与する。又、リップル抑制コンデンサ付近に過電圧が印加されることによる素子破壊を防ぐことができる。
（３）内燃機関に設けられ、間隙を介して対向する少なくとも一対の電極を備えた点火プラグと、
前記点火プラグの前記一対の電極間に絶縁破壊電圧を印加して前記電極間に絶縁破壊を生じさせる絶縁破壊用電源と、
前記点火プラグの電極間に高周波電圧を印加して前記一対の電極間に高周波プラズマを発生させ得る高周波交流電源と、
を有する内燃機関点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電源と、
半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流電源の出力電圧を昇圧する直流昇圧回路と、
前記直流昇圧回路から出力された直流電圧のリップルを抑制するリップル抑制コンデンサと、
半導体スイッチを備え、前記リップル抑制コンデンサに充電された直流電圧を降圧する直流降圧回路と、
複数の半導体スイッチを備え、当該半導体スイッチのオン／オフ動作が制御されることにより前記直流昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、
少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのコンデンサを含み、前記スイッチング回路から出力された交流電流を共振させる共振回路と、
前記直流昇圧回路と前記スイッチング回路の夫々の前記半導体スイッチのオン／オフ動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記リップル抑制コンデンサは、
前記点火プラグの前記電極間に絶縁破壊が生じたとき、前記共振回路に含まれる前記コンデンサから放出される容量放電電流のエネルギーが充電され、
前記直流昇圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に応じて前記直流電力を出力するように、前記制御回路からの出力電圧指令値に基づいて前記直流昇圧回路の半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成され、
前記直流降圧回路は、
前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを降圧して前記直流電源に回生するように、前記制御回路により前記直流降圧回路の前記半導体スイッチのオン／オフ動作が制御され得るように構成されており、
前記スイッチング回路が前記内燃機関の点火周期毎に交流電圧を出力しないとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関点火装置。
この発明によれば、リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを使わないとき、電源に回生することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
（４）前記直流昇圧回路と前記直流降圧回路は、双方向出力を有する単一の直流電圧変換回路により構成されている、
ことを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、直流昇圧回路と前記直流降圧回路を統合することにより、部品点数を削減でき、小型化することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
（５）前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に対して、前記絶縁破壊が生じたときに前記エネルギーが充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量に実質的に等しい値だけ前記直流昇圧回路の出力電圧が低くなるように、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする上記（２）から（４）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、電圧に起因する電力損失を低減することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
（６）前記制御回路は、
前記リップル抑制コンデンサへの容量放電電流の流入後から、前記直流昇圧回路によるリップル抑制コンデンサの充電開始までの何れかのタイミングに於いて、前記直流昇圧回路に対する前記出力電圧指令値を制御するように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）から（５）のうち何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、電圧に起因する電力損失を低減することができる。 
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
（７）前記スイッチング回路と前記共振回路との間に、前記スイッチング回路から出力された交流電圧を昇圧する機能を有する交流昇圧回路を備えた、
ことを特徴とする上記（１）から（６）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、放電維持電圧に必要な出力電圧を、確実に発生させることができる。又、スイッチング回路に低耐圧且つ高速動作可能な半導体スイッチを使用することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
（８）前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値は、前記点火プラグの電極間の放電維持電圧以上に設定されている、
ことを特徴とする上記（１）から（７）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、確実に点火を行うことができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
（９）前記リップル抑制コンデンサの印加電圧目標値に前記交流昇圧回路の昇圧比を乗じた値は、前記点火プラグの電極間の放電維持電圧以上に設定されている、
ことを特徴とする上記（７）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、確実に点火を行うことができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
（１０）前記制御回路は、前記高周波交流電源の出力電圧では前記点火プラグの前記電極間に前記高周波プラズマを維持できないことを検出したとき、前記リップル抑制コンデンサに対する前記印加電圧目標値を増加させるように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）から（９）のうちの何れかに一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、放電維持電圧を下回るまでリップル抑制コンデンサの印加電圧が低下することを防ぐことができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
（１１）前記制御回路は、前記絶縁破壊の発生の前後に於ける前記リップル抑制コンデンサの印加電圧を比較し、前記共振回路に含まれるコンデンサから放電される容量放電電流が充電されることによる前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を測定するように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）、又は上記（５）から（１０）のうちのいずれか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を実測から求め、直流昇圧回路の出力電圧指令値のフィードバック制御に用いることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
（１２）前記制御回路は、前記共振回路に含まれるコンデンサの静電容量の値と前記点火プラグの電極間に印加される前記絶縁破壊電圧とに基づいて前記容量放電電流のエネルギーを算出し、前記算出した容量放電電流のエネルギーと前記リップル抑制コンデンサの静電容量に基づいて前記リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を算出するように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）、又は上記（５）から（１０）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、リップル抑制コンデンサの印加電圧増加量を、静電容量と絶縁破壊電圧から計算で求め、直流昇圧回路の出力電圧指令値のフィードバックまたはフィードフォワード制御に用いることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
（１３）前記制御回路は、前記点火プラグの電極間の距離と前記内燃機関のシリンダ内圧力とに基づいて、前記点火プラグの前記絶縁破壊電圧を算出するように構成されている、ことを特徴とする上記（１２）に記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、内燃機関の容器内圧力から絶縁破壊電圧を算出し、上記（１０）に記載の発明の制御に用いることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
（１４）前記制御回路は、前記直流昇圧回路の出力電圧指令値よりも前記リップル抑制コンデンサの印加電圧が高いとき、前記直流昇圧回路を構成する半導体スイッチのオン／オフ動作を停止させるように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）から（１３）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、不必要な半導体スイッチの動作を停止することにより、電力損失を低減することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
（１５）前記制御回路は、前記電極間に前記絶縁破壊が生じたときに前記共振回路に含まれるコンデンサから放電される容量放電電流が前記スイッチング回路に流入する際に、前記流入する容量放電電流を同期整流するように前記スイッチング回路の半導体スイッチをオン／オフ動作させるように構成されている、
ことを特徴とする上記（１）から（１４）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。  この発明によれば、同期整流により、半導体スイッチの導通ロスを低減することができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
（１６）前記内燃機関が動作を停止するとき、前記直流降圧回路は、前記リップル抑制コンデンサに充電されたエネルギーを、前記直流電源の出力電圧まで降圧して前記直流電源に回生するように構成されている、
ことを特徴とする上記（２）から（５）のうちの何れか一つに記載の内燃機関点火装置。
この発明によれば、内燃機関を停止するときに回路内で消費されてしまうエネルギーを電源に回生することができる。
【国際調査報告】
2017115511.tif 000012
2017115511.tif 000013
2017115511.tif 000014