(57)【要約】  高電圧電源２が点火プラグ１に電圧を発生させてから点火プラグ１の電極間における絶縁破壊に伴う容量放電電流が予め定められた値に減衰するまでの期間と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグ１に交流電力を出力する期間と、の少なくとも一方において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を停止するように制御する。
2019106776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、内燃機関の燃焼室の燃料に点火する点火プラグと、 
前記点火プラグに電圧を印加して前記間隙に絶縁破壊を生じさせる高電圧電源と、
前記点火プラグに高周波電圧を印加して前記間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源に電力を供給する直流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源との動作を制御する制御装置と、
を有する点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記絶縁破壊により発生する容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに前記交流電力を出力しない期間と、のうちの少なくとも一方を満たす期間において、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御するように構成されている、
ことを特徴とする点火装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに交流電力を出力しない期間とにおいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、内燃機関の燃焼室の燃料に点火する点火プラグと、 
前記点火プラグに電圧を印加して前記間隙に絶縁破壊を生じさせる高電圧電源と、
前記点火プラグに高周波電圧を印加して前記間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源に電力を供給する直流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源との動作を制御する制御装置と、
を有する点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電力を所定の周波数を有する交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、
前記変換した前記直流電力のエネルギを充電する電力供給用コンデンサと、
前記電力供給用コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
前記制御装置は、
前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加してから、前記絶縁破壊により生じる容量放電電流が予め定められた値よりも小さくなるまでの期間において、前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加する直前の前記電圧検出手段の検出値を用いて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を制御するように構成されている、
ことを特徴とする点火装置。
【請求項４】
間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、内燃機関の燃焼室の燃料に点火する点火プラグと、 
前記点火プラグに電圧を印加して前記間隙に絶縁破壊を生じさせる高電圧電源と、
前記点火プラグに高周波電圧を印加して前記間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源に電力を供給する直流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源との動作を制御する制御装置と、
を有する点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電力を所定の周波数を有する交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、
前記変換された前記直流電力のエネルギを充電する電力供給用コンデンサと、
前記電力供給用コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに電流を出力する期間において、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が点火プラグに電流を出力する直前の前記電圧検出手段の検出値を用いて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を制御するように構成されている、
ことを特徴とする点火装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を停止する期間とにおいて、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の点火装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行わない期間と、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに交流電力を出力しない期間とにおいて、前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加して前記絶縁破壊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、２、５のうちの何れか一項に記載の点火装置。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記燃料に点火するタイミングを指示する点火指令信号に基づいて、前記高電圧電源と前記ＤＣ／ＤＣ変換装置と前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の動作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６のうちの何れか一項に記載の点火装置。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記燃料に点火するタイミングを指示する点火指令信号に基づいて、前記高電圧電源と前記ＤＣ／ＤＣ変換装置と前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の動作を制御するように構成され、前記点火指令信号に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を停止した後に、前記高電圧電源を動作させて前記点火プラグに電圧を印加する、
ことを特徴とする請求項１、２、５から７のうちの何れか一項に記載の点火装置。
【請求項９】
前記ＤＣ／ＡＣ変換装置は、
前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の出力電流、及び前記絶縁破壊により生じる容量放電電流を検出する電流検出手段を備え、
前記制御装置は、
前記電流検出手段の検出値に基づいて、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の電力変換動作を制御する、
ことを特徴とする請求項１から８のうちの何れか一項に記載の点火装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、
前記容量放電電流の発生を検出した後において、前記容量放電電流の１周期毎のピーク値が予め定められた値未満になることを検出した後に、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする請求項９に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、
前記高電圧電源が点火プラグに電圧を出力するための動作を実施したタイミングから、予め定められた時間が経過した後に、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする請求項１から１０のうちの何れか一項に記載の点火装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、
前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の電力変換動作を停止した後に、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を許可する、
ことを特徴とする請求項１、２、５から１１のうちの何れか一項に記載の点火装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、
前記燃料に点火するタイミングを指示する点火指令信号に基づいて、前記高電圧電源と前記ＤＣ／ＤＣ変換装置と前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の動作を制御するように構成され、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の電力変換動作を停止してから次の点火指令信号が出力されるまでの期間において、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする請求項１、２、５から１２のうちの何れか一項に記載の点火装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、
前記燃料に点火するタイミングを指示する点火指令信号に基づいて、前記高電圧電源と前記ＤＣ／ＤＣ変換装置と前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の動作を制御するように構成され、前記点火指令信号が出力されてから次の点火指令信号が出力されるまでの１回の点火期間において、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を停止してから所定の休止期間を設けた後に、再度、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
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点火装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が前記休止期間に電力変換動作を行うように制御することを特徴とする請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１６】
前記制御装置は、
前記１回の点火期間において、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行って前記点火プラグに交流電力を供給する交流電力出力期間と、前記休止期間とを、それぞれ複数回設けるように制御することを特徴とする請求項１４または１５に記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主に交流電力によるプラズマ放電を利用する点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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方式、ある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。しかし、いずれの方式も燃料への点火が難しいという課題があり、着火性の向上が要求されている。【０００３】
従来、内燃機関の点火装置に於ける燃料への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。一般的な内燃機関の点火装置は、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、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メガヘルツ（以下、ＭＨｚと称する）オーダーの高周波電圧を供給して、高温・高圧の高周波プラズマを点火プラグの電極間に継続して発生させることにより、ガス化された燃料への着火性を高めるように構成されている。【０００４】
特許文献１に開示された点火装置は、絶縁破壊用の高電圧電源と、高周波交流電源を備えており、高周波交流電源は、バッテリと、フルブリッジインバータ回路と、高周波トランスと、ＬＣ共振回路と、で構成される。特許文献１には、高周波交流電源のフルブリッジインバータとバッテリの間にＤＣ／ＤＣ変換装置を接続してもよい、と記載されている。【０００５】
周知のように、ＤＣ／ＤＣ変換装置によりバッテリ電圧を昇圧して出力コンデンサに充電する場合、出力コンデンサの充電電圧（印加電圧若しくは出力電圧とも称されることがあるが、以下の説明では「充電電圧」と称する）を検出しておき、その出力コンデンサの充電電圧が所定の閾値に達したときに充電を停止し、出力コンデンサの充電電圧が前述の閾値を下回ったときに充電を再開するという技術が存在する。出力コンデンサの充電電圧は、負荷側の電力消費や時間経過に伴う自然放電により徐々に低下する。その結果、ＤＣ／ＤＣ変換装置は電圧変換動作と停止を繰り返し、出力コンデンサの充電電圧を所定の値に保つことになる。【０００６】
ここで、特許文献１のように構成された従来の点火装置において、高電圧電源が点火プラグに高電圧を印加し、点火プラグの電極間に絶縁破壊を発生させたとき、点火プラグには瞬間的に大きな容量放電電流が流れる。この容量放電電流は、点火プラグに接続されたＬＣ共振回路のコンデンサ及び点火プラグ近傍の寄生容量に充電された電荷が放出されたものであるため、点火プラグ、高周波トランス、ＬＣ共振回路の経路にも流れる。したがって、容量放電電流は高周波トランスを介してフルブリッジインバータ及びＤＣ／ＤＣ変換装置にも流入し、インバータを構成する半導体スイッチ等を還流して消費される。【０００７】
また、特許文献１のように構成された従来の点火装置において、フルブリッジインバータから点火プラグに交流電力を出力したとき、その出力された交流電流の一部が内燃機関に接続されている共通接地電位部位である共通ＧＮＤに流れ込む。この共通ＧＮＤに流れ込む電流は共通ＧＮＤを介して、高周波交流電源の基準電位に流れ込み、寄生容量等を介して還流される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
前述の従来の点火装置において、容量放電電流や交流電流は、ＭＨｚオーダー以上の高い周波数を持つため、ＤＣ／ＤＣ変換装置の基準電位に流れ込んだ際に配線等の寄生インダクタンスにより電圧振動を引き起こす。特に、容量放電電流と交流電流が同時にＤＣ／ＤＣ変換装置の基準電位に流れ込めば、これ等の２つの電流が重畳されることでＤＣ／ＤＣ変換装置の基準電位における基準電位の電圧振動が非常に大きくなる。このＤＣ／ＤＣ変換装置の基準電位の電圧振動は、制御用の信号やセンサ検出値に重畳されるため、ＤＣ／ＤＣ変換装置の出力コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出装置にも重畳され、その電圧検出装置の検出値に大きな誤差を発生させることがある。【００１０】
前述の電圧検出装置の検出値の誤差の影響により、出力コンデンサの充電電圧を実際よりも低く検出した場合、ＤＣ／ＤＣ変換装置は出力コンデンサに必要以上に大きな電力を出力することになる。その結果、出力コンデンサの充電電圧は本来意図した値よりも大きくなってしまうため、点火装置におけるＤＣ／ＤＣ変換装置の半導体のスイッチング損失等が増え、電力損失の増大を引き起こすという課題があった。【００１１】
この発明は、従来の点火装置にお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、電圧検出手段の電圧検出値の誤差によりＤＣ／ＤＣ変換装置が必要以上に大きな電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる点火装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明による点火装置は、
間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、内燃機関の燃焼室の燃料に点火する点火プラグと、 
前記点火プラグに電圧を印加して前記間隙に絶縁破壊を生じさせる高電圧電源と、
前記点火プラグに高周波電圧を印加して前記間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源に電力を供給する直流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源との動作を制御する制御装置と、
を有する点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記絶縁破壊により発生する容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに前記交流電力を出力しない期間と、のうちの少なくとも一方を満たす期間において、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御するように構成されている、
ことを特徴とする。【００１３】
また、この発明による点火装置は、
間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、内燃機関の燃焼室の燃料に点火する点火プラグと、 
前記点火プラグに電圧を印加して前記間隙に絶縁破壊を生じさせる高電圧電源と、
前記点火プラグに高周波電圧を印加して前記間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源に電力を供給する直流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源との動作を制御する制御装置と、
を有する点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電力を所定の周波数を有する交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、
前記変換した前記直流電力のエネルギを充電する電力供給用コンデンサと、
前記電力供給用コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
前記制御装置は、
前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加してから、前記絶縁破壊により生じる容量放電電流が予め定められた値よりも小さくなるまでの期間において、前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加する直前の前記電圧検出手段の検出値を用いて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を制御するように構成されている、
ことを特徴とする。【００１４】
さらに、この発明による点火装置は、
間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、内燃機関の燃焼室の燃料に点火する点火プラグと、 
前記点火プラグに電圧を印加して前記間隙に絶縁破壊を生じさせる高電圧電源と、
前記点火プラグに高周波電圧を印加して前記間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源に電力を供給する直流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源との動作を制御する制御装置と、
を有する点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電力を所定の周波数を有する交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、
前記変換された前記直流電力のエネルギを充電する電力供給用コンデンサと、
前記電力供給用コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに電流を出力する期間において、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が点火プラグに電流を出力する直前の前記電圧検出手段の検出値を用いて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を制御するように構成されている、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明による点火装置によれば、前記高周波交流電源は、直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置とを備え、前記制御装置は、前記絶縁破壊により発生する容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに前記交流電力を出力しない期間と、のうちの少なくとも一方を満たす期間において、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御するように構成されているので、ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行う期間において、絶縁破壊による容量放電電流とＤＣ／ＡＣ変換装置の出力する交流電流とが、同時にＤＣ／ＤＣ変換装置の基準電位に流れ込むことを防ぎ、電圧検出手段の検出誤差を抑制することができる。その結果、検出誤差の影響により、ＤＣ／ＤＣ変換装置が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる。【００１６】
また、この発明によれば、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記変換した前記直流電力のエネルギを充電する電力供給用コンデンサと、前記電力供給用コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記制御装置は、前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加してから、前記絶縁破壊により生じる容量放電電流が予め定められた値よりも小さくなるまでの期間において、前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加する直前の前記電圧検出手段の検出値を用いて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を制御するように構成されているので、電圧振動が引き起こす検出誤差の影響によりＤＣ／ＤＣ変換装置が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる。【００１７】
さらに、この発明によれば、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記変換された前記直流電力のエネルギを充電する電力供給用コンデンサと、前記電力供給用コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記制御装置は、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに電流を出力する期間において、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が点火プラグに電流を出力する直前の前記電圧検出手段の検出値を用いて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を制御するように構成されているので、電圧振動が引き起こす検出誤差の影響によりＤＣ／ＤＣ変換装置が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る点火装置の概略構成を成すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る点火装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る点火装置の概略動作シーケンスを示すタイミングチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャートで、図４におけるステップＳ０５の詳細動作シーケンスのフローチャートを示している。
【図６】この発明の実施の形態１に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャートで、図４におけるステップＳ０５の別の詳細動作シーケンスのフローチャートを示している。
【図７】この発明の実施の形態１に係る点火装置の動作を説明する説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る点火装置におけるＤＣ／ＤＣ変換装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図９Ａ】ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うときの条件を示す説明図である。
【図９Ｂ】ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うときの条件と電圧検出手段の検出誤差との関係を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る点火装置の概略動作シーケンスを示すタイミングチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る点火装置の概略動作シーケンスを示す別のタイミングチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態３に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る点火装置の概略動作シーケンスを示す別のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の点火装置について、図を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
実施の形態１.
先ず、この発明の実施の形態１に係る点火装置について、図を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る点火装置の概略構成を成すブロック図である。図１において、点火装置１０は、点火プラグ１と、高電圧電源２と、ＤＣ／ＡＣ変換装置とＤＣ／ＤＣ変換装置５とを有する高周波交流電源３と、直流電源６と、制御装置７とを備えている。点火プラグ１は、内燃機関（図示せず）に搭載され、内燃機関の燃焼室内に露出される第１の電極１ａと第２の電極１ｂとを備えている。第１の電極１ａと第２の電極１ｂは、所定の間隙を介して対向している。点火装置１０は、点火周期Ｔｉ毎に制御装置７から出力される点火指令信号に応じて、点火プラグ１の第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間の間隙に高周波プラズマを発生させ、内燃機関の燃焼室の内部の燃料に点火する。
【００２０】
高電圧電源２は、点火プラグ１の第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間の間隙に絶縁破壊を生じさせるための高電圧を発生させる。ＤＣ／ＡＣ変換装置４は、ＤＣ／ＤＣ変換装置５から供給された直流電力としてのエネルギを交流電力としてのエネルギに変換する電力変換動作を行う。ＤＣ／ＡＣ変換装置４から出力された交流電力は、点火プラグ１に供給され、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間の間隙に高周波放電を発生させる。ＤＣ／ＤＣ変換装置５は、直流電源６からの直流電力を任意の直流電圧の値を有する直流電力に変換することが可能であり、具体的にはその装置に最適な所定の直流電圧の値を有する直流電力に変換してＤＣ／ＡＣ変換装置４に出力する電力変換動作を行う。
【００２１】
直流電源６は、車両に搭載されたバッテリ等からなり、高電圧電源２と高周波交流電源３とに電力を供給する。制御装置７は、エンジンコントロールユニットあるいはマイクロコンピュータ等から構成され、高電圧電源２と高周波交流電源３との動作を制御する。ＤＣ／ＡＣ変換装置４およびＤＣ／ＤＣ変換装置５は、その回路構成において、後述するようにスイッチング素子としての半導体スイッチを具備する。
【００２２】
次に、この発明の実施の形態１に係る点火装置のより具体的な回路構成と動作シーケンスについて説明する。図２は、この発明の実施の形態１による点火装置の構成図であって、図１に示す点火装置の具体的な回路構成を示している。図２において、点火装置１０は、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとを有する点火プラグ１と、点火プラグ１の第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間の間隙に高電圧を印加してその間隙に絶縁破壊を発生させる高電圧電源２と、所定の周波数を持つ交流電力を点火プラグ１に出力して、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間の間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源３と、高電圧電源２と高周波交流電源３とに電力を供給する直流電源６と、高電圧電源２と高周波交流電源３の動作を制御する制御装置７とを備えている。
【００２３】
高電圧電源２は、トランス２１と、半導体スイッチ２２と、ダイオード２３とを備えている。トランス２１は、一端が直流電源６の正極に接続され、他端が半導体スイッチ２２の一端に接続された１次巻線２１ａと、一端が点火プラグ１の第１の電極１ａに接続された２次巻線２１ｂとを備えている。ダイオード２３は、アノードがトランス２１の２次巻線２１ｂの一端に接続され、カソードがトランス２１の１次巻線２１ａの一端に接続されている。ダイオード２３は、直流電源６の電力が点火プラグ１に直接印加されないようにする逆流防止ダイオードとして機能する。半導体スイッチ２２の他端は、グランドレベルの電位に保持されている車両のグランドレベル部位ＧＮＤに接続されている。
【００２４】
トランス２１と半導体スイッチ２２とはフライバックコンバータを構成しており、半導体スイッチ２２のオン、オフを制御することで、直流電圧を昇圧することが可能である。なお、高電圧電源２は、点火プラグ１に高電圧を印加できるものであればよく、図２に示すフライバックコンバータ以外の構成であってもよい。
【００２５】
高周波交流電源３は、直流電力を交流電力に変換して点火プラグ１に出力するＤＣ／ＡＣ変換装置４と、直流電圧を所定の電圧値に変換してＤＣ／ＡＣ変換装置４に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置５とを備えている。ＤＣ／ＡＣ変換装置４は、フルブリッジインバータ回路と、昇圧トランス４５と、共振回路を構成する共振インダクタ４６および共振コンデンサと、電流検出手段４８とを備えている。
【００２６】
フルブリッジインバータ回路は、ブリッジ回路の４辺を構成する４個の半導体スイッチ４１、４２、４３、４４を備えている。半導体スイッチ４１と半導体スイッチ４３の接続点は、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の正側の出力端子に接続され、半導体スイッチ４２と半導体スイッチ４４の接続点は、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の負側の端子を介してグランドレベル部位ＧＮＤに接続されている。
【００２７】
昇圧トランス４５は、１次巻線４５ａと２次巻線４５ｂとを備え、１次巻線４５ａの一端は、フルブリッジインバータ回路の半導体スイッチ４１と半導体スイッチ４２の直列接続点に接続され、１次巻線４５ａの他端は、半導体スイッチ４３と半導体スイッチ４４の直列接続点に接続されている。昇圧トランス４５の２次巻線４５ｂの一端は、共振インダクタ４６の一端に接続され、２次巻線４５ｂの他端は、点火プラグ１の第２の電極１ｂに接続されている。共振インダクタ４６の他端は共振コンデンサ４７の一端に接続されている。共振コンデンサ４７の他端は、点火プラグ１の第１の電極１ａに接続されている。
【００２８】
ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９は、制御装置７からの指令に基づいて発生したゲート信号を、フルブリッジインバータ回路の４個の半導体スイッチ４１、４２、４３、４４のゲート端子に入力し、これらの半導体スイッチ４１、４２、４３、４４のオン、オフ動作を制御する。半導体スイッチ４１と半導体スイッチ４４は、同時にオンされ且つ同時にオフされる。半導体スイッチ４３と半導体スイッチ４２は、同時にオンされ且つ同時にオフされる。そして、半導体スイッチ４１と半導体スイッチ４４が同時にオンされているときは、半導体スイッチ４３と半導体スイッチ４２は同時にオフされ、半導体スイッチ４３と半導体スイッチ４２が同時にオンされているときは、半導体スイッチ４１と半導体スイッチ４４は同時にオフされる。
【００２９】
フルブリッジインバータ回路は、ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９により前述のように４個の半導体スイッチ４１、４２、４３、４４が制御されることで、半導体スイッチ４１と半導体スイッチ４３の接続点に入力された直流電圧を交流電圧に変換し、昇圧トランス４５の１次巻線４５ａに出力する。なお、ＤＣ／ＡＣ変換装置４は、直流電圧を交流電圧に変換できればよく、図２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。
【００３０】
昇圧トランス４５は、高周波交流電源３の出力電圧を昇圧するために設けられている。共振インダクタ４６と共振コンデンサ４７は、共振回路を構成しており、昇圧トランス４５の２次巻線４５ｂから出力される出力電力を正弦波に整形する。なお、昇圧トランス４５の漏れインダクタンスを用いて共振インダクタ４６と同等の機能を実現できる場合、共振インダクタ４６を設けなくともよい。
【００３１】
電流検出手段４８は、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流と、点火プラグ１の第１の電極１ａと第２の電極１ｂの間の間隙における絶縁破壊に伴う容量放電電流と、を測定する。電流検出手段４８は、例えばカレントトランスで構成されているが、シャント抵抗のように電流を検出する機能を有するものであってもよい。ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９は、集積回路あるいは半導体スイッチにより構成された駆動回路等を備えており、制御装置７からの指令信号に基づいて、前述のようにＤＣ／ＡＣ変換装置４の半導体スイッチ４１、４２、４３、４４を駆動してＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を制御する。
【００３２】
ＤＣ／ＤＣ変換装置５は、インダクタ５１と、ダイオード５２と、電力供給用コンデンサ５４と、半導体スイッチ５３と、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６と、電圧検出手段５５を備えている。インダクタ５１の一端は、直流電源６の正極に接続され、他端はダイオード５２のアノードに接続されている、ダイオード５２のカソードは、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の正側の入力端子に接続されている。電力供給用コンデンサ５４の一端はダイオード５２のカソードに接続され、他端はグランドレベル部位ＧＮＤに接続されている。
【００３３】
半導体スイッチ５３の一端は、インダクタ５１とダイオード５２の直列接続点に接続され、他端はグランドレベル部位ＧＮＤに接続されている。電圧検出手段５５は、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の正側の出力端子に設けられ、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２を検出する。ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は、電圧検出手段５５が検出した電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２の検出値に基づいて、半導体スイッチ５３のオン、オフ動作を制御する。ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は、集積回路あるいは半導体スイッチからなる駆動回路等により構成されており、制御装置７からの指令信号に基づいてＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を制御する。
【００３４】
インダクタ５１と、ダイオード５２と、半導体スイッチ５３は、昇圧チョッパ回路を構成している。直流電源６は、車載用の電源としての例えば１２［Ｖ］の出力電圧を発生する。前述の昇圧チョッパ回路は、直流電源６の１２［Ｖ］の出力電圧を数十［Ｖ］〜数百［Ｖ］程度に昇圧して電力供給用コンデンサ５４を充電する。ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂ未満のときに半導体スイッチ５３をオン、オフ動作させて、電力供給用コンデンサ５４を昇圧チョッパ回路５０により充電し、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂ以上のときに半導体スイッチ５３の動作を停止して、昇圧チョッパ回路５０による電力供給用コンデンサ５４の充電を停止する。
【００３５】
電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は、主にＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作により点火プラグ１にＤＣ／ＡＣ変換装置４から交流電力が出力されたときに低下する。しかし、接続された半導体スイッチ５３等からも電力供給用コンデンサ５４に充電されている電荷が徐々に放電されるため、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２はＤＣ／ＡＣ変換装置４が動作しなくても徐々に低下する。しかしながら、点火プラグ１に交流電力を出力していなくとも、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂ未満となればＤＣ／ＤＣ変換装置５の半導体スイッチ５３は動作と停止を繰り返し、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２を出力電圧指令値Ｖｂに維持する。
【００３６】
なお、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は、直流電源６の出力電圧を任意の所定の電圧に変換できるものであればよく、図２に示す昇圧チョッパ回路５０以外の構成であってもよい。
【００３７】
制御装置７は、高電圧電源２と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４と、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を制御するとともに、電流検出手段４８により対象箇所の電流を検出する。制御装置７は、内燃機関の燃焼室内の燃料に点火するタイミングを指示する点火指令信号を、点火周期毎に出力する。また、制御装置７は、内燃機関にとって最適なタイミングで燃焼が発生するように、点火指令信号を出力するタイミングを内燃機関の環境及び運転状況に合わせて制御する。
【００３８】
なお、点火指令信号は、制御装置７の外部から点火装置１０に入力されてもよく、その場合は外部入力された点火指令信号に従って点火動作が実施される。
【００３９】
制御装置７は、ＤＣ／ＤＣ変換許可信号によってＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を制御しており、ＤＣ／ＤＣ変換許可信号がハイレベルのときは電力変換動作を許可し、ＤＣ／ＤＣ変換許可信号がローレベルのときは電力変換動作を禁止する。
【００４０】
また、制御装置７は、ＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号によってＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を制御しており、ＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号がハイレベルのときは電力変換動作を行い、ＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号がローレベルのときは電力変換動作を停止する。制御装置７は、例えばエンジンコントロールユニットあるいはマイクロコンピュータ等により構成されている。
【００４１】
なお、高電圧電源２と、ＤＣ／ＤＣ変換装置５と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４とに用いられている半導体スイッチ２２、４１、４２、４３、４４、５３は、半導体スイッチであればどのような構成の素子であってもよく、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが前述の半導体スイッチとして使用される。
【００４２】
次に、以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による点火装置１０の動作シーケンスについて説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る点火装置の概略動作シーケンスを示すタイミングチャートであって、「ａ」は点火指令信号、「ｂ」は半導体スイッチ２２の駆動制御信号、「ｃ」は点火プラグ１の印加電圧、「ｄ」はＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号、「ｅ」は電流検出手段４８の検出値Ｉ１、「ｆ」はＤＣ／ＤＣ変換許可信号、「ｇ」はＤＣ／ＤＣ変換装置５の出力電流、及び「ｈ」は電力供給用コンデンサ５４の充電電圧、をそれぞれ示している。図３の横軸は時間を示す。図４は、この発明の実施の形態１に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。
【００４３】
図１から図４において、まず、ステップＳ０１では、点火装置１０の制御装置７は、点火周期Ｔｉ毎に出力する点火指令信号に応じて、動作の内容を判断する。図３の「ａ」に示す点火指令信号がハイレベルＨｉのときは、内燃機関の燃焼室内に燃焼を発生させるために、点火装置１０は一連の点火動作を開始する。図３の「ａ」に示す点火指令信号がローレベルＬｏのときは、ＤＣ／ＤＣ変換装置５による電力変換動作を許可し、必要に応じてＤＣ／ＤＣ変換装置５が動作する。
【００４４】
図３に示すタイミングｔ１において、制御装置７は、図３の「ａ」に示す点火指令信号に応じて、「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号をローレベルＬｏに切り替え、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を禁止する。この段階がステップＳ０２に相当する。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の半導体スイッチ５３のスイッチング動作が停止され、電力供給用コンデンサ５４に電力が供給されなくなる。
【００４５】
その後、ステップＳ０３において、制御装置７は、高電圧電源２により点火プラグ１に高電圧を発生させるために、高電圧電源２における半導体スイッチ２２を導通させる。これにより、高電圧電源２のトランス２１における１次巻線２１ａに電流が流れ、トランス２１の鉄心に磁束が蓄積される。
【００４６】
ステップＳ０４では、制御装置７は、図３に示すタイミングｔ２において、「ａ」に示す点火指令信号がハイレベルＨｉからローレベルＬｏに変化することに応じて高電圧電源２の半導体スイッチ２２を遮断する。このタイミングｔ２は、トランス２１の鉄心に点火プラグ１に絶縁破壊電圧を印加できるだけのエネルギが蓄積されたタイミングである。タイミングｔ１からタイミングｔ２までに要する時間は、内燃機関の動作条件ごとに予め測定しておき、制御装置７の内部に設けられたメモリに予め記録しておく。
【００４７】
高電圧電源２の半導体スイッチ２２が遮断されると、トランス２１に蓄積されていた磁束のエネルギが放出され、トランス２１の２次巻線２１ｂには誘導電圧が発生する。トランス２１に蓄積されていた磁束のエネルギは徐々に放出されるため、図３の「ｃ」に示す点火プラグ１の印加電圧Ｖ１は、０［Ｖ］から時間経過とともに負レベルの方向に増加する。なお、図２の回路構成では点火プラグ１に負電圧が印加されるが、正電圧が印加されるように回路を構成してもよい。
【００４８】
次に、図３に示すタイミングｔ３において、図３の「ｃ」に示す点火プラグ１の印加電圧Ｖ１が絶縁破壊電圧Ｖａに達し、点火プラグ１の第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間の空隙に絶縁破壊が発生する。点火プラグ１の電極間の空隙に絶縁破壊が発生すると、点火プラグ１には瞬間的に大きな容量放電電流が流れる。
【００４９】
点火プラグ１に流れる容量放電電流は、点火プラグ１に接続された共振コンデンサ４７及び点火プラグ１の近傍の寄生容量に充電されていた電荷が放出されたものである。点火プラグ１に流れる容量放電電流は、その容量放電電流が流れる原因となるコンデンサの静電容量が大きいほど大きくなるため、この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、共振コンデンサ４７に起因する容量放電電流が特に大きい。この容量放電電流は、点火プラグ１と昇圧トランス４５と共振インダクタ４６と共振コンデンサ４７とで構成される経路にも流れる。
【００５０】
その結果、容量放電電流の一部は、昇圧トランス４５を介して高周波交流電源３にも流入し、半導体スイッチ４１、４２、４３、４４に夫々並列に接続されている並列ダイオードや、電力供給用コンデンサ５４等を還流して消費される。制御装置７は、電流検出手段４８の検出値Ｉ１を取り込み、この検出値Ｉ１に基づいて容量放電電流の電流値を測定する。
【００５１】
次に、図３に示すタイミングｔ４において、制御装置７は、電流検出手段４８の検出値Ｉ１のピーク値が、予め定められた第１の所定値Ｉａ及び第２の所定値Ｉｂ未満に減衰したことを判断する。この段階がステップＳ０５に相当する。予め定められた第１の所定値Ｉａは、容量放電電流の電流値がその第１の所定値Ｉａ以上のときに、電圧検出手段５５が検出誤差を発生させる値として設定されている。
【００５２】
前述の予め定められた第２の所定値Ｉｂは、容量放電電流の電流値がその第２の所定値Ｉｂ以上のときに、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流に前述の容量放電電流の一部が重畳し、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流を検出する電流検出手段４８の検出値に検出誤差を生じる値として設定されている。第２の所定値Ｉｂは、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流指令値Ｉｃの１／２以下とすることが望ましい。制御装置７は、容量放電電流のピーク値が第１の所定値Ｉａ及び第２の所定値Ｉｂ未満に減衰したことを判断したとき、高電圧電源２の出力が停止したと判断して次の動作に移る。
【００５３】
図５は、この発明の実施の形態１に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャートであって、図４におけるステップＳ０５の詳細動作シーケンスのフローチャートを示している。図５に示すフローでは、電流検出手段４８の検出値Ｉ１を用いて以下に述べる判断を行う。すなわち、制御装置７は、図３のタイミングｔ１以降で電流検出手段４８の検出値Ｉ１のピーク値が第１の所定値Ｉａまたは第２の所定値Ｉｂ以上になったとき、点火プラグ１の電極間の間隙における絶縁破壊に伴う容量放電電流の発生を検出する。この段階がステップＳ５１Ａに相当する。
【００５４】
図７は、この発明の実施の形態１に係る点火装置の動作を説明する説明図であって、容量放電電流の一例を示すとともに、図５のフローチャートに基づく判断について説明したものである。容量放電電流は交流電流であり、その周波数は主に共振インダクタ４６と共振コンデンサ４７の共振周波数となるため、［１／共振周波数］の周期をもち、その周期毎に正負のピーク値を生じる。図５のステップＳ５２Ａにおいて、制御装置７は、図５におけるステップＳ５１Ａの後も電流検出手段４８の検出値Ｉ１を予め定められた第１の所定値Ｉａと比較する。
【００５５】
すなわち、図５におけるステップＳ５２Ａにおいて、図７に示すように、電流検出手段４８が検出した容量放電電流の検出値Ｉ１と第１の所定値Ｉａとを容量放電電流の１周期毎に比較し、周期Ｔ２に示すように、容量放電電流の検出値Ｉ１が第１の所定値Ｉａ以上になることを検出できなければ、容量放電電流が第１の所定値Ｉａ未満に減衰したと判断する。図７に示す周期Ｔ１では、容量放電電流の検出値Ｉ１が第１の所定値Ｉａ以上になっており、このときは、容量放電電流が第１の所定値Ｉａ未満に減衰していないと判断する。
【００５６】
次に、図５のステップＳ５３Ａにおいて、制御装置７は、容量放電電流の検出値Ｉ１を予め定められた第２の所定値Ｉｂと比較する。このステップＳ５３Ａにおいても、図７に示す周期Ｔ３のように、容量放電電流の１周期毎に検出値Ｉ１が第２の所定値Ｉｂ以上になることを検出できなければ、容量放電電流が第２の所定値Ｉｂ未満に減衰したと判断する。周期Ｔ１、Ｔ２では、容量放電電流の検出値Ｉ１が第２の所定値Ｉｂ以上になっており、このときは、容量放電電流が第２の所定値Ｉｂ未満に減衰していないと判断する。なお、ステップＳ５２ＡとステップＳ５３Ａの順序は、どちらを先にしてもよい。
【００５７】
図６は、この発明の実施の形態１に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャートで、図４におけるステップＳ０５の別の詳細動作シーケンスのフローチャートを示している。図６において、ステップＳ５１Ｂでは、図３の「ａ」に示す点火指令信号がローレベルＬｏとなったタイミングｔ２からの経過時間ｔａを測定し、その経過時間ｔａが予め定められた所定時間Δｔ以上になった時刻をタイミングｔ４と判断する。所定時間Δｔとしては、例えば、タイミングｔ２の点火指令信号の立ち下がりから、容量放電電流が第１の所定値Ｉａ及び第２の所定値Ｉｂ未満に減衰するまでに要する時間を設定する。
【００５８】
なお、点火プラグ１の電極間の間隙における絶縁破壊発生後の容量放電電流のピーク値が、第１の所定値Ｉａ及び第２の所定値Ｉｂ未満に減衰したことを判断する手法としては、前述の図７により説明した手法と同様の効果が得られれば、どのような手法であってもよい。
【００５９】
前述の容量放電電流は、ＭＨｚオーダー以上の高い周波数を持つため、高周波交流電源３に流れ込んだ際に、配線等の寄生インダクタンスにより高周波交流電源３の基準電位に電圧振動を引き起こす。このような基準電位の電圧振動は、各部の電圧値に重畳するため、センサ等の信号にも基準電位の電圧振動が重畳し、センサ等の検出値に誤差を生じる。
【００６０】
例えば、電圧検出手段５５の検出値に電圧振動が重畳したとき、制御装置７は振動する検出値の最小値を読み取り、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２を実際よりも小さく検出してしまう可能性がある。その結果、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力供給用コンデンサ５４に必要以上に大きい電力を供給してしまうため、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は電圧指令値Ｖｂよりも大きくなる。電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が本来意図していた電圧指令値Ｖｂよりも大きくなると、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の半導体スイッチのスイッチング損失などが増え、電力損失が増大する。
【００６１】
しかし、この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を停止した後に高電圧電源２が動作して点火プラグ１に電圧を印加しており、その後に容量放電電流が予め定められた第１の所定値Ｉａ及び第２の所定値Ｉｂ未満に減衰するまでの間、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力変換動作を停止している。それゆえ、容量放電電流の流入による電圧検出手段５５の誤検出の有無に関わらず、電力供給用コンデンサ５４への過大な電力供給が発生しない。したがって、電圧検出手段５５の検出値の誤差を抑制できるため、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、高周波交流電源３の電力損失の増大を防ぐことができる。
【００６２】
図３に示すタイミングｔ４から予め定められた遅延時間ｔｄ１を経過した後のタイミングｔ５において、制御装置７は、ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９に図３のｄに示すＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号をハイレベルＨｉで出力する。ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９は、電力供給用コンデンサ５４に充電されたエネルギをＤＣ／ＡＣ変換装置４により交流電力に変換し、点火プラグ１に供給する。この段階が図４におけるステップＳ０６である。これにより、点火プラグ１には高周波プラズマが発生する。ここで、遅延時間ｔｄ１は、例えば５０［μｓ］程度とする。遅延時間ｔｄ１は、短いほど点火プラグ１の放電維持電圧が低くなるため、必要がなければ設けなくともよい。
【００６３】
高周波交流電源３は、図３に示す点火に必要な時間ｔａｃ１だけ点火プラグ１に交流電力を供給する。このとき、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力変換動作を停止しているため、図３の「ｈ」に示す電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は徐々に低下する。
【００６４】
ここで、高周波プラズマを用いた点火装置は、一般的に出力電流が大きいほど点火性能が向上し、燃焼し難い環境下でも着火できるようになる。一方で、高周波プラズマの出力電流が大きくなると、点火装置の損失増大や点火プラグの劣化が発生する。したがって、高周波プラズマを用いた点火装置では、出力電流を適切に制御する必要がある。そこで、制御装置７は、電流検出手段４８の検出値Ｉ１のピーク値が出力電流指令値Ｉｃに近づくように、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力する交流電力の周波数を制御する。ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流は、共振インダクタ４６と共振コンデンサ４７の共振周波数と、交流電力の周波数とが、互いに近い値になれば大きくなり、互いに遠い値になれば小さくなる。
【００６５】
このように、高周波交流電源３が交流電力を出力しているときに、高電圧電源２が高電圧を発生させて点火プラグ１の電極間の間隙に絶縁破壊を生じると、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流に容量放電電流が重畳される。その結果、電流検出手段４８はＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流を正確に検出できなくなり、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流値を正確に制御することが困難になる。その結果、過大な交流電力出力による電力損失増大及び点火プラグの劣化、あるいは交流電力の出力不足による点火不良が発生する可能性がある。
【００６６】
しかし、この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、図３に示すように高電圧電源２が電圧を出力せず、容量放電電流が予め定められた許容所定値としての第２の所定値Ｉｂよりも小さいときのタイミングにおいて、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が電力変換動作をするように制御しているため、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流を正確に検出することができる。これにより、過大な交流電力出力による電力損失増大及び点火プラグの劣化、あるいは交流電力の出力不足による点火不良の発生を防ぐことが可能である。
【００６７】
また、高周波交流電源３が出力する交流電力の一部は、内燃機関の共通のグランドレベル部位ＧＮＤを通して高周波交流電源３に流入する。交流電流はＭＨｚオーダーの高い周波数を持つため、高周波交流電源３に流れ込んだ際に、配線等の寄生インダクタンスにより高周波交流電源３の基準電位に電圧振動を引き起こす。このような基準電位の電圧振動は、各部の電圧値に重畳するため、センサ等の信号にも重畳し、検出値に誤差を生じる。
【００６８】
電圧検出手段５５の検出値に電圧振動が重畳したとき、制御装置７は振動する検出値の最小値を読み取り、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２を実際よりも小さく検出してしまう可能性がある。その結果、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力供給用コンデンサ５４に必要以上に大きい電力を供給してしまうため、充電電圧Ｖ２は電圧指令値Ｖｂよりも大きくなる。電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が本来意図していた電圧指令値Ｖｂよりも大きくなると、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の半導体のスイッチング損失などが増え、電力損失が増大する。
【００６９】
しかし、この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が動作する前にＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を停止しているため、容量放電電流の流入による電圧検出手段５５の誤検出の有無に関わらず、電力供給用コンデンサ５４への過大な電力供給が発生しない。したがって、電圧検出手段５５の検出値の誤差を抑制することができるため、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、高周波交流電源３の電力損失の増大を防ぐことができる。
【００７０】
また、ＤＣ／ＡＣ変換装置４から点火プラグ１に供給される電流は、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２に比例する。したがって、電圧検出手段５５が誤検出により充電電圧Ｖ２を実際よりも小さく検出したときは、必要以上に大きい電力が電力供給用コンデンサ５４に供給されて電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が電圧指令値Ｖｂよりも大きくなり、点火プラグ１に大きな電流が流れて点火プラグ１の劣化を引き起こされる。逆に、電圧検出手段５５が誤検出により電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２を実際よりも小さく検出したときは、必要な電力が電力供給用コンデンサ５４に供給されず、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が電圧指令値Ｖｂよりも小さくなり、点火プラグ１の交流電流が不足して点火不良が引き起こされる。
【００７１】
しかし、この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、前述のようにＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を停止しているときにＤＣ／ＡＣ変換装置４が動作するため、電圧検出手段５５の誤検出を防ぎ、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２を電圧指令値Ｖｂに追随するように制御することができる。その結果、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグ１に供給する電流値が、必要以上に過大になる、あるいは過小になることを防ぎ、点火プラグ１の劣化と点火不良との防止に寄与する。
【００７２】
図３に示すタイミングｔ５から点火に必要な時間ｔａｃ１だけ経過したタイミングｔ６において、制御装置７は、図３の「ｄ」に示すＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号をローレベルＬｏとする。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９は、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止する。この段階が図４におけるステップＳ０７である。これにより、点火プラグ１に発生していた高周波プラズマが消滅する。
【００７３】
図３に示すタイミングｔ６において、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は、所定の電圧値Ｖｃまで低下している。制御装置７は、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止した後に、図３の「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号をハイレベルＨｉに切り替え、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を許可する。この段階が図４のステップＳ０８である。
【００７４】
図８は、この発明の実施の形態１に係る点火装置におけるＤＣ／ＤＣ変換装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。ＤＣ／ＤＣ変換装置５は、制御装置７に電力変換動作を許可されたとき、図８のフローチャートに従って動作する。図８のステップＳ８１において、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は、図３の「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号の状態判定と、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２とＤＣ／ＤＣ変換装置５の出力電圧指令値Ｖｂとの比較とを行う。図３の「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号がハイレベルＨｉであり、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂよりも小さいとき、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は半導体スイッチ５３を動作させ、電力供給用コンデンサ５４に直流電力を出力する。この段階が図８におけるステップＳ８２である。ＤＣ／ＤＣ変換許可信号がローレベルＬｏ、あるいは電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂ以上のとき、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は半導体スイッチ５３を停止させ、電力供給用コンデンサ５４への直流電力の供給を停止する。この段階が図８のステップＳ８３である。
【００７５】
制御装置７は、図３のａに示す点火指令信号がハイレベルＨｉになるまで、ＤＣ／ＤＣ変換装置５による電力変換動作を許可し、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂに維持されるように制御する。
【００７６】
実際の点火装置は、電力供給用コンデンサ５４と並列に様々な素子が接続されているため、電力供給用コンデンサ５４ではそれらの抵抗成分によって徐々に充電電荷が放電され、充電電圧Ｖ２が低下する。したがって、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の半導体スイッチ５３は動作と停止を繰り返し、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２を維持するように電力を供給する。このシーケンス動作は、内燃機関の点火周期Ｔｉ毎に繰り返される。代表的な点火周期Ｔｉは１０［ｍｓ］〜１００［ｍｓ］程度である。また、ＤＣ／ＡＣ変換装置４からの出力電流の出力期間Ｔａｃは１００［μｓ］程度である。
【００７７】
図９Ａは、ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うときの条件を示す説明図、図９Ｂは、ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うときの条件と電圧検出手段の検出誤差との関係を示す説明図である。図９Ｂにおいて、「ａ」は容量放電電流、「ｂ」はＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流、「ｃ」はＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作許可状態、「ｄ」は電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２、「ｅ」は電圧検出手段５５の検出値、をそれぞれ示している。
【００７８】
図９Ａにおいて、条件１では、必要に応じて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行う。条件２では、容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行う。条件３では、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグに交流電力を出力しない期間において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行う。条件４では、容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグ１に交流電力を出力しない期間とにおいて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行う。
【００７９】
ここで、図９Ｂに示すように、「ａ」に示す容量放電電流は、前述の条件１、条件２、条件３、及び条件４の何れにおいても同様に、点火プラグ１の電極間の間隙に絶縁破壊が発生する絶縁破壊タイミングで直ちに最大値となり、振動しながら次第に減衰して所定時間後に予め定められた値よりも小さくなる。また、「ｂ」に示すＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流は、前述の条件１、条件２、条件３、及び条件４の何れにおいても同様に、絶縁破壊タイミングから若干遅れたタイミングで一定の振幅および周波数で振動して所定期間に流れるものとして図示されている。
【００８０】
条件１では、前述のように、必要に応じてＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行うものであり、ここでは「ｃ」に示すように、所定のタイミングｔａから所定のタイミングｔｂまでの所定の期間Ａ１で、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は動作許可状態となる。
【００８１】
条件２では、前述のように、容量放電電流が予め定められた値よりも小さくなっている期間においてＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行うものであり、ここでは「ｃ」に示すように、タイミングｔａからタイミングｔｃの期間Ａ２、およびタイミングｔｄからタイミングｔｂまでの期間Ａ３で、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は動作許可状態となる。タイミングｔｃからタイミングｔｄまでの期間Ｂ１は、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作禁止区間となる。
【００８２】
条件３では、前述のように、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグ１に交流電力を出力しない期間に於いて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行うものであり、ここでは「ｃ」に示すように、タイミングｔａからタイミングｔｅの期間Ａ４、およびタイミングｔｆからタイミングｔｂまでの期間Ａ５で、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は動作許可状態となる。タイミングｔｅからタイミングｔｆまでの期間Ｂ２は、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作禁止区間となる。
【００８３】
条件４では、前述のように、容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグ１に交流電力を出力しない期間とにおいて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行うものであり、ここでは「ｃ」に示すように、タイミングｔａからタイミングｔｃの期間Ａ２、およびタイミングｔｆからタイミングｔｂまでの期間Ａ５で、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は動作許可状態となる。タイミングｔｃからタイミングｔｆまでの期間Ｂ３は、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作禁止区間となる。
【００８４】
図９Ｂに示すように、条件１、条件２、条件３、および条件４の何れにおいても、高電圧電源２が点火プラグ１の電極間の間隙に絶縁破壊が発生してから容量放電電流が予め定められた値未満に減衰するまでの期間と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグ１に交流電力を出力する期間とにおいて、「ｅ」に示すように電圧検出手段５５の検出値には電圧振動が重畳され、電圧検出手段５５の検出値に誤差が生じる。
【００８５】
高電圧電源２が点火プラグ１の電極間の間隙に絶縁破壊が発生してから容量放電電流が予め定められた値未満に減衰するまでの期間と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグ１に交流電力を出力する期間との２つの期間が重なると、それぞれの振動が重畳されるため、「ｅ」に示すように電圧検出手段５５の検出誤差はより一層大きくなる。したがって、制御装置７が、電圧振動が重畳した電圧検出手段５５の検出値の最小値を読み取った場合、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が実際にはＤＣ／ＤＣ変換装置５の出力電圧指令値Ｖｂであったとしても、電力供給用コンデンサ５４のＶ２が出力電圧指令値Ｖｂよりも小さいと判断してしまう。
【００８６】
その結果、図３の「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号がハイレベルＨｉであれば、図８のステップＳ８１からステップＳ８２に移行して、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力供給用コンデンサ５４に必要以上に大きい電力を出力し、図９Ｂの「ｅ」における条件１に示すように、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣ変換装置５の出力電圧指令値Ｖｂよりも大きくなる可能性がある。このように電力供給用コンデンサ５４の出力電圧Ｖ２が必要以上に大きくなると、高周波交流電源３の半導体スイッチのスイッチング損失等が増え、電力損失を増大させることになる。
【００８７】
図９Ｂに示す条件２では、「ａ」に示す容量放電電流が、タイミングｔｃから予め定められた値に減衰するタイミングｔｄまでの期間Ｂ１において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作が禁止され、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力変換動作が停止する。したがって、制御装置７は、容量放電電流が予め定められた所定値よりも小さい期間において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を行うように制御する。この場合、条件１の場合に比べて、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は、小さくなり、高周波交流電源３の半導体スイッチのスイッチング損失等が抑制され、電力損失の増大が抑制される。
【００８８】
図９Ｂに示す条件３では、「ｂ」に示すＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流が流れるタイミングｔｅからタイミングｔｆまでの期間Ｂ２において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作が禁止され、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力変換動作が停止する。しかし、期間Ｂ２に至るまでの容量放電電流が予め定められた所定値よりも大きい期間において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作が行われるので、条件２の場合に比べて、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は大きくなり、条件２に比べて高周波交流電源３の半導体スイッチのスイッチング損失等が大きくなり、電力損失が増大する。
【００８９】
図９Ｂに示す条件４では、「ａ」に示す容量放電電流が、絶縁破壊が発生するタイミングｔｃからＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流が流れなくなるタイミングｔｆまでの期間Ｂ３において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作が禁止され、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力変換動作が停止する。したがって、制御装置７は、容量放電電流が予め定められた所定値よりも小さく且つＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流が流れていない期間Ａ２、Ａ５において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を行うように制御する。この場合、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は、出力電圧指令値Ｖｂを超えることはなく、高周波交流電源３の半導体スイッチのスイッチング損失等が抑制され、電力損失の増大が抑制される。
【００９０】
この発明の実施の形態１による点火装置では、図９Ｂの条件２に基づいてＤＣ／ＤＣ変換装置５を制御することを第１の基礎技術とする。具体的には、図３の「ｅ」に示す電流検出手段４８の検出値Ｉ１が第１の所定値Ｉａよりも小さい期間において、制御装置７は、図３の「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号をハイレベルＨｉとする。
【００９１】
これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作時において、容量放電電流がＤＣ／ＤＣ変換装置５の基準電位に流入しなくなる、あるいは容量放電電流が微小であるため、電圧検出手段５５における検出値の誤差を抑制することができる。その結果、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、高周波交流電源３の電力損失の増大を防ぐことができる。
【００９２】
更に、この発明の実施の形態１による点火装置では、図９Ｂの条件４に基づいてＤＣ／ＤＣ変換装置５を制御することを第２の基礎技術とする。具体的には、図３の「ｅ」に示す電流検出手段４８の検出値Ｉ１が第１の所定値Ｉａよりも小さく且つＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流が流れていない期間において、制御装置７は、図３の「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号をハイレベルＨｉとする。
【００９３】
これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作時において、容量放電電流がＤＣ／ＤＣ変換装置５の基準電位に流入しなくなる、あるいは容量放電電流が微小であるため、電圧検出手段５５における検出値の誤差を抑制することができる。その結果、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、高周波交流電源３の電力損失の増大を防ぐことができる。
【００９４】
すなわち、この発明の実施の形態１による点火装置１０は、具体的には、高電圧電源２が点火プラグ１に電圧を発生させてから絶縁破壊に伴う容量放電電流が予め定められた第１の所定値Ｉａに減衰するまでの期間と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグ１に交流電力を出力する期間との少なくとも一方において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を停止する。この場合、制御装置７は、容量放電電流が予め定められた第１の所定値Ｉａよりも小さい期間と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が交流電力を出力しない期間との少なくとも一方を満たす期間において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行うように制御する。
【００９５】
これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行う期間において、絶縁破壊による容量放電電流とＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流とが、同時にＤＣ／ＤＣ変換装置５の基準電位に流れ込むことを防ぎ、電圧検出手段５５における検出誤差を抑制することができる。その結果、検出誤差の影響により、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる。
【００９６】
また、この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、高電圧電源２が点火プラグ１に電圧を発生させてから絶縁破壊に伴う容量放電電流が予め定められた値に減衰するまでの期間と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が点火プラグ１に交流電力を出力する期間との両方において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を停止してもよい。図３は、この場合のタイミングチャートを示している。すなわち、制御装置７は、容量放電電流が予め定められた第１の所定値Ｉａよりも小さい期間と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が交流電力を出力しない期間との両方において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行うように制御する。
【００９７】
これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行う期間において、絶縁破壊による容量放電電流とＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流との両方が、ＤＣ／ＤＣ変換装置５に流れ込むことを防ぎ、電圧検出手段５５の検出誤差をより一層抑制することができる。この結果、検出誤差の影響により、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる。
【００９８】
この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、制御装置７は、容量放電電流が予め定められた第２の所定値Ｉｂよりも小さい期間と、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を停止している期間とにおいて、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が電力変換動作を行うように制御する。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流に容量放電電流が重畳することにより、電流検出手段４８において検出できなくなることを防ぎ、電流検出手段４８の検出値Ｉ１を用いたＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流の制御が可能となる。
【００９９】
その結果、点火プラグ１に過大な電流が供給されることによる点火プラグの劣化、及び電流不足による点火性能の低下を防ぐことができる。ここで、点火性能の低下として、火炎伝播速度の低下による燃費悪化、あるいは不完全燃焼による排出ガスの有害物質の増加等を挙げることができる。
【０１００】
制御装置７は、容量放電電流が予め定められた第１の所定値Ｉａ及び第２の所定値Ｉｂよりも小さい期間と、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を停止している期間とにおいて、ＤＣ／ＡＣ変換装置４が電力変換動作を行うように制御することができる。これにより、前述のように、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流に容量放電電流が重畳することにより検出できなくなることを防ぎ、電流検出手段４８の検出値Ｉ１を用いたＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流の制御が可能となる。
【０１０１】
また、電圧検出手段５５の検出誤差を防ぎ、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が過大あるいは過小な電力を出力することがなくなり、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂよりも過大あるいは過小になることを防止できる。ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流は、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２に比例するため、電圧検出手段５５の検出誤差を防ぐことにより、過大な電流が供給されることによる点火プラグの劣化や電流不足による点火性能の低下を防ぐことができる。従て、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の点火プラグ１への出力電流をより正確に制御することができ、点火プラグ１に過大な電流が供給されることによる点火プラグ１の劣化と、点火プラグ１に供給される電流が不足することによる点火性能の低下とをより一層防ぐことができる。
【０１０２】
この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、ＤＣ／ＤＣ変換装置５とＤＣ／ＡＣ変換装置４が電力変換動作を行わない期間において、高電圧電源２が前記点火プラグに電圧を印加して絶縁破壊を発生させる。その結果、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作時において、容量放電電流の一部がＤＣ／ＤＣ変換装置５に流入することを防ぎ、電圧検出手段５５の検出誤差を抑制できる。加えて、容量放電電流がＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流に重畳することを防ぎ、電流検出手段４８の検出値Ｉ１を用いたＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流の制御が可能となる。したがって、高周波交流電源３の電力損失の増大を防ぐとともに、点火プラグ１の劣化と点火性能低下の防止に寄与する。
【０１０３】
この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、図３の「ａ」に示す点火指令信号に従って、高電圧電源２と、ＤＣ／ＡＣ変換装置４と、ＤＣ／ＤＣ変換装置５とを制御する。点火指令信号は、内燃機関の環境や運転状況に適したタイミングに点火するように制御されるため、点火指令信号に従って点火装置１０を動作させることにより、容易に最適タイミングで点火することができる。
【０１０４】
この発明の実施の形態１に係る点火装置１０では、図３に示すように、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作が行われてから次の点火指令信号が出力されるまでの期間において、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が電力変換動作を行う。これにより、タイミングｔ１の電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は、指令値Ｖｂと実質的に同一程度に維持されるため、タイミングｔ５における点火プラグの印加電圧Ｖ１を放電維持電圧以上にするでき、点火プラグ１に高周波プラズマが発生できないことによる点火性能の低下を防ぐことができる。
【０１０５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る点火装置について説明する。この発明の実施の形態２に係る点火装置の回路構成は、実施の形態１と同一である。したがって、実施の形態１に対応する構成要素と同一符号を付して説明を省略する。この発明の実施の形態２に係る点火装置では、絶縁破壊の発生後でも、放電プラズマによる燃料への着火が行われる。したがって、点火プラグに放電プラズマを長時間発生させ、絶縁破壊からより遅いタイミングでも燃料に着火でき、点火性能の向上に寄与することができる。この発明の実施の形態２の点火装置においては、高周波交流電源３から交流電力を長時間出力することにより、難燃性の燃料混合気への着火や燃焼速度の早期化が可能となる。
【０１０６】
一方で、高周波交流電源３から点火プラグ１に交流電力を出力して高周波プラズマを長時間継続するためには、多くのエネルギを消費する。それゆえ、電力供給用コンデンサ５４の静電容量を十分に大きくして、高周波プラズマを発生中の電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２の低下を抑制し、点火プラグ１の印加電圧Ｖ１が放電維持電圧を下回ることを防ぐ必要がある。しかしそのためには、電力供給用コンデンサ５４が大きくする必要があり、点火装置が大型化してしまう。
【０１０７】
この発明の実施の形態２では、点火装置の電力供給用コンデンサ５４の静電容量を増やすことなく、高周波プラズマを長時間発生させるために、高周波交流電源３のＤＣ／ＡＣ変換装置４が、一度の点火周期Ｔｉにおいて交流電力を複数回間欠的に点火プラグ１に出力する。
【０１０８】
次に、この発明の実施の形態２による点火装置１０の動作シーケンスについて説明する。図１０は、この発明の実施の形態２に係る点火装置の概略動作シーケンスを示すタイミングチャート、図１１は、この発明の実施の形態２に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。図１０におけるタイミングｔ１からｔ６までの動作は、前述の図３におけるタイミングｔ１からｔ６までの動作と同様である。
【０１０９】
図１０に示すタイミングｔ６において、制御装置７は、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止し、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を許可する。この段階が図１１におけるステップＳ０８である。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は、前述の図８のフローチャートに従って、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂ以上になるように電力変換動作を行う。
【０１１０】
その後、図１１のステップＳ０１での判定の結果、図１０の「ａ」に示す点火指令信号の出力がハイレベルＨｉでなければ、タイミングｔ６から休止期間ｔｓ１だけ経過したタイミングｔ７において、制御装置７はＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号をハイレベルＨｉとして出力する。制御装置７は、ＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号のハイレベルＨｉにすると同時若しくは実質的に同時に、「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号をローレベルＬｏとし、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を禁止する。この段階が図１１におけるステップＳ１０である。このとき、図１０の「ｈ」に示す電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は、出力電圧指令値Ｖｂ以上でなくともよい。代表的な休止期間ｔｓ１は５０［μｓ］程度である。
【０１１１】
ステップＳ１０においてＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を禁止すると同時若しくは実質的に同時に、制御装置７はＤＣ／ＡＣ変換装置４による電力変換動作を行う。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換装置４は点火プラグ１に交流電流を供給して高周波プラズマを発生させる。この段階が図１１におけるステップＳ１１である。高周波交流電源３は、点火に必要な交流電力出力期間ｔａｃ２だけ点火プラグ１に交流電力を供給し続ける。このとき、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は、電力変換動作を停止しているため、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は徐々に低下する。
【０１１２】
次に、図１０に示すように、タイミングｔ７から交流電力出力期間ｔａｃ２だけ経過したタイミングｔ８において、制御装置７は「ｄ」に示すＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号をローレベルＬｏとする。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９は、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止する。この段階が図１１に於けるステップＳ１２である。代表的な交流電力出力期間ｔａｃ２は、５０［μｓ］程度である。
【０１１３】
次に、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止すると同時若しくは実質的に同時に、制御装置７は、タイミングｔ８において、「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号をハイレベルＨｉに切り替え、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を許可する。この段階が図１１におけるステップＳ０８である。
【０１１４】
この発明の実施の形態２に係る点火装置１０は、図１０に示すタイミングｔ１からタイミングｔ８までのシーケンス動作を、図１０の「ａ」に示す点火指令信号及び「ｄ」に示すＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号に従って、内燃機関の点火周期Ｔｉ毎に繰り返す。
【０１１５】
以上のように、この発明の実施の形態２に係る点火装置１０は、一度の点火周期Ｔｉにおいて、高周波交流電源３のＤＣ／ＡＣ変換装置４が交流電力を出力した後に、所定の休止期間を設けてから再び点火プラグ１に交流電力を出力する。これにより、休止期間を設けずに交流電力を出力し続ける場合よりも少ない消費電力で、点火プラグ１の電極間の間隙における絶縁破壊の発生からより遅いタイミングに高周波プラズマを発生させることができるため、電力供給用コンデンサ５４の大容量化に伴う大型化を防ぐことができる。
【０１１６】
この発明の実施の形態２に係る点火装置１０では、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作の休止期間に、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を行う。これにより、点火周期１回におけるＤＣ／ＡＣ変換装置４の消費電力を、電力供給用コンデンサ５４に予め充電されたエネルギのみで賄う必要がなくなるため、電力供給用コンデンサ５４の大容量化に伴う大型化を防ぐことができる。
【０１１７】
また、この発明の実施の形態２に係る点火装置１０では、点火指令信号がハイレベルＨｉになり次の点火周期に移行するまで、ＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号に従ってＤＣ／ＡＣ変換装置４とＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を制御する。したがって、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の交流電力出力期間と休止期間をそれぞれ複数回設けてもよい。次に、その一例として、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の交流電力出力期間と休止期間をそれぞれ１回ずつ増やした場合のタイミング動作を、図１２を用いて説明する。
【０１１８】
図１２は、この発明の実施の形態２に係る点火装置の概略動作シーケンスを示す別のタイミングチャートである。図１２におけるタイミングｔ８までの動作は、図１０と同様である。タイミングｔ８において、制御装置７は、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止し、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を許可する。この段階が図１１におけるステップＳ０８である。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は、前述の図８のフローチャートに従って電力変換動作を行い、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂ以上になるように制御される。
【０１１９】
図１２において、タイミングｔ８から休止期間ｔｓ２だけ経過したタイミングｔ９にて制御装置７は「ｄ」に示すＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号をハイレベルＨｉで出力する。制御装置７は、ＤＣ／ＡＣ変換動作信号のハイレベルＨｉにすると同時若しくは実質的に同時に、「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号をローレベルＬｏとし、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を禁止する。この段階が図１１におけるステップＳ１０である。代表的な休止期間ｔｓ２は５０［μｓ］程度である。
【０１２０】
ステップＳ１０においてＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を禁止するとともに、ステップＳ１１において、制御装置７はＤＣ／ＡＣ変換装置４による電力変換動作を行う。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換装置４は点火プラグ１に交流電流を供給して高周波プラズマを発生させる。高周波交流電源３は、点火に必要な交流電力出力期間ｔａｃ３だけ点火プラグ１に交流電力を供給し続ける。
【０１２１】
タイミングｔ９からｔａｃ３だけ経過したタイミングｔ１０において、制御装置７は、「ｄ」に示すＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号をローレベルＬｏとする。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９はＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止する。この段階が図１１におえるステップＳ１２である。代表的な交流電力出力期間ｔａｃ３は５０［μｓ］程度である。ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止するとともに、制御装置７は、「ｆ」に示すＤＣ／ＤＣ変換許可信号をハイレベルＨｉに切り替え、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を許可する。この段階が図１１に於けるステップＳ０８である。
【０１２２】
以上述べたこの発明の実施の形態２に係る点火装置の動作シーケンスでは、タイミングｔ６からｔ８まで、およびタイミングｔ８からｔ１０のように、制御装置７の出力するＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号に応じて、ＤＣ／ＡＣ変換装置４は一回の点火周期に交流電力の出力と停止をそれぞれ複数回繰り返す。なお、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の交流電力出力期間と休止期間をそれぞれ複数回設けてもよい。
【０１２３】
その結果、この発明の実施の形態２に係る点火装置では、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の交流電力出力期間と休止期間を複数回設けない場合に比べて、点火プラグ１に交流電流をより長時間出力することができ、点火性能の向上に寄与することができる。
【０１２４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による点火装置について説明する。前述の実施の形態１では、ＤＣ／ＡＣ変換装置４とＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作と停止を制御することにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が過大な電力を出力することを防ぐようにしていたが、この実施の形態３に係る点火装置では、電圧検出手段５５の検出値に電圧振動が重畳された場合においても、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６がその電圧振動が重畳される直前の電圧検出値を用いてＤＣ／ＤＣ変換装置５を制御することにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が過大な電力を出力することを防ぐようにしたものである。
【０１２５】
この発明の実施の形態３に係る点火装置の回路構成は、実施の形態１と同一である。したがって、実施の形態１に対応する構成要素と同一符号を付して説明を省略する。ＤＣ／ＤＣ変換装置５は、前述の図８のフローチャートに従って、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂ以上になるように電力変換動作を行う。すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換許可信号がハイレベルであり、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂよりも小さいとき、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は半導体スイッチ５３を動作させ、電力供給用コンデンサ５４に直流電力を出力する。ＤＣ／ＤＣ変換許可信号がローレベル、あるいは充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂ以上のとき、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は半導体スイッチ５３を停止させ、電力供給用コンデンサ５４への直流電力の供給を停止する。
【０１２６】
電力供給用コンデンサ５４には、図２に図示していない様々な素子が並列接続されているため、電力供給用コンデンサ５４に充電された電力は常に消費されている。これにより電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は徐々に低下するため、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作により充電エネルギが消費されなくとも、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の半導体スイッチ５３は動作と停止を繰り返し、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が出力電圧指令値Ｖｂ以上になるように電力を供給する。
【０１２７】
次に、この発明の実施の形態３による点火装置１０の動作シーケンスについて説明する。図１３はこの発明の実施の形態３に係る点火装置の動作シーケンスを示すフローチャート、図１４は、この発明の実施の形態３に係る点火装置の概略動作シーケンスを示す別のタイミングチャートである。
【０１２８】
図１３、図１４において、点火装置１０の制御装置７は、図１４の「ａ」に示す点火周期Ｔｉ毎に出力する点火指令信号に応じて、点火装置１０の動作の内容を判断する。即ち図１３のステップＳ１０１では、点火信号の信号レベルがハイレベルＨｉか否かを判定し、ハイレベルＨｉであれば（ＹＥＳ）、内燃機関内の燃焼室の燃料に点火するために、以下に述べる一連の点火動作を開始し、ローレベルＬｏであればステップＳ１０１に戻る。
【０１２９】
ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むと、図１３のタイミングｔ２において、制御装置７は、点火指令信号の立ち下がりに応じて図１４の「ｇ」に示す電圧検出値の取込停止信号をハイレベルＨｉに切り替え、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６が電圧検出手段５５の検出値の取り込みを停止するように制御する。ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は、タイミングｔ２における電圧検出手段５５による電圧検出値を保持しておき、電圧検出値の取込停止信号がローレベルＬｏになるタイミングｔ４までの期間において、タイミングｔ２での電圧検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を制御する。
【０１３０】
ステップＳ１０３において、制御装置７は、高電圧電源２により点火プラグ１に高電圧を発生させるために、半導体スイッチ２２をタイミングｔ１にて導通させる。これにより、トランス２１の１次巻線２１ａに電流が流れ、トランス２１の鉄心に磁束が蓄積される。
【０１３１】
次に、タイミングｔ２において、制御装置７は点火指令信号の立ち下がりに応じて高電圧電源２の半導体スイッチ２２を遮断する。この段階がステップＳ１０４である。このタイミングｔ２は、トランス２１の鉄心において、点火プラグ１に絶縁破壊電圧を印加できるだけのエネルギが蓄積されたタイミングである。
【０１３２】
半導体スイッチ２２が遮断されると、トランス２１に蓄積された磁束のエネルギが放出され、２次巻線２１ｂには誘導電圧が発生する。磁束のエネルギは徐々に放出されるため、「ｃ」に示す点火プラグ１の印加電圧Ｖ１は、時間経過とともに負側に増加する。
【０１３３】
タイミングｔ３において、点火プラグ１の出力電圧Ｖ１が絶縁破壊電圧Ｖａに達し、点火プラグ１の対向電極間の間隙に絶縁破壊が発生する。これにより、点火プラグ１の電極間、つまり点火プラグ１に瞬間的に大きな容量放電電流が流れる。
【０１３４】
容量放電電流は、点火プラグ１に接続された共振コンデンサ４７及び点火プラグ１の近傍の寄生容量に充電された電荷が放出されたものである。容量放電電流は、原因となるコンデンサの静電容量が大きいほど大きくなる。この発明の点火装置では、共振コンデンサ４７に起因する容量放電電流が特に大きい。この容量放電電流は、点火プラグ１と昇圧トランス４５と共振インダクタ４６と共振コンデンサ４７とで構成される経路にも流れる。
【０１３５】
その結果、容量放電電流の一部は昇圧トランス４５を介して高周波交流電源３にも流入し、半導体スイッチ４１、４２、４３、４４にそれぞれ並列接続された並列ダイオードや電力供給用コンデンサ５４等を還流して消費される。制御装置７は、図１４の「ｅ」に示す電流検出手段４８の検出値Ｉ１を取り込み、容量放電電流の電流値を測定する。
【０１３６】
タイミングｔ４において、制御装置７は電流検出手段４８の検出値Ｉ１のピーク値が、予め定められた第１の所定値Ｉａ未満に減衰したことを判断する。この段階が図１３におけるステップＳ１０５である。予め定められた第１の所定値Ｉａは、容量放電電流の電流値がこの第１の所定値Ｉａ以上のときに、電圧検出手段５５において検出誤差を発生させる値とする。制御装置７は、容量放電電流のピーク値が第１の所定値Ｉａ未満に減衰したと判断したとき、高電圧電源２の出力が停止したと判断して次の動作に移る。
【０１３７】
制御装置７は、予め定められた第１の所定値Ｉａ未満に減衰したことを判断した後に、図１４の「ｇ」に示す電圧検出値の取込停止信号をローレベルＬｏに切り替え、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６が電圧検出手段５５の検出値の取り込みを開始するように制御する。この段階が図１３におけるステップＳ１０６である。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は、電圧検出手段５５の検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を制御するようになる。
【０１３８】
前述の容量放電電流は、ＭＨｚオーダー以上の高い周波数を持つため、高周波交流電源３の基準電位に流れ込んだ際に、配線等の寄生インダクタンスにより高周波交流電源３の基準電位に電圧振動を引き起こす。このような基準電位の電圧振動は、各部の電圧値に重畳するため、センサ等の信号にも重畳し、検出値に誤差を生じる。
【０１３９】
例えば、電圧検出手段５５の検出値に電圧振動が重畳したとき、制御装置７は振動する検出値の最小値を取り込み、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２を実際よりも小さく検出してしまう可能性がある。その結果、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力供給用コンデンサ５４に必要以上に大きい電力を供給してしまうため、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は電圧指令値Ｖｂよりも大きくなる。電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が本来意図していた電圧指令値Ｖｂよりも大きくなると、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の半導体のスイッチング損失などが増え、電力損失が増大する。
【０１４０】
しかしながら、この発明の実施の形態３に係る点火装置では、電圧検出手段５５の検出値に対して容量放電電流による電圧振動が重畳する期間において、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６が電圧検出手段５５の検出値の取り込みを停止するように制御されており、取り込み停止期間におけるＤＣ／ＤＣ変換装置５は、高電圧電源２が点火プラグ１に電圧を発生させる直前の検出値を用いて電力変換動作を行うように制御される。すなわち、制御装置７は、高電圧電源２が点火プラグ１に電圧を発生させてから点火プラグ１の電極間の間隙に発生する絶縁破壊に伴う容量放電電流が予め定められた値に減衰するまでの期間において、高電圧電源２が点火プラグ１に電圧を発生させる直前の電圧検出手段５５の検出値を用いて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を制御する。
【０１４１】
これにより、電圧振動による検出誤差が大きいときの電圧検出手段５５の検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を行うことがなくなるため、検出誤差により引き起こされるＤＣ／ＤＣ変換装置５の誤出力を防ぐことができる。
【０１４２】
タイミングｔ４から予め定められた遅延時間ｔｄ１を経過した後のタイミングｔ５において、制御装置７は、図１４の「ｇ」に示す電圧検出値の取込停止信号をハイレベルＨｉに切り替え、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６が電圧検出手段５５の検出値の取り込みを停止するように制御する。この段階がステップＳ１０７である。ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は、タイミングｔ５の検出値を保持しておき、電圧検出値の取込停止信号がローレベルＬｏになるタイミングｔ６までの期間において、タイミングｔ５の検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を制御する。
【０１４３】
制御装置７は、前述のようにＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６が電圧検出手段５５の検出値の取り込みを停止するように制御した後、図１４の「ｄ」に示すＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９に、ＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号をハイレベルＨｉで出力する。ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９は、電力供給用コンデンサ５４に充電されたエネルギをＤＣ／ＡＣ変換装置４により交流電力に変換し、点火プラグ１に供給する。この段階が図１３のステップＳ１０８である。これにより、点火プラグ１には高周波プラズマが発生する。ここで、遅延時間ｔｄ１は、例えば５０［μｓ］程度とする。遅延時間ｔｄ１は、短いほど点火プラグ１の放電維持電圧が低くなるため、必要がなければ設けなくともよい。
【０１４４】
高周波交流電源３は、点火に必要な時間ｔａｃ１だけ点火プラグ１に交流電力を供給する。すなわち、タイミングｔ５から点火に必要な時間ｔａｃ１だけ経過したタイミングｔ６において、制御装置７は、「ｄ」に示すＤＣ／ＡＣ変換動作期間信号をローレベルＬｏとする。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換制御回路４９は、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止する。この段階がステップＳ１０９である。これにより、点火プラグ１に発生していた高周波プラズマが消滅する。
【０１４５】
制御装置７は、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の電力変換動作を停止した後に、図１４の「ｇ」に示す電圧検出値の取込停止信号をローレベルＬｏに切り替え、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６が電圧検出手段５５の検出値の取り込みを開始するように制御する。この段階がステップＳ１１０である。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６は、電圧検出手段５５の検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の動作を制御するようになる。
【０１４６】
高周波交流電源３の出力する交流電力の一部は、内燃機関の共通のグランドレベル部位ＧＮＤを通して高周波交流電源３に流入する。交流電流はＭＨｚオーダーの高い周波数を持つため、高周波交流電源３の基準電位に流れ込んだ際に、配線等の寄生インダクタンスにより高周波交流電源３の基準電位に電圧振動を引き起こす。このような基準電位の電圧振動は、各部の電圧値に重畳するため、センサ等の信号にも重畳し、検出値に誤差を生じる。
【０１４７】
電圧検出手段５５の検出値に電圧振動が重畳したとき、制御装置７は振動する検出値の最小値を取り込み、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２を実際よりも小さく検出してしまう可能性がある。その結果、ＤＣ／ＤＣ変換装置５は電力供給用コンデンサ５４に必要以上に大きい電力を供給してしまうため、電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２は電圧指令値Ｖｂよりも大きくなる。電力供給用コンデンサ５４の充電電圧Ｖ２が本来意図していた電圧指令値Ｖｂよりも大きくなると、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の半導体のスイッチング損失などが増え、電力損失が増大する。
【０１４８】
しかしながら、この発明の実施の形態３に係る点火装置では、電圧検出手段５５の検出値に対して交流電力が重畳する期間において、ＤＣ／ＤＣ変換制御回路５６が電圧検出手段５５の検出値の取り込みを停止するように制御されており、取り込み停止期間におけるＤＣ／ＤＣ変換装置５は、高周波交流電源３が点火プラグ１に交流電力を出力する直前の検出値を用いて電力変換動作を行うように制御される。
【０１４９】
すなわち、制御装置７は、高周波交流電源３が点火プラグ１に交流電力を出力する期間において、高周波交流電源３が点火プラグ１に交流電力を出力する直前の電圧検出手段５５の検出値を用いて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を制御する。これにより、電圧振動による検出誤差が大きいときの電圧検出手段５５の検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作を行うことがなくなるため、検出誤差により引き起こされるＤＣ／ＤＣ変換装置５の誤出力を防ぐことができる。
【０１５０】
この発明の実施の形態３による点火装置は、以上述べたシーケンス動作を内燃機関の点火周期Ｔｉ毎に繰り返す。代表的な点火周期Ｔｉは１０［ｍｓ］〜１００［ｍｓ］程度である。
【０１５１】
以上述べたこの発明の各実施の形態に係る点火装置は、以下の（１）から（１６）の発明のうちの何れかの発明を具体化したものである。
（１）間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、内燃機関の燃焼室の燃料に点火する点火プラグと、 
前記点火プラグに電圧を印加して前記間隙に絶縁破壊を生じさせる高電圧電源と、
前記点火プラグに高周波電圧を印加して前記間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源に電力を供給する直流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源との動作を制御する制御装置と、
を有する点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記絶縁破壊により発生する容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに前記交流電力を出力しない期間と、のうちの少なくとも一方を満たす期間において、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御するように構成されている、
ことを特徴とする点火装置。
この発明によれば、ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行う期間において、絶縁破壊による容量放電電流とＤＣ／ＡＣ変換装置の出力する交流電流とが、同時にＤＣ／ＤＣ変換装置の基準電位に流れ込むことを防ぎ、電圧検出手段の検出誤差を抑制することができる。その結果、検出誤差の影響により、ＤＣ／ＤＣ変換装置が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１５２】
（２）前記制御装置は、
前記容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに交流電力を出力しない期間とにおいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする上記（１）に記載の点火装置。
この発明によれば、ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行う期間において、絶縁破壊による容量放電電流とＤＣ／ＡＣ変換装置の出力電流との両方が、ＤＣ／ＤＣ変換装置の基準電位に流れ込むことを防ぎ、電圧検出手段の検出誤差をより一層抑制することができる。その結果、検出誤差の影響により、ＤＣ／ＤＣ変換装置が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１５３】
（３）間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、内燃機関の燃焼室の燃料に点火する点火プラグと、 
前記点火プラグに電圧を印加して前記間隙に絶縁破壊を生じさせる高電圧電源と、
前記点火プラグに高周波電圧を印加して前記間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源に電力を供給する直流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源との動作を制御する制御装置と、
を有する点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電力を所定の周波数を有する交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、
前記変換した前記直流電力のエネルギを充電する電力供給用コンデンサと、
前記電力供給用コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
前記制御装置は、
前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加してから、前記絶縁破壊により生じる容量放電電流が予め定められた値よりも小さくなるまでの期間において、前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加する直前の前記電圧検出手段の検出値を用いて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を制御するように構成されている、
ことを特徴とする点火装置。
この発明は、電圧検出手段の検出値に電圧振動が重畳する期間において、電圧振動が重畳する前の検出値を用いてＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うため、電圧振動が引き起こす検出誤差の影響によりＤＣ／ＤＣ変換装置が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる。
この発明は、実施の形態３により具体化されている。
【０１５４】
（４）間隙を介して対向する第１の電極と第２の電極とを備え、内燃機関の燃焼室の燃料に点火する点火プラグと、 
前記点火プラグに電圧を印加して前記間隙に絶縁破壊を生じさせる高電圧電源と、
前記点火プラグに高周波電圧を印加して前記間隙に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源に電力を供給する直流電源と、
前記高電圧電源と前記高周波交流電源との動作を制御する制御装置と、
を有する点火装置であって、
前記高周波交流電源は、
直流電力を所定の周波数を有する交流電力に変換し、前記変換した交流電力を前記点火プラグに出力するＤＣ／ＡＣ変換装置と、
直流電源からの直流電力を所定の電圧値を有する直流電力に変換し、前記変換した直流電力を前記ＤＣ／ＡＣ変換装置に出力するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、
前記変換された前記直流電力のエネルギを充電する電力供給用コンデンサと、
前記電力供給用コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに電流を出力する期間において、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が点火プラグに電流を出力する直前の前記電圧検出手段の検出値を用いて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を制御するように構成されている、
ことを特徴とする点火装置。
この発明によれば、電圧検出手段の検出値に電圧振動が重畳する期間において、電圧振動が重畳する前の検出値を用いてＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うため、電圧振動が引き起こす検出誤差の影響によりＤＣ／ＤＣ変換装置が必要以上に大きい電力を出力することを防止し、電力損失の増大を防ぐことができる。
この発明は、実施の形態３により具体化されている。
【０１５５】
（５）前記制御装置は、
前記容量放電電流が予め定められた値よりも小さい期間と、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を停止する期間とにおいて、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の点火装置。
この発明によれば、容量放電電流がＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流に重畳することを防ぎ、電流検出手段４８の検出値Ｉ１を用いたＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流の制御が可能となる。加えて、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作時において、ＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流が、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の基準電位に流入することを防ぎ、電圧検出手段５５における検出誤差を抑制することができる。検出誤差を抑制すれば、ＤＣ／ＤＣ変換装置５が過大あるいは過小な電力を電力供給用コンデンサ５４に供給することがなくなり、点火プラグ１の劣化と点火不良とが防止できる。その結果、高周波交流電源３の電力損失の増大を防ぐとともに、点火プラグ１の劣化と点火性能低下の防止に寄与する。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１５６】
（６）前記制御装置は、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行わない期間と、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が前記点火プラグに交流電力を出力しない期間とにおいて、前記高電圧電源が前記点火プラグに電圧を印加して前記絶縁破壊を発生させるように制御する、
ことを特徴とする上記（１）（２）、（６）のうちの何れか一つに記載の点火装置。
この発明によれば、ＤＣ／ＤＣ変換装置５の電力変換動作時において、容量放電電流の一部がＤＣ／ＤＣ変換装置５の基準電位に流入することを防ぎ、電圧検出手段５５の検出誤差を抑制できる。加えて、容量放電電流がＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流に重畳することを防ぎ、電流検出手段４８の検出値Ｉ１を用いたＤＣ／ＡＣ変換装置４の出力電流の制御が可能となる。したがって、高周波交流電源３の電力損失の増大を防ぐとともに、点火プラグ１の劣化と点火性能低下の防止に寄与する。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１５７】
（７）前記制御装置は、
前記燃料に点火するタイミングを指示する点火指令信号に基づいて、前記高電圧電源と前記ＤＣ／ＤＣ変換装置と前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の動作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（６）のうちの何れか一つに記載の点火装置。
この発明によれば、点火指令信号は、内燃機関の環境や運転状況に適したタイミングに点火するように制御されるため、点火指令信号に従って点火装置を動作させることにより、容易に最適タイミングで点火することができる。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１５８】
（８）前記制御装置は、
前記燃料に点火するタイミングを指示する点火指令信号に基づいて、前記高電圧電源と前記ＤＣ／ＤＣ変換装置と前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の動作を制御するように構成され、前記点火指令信号に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を停止した後に、前記高電圧電源を動作させて前記点火プラグに電圧を印加する、
ことを特徴とする上記（１）、（２）、（５）から（７）のうちの何れか一つに記載の点火装置。
この発明は、ＤＣ／ＤＣ変換装置の停止と、高電圧電源による電圧発生を、点火指令信号に基づいて実施する際の具体的な動作であり、上記（１）、（２）、（５）から（７）に記載の発明の効果を得るために有効な制御手段である。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１５９】
（９）前記ＤＣ／ＡＣ変換装置は、
前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の出力電流、及び前記絶縁破壊により生じる容量放電電流を検出する電流検出手段を備え、
前記制御装置は、
前記電流検出手段の検出値に基づいて、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の電力変換動作を制御する、
ことを特徴とする上記（１）から（８）のうちの何れか一つに記載の点火装置。
この発明によれば、絶縁破壊に伴う容量放電電流とＤＣ／ＡＣ変換装置の出力電流の検出手法と、ＤＣ／ＡＣ変換装置の電力変換の具体的動作であり、上記（１）から（８）に記載の発明の効果を得るために有効な制御手段である。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１６０】
（１０）前記制御装置は、
前記容量放電電流の発生を検出した後において、前記容量放電電流の１周期毎のピーク値が予め定められた値未満になることを検出した後に、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする上記（９）に記載の点火装置。
この発明によれば、絶縁破壊後の容量放電電流が減衰を検出した後に、ＤＣ／ＡＣ変換装置による交流電力の出力動作を具体的に記載したものであり、上記（９）に記載の発明の効果を得るために有効な制御手段である。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１６１】
（１１）前記制御装置は、
前記高電圧電源が点火プラグに電圧を出力するための動作を実施したタイミングから、予め定められた時間が経過した後に、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする上記（１）から（１０）のうちの何れか一つに記載の点火装置。
この発明によれば、絶縁破壊後の容量放電電流が減衰した後に、ＤＣ／ＡＣ変換装置による交流電力を出力する動作を具体的に記載したものであり、上記（１）から（１０）に記載の発明の効果を得るために有効な制御手段である。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１６２】
（１２）前記制御装置は、
前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の電力変換動作を停止した後に、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の電力変換動作を許可する、
ことを特徴とする上記（１）、（２）、（５）から（１１）のうちの何れか一つに記載の点火装置。
この発明によれば、ＤＣ／ＡＣ変換装置の動作停止とＤＣ／ＤＣ変換装置の動作許可の具体的なタイミングを記載したものであり、上記（１）、（２）、（５）から（１１）に記載の発明の効果を得るために有効な制御方法である。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１６３】
（１３）前記制御装置は、
前記燃料に点火するタイミングを指示する点火指令信号に基づいて、前記高電圧電源と前記ＤＣ／ＤＣ変換装置と前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の動作を制御するように構成され、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の電力変換動作を停止してから次の点火指令信号が出力されるまでの期間において、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
ことを特徴とする上記（１）、（２）、（５）から（１２）のうちの何れか一つに記載の点火装置。
この発明によれば、点火タイミングにおいて、電力供給用コンデンサの充電電圧が出力電圧指令値に維持されるため、交流電力出力中の点火プラグの印加電圧が放電維持電圧以上に保たれ、高周波プラズマが発生できないことによる点火性能の低下を防ぐことができる。
この発明は、実施の形態１により具体化されている。
【０１６４】
（１４）前記制御装置は、
前記燃料に点火するタイミングを指示する点火指令信号に基づいて、前記高電圧電源と前記ＤＣ／ＤＣ変換装置と前記ＤＣ／ＡＣ変換装置の動作を制御するように構成され、前記点火指令信号が出力されてから次の点火指令信号が出力されるまでの１回の点火期間において、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を停止してから所定の休止期間を設けた後に、再度、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行うように制御する、
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点火装置。
この発明によれば、休止期間を設けずに交流電力を出力し続ける場合よりも少ない消費電力で、絶縁破壊からより遅いタイミングに高周波プラズマを発生させることができるため、電力供給用コンデンサの大容量化に伴う大型化を防ぐことができる。
この発明は、実施の形態２により具体化されている。
【０１６５】
（１５）前記制御装置は、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置が前記休止期間に電力変換動作を行うように制御することを特徴とする上記（１４）に記載の点火装置。
この発明によれば、ＤＣ／ＡＣ変換装置の点火周期１回におけるすべての消費電力を、電力供給用コンデンサに予め充電されたエネルギのみで賄う必要がなくなるため、電力供給用コンデンサの大容量化に伴う大型化を防ぐことができる。
この発明は、実施の形態２により具体化されている。
【０１６６】
（１６）前記制御装置は、
前記１回の点火期間において、前記ＤＣ／ＡＣ変換装置が電力変換動作を行って前記点火プラグに交流電力を供給する交流電力出力期間と、前記休止期間とを、それぞれ複数回設けるように制御することを特徴とする上記（１４）または（１５）に記載の点火装置。
この発明によれば、電力供給用コンデンサの容量を増加させることなく、ＤＣ／ＡＣ変換装置が点火プラグに交流電力をより長時間出力することができ、点火性能の向上に寄与する。
この発明は、実施の形態２により具体化されている。
【０１６７】
尚、この発明は前述の実施の形態１から３による点火装置に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態１、２、及び２の構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
この発明は、内燃機関の点火装置の分野、ひいては自動車産業の分野に利用することができる。
【符号の説明】
【０１６９】
１  点火プラグ、１ａ  第１の電極、１ｂ  第２の電極、２  高電圧電源、３  高周波交流電源、４  ＤＣ／ＡＣ変換装置、５  ＤＣ／ＤＣ変換装置、６  直流電源、７  制御装置、１０  点火装置、２１  トランス、２１ａ  トランスの１次巻線、２１ｂ  トランスの２次巻線、２２  半導体スイッチ、２３  ダイオード、４１、４２、４３、４４  半導体スイッチ、４５  昇圧トランス、４５ａ  昇圧トランスの１次巻線、４５ｂ  昇圧トランスの２次巻線、４６  共振インダクタ、４７  共振コンデンサ、４８  電流検出手段、４９  ＤＣ／ＡＣ変換制御回路、５０  昇圧チョッパ回路、５１  インダクタ、５２  ダイオード、５３  半導体スイッチ、５４  電力供給用コンデンサ、５５  電圧検出手段、５６  ＤＣ／ＤＣ変換制御回路、ＧＮＤ  グランドレベル部位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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