(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルと二次コイルとを有する点火コイルを介して接続されたスパークプラグの火花放電を制御する点火制御装置であって、
直流電源に接続された前記一次コイルのグランド側に接続され前記直流電源から前記一次コイルに流れる一次電流をオンオフする第１スイッチング部と、グランドと、の間に接続された第２スイッチング部と、
前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部との間の第１接続部と、前記直流電源と前記一次コイルとの間の第２接続部との間に接続され、前記第１接続部から前記第２接続部に電流が流れることを許容し、前記第２接続部から前記第１接続部に電流が流れることを抑制する整流素子と、
前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部とを制御して、前記火花放電を発生させた後、前記火花放電を強制的に遮断する制御を行う点火制御部と、
を備え、
前記点火制御部は、
前記第１スイッチング部および前記第２スイッチング部をオンにして前記一次コイルに通電させる第１の処理と、
前記第１の処理後に、前記第１スイッチング部をオフにし、前記二次コイルに高電圧を発生させて前記スパークプラグを火花放電させる第２の処理と、
前記火花放電の最中に、前記第２スイッチング部がオフの状態で、前記第１スイッチング部をオンにすることで、前記一次コイルに発生する電流を前記整流素子に流して前記火花放電を強制的に終了させる第３の処理と、を実行する、点火制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の点火制御装置であって、
更に、前記第１の処理において前記一次コイルに流れる一次電流を検出して前記点火制御部に伝達する電流検出部を備え、
前記点火制御部は、伝達された前記一次電流に応じて前記第２スイッチング部をオンオフ制御することで、前記第１の処理において前記一次コイルに流れる一次電流の最大値を一定範囲内に制御する、点火制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の点火制御装置であって、
更に、前記第１の処理において前記一次コイルに流れる一次電流を検出し、前記一次電流に応じて前記第２スイッチング部をオンオフ制御することで、前記第１の処理において前記一次コイルに流れる一次電流の最大値を一定範囲内に制御する電流制御部、を備える点火制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の点火制御装置であって、
前記点火制御部は、前記第２の処理において、前記第１スイッチング部をオフにするタイミングよりも遅いタイミングで、前記第２スイッチング部をオフする、点火制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の点火制御装置であって、
前記点火制御部は、前記第３の処理において前記第１スイッチング部をオンするタイミングよりも早いタイミングで、前記第２スイッチング部をオフする、点火制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の点火制御装置であって、
前記一次コイルと前記二次コイルと前記スパークプラグとが、内燃機関の気筒毎に備えられており、
前記直流電源は、前記各一次コイルに共通して接続され、
前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部と前記整流素子とは、前記一次コイル毎に設けられ、
前記点火制御部は、前記各第１スイッチング部と前記各第２スイッチング部とを制御して、前記気筒毎に、前記火花放電を発生させた後、前記火花放電を強制的に遮断する制御を行う、点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の点火制御装置は、点火コイルを介してスパークプラグに接続される。点火制御装置は、点火コイルの一次コイルに一次電流を流した後、一次電流を遮断することによって、点火コイルの二次コイルに高電圧を発生させる。二次コイルに高電圧が発生すると、その高電圧によってスパークプラグが火花放電する。例えば、特許文献１〜３には、火花放電後に、その火花放電を強制的に遮断する技術が開示されている。この技術によれば、火花放電が発生する期間を任意の期間に調整することができるので、スパークプラグに供給する電気エネルギを小さくすることができる。その結果、スパークプラグの省電力化および長寿命化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３２２８６２号公報
【特許文献２】特許第４３５８３７０号公報
【特許文献３】特許第３９８２３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１，２に記載された火花を遮断するための回路は、一次コイルと通電用のスイッチング素子との接続部に接続する必要があるため（図１０の接続部８３ａ、図１２の接続部８３ｂを参照）、通電用のスイッチング素子（イグナイタ）を内蔵するタイプの点火コイル（図３の点火コイル２０ａを参照）に適用することが困難であった。また、特許文献３に記載の回路には、一次コイルと直流電源との間にスイッチング素子が設けられているため（図１４参照）、複数の点火コイル間で電源ハーネスを共通化することが困難であり、多気筒の内燃機関に適用する場合に部品点数が増加してしまうという問題があった（図１６参照）。これらの課題に鑑み、火花放電を強制的に遮断可能であり、かつ、汎用性が高く、部品点数を削減可能な点火制御装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態は、一次コイルと二次コイルとを有する点火コイルを介して接続されたスパークプラグの火花放電を制御する点火制御装置であって、
直流電源に接続された前記一次コイルのグランド側に接続され前記直流電源から前記一次コイルに流れる一次電流をオンオフする第１スイッチング部と、グランドと、の間に接続された第２スイッチング部と、
前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部との間の第１接続部と、前記直流電源と前記一次コイルとの間の第２接続部との間に接続され、前記第１接続部から前記第２接続部に電流が流れることを許容し、前記第２接続部から前記第１接続部に電流が流れることを抑制する整流素子と、
前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部とを制御して、前記火花放電を発生させた後、前記火花放電を強制的に遮断する制御を行う点火制御部と、
を備え、
前記点火制御部は、
前記第１スイッチング部および前記第２スイッチング部をオンにして前記一次コイルに通電させる第１の処理と、
前記第１の処理後に、前記第１スイッチング部をオフにし、前記二次コイルに高電圧を発生させて前記スパークプラグを火花放電させる第２の処理と、
前記火花放電の最中に、前記第２スイッチング部がオフの状態で、前記第１スイッチング部をオンにすることで、前記一次コイルに発生する電流を前記整流素子に流して前記火花放電を強制的に終了させる第３の処理と、を実行する、点火制御装置である。また、本発明は、以下の形態としても実現できる。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、一次コイルと二次コイルとを有する点火コイルを介して接続されたスパークプラグの火花放電を制御する点火制御装置が提供される。この点火制御装置は、直流電源に接続された前記一次コイルのグランド側に接続され前記直流電源から前記一次コイルに流れる一次電流をオンオフする第１スイッチング部と、グランドと、の間に接続された第２スイッチング部と；前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部との間の第１接続部と、前記直流電源と前記一次コイルとの間の第２接続部との間に接続され、前記第１接続部から前記第２接続部に電流が流れることを許容し、前記第２接続部から前記第１接続部に電流が流れることを抑制する整流素子と；前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部とを制御して、前記火花放電を発生させた後、前記火花放電を強制的に遮断する制御を行う点火制御部と、を備えることを特徴とする。このような形態の点火制御装置であれば、火花放電中に、第２スイッチング部がオフにされた状態で第１スイッチング部をオンにするだけで、一次コイルと整流素子との間に再通電電流が流れ、火花放電を強制的に遮断することができる。よって、火花放電を強制的に遮断する回路を簡易な構成で実現することができる。また、このような点火制御装置であれば、第２スイッチング部を、第１スイッチング部（イグナイタ）とグランドとの間に接続することで、火花放電を強制的に遮断する構成とすることができる。そのため、点火コイルがイグナイタ（第１スイッチング部）を内蔵するタイプであっても、点火コイルに改変を加えることなく、点火制御装置を点火コイルに接続することができるので、汎用性の高い点火制御装置を提供することができる。更に、上記形態の点火制御装置であれば、点火コイルと直流電源との間にスイッチング素子などの素子を設ける必要がないので、当該点火制御装置を多気筒の内燃機関に適用する場合であっても、直流電源を各点火コイルに対して共通して接続することができる。そのため、複数の点火コイル間で電源ハーネスを共通化することが可能となり、部品点数を削減することができる。
【０００７】
（２）上記形態の点火制御装置において、前記点火制御部は、前記第１スイッチング部および前記第２スイッチング部をオンにして前記一次コイルに通電させる第１の処理と；前記第１の処理後に、前記第１スイッチング部をオフにし、前記二次コイルに高電圧を発生させて前記スパークプラグを火花放電させる第２の処理と；前記火花放電の最中に、前記第２スイッチング部がオフの状態で、前記第１スイッチング部をオンにすることで、前記一次コイルに発生する電流を前記整流素子に流して前記火花放電を強制的に終了させる第３の処理と、を実行してもよい。このような形態の点火制御装置であれば、火花放電中に、第２スイッチング部がオフの状態で第１スイッチング部をオンにするだけで、火花放電を強制的に遮断することができる。
【０００８】
（３）上記形態の点火制御装置は、更に、前記第１の処理において前記一次コイルに流れる一次電流を検出して前記点火制御部に伝達する電流検出部を備えてもよく、前記点火制御部は、伝達された前記一次電流に応じて前記第２スイッチング部をオンオフ制御することで、前記第１の処理において前記一次コイルに流れる一次電流の最大値を一定範囲内に制御してもよい。このような形態の点火制御装置であれば、スパークプラグを火花放電させるために点火コイルに蓄積するエネルギをほぼ一定にすることができる。よって、スパークプラグの省電力化および長寿命化をより促進することができる。
【０００９】
（４）上記形態の点火制御装置は、更に、前記第１の処理において前記一次コイルに流れる一次電流を検出し、前記一次電流に応じて前記第２スイッチング部をオンオフ制御することで、前記第１の処理において前記一次コイルに流れる一次電流の最大値を一定範囲内に制御する電流制御部、を備えてもよい。このような形態の点火制御装置であっても、スパークプラグを火花放電させるために点火コイルに蓄積するエネルギをほぼ一定にすることができる。よって、スパークプラグの省電力化および長寿命化をより促進することができる。
【００１０】
（５）上記形態の点火制御装置において、前記点火制御部は、前記第２の処理において、前記第１スイッチング部をオフにするタイミングよりも遅いタイミングで、前記第２スイッチング部をオフしてもよい。このような形態の点火制御装置であれば、第１スイッチング部よりも先に第２スイッチング部がオフになることを抑制することができるので、火花放電のためのエネルギを点火コイルに十分に蓄積させることができる。
【００１１】
（６）上記形態の点火制御装置において、前記点火制御部は、前記第３の処理において前記第１スイッチング部をオンするタイミングよりも早いタイミングで、前記第２スイッチング部をオフしてもよい。このような形態の点火制御装置であれば、第２スイッチング部のオフ動作の遅れを回避することができるので、第１スイッチング部をオンにする際に第２スイッチング部を確実にオフにすることができる。よって、再通電電流が確実に整流素子に流れ、タイミング良く火花放電を遮断することができる。
【００１２】
（７）上記形態の点火制御装置において、前記一次コイルと前記二次コイルと前記スパークプラグとが、内燃機関の気筒毎に備えられており、前記直流電源は、前記各一次コイルに共通して接続され、前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部と前記整流素子とは、前記一次コイル毎に設けられ、前記点火制御部は、前記各第１スイッチング部と前記各第２スイッチング部とを制御して、前記気筒毎に、前記火花放電を発生させた後、前記火花放電を強制的に遮断する制御を行ってもよい。このような形態の点火制御装置であれば、気筒ごとに備えられた一次コイルに対して共通して直流電源を接続することができる。よって、電源ハーネスを各点火コイルに対して共通化することができ、部品点数を削減することが可能になる。
【００１３】
本発明は、上述した点火制御装置としての形態に限らず、点火制御装置と点火コイルとを備える点火装置や、点火制御装置と点火コイルとスパークプラグとを備える点火システムなど、種々の形態によって実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態における点火システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施形態における点火制御のタイミングチャートである。
【図３】第２実施形態における点火システムの概略構成を示す説明図である。
【図４】第３実施形態における点火システムの概略構成を示す説明図である。
【図５】第３実施形態における点火制御のタイミングチャートである。
【図６】第４実施形態における点火システムの概略構成を示す説明図である。
【図７】第４実施形態における点火制御のタイミングチャートである。
【図８】第５実施形態における点火システムの概略構成を示す説明図である。
【図９】第５実施形態における点火制御のタイミングチャートである。
【図１０】第１比較例としての点火システムの概略構成を示す説明図である。
【図１１】第１比較例における点火制御のタイミングチャートである。
【図１２】第２比較例としての点火システムの概略構成を示す説明図である。
【図１３】第２比較例における点火制御のタイミングチャートである。
【図１４】第３比較例としての点火システム概略構成を示す説明図である。
【図１５】第３比較例における点火制御のタイミングチャートである。
【図１６】図１４に示した点火システムを多気筒の内燃機関に適用した第１の構成例を示す図である。
【図１７】図１４に示した点火システムを多気筒の内燃機関に適用した第２の構成例を示す図である。
【図１８】図１７に示した点火システムにおける点火制御のタイミングチャートである。
【図１９】実施形態と各比較例との比較結果を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての点火制御装置１０を含む点火システム１００の概略構成を示す説明図である。点火システム１００は、点火制御装置１０と、点火コイル２０と、スパークプラグ３０と、直流電源４０と、を備えている。点火システム１００は、車両に搭載され、内燃機関に取り付けられたスパークプラグ３０の火花放電を制御する。直流電源４０としては、例えば、車両に搭載された鉛蓄電池が用いられる。
【００１６】
点火コイル２０は、一次コイル２１と二次コイル２２とダイオード２３とを備えている。一次コイル２１の一端と二次コイル２２の一端とは、電気的に接続されており、共に直流電源４０に接続されている。二次コイル２２の他端には、ダイオード２３を介してスパークプラグ３０の中心電極が接続されている。本実施形態では、ダイオード２３のカソード端子が、二次コイル２２に接続されており、ダイオード２３のアノード端子がスパークプラグ３０に接続されている。よって、ダイオード２３は、火花放電時に、スパークプラグ３０から二次コイル２２に向かって電流を流し、二次コイル２２からスパークプラグ３０へ電流が流れることを防止する。
【００１７】
点火制御装置１０は、第１スイッチング部１１と第２スイッチング部１２と整流素子１３と点火制御部１４とを備えている。
【００１８】
第１スイッチング部１１は、一次コイル２１のグランド５０側の端子と、後述する第２スイッチング部１２と、の間に接続されている。第１スイッチング部１１は、点火制御部１４から出力される制御信号Ｖａに基づいて、直流電源４０から一次コイル２１に流れる一次電流をオンオフする。本実施形態では、第１スイッチング部１１として、ＮＰＮ型のトランジスタが用いられる。第１スイッチング部１１のベース端子には、点火制御部１４が接続されている。また、第１スイッチング部１１のコレクタ端子には、前述した一次コイル２１が接続されている。第１スイッチング部１１のエミッタ端子には、後述する第２スイッチング部１２が接続される。なお、トランジスタとしては、一般的なバイポーラ型のトランジスタの他、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や、ユニポーラ型のトランジスタ（電界効果トランジスタ）を用いることも可能である。
【００１９】
第２スイッチング部１２は、第１スイッチング部１１とグランド５０との間に接続されている。第２スイッチング部１２は、点火制御部１４から出力される制御信号Ｖｂに基づいて、第１スイッチング部１１とグランド５０との間の導通をオンオフする。本実施形態では、第２スイッチング部１２として、ＮＰＮ型のトランジスタが用いられる。第２スイッチング部１２のベース端子には、点火制御部１４が接続されている。第２スイッチング部１２のコレクタ端子には、第１スイッチング部１１のエミッタ端子が接続されている。第２スイッチング部１２のエミッタ端子はグランド５０に接続されている。
【００２０】
整流素子１３は、第１スイッチング部１１と第２スイッチング部１２との接点である第１接続部８１と、直流電源４０と一次コイル２１との接点である第２接続部８２と、の間に接続されている。つまり、整流素子１３は、一次コイル２１に並列的に接続されている。本実施形態では、整流素子１３としてダイオードが用いられる。整流素子１３のカソード端子は、第２接続部８２に接続され、整流素子１３のアノード端子は、第１接続部８１に接続されている。そのため、整流素子１３は、第１接続部８１から第２接続部８２に向かって電流が流れることを許容し、第２接続部８２から第１接続部８１に電流が流れることを抑制する。なお、整流素子１３としては、ダイオード以外にも、例えば、サイリスタを用いることが可能である。
【００２１】
点火制御部１４は、ＣＰＵやメモリを備えるコンピュータとして構成されている。点火制御部１４は、図示していないＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）からの指令に応じて、第１スイッチング部１１と第２スイッチング部１２とを制御して、スパークプラグ３０の火花放電の制御、および、火花放電を強制的に遮断する制御を行う。
【００２２】
図２は、点火制御部１４によって実行される点火制御のタイミングチャートである。図２には、上段から順に、制御信号Ｖａ、制御信号Ｖｂ、電流Ｉａ、電流Ｉｂ、電圧Ｖｃ、電流Ｉｃの波形が示されている。図２の各タイミングチャートでは、縦軸は、信号（電圧または電流）の大きさを示し、横軸は、時間の経過を示す。電流Ｉａは、図１に示しているように、直流電源４０から一次コイル２１と第１スイッチング部１１と第２スイッチング部１２とを通ってグランド５０に流れる電流を表す。電流Ｉｂは、一次コイル２１と第１スイッチング部１１と整流素子１３とによって構成されるループ回路を流れる電流を表す。電流Ｉｃは、グランド５０からスパークプラグ３０とダイオード２３と二次コイル２２とを通って直流電源４０に流れる電流を表す。電圧Ｖｃは、スパークプラグ３０の中心電極と接地電極との間に生じる電圧を表す。
【００２３】
本実施形態における点火制御では、まず、点火制御部１４は、内燃機関の点火時期Ｔ２よりも前のタイミングである通電開始時期Ｔ１において第１の処理を実行する。この第１の処理は、第１スイッチング部１１および第２スイッチング部１２をオンにして一次コイル２１に通電させ、点火コイル２０に火花放電のためのエネルギを蓄積させる処理である。この第１の処理では、具体的には、点火制御部１４は、通電開始時期Ｔ１において制御信号ＶａおよびＶｂを、ローレベルからハイレベルに切り替えることで、第１スイッチング部１１および第２スイッチング部１２をオンにする。そうすると、直流電源４０から一次コイル２１に一次電流Ｉａが流れる。一次電流Ｉａは、図２に示すように、通電時間が長くなるほど大きくなる。一次電流を流す通電期間ＴＴ（第１スイッチング部１１をオンにする期間）は、内燃機関のあらゆる運転条件下で混合気に着火させることが可能な電気エネルギを点火コイル２０に蓄積するために必要な時間であり、予め定められた時間である。
【００２４】
続いて、点火制御部１４は、内燃機関の点火時期Ｔ２において、第２の処理を実行する。この第２の処理は、第１スイッチング部１１をオフにすることで、二次コイル２２に高電圧を発生させてスパークプラグ３０を火花放電させる処理である。この第２の処理では、具体的には、点火制御部１４は、通電開始時期Ｔ１から通電期間ＴＴが経過した後の点火時期Ｔ２において、制御信号Ｖａをハイレベルからローレベルに切り替えることにより、第１スイッチング部１１をオフにする。そうすると、一次コイル２１を流れていた一次電流Ｉａの流れが遮断されるため、二次コイル２２に誘導電圧Ｖｃが発生し、スパークプラグ３０がその誘導電圧Ｖｃによって火花放電する。
【００２５】
点火制御部１４は、この第２の処理において、第１スイッチング部１１をオフにしたタイミングよりも遅いタイミングで第２スイッチング部１２をオフにする。遅延させる期間Δｔ１は、第１スイッチング部１１の固体に応じた動作遅れを回避可能な時間（例えば、１０μ秒）である。このように、第１スイッチング部１１をオフにするタイミングよりも遅いタイミングで第２スイッチング部１２をオフにすれば、第２スイッチング部１２が第１スイッチング部１１よりも早くオフしてしまうことを抑制することができるので、火花放電のためのエネルギを点火コイル２０に十分に蓄積させることができる。
【００２６】
また、この第２スイッチング部１２をオフにするタイミングは、後述する第３の処理において第１スイッチング部１１がオンにされるよりも早いタイミングである。早める期間Δｔ２は、後述する第３の処理において、第１スイッチング部１１をオンにする際に、確実に、第２スイッチング部１２をオフにしておくために、第２スイッチング部１２の固体に応じた動作遅れを回避可能な期間（例えば、１０μ秒）である。このように、第３の処理において第１スイッチング部１１がオンにされるよりも早いタイミングで第２スイッチング部１２がオフにされれば、第１スイッチング部をオンにする際に第２スイッチング部を確実にオフにすることができるので、再通電電流を確実に整流素子１３に流して火花放電をタイミング良く遮断することができる。
【００２７】
なお、第１スイッチング部１１や第２スイッチング部１２に動作遅れが生じないと仮定すれば、第２の処理において、第１スイッチング部１１をオフにするのと同時に第２スイッチング部１２をオフにしてもよい。また、第３の処理において、第１スイッチング部１１をオンにするのと同時に第２スイッチング部１２をオフにしてもよい。つまり、第１の処理後に第２スイッチング部１２をオフにするタイミングは、第１スイッチング部１１がオフにされるタイミングＴ２から第１スイッチング部１１がオンにされるタイミングＴ３までの間で、点火システム１００が正常に動作可能な任意のタイミングである。
【００２８】
第２の処理によって、スパークプラグ３０が火花放電すると、点火制御部１４は、火花放電の最中のタイミングＴ３において第３の処理を実行する。この第３の処理は、第２スイッチング部１２がオフの状態で第１スイッチング部１１をオンにすることで、一次コイル２１に発生する電流を整流素子１３に流して火花放電を強制的に終了させる処理である。この第３の処理では、具体的には、点火制御部１４は、制御信号Ｖｂがローレベルの状態で、制御信号Ｖａをハイレベルに切り替える。そうすると、第２スイッチング部１２がオフの状態で、第１スイッチング部１１がオンになるため、整流素子１３と一次コイル２１と第１スイッチング部１１とによってループ回路が構成される。このとき、二次コイル２２に流れる二次電流Ｉｃによって一次コイル２１に誘導電圧が発生するため、この誘導電圧により生じた再通電電流Ｉｂが、そのループ回路に流れる。そうすると、再通電電流Ｉｂが整流素子１３や一次コイル２１によって消費され、スパークプラグ３０に印加されていたエネルギ（電圧Ｖｃおよび電流Ｉｃ）が強制的に遮断される。第３の処理では、再通電電流Ｉｂがゼロになると、タイミングＴ４において、制御信号Ｖａがハイレベルからローレベルになり、第１スイッチング部１１がオフにされる。なお、第３の処理が開始されるタイミングＴ３（火花放電を終了させるタイミング）は、内燃機関の現在の運転条件に基づいて、最適なタイミングがＥＣＵ（または点火制御部１４）によって算出される。
【００２９】
以上説明した第１実施形態によれば、点火制御装置１０に、第１スイッチング部１１と第２スイッチング部１２と、整流素子１３とを設けることにより、スパークプラグ３０の火花放電を強制的に遮断することができる回路を構成することができる。そのため、極めて簡易な構成によって、スパークプラグ３０の省電力化および長寿命化を図ることができる。
【００３０】
Ｂ．第２実施形態：
図３は、本発明の第２実施形態としての点火制御装置１０ａを含む点火システム１００ａの概略構成を示す説明図である。点火システム１００ａは、点火制御装置１０ａと、点火コイル２０ａと、スパークプラグ３０と、直流電源４０と、を備えている。
【００３１】
第２実施形態と第１実施形態とで異なる点は、第１実施形態では、点火制御装置１０が第１スイッチング部１１を備えているのに対して、第２実施形態では、点火コイル２０ａが第１スイッチング部１１を備えている点である。第１スイッチング部１１は、イグナイタとも呼ばれる。このイグナイタを内蔵する点火コイル２０ａのことを、一般的にイグナイタ内蔵タイプの点火コイルという。
【００３２】
本実施形態では、点火コイル２０ａに備えられた第１スイッチング部１１のエミッタ端子に、点火制御装置１０ａに備えられた第２スイッチング部１２のコレクタ端子と、整流素子１３のアノード端子とが接続される。そして、点火コイル２０ａに備えられた一次コイル２１の直流電源４０側に、点火制御装置１０ａに備えられた整流素子１３のカソード端子が接続される。つまり、本実施形態の点火制御装置１０ａは、イグナイタ内蔵タイプの点火コイル２０ａに改変を加えることなく容易に点火コイル２０ａに接続することができる。
【００３３】
Ｃ．第３実施形態：
図４は、本発明の第３実施形態としての点火制御装置１０ｂを含む点火システム１００ｂの概略構成を示す説明図である。点火システム１００ｂは、点火制御装置１０ｂと、複数の点火コイル２０１，２０２，２０３と、複数のスパークプラグ３０１，３０２，３０３と、１つの直流電源４０と、を備えている。
【００３４】
第３実施形態と第１実施形態とで異なる点は、第１実施形態では、点火システム１００が、点火コイル２０とスパークプラグ３０とをそれぞれ１つずつ備えているのに対して、第３実施形態では、点火システム１００ｂが、複数の点火コイル２０１，２０２，２０３と、複数のスパークプラグ３０１，３０２，３０３とを備えている点である。図４に示すように、点火コイル２０１の二次コイル側には、スパークプラグ３０１が接続され、点火コイル２０２の二次コイル側にはスパークプラグ３０２が接続され、点火コイル２０３の二次コイル側にはスパークプラグ３０３が接続されている。各スパークプラグ３０１，３０２，３０３は、内燃機関の１気筒につき１つ取り付けられる。図４には、点火システム１００ｂが、３気筒の内燃機関に搭載された例を示している。
【００３５】
点火制御装置１０ｂは、点火制御部１４ｂと、３つの第１スイッチング部１１１，１１２，１１３と、３つの第２スイッチング部１２１，１２２，１２３と、３つの整流素子１３１，１３２，１３３と、を備えている。点火コイル２０１には、第１スイッチング部１１１と、第２スイッチング部１２１と、整流素子１３１とが、図１に示した第１実施形態と同様の回路によって接続されている。点火コイル２０２には、第１スイッチング部１１２と第２スイッチング部１２２と整流素子１３２とが、図１に示した第１実施形態と同様の回路によって接続されている。点火コイル２０３には、第１スイッチング部１１３と第２スイッチング部１２３と整流素子１３３とが、図１に示した第１実施形態と同様の回路によって接続されている。点火制御部１４ｂは、３つの第１スイッチング部１１１，１１２，１１３に対して、個別に制御信号Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３を出力し、３つの第２スイッチング部１２１，１２２，１２３に対して、個別に制御信号Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３を出力する。本実施形態では、点火コイル２０１，２０２，２０３の一次コイル側が、１つの直流電源４０に対して共通の電源ハーネス９０によって接続されている。
【００３６】
図５は、第３実施形態において実行される点火制御のタイミングチャートである。図５には、３つのスパークプラグのうち、２つのスパークプラグに対する点火制御のタイミングチャートを代表して示している。この図５に示すように、本実施形態では、図２に示した第１実施形態のタイミングチャートと同様の制御が、各スパークプラグに対して、それぞれの点火時期に応じた周期で行われる。
【００３７】
以上で説明した第３実施形態によれば、直流電源４０に接続された１本の電源ハーネス９０に対して、複数の点火コイル２０を共通して接続することができる。そのため、点火システム１００ｂの部品点数を削減することができる。
【００３８】
なお、第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、各点火コイル２０１（２０２，２０３）が、それぞれ、第１スイッチング部１１１（１１２，１１３）を備えることにより、イグナイタ内蔵タイプとして構成されてもよい。この場合、点火制御装置１０ｂは、第１スイッチング部１１１，１１２，１１３を備えない構成となる。
【００３９】
Ｄ．第４実施形態：
図６は、本発明の第４実施形態としての点火制御装置１０ｃを含む点火システム１００ｃの概略構成を示す説明図である。点火システム１００ｃは、第１実施形態と同様に、点火制御装置１０ｃと点火コイル２０とスパークプラグ３０と直流電源４０とを備えている。
【００４０】
第４実施形態と第１実施形態とで異なる点は、第４実施形態の点火制御装置１０ｃに、第１実施形態にはない電流検出部６０が備えられている点である。電流検出部６０は、整流素子１３のカソード端子と一次コイル２１の間に設けられた抵抗器６１（抵抗値Ｒ）に並列的に接続され、この抵抗器６１に流れる電流を検出する回路である。電流検出部６０は、抵抗器６１に流れる電流を検出すると、その電流値Ｉａに応じた電圧値Ｖｄ（＝Ｒ＊Ｉａ）を点火制御部１４ｃに出力する。点火制御部１４ｃは、この電圧値Ｖｄに応じて、第２スイッチング部１２をオンオフ制御する。
【００４１】
図７は、点火制御部１４ｃによって実行される点火制御のタイミングチャートである。本実施形態では、図７に示すように、電流値Ｉａ（電圧値Ｖｄ）が予め定められた値に到達すると、点火制御部１４ｃは、制御信号Ｖｂを一定の周期でオンオフさせる。そうすると、電流値Ｉａの最大値が、一定範囲内に収まるよう制限される。このように、電流値Ｉａの最大値が制限されれば、点火コイル２０に蓄積するエネルギをほぼ一定にすることができる。よって、スパークプラグ３０の省電力化および長寿命化をより促進することができる。
【００４２】
なお、第４実施形態においても、第２実施形態と同様に、点火コイル２０が、第１スイッチング部１１を備えることにより、イグナイタ内蔵タイプとして構成されてもよい。この場合、点火制御装置１０ｃは、第１スイッチング部１１を備えない構成となる。また、第４実施形態においても、第３実施形態と同様に、１つの点火制御装置１０ｃに対して、複数の点火コイル２０およびスパークプラグ３０が接続されてもよい。この場合、電流検出部６０は、各点火コイルに対してそれぞれ用意されることになる。もちろん、第４実施形態に対して、第２実施形態と第３実施形態の両方を適用することも可能である。
【００４３】
Ｅ．第５実施形態：
図８は、本発明の第５実施形態としての点火制御装置１０ｄを含む点火システム１００ｄの概略構成を示す説明図である。点火システム１００ｄは、第１実施形態と同様に、点火制御装置１０ｄと点火コイル２０とスパークプラグ３０と直流電源４０と、を備えている。
【００４４】
第５実施形態と第１実施形態とで異なる点は、第５実施形態の点火制御装置１０ｄに、第１実施形態にはない電流制御部７０が備えられている点である。電流制御部７０は、整流素子１３のカソード端子と一次コイル２１の間に設けられた抵抗器７１（抵抗値Ｒ１）に並列的に接続され、この抵抗器７１に流れる電流を検出する。電流制御部７０は、抵抗器７１に流れる電流を検出し、その電流値Ｉａが所定の値を超えると、一定の周期でオンオフする電圧信号Ｖｅを、抵抗器７２を介して第３スイッチング部７３に出力する。
【００４５】
第３スイッチング部７３は、本実施形態では、ＮＰＮ型のトランジスタによって構成されている。電流制御部７０は、抵抗器７２を介して、第３スイッチング部７３のベース端子に接続されている。第３スイッチング部７３のコレクタ端子は、第２スイッチング部１２のベース端子と点火制御部１４とを接続する電路に接続されている。第３スイッチング部７３のエミッタ端子は、グランド５０に接続されている。このような回路構成によれば、第３スイッチング部７３が電流制御部７０によってオフにされると、点火制御部１４からの制御信号Ｖｂの電圧値にかかわらず、第２スイッチング部１２のベース端子がローレベルとなり、第２スイッチング部１２がオフにされる。
【００４６】
図９は、第５実施形態において実行される点火制御のタイミングチャートである。本実施形態では、図９に示すように、電流値Ｉａが予め定められた値に到達すると、電流制御部７０が、電圧信号Ｖｅを一定の周期でオンオフさせる。そうすると、第３スイッチング部７３もオンオフされ、これに伴い、第２スイッチング部１２もオンオフされる。そうすると、一次電流Ｉａの最大値が、一定範囲内に制限される。このように、本実施形態によっても、第４実施形態と同様に、電流値Ｉａの最大値が、一定範囲内に収まるよう制限される。このように、電流値Ｉａの最大値が制限されれば、点火コイル２０に蓄積するエネルギをほぼ一定にすることができる。よって、スパークプラグ３０の省電力化および長寿命化をより促進することができる。
【００４７】
なお、第５実施形態においても、第２実施形態と同様に、点火コイル２０が、第１スイッチング部１１を備えることにより、イグナイタ内蔵タイプとして構成されてもよい。この場合、点火制御装置１０ｄは、第１スイッチング部１１を備えない構成となる。また、第５実施形態においても、第３実施形態と同様に、１つの点火制御装置１０ｄに対して、複数の点火コイル２０およびスパークプラグ３０が接続されてもよい。この場合、電流制御部７０は、各点火コイルに対してそれぞれ用意されることになる。もちろん、第５実施形態に対して、第２実施形態と第３実施形態の両方を適用することも可能である。
【００４８】
Ｆ．実施形態と比較例との対比：
Ｆ１．第１比較例：
図１０は、第１比較例としての点火システム２００ａの概略構成を示す説明図である。図１１は、第１比較例の点火システム２００ａにおける点火制御のタイミングチャートである。点火システム２００ａの回路構成は、特許第３３２２８６２号公報に示された点火装置の回路構成と同様である。点火システム２００ａの動作内容については、特許第３３２２８６２号公報に詳細に記載されているため説明は省略する。図１１に示すように、第１比較例の点火システム２００ａによっても、スパークプラグの火花放電を強制的に遮断することができる。しかし、点火システム２００ａは、火花放電を強制的に終了させるための回路として、スイッチング素子Ｔｒ２と、整流素子Ｄ１，Ｄ２と、コンデンサＣと、抵抗器Ｒ、の計５個の素子を備えている。これに対して、上記第１実施形態の点火システム１００では、火花放電を強制的に遮断するための回路として、第２スイッチング部１２と整流素子１３の計２個の素子を備えているに過ぎない。つまり、上記第１実施形態の方が、第１比較例よりも格段に低コストに点火システムを構成することができる。
【００４９】
また、第１比較例の点火システム２００ａでは、火花放電を強制的に終了させるための回路を、一次コイルとイグナイタ（スイッチング素子Ｔｒ１）との間の接続部８３ａに接続する必要がある。そのため、点火システム２００ａを、図３に示したようなイグナイタ内蔵タイプの点火コイル２０ａに対してそのまま適用することは困難である。これに対して、上記第２実施形態の点火制御装置１０ａは、イグナイタ（第１スイッチング部１１）のグランド側に接続を行うため、イグナイタ内蔵タイプの点火コイル２０ａに容易に接続することができる。
【００５０】
Ｆ２．第２比較例：
図１２は、第２比較例としての点火システム２００ｂの概略構成を示す説明図である。図１３は、第２比較例の点火システム２００ｂにおける点火制御のタイミングチャートである。点火システム２００ｂの回路構成は、特許第４３５８３７０号公報に示された点火装置の回路構成と同様である。点火システム２００ｂの動作内容については、特許第４３５８３７０号公報に詳細に記載されているため説明は省略する。図１３に示すように、第２比較例の点火システム２００ｂによっても、スパークプラグの火花放電を強制的に遮断することができる。しかし、第２比較例の点火システム２００ｂにおいても、第１比較例と同様に、火花放電を強制的に終了させるための回路を、一次コイルとイグナイタ（スイッチング素子Ｔｒ１）との間の接続部８３ｂに接続する必要がある。そのため、点火システム２００ｂを、図３に示したようなイグナイタ内蔵タイプの点火コイル２０ａに対してそのまま適用することは困難である。
【００５１】
Ｆ３．第３比較例：
図１４は、第３比較例としての点火システム２００ｃの概略構成を示す説明図である。図１５は、第３比較例の点火システム２００ｃにおける点火制御のタイミングチャートである。点火システム２００ｃの回路構成は、特許第３９８２３１８号公報に示された点火装置の回路構成と同様である。点火システム２００ｂの動作内容については、特許第３９８２３１８号公報に詳細に記載されているため説明は省略する。図１５に示すように、第３比較例の点火システム２００ｂによっても、スパークプラグの火花放電を強制的に遮断することができる。
【００５２】
図１６は、図１４に示した点火システム２００ｃを多気筒の内燃機関に適用した第１の構成例を示す図である。図１６に示したように、点火システム２００ｃを多気筒の内燃機関に単純に適用すると、点火コイル毎に、１つのスイッチング素子と２つのダイオードとが一次コイルの直流電源側に必要になるため、電源ハーネスを共通化することができない。よって、点火システム２００ｃを単純に多気筒の内燃機関に適用した場合には、部品点数が増加してしまう。
【００５３】
図１７は、図１４に示した点火システム２００ｃを多気筒の内燃機関に適用した第２の構成例を示す図である。図１８は、図１７に示した点火システムにおける点火制御のタイミングチャートである。図１７に示した構成では、図１６に示した構成と異なり、点火コイルと直流電源との間に設けるスイッチング素子と２つのダイオードとを、複数の点火コイルで共通化している。そのため、電源ハーネスも共通化され、図１６に示した構成よりも、部品点数が削減されている。しかし、図１７に示した構成では、電源ライン上に配置されたスイッチング素子と２つのダイオードとを、複数の点火コイルで共通化しているため、内燃機関の回転数が一定以上に高まると、図１８に示すように、第１の気筒において再通電電流が流れるタイミングＴ３−１〜Ｔ４−１と、第２の気筒において火花放電を行うために通電が行われるタイミングＴ１−２〜Ｔ２−２とが重なり、第１の気筒に対応する点火コイルにエネルギが蓄積されてしまう場合が生じ得る。そうすると、第１の気筒において、制御信号Ｖａ１がローレベルになったタイミングＴ４−１で、誤放電（図中の楕円内に示した波形）が発生するおそれがある。
【００５４】
図１９は、以上で説明した本発明の実施形態と各比較例との比較結果を表す図である。この図１９に示すように、本発明の実施形態と各比較例とを以下の４つの評価基準（１）〜（４）によって対比した。
【００５５】
（１）イグナイタ内蔵コイルで使用できるか否か
（２）多気筒に適用した場合に電源ハーネスを共通化できるか否か
（３）多気筒に適用した場合に正常動作するか否か（誤放電が生じるか否か）
（４）多気筒に適用した場合の部品点数
【００５６】
この評価結果によれば、本発明の実施形態は、各比較例に対して、イグナイタ内蔵コイルでも問題なく使用できるため汎用性が高く、また、多気筒に適用した場合であっても電源ハーネスを問題なく共通化できる。更に、多気筒に適用した場合であっても誤放電等が生じることなく正常に動作し、部品点数もそれほど多くはならない、という優れた特徴を有することが確認された。
【００５７】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。例えば、上記実施形態の点火システムは、スパークプラグの中心電極を正極として用いる回路と、負極として用いる回路とのどちらの回路にも適用可能である。また、上記実施形態の点火システムは、定置型ガスエンジンに用いてもよい。その他、上記実施形態では、１気筒および３気筒の内燃機関に点火システムを適用する例を示したが、２気筒、４気筒、６気筒、８気筒、１２気筒、１６気筒などの任意の気筒数の内燃機関に適用することももちろん可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…点火制御装置
１１…第１スイッチング部
１２…第２スイッチング部
１３…整流素子
１４，１４ｂ，１４ｃ…点火制御部
２０，２０ａ…点火コイル
２１…一次コイル
２２…二次コイル
２３…ダイオード
３０…スパークプラグ
４０…直流電源
５０…グランド
６０…電流検出部
６１，６２，７１，７２…抵抗器
７０…電流制御部
７３…第３スイッチング部
８１…第１接続部
８２…第２接続部
８３ａ，８３ｂ…接続部
９０…電源ハーネス
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ…点火システム
１１１，１１２，１１３…第１スイッチング部
１２１，１２２，１２３…第２スイッチング部
１３１，１３２，１３３…整流素子
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…点火システム（比較例）
２０１，２０２，２０３…点火コイル
３０１，３０２，３０３…スパークプラグ
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006016727.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0006016727.tif 000016
【図１６】
0006016727.tif 000017
【図１７】
0006016727.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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