(57)【要約】      （修正有）【課題】二つの点火コイルの切り替え時渦電流損失およびヒステリシス損失を防ぐことができる点火装置を提供する。【解決手段】本発明の昇圧非線形コイルに用いるシステムおよび／または方法は、第１の一次巻線４１０、第２の一次巻線４１２、および二次巻線４２６を含む点火コイル１０８を有する。制御回路４００は、論理デバイス４０４、論理デバイスと第１の一次巻線とに接続された第１のスイッチ４０６、および論理デバイスと第２の一次巻線とに接続された第２のスイッチ４０８を含み、点火コイルに接続される。論理デバイスは、第１のスイッチの切り替えおよび第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火制御システムであって、
第１の一次巻線、第２の一次巻線、および二次巻線を含む点火コイルと、
論理デバイス、前記論理デバイスと前記第１の一次巻線とに接続された第１のスイッチ、および前記論理デバイスと前記第２の一次巻線とに接続された第２のスイッチを含み、前記点火コイルに接続された制御回路と、
を含み、
前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えおよび前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【請求項２】
請求項１に記載の点火制御システムであって、前記設定時間は、電気火花タイミング信号に基づく。
【請求項３】
請求項２に記載の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記電気火花タイミング信号をエンジン制御ユニットから受信する。
【請求項４】
請求項１に記載の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記二次巻線から二次巻線電流に関する信号を受信する。
【請求項５】
請求項４に記載の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、受信した前記二次巻線電流に関する信号に基づいて、前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【請求項６】
請求項１に記載の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えと前記第２のスイッチの切り替えとの間で時間を遅延させる。
【請求項７】
請求項１に記載の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記第２のスイッチを切り替えながら、前記点火コイルの昇圧を制御する。
【請求項８】
請求項１に記載の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチを制御して、前記第１の一次巻線へ送られる電流を遮断する。
【請求項９】
請求項１に記載の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記第２のスイッチを制御して、前記第２の一次巻線へ送られる電流を遮断する。
【請求項１０】
請求項１に記載の点火制御システムであって、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む。
【請求項１１】
請求項１に記載の点火制御システムであって、前記第１の一次巻線および前記第２の一次巻線は、前記点火コイルのボビンの反対側の端部において終端処理される。
【請求項１２】
回路であって、
論理デバイスと、
前記論理デバイスと点火コイルの第１の一次巻線とに接続された第１のスイッチと、
前記論理デバイスと前記点火コイルの第２の一次巻線とに接続された第２のスイッチと、
を含み、
前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えおよび前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回路であって、前記設定時間は、電気火花タイミング信号に基づく。
【請求項１４】
請求項１２に記載の回路であって、前記論理デバイスは、前記点火コイルの二次巻線から二次巻線電流に関する信号を受信する。
【請求項１５】
請求項１４に記載の回路であって、前記論理デバイスは、受信した前記二次巻線電流に関する信号に基づいて、前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【請求項１６】
請求項１２に記載の回路であって、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えと前記第２のスイッチの切り替えとの間で時間を遅延させる。
【請求項１７】
請求項１２に記載の回路であって、前記論理デバイスは、前記第２のスイッチを切り替えながら、前記点火コイルの昇圧を制御する。
【請求項１８】
請求項１２に記載の回路であって、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチを制御して、前記第１の一次巻線へ送られる電流を遮断する。
【請求項１９】
請求項１２に記載の回路であって、前記論理デバイスは、前記第２のスイッチを制御して、前記第２の一次巻線へ送られる電流を遮断する。
【請求項２０】
方法であって、
第１の期間、点火コイルの第１の一次巻線に接続された第１のスイッチを制御する工程と、
第２の期間、前記点火コイルの第２の一次巻線に接続された第２のスイッチを制御する工程と、
前記第１の期間と前記第２の期間との間で時間を遅延させる工程と、
を含む。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記第２の期間は昇圧を含む。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、前記点火コイルの二次巻線から二次巻線電流に関する信号を受信する工程をさらに含む。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、受信した前記電流信号に基づいて、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの少なくとも１つを制御する工程をさらに含む。
【請求項２４】
点火制御システムであって、
第１の一次巻線、第２の一次巻線、および二次巻線と結合された磁気構造を含む点火コイル
を含み、
前記磁気構造における磁束がゼロに近づくのに伴い、前記磁気構造の透磁率は急激に増加し、
前記第１の一次巻線および前記第２の一次巻線は、磁束が反対方向を向くように巻きつけられ、そして、独立して制御され、
前記二次巻線は、前記第１の一次巻線の磁束が減衰して点火ギャップが電離した後、かつ、前記第１の一次巻線の磁束がゼロにまで減衰する前に、起動する。
【請求項２５】
請求項２４に記載の点火制御システムであって、論理デバイス、前記論理デバイスと前記第１の一次巻線とに接続された第１のスイッチ、および前記論理デバイスと前記第２の一次巻線とに接続された第２のスイッチを含み、前記点火コイルに接続された制御回路をさらに含み、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えおよび前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧非線形点火コイルに用いるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
点火コイル（スパークコイルとも呼ばれる）は、バッテリーからの低い電圧を、点火プラグに電気火花を発生させて燃料を点火させるために必要な数千ボルトにまで変換する、車両の点火システムに用いられる誘導コイルである。点火コイルは、開磁路を形成する銅線からなる２つのコイルによって囲まれた積層鉄心（コア）を含む場合がある。コアの磁場に蓄積されたエネルギーは、点火プラグへ伝達される。
【０００３】
点火コイルの例については、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５８８６４７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最新のエンジンでは、混合気（空気−燃料混合気体）の作動（放電）レベルが高まっている。多くのシステムにおいて、２つの点火コイルが設けられ、長期間に亘って一定の高い二次電流を得られるように、選択されながら、点火される。これらのシステムにおいては、一方の点火コイルの出力が他方の点火コイルに伝達されるのを阻止する、例えばダイオードのような手段が必要であるため、アルゴリズムが複雑化し、点火コイルが切り替えられる毎に、ドライバにおいてスイッチング損失が発生する虞がある。また、切り替え頻度が高まるに伴い、流れる電流が増えるにつれて、鉄製コイルの渦電流損失およびヒステリシス損が増加する。
【０００６】
一態様として、本発明の昇圧非線形コイルを用いたシステムおよび／または方法は、第１の一次巻線と、第２の一次巻線と、二次巻線とを有する点火コイルを含む。制御回路は、点火コイルに接続され、論理デバイスと、論理デバイスおよび第１の一次巻線に接続された第１のスイッチと、論理デバイスおよび第２の一次巻線に接続された第２のスイッチとを含む。論理デバイスは、第１のスイッチの切り替えと第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の第１発明の点火制御システムは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、および二次巻線を含む点火コイルと、論理デバイス、前記論理デバイスと前記第１の一次巻線とに接続された第１のスイッチ、および前記論理デバイスと前記第２の一次巻線とに接続された第２のスイッチを含み、前記点火コイルに接続された制御回路と、を含み、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えおよび前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【０００８】
本願の第２発明の点火制御システムは、第１発明の点火制御システムであって、前記設定時間は、電気火花タイミング信号に基づく。
【０００９】
本願の第３発明の点火制御システムは、第２発明の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記電気火花タイミング信号をエンジン制御ユニットから受信する。
【００１０】
本願の第４発明の点火制御システムは、第１発明の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記二次巻線から二次巻線電流に関する信号を受信する。
【００１１】
本願の第５発明の点火制御システムは、第４発明の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、受信した前記二次巻線電流に関する信号に基づいて、前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【００１２】
本願の第６発明の点火制御システムは、第１発明の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えと前記第２のスイッチの切り替えとの間で時間を遅延させる。
【００１３】
本願の第７発明の点火制御システムは、第１発明の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記第２のスイッチを切り替えながら、前記点火コイルの昇圧を制御する。
【００１４】
本願の第８発明の点火制御システムは、第１発明の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチを制御して、前記第１の一次巻線へ送られる電流を遮断する。
【００１５】
本願の第９発明の点火制御システムは、第１発明の点火制御システムであって、前記論理デバイスは、前記第２のスイッチを制御して、前記第２の一次巻線へ送られる電流を遮断する。
【００１６】
本願の第１０発明の点火制御システムは、第１発明の点火制御システムであって、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む。
【００１７】
本願の第１１発明の点火制御システムは、第１発明の点火制御システムであって、前記第１の一次巻線および前記第２の一次巻線は、前記点火コイルのボビンの反対側の端部において終端処理される。
【００１８】
本願の第１２発明の回路は、論理デバイスと、前記論理デバイスと点火コイルの第１の一次巻線とに接続された第１のスイッチと、前記論理デバイスと前記点火コイルの第２の一次巻線とに接続された第２のスイッチと、を含み、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えおよび前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【００１９】
本願の第１３発明の回路は、第１２発明の回路であって、前記設定時間は、電気火花タイミング信号に基づく。
【００２０】
本願の第１４発明の回路は、第１２発明の回路であって、前記論理デバイスは、前記点火コイルの二次巻線から二次巻線電流に関する信号を受信する。
【００２１】
本願の第１５発明の回路は、第１４発明の回路であって、前記論理デバイスは、受信した前記二次巻線電流に関する信号に基づいて、前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【００２２】
本願の第１６発明の回路は、第１２発明の回路であって、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えと前記第２のスイッチの切り替えとの間で時間を遅延させる。
【００２３】
本願の第１７発明の回路は、第１２発明の回路であって、前記論理デバイスは、前記第２のスイッチを切り替えながら、前記点火コイルの昇圧を制御する。
【００２４】
本願の第１８発明の回路は、第１２発明の回路であって、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチを制御して、前記第１の一次巻線へ送られる電流を遮断する。
【００２５】
本願の第１９発明の回路は、第１２発明の回路であって、前記論理デバイスは、前記第２のスイッチを制御して、前記第２の一次巻線へ送られる電流を急速に遮断する。
【００２６】
本願の第２０発明の方法は、第１の期間、点火コイルの第１の一次巻線に接続された第１のスイッチを制御する工程と、第２の期間、前記点火コイルの第２の一次巻線に接続された第２のスイッチを制御する工程と、前記第１の期間と前記第２の期間との間で時間を遅延させる工程と、を含む。
【００２７】
本願の第２１発明の回路は、第２０発明の方法であって、前記第２の期間は昇圧を含む。
【００２８】
本願の第２２発明の回路は、第２０発明の方法であって、前記点火コイルの二次巻線から二次巻線電流に関する信号を受信する工程をさらに含む。
【００２９】
本願の第２３発明の回路は、第２２発明の方法であって、受信した前記電流信号に基づいて、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの少なくとも１つを制御する工程をさらに含む。
【００３０】
本願の第２４発明の点火制御システムは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、および二次巻線と結合された磁気構造を含む点火コイルを含み、前記磁気構造における磁束がゼロに近づくのに伴い、前記磁気構造の透磁率は急激に増加し、前記第１の一次巻線および前記第２の一次巻線は、磁束が反対方向を向くように巻きつけられ、そして、独立して制御され、前記二次巻線は、前記第１の一次巻線の磁束が減衰して点火ギャップが電離した後、かつ、前記第１の一次巻線の磁束がゼロにまで減衰する前に、起動する。
【００３１】
本願の第２５発明の点火制御システムは、第２４発明の点火制御システムであって、論理デバイス、前記論理デバイスと前記第１の一次巻線とに接続された第１のスイッチ、および前記論理デバイスと前記第２の一次巻線とに接続された第２のスイッチを含み、前記点火コイルに接続された制御回路をさらに含み、前記論理デバイスは、前記第１のスイッチの切り替えおよび前記第２のスイッチの切り替えの設定時間を制御する。
【発明の効果】
【００３２】
上述のとおり、本発明のシステムおよび方法は、昇圧非線形コイルに用いる。例として、昇圧点火コイルにおいて、一対の一次点火コイルおよび１つの二次点火コイルとともに、非線形磁気が作用する。磁束がゼロに近づくにつれて、パーミアンス（導磁度）が大幅に増加する。一次電流が磁束を反対方向に押し出すレベルにまで急激に上昇する場合、昇圧が終わると、二次電流は負の磁束レベルで蓄積されたエネルギーから流れ出すため、交流（ＡＣ）システムを形成してしまう虞がある。本願の第１発明〜第２５発明のシステム、方法、回路および／または点火コイルによって、非線形コイルにて直流（ＤＣ）電流を出力することで、この問題に対処できる。これにより、逆流防止ダイオード（blocking diode）を用いることが可能となり、点火プラグのコスト（plug costs）を抑制できるため、より長く、例えば、約３〜５ミリ秒（ｍｓ）昇圧し、混合気へ使用することができる。
【００３３】
この要約は、開示するいくつかの態様の基本的な理解を目的として、一部の実施形態を単に要約したものである。したがって、上記の実施形態は単に例示であり、その開示の範囲および精神を決して限定して解釈するべきではないことを理解されたい。開示される変形例に係る他の実施形態、態様、および特長は、開示される実施形態の原理を例示する添付の図面を併せて、以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、例示的な点火制御環境を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、例示的な非線形点火コイルのパーミアンス（導磁度）を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、例示的な非線形点火コイルの回路図である。
【図３Ａ】図３Ａは、一次コイル／巻線１（第１の一次巻線）の経時的な電流応答の例示的なグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一次コイル／巻線２（第２の一次巻線）の経時的な電流応答の例示的なグラフである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、二次コイル／巻線（二次巻線）の経時的な電圧応答の例示的なグラフである。
【図３Ｄ】図３Ｄは、二次コイル／巻線（二次巻線）の経時的な電流応答の例示的なグラフである。
【図３Ｅ】図３Ｅは、経時的な二次電圧の例示的なグラフである。
【図３Ｆ】図３Ｆは、経時的な一次電流および二次電流の例示的なグラフである。
【図４】図４は、昇圧を制御する例示的な回路の回路図である。
【図５Ａ】図５Ａは、通常モードにおいて制御回路を介して点火コイルを駆動する例示的なタイミング図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、昇圧モードにおいて制御回路を介して点火コイルを駆動する例示的なタイミング図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、ハードシャットダウン（急激な停止）モード（ＨＳＤ）において制御回路を介して点火コイルを駆動する例示的なタイミング図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、ソフトシャットダウン（緩やかな停止）モード（ＳＳＤ）において制御回路を介して点火コイルを駆動する例示的なタイミング図である。
【図６】図６は、例示的な点火コイルの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、例示的な点火コイルの制御環境１００を示すブロック図である。環境１００には、例えば、車両やジェネレータ等の装置１０４に動力を供給するための、エンジン１０２が含まれる。点火プラグ１０６は、動力を供給するエンジン１０２のエンジンシリンダ中の混合気に点火する。１または複数の点火コイル１０８から、点火プラグ１０６へ、電気火花を生成するために必要な電圧が送られる。エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１１０または他のタイプの制御装置から、点火コイル１０８へ、点火プラグ１０６への電流の供給を制御するための電気火花タイミング（ＥＳＴ）信号４０２が送られる。ＥＣＵ１１０は、論理デバイスおよびメモリを含み、または論理デバイスおよびメモリへのアクセスが可能である。メモリは、論理デバイスによって実行された時に、本明細書に開示された制御論理を遂行する、機械読み取り可能な命令（コンピュータプログラム）を記憶している。バッテリー１１２は、点火コイル１０８に接続され、点火コイル１０８へ電力を供給する。
【００３６】
最新のエンジン１０２は、混合気の状態（motion）レベルが高まっている。例えば、ギャップにおける速度が速まっている。一般に、エンジン１０２における、混合気の負荷の状態と、燃焼効率とは、相関関係にある。最新のエンジン１０２は、混合気の負荷状態が高まっており、点火プラグの放電ギャップにおけるプラズマの速度が速まっており、燃焼効率が向上している。プラズマを維持するための電圧は電流に反比例するので、電流値が高くなるほど、当該電圧値が低下する。また、電圧はプラズマ放電の長さに比例するため、電流値が高くなるほど、プラズマをさらに伸ばすことができる。プラズマが伸びるほど、混合気へ熱を伝達する表面積が大きくなる。また、電流値が高くなるほど、プラズマの温度は高くなる。ダイヤモンド電機のモデルは、プラズマの長さ、径、および温度を算出することができる。これにより、表面積と温度および関連項目を、混合気に熱を伝達する点火システムの能力を比較するために、°K-cm^2-ms（°K*cm^2*ms）の単位で算出することが可能となる。対流係数（W-°k/m^2（W°*k/m^2）単位）に当該解を掛けることによって、熱エネルギーをジュール単位で算出する。対流係数が点火コイルの放電特性に基づいて変化することに疑う理由が見当たらないので、当該項目を用いてシステムを十分に比較することができる。
【００３７】
ただし、プラグの摩耗を最小限に抑えるために、二次電流は制限されている。例えば、１４０ｍＡを超えるような大きな二次電流は、例えば、イリジウムのような最も強固なカソード物質でさえも、沸騰させる（摩耗させてしまう）虞がある。ダイヤモンド電機のモデルの出力から、電流が高いまま維持されることで、より多くの熱エネルギーが混合気に伝達されることが分かる。混合気の望ましい燃焼時刻は、コイルが発火するタイミングであるため、第１の電気アーク／プラズマをできるだけ遠くまで伸ばすことにより、混合気を確実に点火する最良のシステムを実現できる筈である。
【００３８】
一対の一次点火コイルおよび１つの二次点火コイルに係る昇圧の実施例が、例えば特許文献１に記載されており、その全体が参照されつつ本明細書に援用される。通常、一次電流は、磁束を反対方向に押し出すレベルにまで急激に上昇する場合があり、この場合、昇圧が終わると、二次電流は、負の磁束レベルで蓄積されたエネルギーから流れ出し、交流（ＡＣ）システムを形成してしまう。逆流防止ダイオード（blocking diode）を用いることができず、さらに、両方の電極がカソードになるので、双方向の電流によって、点火プラグ１０６のコスト（a cost of the spark plugs 106）が上昇する虞がある。
【００３９】
したがって、本発明の点火コイル１０８は、電流Ｉがゼロに近づいた時に高いdL/di値を有するシステムを用いて、特許文献１の点火コイルの態様を改善する。点火コイル１０８のインダクタンスが非線形であれば、磁束（例えば、電流）がゼロに近づくにつれて、インダクタンスは急激に増加する。これにより、一次電流の増加が制限され、磁束＝０の点を横切るまでの昇圧時間が長くなる。したがって、直流（ＤＣ）が出力される。これにより、逆流防止ダイオード（blocking diode）を用いることが可能になり、点火プラグのコスト（plug cost）を抑制でき、および／または、より長く昇圧することで混合気の作動（放電）のロバスト性を向上させることができる。例えば、アークが伸びている際の電流を増加させることができる。
【００４０】
図２Ａは、例示的な非線形点火コイルのパーミアンス（導磁度）を示すグラフであり、図２Ｂは、例示的な非線形点火コイルの回路図である。コイルでの起磁力（ｍｍｆ−磁気構造と連動する正味電流）がゼロに近づくにつれて、点火プラグの放電ギャップ電圧を維持するためにより高いdipri/dt値（図３ＢのPt.A参照）が必要となり、または、disec/dt値の結果（図３ＤのPt.A参照）が増加しながら、パーミアンス（導磁度）が減少する。これにより、一次コイルがオフになると（図３Ｄのft.C参照）、磁束が容易にゼロを横切り、（二次）電流が反対方向に流れてしまう。上記のリスクを最小化するために、一次コイルの充電時間を制限して、ピストンが混合気を十分に圧縮して絶縁破壊電圧を高める前段階で、コイルをオンにする時間（電圧が発生する時間）が生じてしまわないようにしなければならない。第１のコイル（第１の一次巻線）のパーミアンス（導磁度）／エネルギー容量を制限することにより、コイル番号２（第２の一次巻線）による点火コイル１０８の昇圧時間を制限することもできる。
【００４１】
磁束がゼロに近づくのに伴い、非線形コイルでのパーミアンス（導磁度）が大幅に増加することによって、下記の方程式の［数１］と［数２］の項目が増加し、さらにdisec/dt値（図３ＦのPt.D参照）が減少する。この結果、例えば、第１の例では、190mm^2のコアに対して１０００Ｖの負荷で約２．５ミリ秒に及ぶ長時間の昇圧となる。電極を変えることなく実現される昇圧の時間は、磁気構造の透磁率に比例し、点火コイルのコアのサイズに直接的に比例して増加する。
【００４２】
【数１】
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【００４３】
【数２】
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【００４４】
【数３】
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【００４５】
【数４】
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【００４６】
【数５】
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【００４７】
【数６】
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【００４８】
【数７】
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【００４９】
［数８］は、二次巻線によって生成された磁束であり、［数９］は、一次巻線によって生成された磁束である。
【００５０】
【数８】
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【００５１】
【数９】
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【００５２】
図３Ａ−Ｆは、昇圧コイルのタイプ間で波形を比較した例示的なグラフである。２つの一次線形コイルおよび１つの二次線形コイルに関するもののうち、図３Ａは、一次コイル／巻線１（第１の一次巻線）の経時的な電流応答の例示的なグラフであり、図３Ｂは、一次コイル／巻線２（第２の一次巻線）の経時的な電流応答の例示的なグラフであり、図３Ｃは、二次コイル／巻線（二次巻線）の経時的な電圧応答の例示的なグラフであり、図３Ｄは、二次コイル／巻線（二次巻線）の経時的な電流応答の例示的なグラフである。
【００５３】
改善前のシステムにおいて、図３Ｃでは、第１のピーク時に電圧が正となり、図３Ｄでは、電流が負から正に切り替わる。改善後のシステムにおいて、昇圧非線形コイルに関するもののうち、図３Ｅは、経時的な二次電圧の例示的なグラフであり、図３Ｆは、経時的な一次電流および二次電流の例示的なグラフである。線形コイルの場合には、二次電流は正から負へ変化するが（図３ＤのPt.A参照）、非線形磁気点火コイル１０８の場合には、点火コイル１０８におけるインダクタンスは、磁束がゼロに近づくのに伴い、急激に増加し（図３ＦのPt.D参照）、二次電流は、実質的に高いまま維持され、ＡＣ効果が回避される。二次電流が大きいと、熱エネルギーを混合気へ高効率で送ることができる。
【００５４】
図４は、点火コイル１０８の昇圧を制御する例示的な制御回路４００の回路図である。制御回路４００は、ＥＣＵ１１０の電子回路と一体化され、またはＥＣＵ１１０とは別に集約されつつＥＣＵ１１０と接続されて、例えば、ＥＣＵ１１０からＥＳＴ信号４０２を受信することができる。制御回路４００は、第１のスイッチ４０６および第２のスイッチ４０８に接続された論理デバイス４０４または他の論理回路、例えば、ドライバを含む。論理デバイス４０４は、例えば、１つ以上のプロセッサ、論理回路、ＣＰＬＤ（complex programmable logic device）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、ＡＳＩＣ（application-specific integrated circuit）を含む。論理デバイス４０４は、本明細書に説明するロジックを履行するために、機械読み取り可能な命令（コンピュータプログラム）を実行することができる。スイッチの例として、トランジスタ、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が挙げられる。さらに、他のタイプのトランジスタを用いてもよい。第１のスイッチ４０６のコレクタ（集電器）は、点火コイル１０８の第１の一次巻線４１０に接続され、第２のスイッチ４０８のコレクタ（集電器）は、点火コイル１０８の第２の一次巻線４１２に接続される。バッテリー１１２は、点火コイル１０８の第１の一次巻線４１０および第２の一次巻線４１２に接続され、点火コイル１０８に電力を供給する。
【００５５】
第１のスイッチ４０６のゲートは、抵抗Ｒ１ ４１４と直列に論理デバイス４０４に接続され、論理デバイス４０４から出力信号ＯＰ１を受信し、第１のスイッチ４０６のエミッタは、抵抗ＲＳ１ ４１８と並列に論理デバイス４０４に接続され、論理デバイス４０４へ電流ＩＰ１に関する信号を送信する。第２のスイッチ４０８のゲートは、抵抗Ｒ２ ４１６と直列に論理デバイス４０４に接続され、論理デバイス４０４から出力信号ＯＰ２を受信し、第２のスイッチ４０８のエミッタは、抵抗ＲＳ２ ４２０と並列に論理デバイス４０４に接続され、論理デバイス４０４へ電流ＩＰ２に関する信号を送信する。また、論理デバイス４０４は、ダイオード４２２および抵抗ＲＳ３ ４２４と並列して、二次巻線４２６から二次巻線電流ＩＳに関する信号を受信する。
【００５６】
非限定的な例として、抵抗Ｒ１ ４１４および抵抗Ｒ２ ４１６はそれぞれ３００オームであり、抵抗ＲＳ１ ４１８、抵抗ＲＳ２ ４２０、および抵抗ＲＳ３ ４２４はそれぞれ２０ミリオームである。逆流防止ダイオード（blocking diode）４２２は、二次巻線４２６と直列に、高電圧側または低電圧側（図示）のいずれかに配置されてもよい。二次巻線４２６は、任意で、点火プラグ４３２と直列にサプレッサ（遮断器）４３０と接続され、混合気を点火させてもよい。
【００５７】
図５Ａ−Ｄは、例えば、制御回路４００を介して、異なるモードにおいて点火コイル１０８を駆動する例示的なタイミング図である。図５Ａは、通常モードを例示し、図５Ｂは、昇圧モードを例示し、図５Ｃは、ハードシャットダウン（急激な停止）モード（ＨＳＤ）を例示し、図５Ｄは、ソフトシャットダウン（緩やかな停止）モード（ＳＳＤ）を例示する。論理デバイス４０４は、ＥＳＴ信号４０２を分析して、第１のスイッチ４０６および第２のスイッチ４０８をいつ動作させるかを決定する。時間ｔ１は、第１の一次巻線４１０の充電時間である。時間ｔ２は、昇圧信号ｔ３が送られる前の遅延時間であり、例えば、３０マイクロ秒〜４００マイクロ秒程度である。そして、時間ｔ２は、第２の一次巻線４１２の充電時間であり、例えば、昇圧する時間である。昇圧する間、論理デバイス４０４は、例えば、火花のアークが伸びている際に、大きな電流を流すことができる。
【００５８】
例えば、図５Ａの通常モードの間、論理デバイス４０４は、時間ｔ１にて第１のスイッチ４０６へ信号ＯＰ１を送信し、第１のスイッチ４０６を閉じて接地して、例えば２５〜３０アンペアの電流ＩＰ１で、第１の一次巻線４１０を充電する。さらに、第２のスイッチ４０８は開放されており、第２の一次巻線４１２に電流ＩＰ２は流れていない。図５Ｂの昇圧モードの間、論理デバイス４０４は、時間ｔ１にて第１のスイッチ４０６へ信号ＯＰ１を送信し、第１のスイッチ４０６を閉じて接地して、第１の一次巻線４１０を充電し、時間ｔ２分を遅らせて、さらに、時間ｔ３にて第２のスイッチ４０８へ信号ＯＰ２を送信し、第２のスイッチ４０８を閉じて接地して、電流ＩＰ２で、第２の一次巻線４１２を充電する。第１のスイッチ４０６が開放されている時、電流ＩＰ１はゼロであり、第２のスイッチ４０８が開放されている時、電流ＩＰ２はゼロである。
【００５９】
論理デバイス４０４は、電流ＩＰ１を監視することによって、必要な時にＳＳＤモードを動作させることができる。例えば、時間ｔ１（における値）が長時間に亘って高いまま維持されている場合、過熱を避けるために、電流ＩＰ１を緩やかに低下させて、火花が生成されないようにすることができる。論理デバイス４０４は、第１のスイッチ４０６のゲートにおける電圧を調整して、第１のスイッチ４０６を緩やかに開放し、電流ＩＰ１を緩やかに停止（遮断）させる。論理デバイス４０４は、電流ＩＰ２を監視することで、必要な時にＨＳＤモードを動作させることができる。例えば、時間ｔ３（における値）が長時間に亘って高い場合、電流ＩＰ２の流れを急速に停止（遮断）させることができる。時間ｔ２および時間ｔ３は可変であり、製造者によって、例えば、実装させつつ調整することができる。
【００６０】
その他の例として、ＥＣＵ１１０から制御回路４００へ、２つの独立したＥＳＴ（信号４０２）を入力することができる。制御回路４００は、ＥＳＴ信号４０２を受信した後、例えば、５０マイクロ秒〜１００マイクロ秒程度のブランキング期間を設定することができる。この期間の後、論理デバイス４０４は、例えば、３ミリ秒から５ミリ秒程度の所定の期間内に、その一連の流れの中で受信した任意のＥＳＴ信号４０２を、第２の一次巻線４１２のスイッチ４０８をオンにするための昇圧信号と判断することができる。
【００６１】
その他の例として、論理デバイス４０４は、失火、例えば、点火コイル１０８の一次側または二次側のどちらか一方において電流および／または過電流を検知すると、電流ＩＰ１の流れおよび／または電流ＩＰ２の流れを停止することができる。その他の例として、論理デバイス４０４は、二次巻線電流ＩＳを監視して、例えば、昇圧を制御し、および／または失火を検知することができる。例えば、二次（巻線）電流ＩＳがゼロと検知されれば、失火が生じている可能性がある。
【００６２】
その他の例として、例えば、エンジンの冷間時、バッテリーの低下時、高速モード時等に、さらに処理を施すために、リアルタイムで二次巻線電流ＩＳをＥＣＵ１１０へ送信してもよい。その他の例として、論理デバイス４０４は、二次巻線電流ＩＳが、所定の限度、例えば、８０ミリアンペアに達した後、昇圧を停止することができる。その他の例として、論理デバイス４０４は、時間ｔ３の経過後も、二次巻線電流ＩＳが検知された場合、例えば、燃焼がまだ続いている虞があるので、昇圧し続けることができる。その他の例として、論理デバイス４０４は、二次巻線電圧が増加していることを検知した場合、例えば、点火プラグの寿命を延ばすために、昇圧を停止することができる。
【００６３】
図６は、例示的な点火コイル１０８の図である。点火コイル１０８は、一対の一次巻線、例えば、第１の一次巻線４１０および第２の一次巻線４１２を含むことができ、例えば、特許文献１が参照されつつ本明細書に援用されているように、一次巻線４１０，４１２のそれぞれは独立して異極の磁場を生じさせるように励磁される。点火コイル１０８は、強化（合成）鉄心に巻線４１０，４１２が巻き付けられ、開磁路を形成するものを含む。鉄心の磁路に蓄えられるエネルギーは、点火プラグ１０６，４３２へ送られる。第２の一次巻線４１２に巻かれた強化鉄心は、パルス生成回路または高電圧逆流防止ダイオードを用いることなく、高度に一定の電流を供給することができる。点火コイル１０８の第１の２つの（巻線の）層は、公知のように巻きつけられる。第２の（巻線の）層が終了すると、第３の（巻線の）層を開始する。この点がＢ＋（バッテリー電源）に接続され、巻かれ続けると、電流は反対方向に流れる。第３の（巻線の）層の端部は、点火コイル１０８の低電圧端まで螺旋状に戻ることができる。点火コイル１０８の寸法および第２の一次巻線４１２の平均巻線間長（ＭＬＴ）が大きくなってしまわないように、コイルを組み立てた後、第２の一次巻線４１２のワイヤ６００を、「Ｃ」（型の）コア６０２に沿って配置してもよい。点火コイル１０８のボビンの反対側の端部においてワイヤ６００を終端処理する。
【００６４】
点火コイル１０８は、第１の一次巻線４１０、第２の一次巻線４１２、および二次巻線４２６と結合された磁気構造、例えば、特許文献１に記載されているような磁気構造を含む。磁気構造における磁束がゼロに近づくのに伴い、磁気構造の透磁率は急激に増加する。第１の一次巻線４１０および第２の一次巻線４１２は、磁束が反対方向を向くように巻きつけられ、例えば、図４に示す回路によって、独立して制御される。二次巻線４２６は、第１の一次巻線４１０の磁束が減衰して点火ギャップが電離した後、かつ、第１の一次巻線４１０の磁束がゼロにまで減衰する前に、例えば、図４に示す回路によって、起動する。
【００６５】
本明細書では、好ましい実施形態に係る特徴が開示されている。当業者は、本明細書の開示内容を見直すことによって、添付の請求項の範囲内および意図の範囲内における他の実施形態や変形例を、想定できるであろう。
【符号の説明】
【００６６】
１００    ：点火コイルの制御環境
１０２    ：エンジン
１０４    ：装置
１０６    ：点火プラグ
１０８    ：点火コイル
１１０    ：エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
１１２    ：バッテリー１１２
４００    ：制御回路
４０２    ：電気火花タイミング信号（ＥＳＴ）
４０４    ：論理デバイス
４０６    ：第１のスイッチ
４０８    ：第２のスイッチ
４１０    ：第１の一次巻線
４１２    ：第２の一次巻線
４１４    ：抵抗Ｒ１
４１６    ：抵抗Ｒ２
４１８    ：抵抗ＲＳ１
４２０    ：抵抗ＲＳ２
４２２    ：ダイオード
４２４    ：抵抗ＲＳ３
４２６    ：二次巻線
６００    ：ワイヤ
６０２    ：コア
ＩＰ１    ：電流
ＩＰ２    ：電流
ＩＳ      ：二次巻線電流
ＯＰ１    ：出力信号
ＯＰ２    ：出力信号
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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